KR0148027B1 - 자기 정합형 복사소자를 사용한 콜리니어 어레이 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국에서 사용되는 콜리니어 어레이 안테나에 관한 것으로, 특히 자기정합형 복사소자를 이용하여 수평면에 대해서는 예리한 지향특성을 갖는 콜리니어 어레이 안테나에 관한 것으로, 원통형 동축선로의 제1 내지 제3 외부 도체(2-1 내지 2-3)에 접속되는 다수의 복사 엘리먼트(1-1 내지 1-4)를 구비하는 콜리니어 어레이 안테나에 있어서, 다이폴의 한단부는 상기 제1 및 제2 외부도체(2-1,2-2)를 관통한 비스로 접속시켜 개방하고, 그 상단부는 상기 제1 및 제2 외부 도체(2-1, 2-2)와 단락시켜 자기정합이 가능하도록한 자기정합형 소자를 이용하여 구성한 바룬을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 정합형 복사소자를 사용한 콜리니어 어레이 안테나

제1도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 일실시예를 나타낸 전체 외관도

제2도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 상단부 단면 구조를 나타낸 상세도

제3도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 하단부 단면 구조를 나타낸 상세도

제4도는 본 발명에 따른 코리니어 어레이 안테나의 일실시예 동축선로 외관도

제5도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나에 채용된 자기 정합형 복사 소자의 일실시예 단면 구조를 도시한 확대도

제6도는 본 발명에 따른 콜로니어 어레이 아테나의 내부 결선상태를 단순화하여 도시한 접속도이다

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1-1내지 1-4 : 복사 엘리먼트 2-2: 내지 2-4 : 외부 도체

3-1, 3-2 : 자기 정합형 복사 소자 4 : 외부 도체 지지봉

5 : 커넥터 6-1, 6-2 : 동축 선로 편심 유지봉

7 : 유전체 동축 선로 8 : 전력분배기

9-1, 9-2 : 에어 등축선로 10-1, 10-2 : 다이폴 편심 유지봉

11 : 모드 변환기 12 : 핀 커넥트

13 : 핀

14-1 내지 14-5 : 동축 선로 절연체

본 발명은 이동통신 기지국에서 사용되는 콜리니어 어레이 안테나에 관한 것으로, 특히 자기정합형 복사소자를 이용하여 수평면에 대해 무지 향성이고 수직선에 대해서는 예리한 지향특성을 갖는 코리니어 어레이 안테나에 관한 것이다.

현재의 이동통신은 종래의 고정통신의 개념에 획기적인 변화를 가져온 것으로서, 장소에 상관없이 언제, 누구와도 통신이 가능하기 때문에 수신위치의 이동 송신위치의 변화가 많은 이용자들의 수요가 급증하고 있으며, 이같은 수요 급증에 따라 이동통신 기지국 장비도 그 성능과 효율면에서의 개선 요구가 급격히 증대되고 있다.

그러나, 종래에 안테나는 비스로 동축 선로의 내부 심선과 접속된 다이폴 하단부로부터 λ/4 만큼 떨어진 동 다이폴의 상단부를 개방하도록 되어 있어, 누설 전류로 인한 불요 복사가 발생하게 되므로 복사 엘리먼트의 전류 분포가 불균형을 이루게 되어 복사 효율이 저하되는 문제점이다.

상기 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 다이폴을 수직으로 배열하여 수평면 내에서는 무지향성을 갖고, 수직면내에서는 예리한 지향성을 갖는 안테나로서, 복사 엘리먼트간의 간격을 빔 합성에 가장 적합한 0.7 로 하기 의해 동축선로의 일부에 유전체를 삽입하며, 각 복사 소자에 자기 정합형 복사소자를 사용하여 급전하도록 하고, 복사 엘리먼트의 상단부를 단락시켜 상단부로의 불필요한 복사를 억제하고 복사 엘리먼트의 전류 분포가 균형을 이룰 수 있게 한 자기정방형 복사 소자를 이용한 콜리니어 어레이 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원통형 동축선로의 제 1 내지 제3 외부 도체에 접속되는 다수의 복사 엘리먼트를 구비하는 콜리니어 어레이 안테나에 있어서, 다이폴의 하단부는 상기 제 1 및 제 2 외부도체를 관통한 피스로 접속시켜 개방하고, 그 상단부는 상기 제1 및 제2 외부 도체와 단락시켜 자기 정합이 가능하도록 한 자기 정합형 소자를 이용하여 구성한 바룬을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 전체 외관도, 제2 도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 상단부 상세 구조도, 제3 도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 하단부 상세구조도로서, 도면에서 1-1 내지 1-4는 복사 엘리먼트, 2-2 내지 2-4는 외부도체, 3-1 및 3-2는 자기 정합형 복사 소자, 4는 외부 도체 지지봉, 5는 커넥터, 6-1 및 6-2는 동축선로 편심 유지봉, 7은 유전체 동축 선로, 8은 전력 분배기, 9-1 및 9-2는 에어 동축 선로, 10-1 및 10-2는 다이폴 편심 유지봉, 11은 모드 변환기, 12는 핀 커넥트, 13은 핀, 14-1내지 14-5는 동축 선로 절연체를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 콜리니어 어레이 안테나는, 먼저 제1 및 제2 복사 엘리먼트(1-1, 1-2)를 환형으로 형성하여, 편심을 유지하면서 복사 엘리먼트와 동심원으로 형성된 환형의 제1 및 제2 외부도체(2-1, 2-2)가 각각 결합한다. 마찬가지로, 제3 복사 엘리먼트(1-3)는 제2 외부도체(2-2)와 제4 복사 엘리먼트(1-4)는 제3외부도체(2-3)와 결합됨으로써 서로 완전하게 독립적인 복사 엘리먼트를 구성한다.

상기 본 발명의 안테나를 상부와 하부로 나누어 설명하면 다음과 같다.

안테나의 상부를 구성하는 제1 내지 제4 복사 엘리먼트(1-1 내지 1-4)는 다이폴간의 간극의 미세조정이 가능하며, 이 간극에 변화를 줌으로써 효과적인 복사를 할 수 있게 한다. 그리고, 동축선로 편심 유지봉(6-1, 6-2)에 의해 상기 외부 도체(2-1 내지 2-4)내의 동축선로와 외부도체 사이의 편심을 유지한다.

또한, 상기 외부도체내의 동축선로의 일부는 유전체를 삽입하여 유전체 동축선로(7)를 형성하되, 상기 동축선로와는 비스를 이용하여 연결하고, 상기 유전체 동축선로(7)에 연결된 전력분배기(8)는 각 복사 엘리먼트로의 급전을 위한 것으로, 상기 유전체 동축선로(7)에 복사 엘리먼트를 관통하는 비스를 이용하여 고정시킨다. 다이폴 편심 유지봉(10-1, 10-2)은 상기 제1 및 제3 복사 엘리먼트(1-1, 1-3)와 상기 제1 및 제2 외부도체(2-1, 2-2)를 연결하기 위한, 즉 다이폴의 편심을 유지하기 위한 것이다.

그리고, 에어동축선로(9-1)는 상기 전력분배기(8)에 연결되어 있으며, 모드 변환기(11)는 임피던스 매칭 및 모드 변환을 수행하는 원통형의 도체로서 상기 에어 동축 선로(9-1)에 접속되어 상하로 움직임로써 모드 변환이 가능한 것으로 상기 복사 엘리먼트가 동일 위상으로 여기되도록 해 준다.

동축 선로 절연체(14-1 내지 14-5)는 상기 동축선로의 편심을 유지하고 ,아울러 외부 도체 (2-3)와의 절연체 기능을 한다.

제4 도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 동축 선로 외관도로서, 상기 외부 도체내에 유전체 동축 선로(7)와 에어 동축선로(9-1, 9-2) 사이에 전력분배기(8)가 접속되어 있으며, 에어 동축선로(9-1, 9-2)간에 모드 변환기(11)가 접속되어 있다.

제5도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 자기 정합형 복사 소자 구조도로서, 상기 제1 및 제2 복사 엘리먼트(1-1, 1-3)에 자기 정합형 복사 소자를 사용한 구조이다.

동축 선로의 심선에 접속되는 제1 복사 엘리먼트(1-1)의 상단 다이폴은 제1 외부 도체(2-1)를 관통하여 다이폴 하단 개방부에서 비스를 사용함으로서 내부 심선과 접속된다. 아울러 자기 정방형 복사 소자(3-1)는 바룬으로서의 기능을 수행하는데 그 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동 다이폴의 상단부를 개방 하지 않고 상기 외부 도체와 단락시켜 자기 정합이 가능하도록 자기정합복사 소자를 이용하여 바룬을 구성하고(단락시킨 길이는 다이폴의 길이와 동일하므로 정확하게 λ/4이다) 외부 도체와 단락시키므로써, 안테나 상단부로의 불필요한 복사를 억제하고 복사 엘리먼트의 전류 분포가 균형을 이를 수 있게 한다.

그리고, 제6도는 본 발명에 따른 콜리니어 어레이 안테나의 내부 결선상태를 나타낸 것으로서, 그 연결 상태를 이해하기 쉽게 단순화하여 도시한 접속도이다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은 자기 정합형 복사소자를 이용하여 다이폴의 상단을 외부 도체와 단락시킴으로써 빔 합성을 용이하게 할 수 있으며, 대역도 넓게 하는 것이 가능하고 또 동축선로의 일부에 유전체를 삽입하면 선로를 통과하는 전파 속도가 에어 동축 선로인 경우보다 늦어지게 되므로 복사 엘리먼트간의 간격을 0.7λ 로 할 수 있어 복사 효율이 개선됨을 물론, 안테나의 전체 길이가 짧아지며, 사이드 로브가 감소하고 수직면에서의 빔폭이 넓어지는 등의 장점이 있으며 안테나의 이득을 높이고자 할 경우 전후단의 복사 엘리먼트를 추가함으로써 어레이 수를 증가시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 원통형 동축선로의 제1 내지 제3 외부 도체(2-1 내지 2-3)에 접속되는 다수의 복사 엘리먼트(1-1 내지 1-4)를 구비하는 콜리니어 어레이 안테나에 있어서, 다이폴의 하단부는 상기 제1 및 제2 외부도체(2-1, 2-2)를 관통한 비스로 접속시켜 개방하고, 상단부는 상기 제1 및 제2 외부도체(2-1, 2-2)와 단락시켜 자기 정합이 가능하도록 한 자기 정합형 소자를 이용하여 구성의 바룬 및 상기 다수의 복사 엘리먼트(1-1 내지 1-4)의 위상을 동일 위상으로 하기 위하여 상기 다수의 외부 도체(2-1 내지 2-4)내의 동축선로(7)의 일동 부분에 삽입한 유전체을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정방형 복사소자를 사용한 콜리니어 어레이 안테나.
2. 제1항에 있어서, 수직으로 복사 엘리먼트를 배열하는 어레이 방식에 적합하도록 엘리먼트의 어레이 형태와 동일하게 수직으로 동축선로상에 설치한 전력분배기(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정방형 복사소자를 사용한 콜리니어 어레이 안테나.