KR100436165B1 - 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나 - Google Patents

이중 공진형 액세스 포인트용 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나에 관한 것으로 더욱 상세하게는 적어도 2개의 대역에서 사용할 수 있는 무선 LAN(local area network)용 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되는 디스콘 안테나와 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되고, 상기 디스콘 안테나의 원추와 대향 배치되며 상기 디스콘 안테나와 동일한 중심축을 기준으로 연결되어 있는 원추형 안테나 및 상기 디스콘 안테나 및 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 연결막대를 포함한다.
이러한 본 발명에 따르면 무선 LAN 시스템에서 사용되는 주파수가 두 개 이상의 대역인 경우에도 하나의 안테나로 사용할 수 있으므로 두 시스템간의 연동 운영이 가능하고 두 개의 안테나를 사용하는 경우에 비해 비용이 절감된다.

Description

이중 공진형 액세스 포인트용 안테나{A double resonance access point antenna}
본 발명은 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나에 관한 것으로 더욱 상세하게는 무선 LAN(local area network)용 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나에 관한 것이다.
현재의 LAN 망은 주로 유선으로 되어 있어서 컴퓨터를 재배치하거나 레이아웃을 변경할 때마다 배선을 바꾸어야 하는 불편이 있다. 그리고 새로운 LAN 망을 연결하여야 하는 경우에도 배선 공사를 새로 하여야 하였으며, 노트북과 같이 이동하면서 작업해야 하는 경우에는 LAN 망에 연결하는 것이 가장 큰 문제였다. 특히 백화점과 같이 업무 레이아웃 배치가 수시로 변경되는 장소에서는 LAN 망을 구성하는 것이 매우 골치 아픈 문제로 되어 왔다.
무선 LAN은 이러한 제약을 없애기 위해 일반 유선 LAN 망을 무선망으로 대체한 것이며, 제한된 구역(local area)에서 사용하는 것이기 때문에 제한된 구역 내에서만 통신이 이루어진다.
무선 LAN은 크게 2.4GHz 대역, 5.7GHz 대역과 19GHz 대역 등이 사용되는데, 일반적으로 5GHz로 대표되는 802.11a 시스템과 2GHz로 대표되는 802.11b 시스템이 주류를 이루고 있다.
5GHz로 대표되는 802.11a 시스템은 통신방식으로 OFDM(orthogonal frequency division multiplex)을 사용하며, 2GHz로 대표되는 802.11b 시스템은 통신방식으로 DSSS(direct sequence spread spectrum)를 사용한다. 2.4GHz ISM(industrial scientific medical) 밴드에서는 블루투스(bluetooth)와 충돌되는 측면이 있어서 최근에는 5GHz 대역의 802.11a 시스템쪽에 좀더 비중이 실려있다.
현재 각각의 주파수 대역에 대응되는 안테나가 고안되어 사용되고 있으나 이들을 함께 수용하고 수평면상에 전방향성을 수용하는 액세스 포인트용 안테나는 알려져 있지 않다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 적어도 2개의 대역에서 사용할 수 있는 무선 LAN용 이중 공진 안테나를 제공하는 것이다.
도 1은 무한 쌍원추 안테나의 장 성분과 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 무한 쌍원추 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 유한 쌍원추 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 전형적인 디스콘 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 반사계수를 측정한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 정재파비를 측정한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 스미스 도표를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되는 디스콘 안테나와 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되고, 상기 디스콘 안테나의 원추와 대향 배치되며 상기 디스콘 안테나와 동일한 중심축을 기준으로 연결되어 있는 원추형 안테나 및 상기 디스콘 안테나 및 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 연결막대를 포함한다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되는 디스콘 안테나와 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되고, 상기 디스콘 안테나의 원추와 대향 배치되며 상기 디스콘 안테나와 동일한 중심축을 기준으로 연결되어 있는 원추형 안테나 및 상기 디스콘 안테나 및 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 연결막대를 포함한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
일반적으로 다이폴 안테나의 대역폭은 두꺼운 도선을 사용함으로써 증가시킬수 있으며, 이것은 도체를 쌍원추 구조의 형태로 펼칠 수 있다면 대역폭을 더욱 증가시킬 수 있다고 해석될 수 있다. 이러한 개념을 토대로 구현된 쌍원추 안테나는 2개의 원추형 도체를 동일축에 놓은 안테나이다. 두 개의 원추형 도체의 양끝이 무한한 원추 도체 표면으로 구성되어 있고 급전점에서 유한한 간격을 가지는 무한 쌍원추 안테나는 다음과 같은 특성을 가진다.
도 1에 무한 쌍원추 안테나의 장 성분과 전류의 흐름이 도시되어 있으며, 도 2에 무한 쌍원추 안테나의 방사패턴이 도시되어 있다.
무한 쌍원추 안테나의 경우에는 두 원추형 도체의 양끝 구조가 무한하므로 전송선로처럼 해석될 수 있다. 시간적으로 변하는 전압이 두 도체의 간격 양단에 주어질 때 전류는 도체의 표면을 따라 두 원추 사이로 흘러나간다. 이 전류는 교대로 회전하는 자장 Hφ를 만든다. TEM(transverse electro-magnetic) 전송선로 모드라고 가정하면 전장은 θ방향을 향한다. 여기서 회전하는 자장 Hφ는 수학식 1과 같이 표현되고, 전장 Eθ는 수학식 2와 같이 표현된다.
이 방정식은 간단히 Eθ=ηHφ이고 이는 파가 TEM이라는 것을 확인해준다.그리고 이때 방사패턴은 도 2와 같다. 도 2에서 F(θ)는 수학식 3과 같다.
이러한 특성을 가지는 무한 쌍원추 안테나의 원리를 토대로 하여 유한 쌍원추 안테나를 구현한다. 실제 유한 쌍원추 안테나는 무한 쌍원추 안테나의 두 원추를 종단하여 제작된다.
도 3에 유한 쌍원추 안테나의 구조가 도시되어 있다.
도 3에서와 같이, 원뿔의 종단 부분은 복소 입력 임피던스를 유도하는 정재파를 만들어내는 반사를 일으킨다. θh의 각을 증가시킴으로써 대역폭은 점점 넓게 하면서 입력 임피던스의 리액턴스 부분을 최소로 유지할 수 있고, 동시에 입력 임피던스의 실수 부분은 주파수에 덜 민감해진다. 원뿔형 모노폴의 패턴이나 작은 원추각을 가지는 유한 쌍원추의 패턴은 일반적인 모노폴 또는 동일 길이의 다이폴의 패턴과 매우 유사하다.
이러한 유한 쌍원추 안테나의 원리를 기본으로 하여 쌍원추 중 하나의 원추가 원반 모양의 접지면으로 대치된 것이 디스크 콘(disk-cone) 또는 디스콘 안테나이다. 디스콘 안테나는 1945년 Kankoian이 개발하였으며, 넓은 주파수(수 옥타브)에 걸쳐서 적절한 패턴과 임피던스 특성을 유지하는 광대역 안테나로서, VHF와 UHF대의 일반 통신용, 항공원조용, 전파 감시용에 주로 사용된다.
도 4에 디스콘 안테나의 일반적인 구조가 도시되어 있다.
첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, 디스콘 안테나에서는 동축 전송선로의 외부 도체가 원뿔에 연결되어 있으며, 내부 도체는 디스크 접지면에 부착되어 있다. 원뿔과 디스크는 고체 금속 또는 방사 도선이 된다. 이상적으로는 접지면과 원뿔 사이의 패턴은 무한 쌍원추의 패턴이 된다.
이와 같은 디스콘 안테나는 주파수와 함께 적절한 패턴 특성을 유지하면서 광대역 임피던스 특성(일반적으로 50Ω)을 갖도록 구성되어 있다. 일반적으로 디스콘 안테나는 원뿔의 사변 H=0.7λ, 원뿔의 직경 B1=0.6λ, 디스크의 지름 D=0.4λ, 원뿔 사변의 경사진 정도 θh=25°, 디스크와 원뿔 사이의 간격이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 이러한 원추형 안테나와 디스콘 안테나를 조합하여 다음과 같이 구현된다.
도 5에 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 구조가 도시되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 도 5에 도시된 바와 같이, 디스콘 안테나(110), 상기 디스콘 안테나(110)의 위에 위치되어 있는 원추형 안테나(120), 상기 디스콘 안테나(110)와 상기 원추형 안테나(120)를 연결하기 위한 막대(130), 상기 원추형 안테나(120)의 위에 있는 원형 돌출부(140)를 포함한다.
디스콘 안테나(110)의 디스크의 지름(D), 원추의 직경(B1), 원추의 높이(L)는 무선 LAN 시스템의 주파수에 따라 달라지며, 원추형 안테나(120)의 원추의직경(B1'), 원추의 높이(L') 역시 무선 LAN 시스템의 주파수에 따라 달라진다. 여기서는 원추형 안테나(120)가 디스콘 안테나(110)보다 크기가 작으나, 이에 한정되지 않고 원추형 안테나를 디스콘 안테나보다 크게 할 수도 있다.
디스콘 안테나(110)와 원추형 안테나(120)는 막대(130)에 의해 연결되어 있으며, 일정 간격(S) 떨어져 있다. 디스콘 안테나(110)와 원추형 안테나(120)가 떨어져 있는 간격(S)은 공진 주파수, 입력 임피던스, 방사 특성 등에 따라 달라진다.
막대(130)는 요구되는 공진 주파수, 입력 임피던스, 방사 특성에 따라 디스콘 안테나(110)와 상기 원추형 안테나(120)가 떨어져 있는 간격(S)을 쉽게 조절하기 위해, 디스콘 안테나(110) 및 원추형 안테나(120)와 결합되어 있는 부분이 나사로 간격조절이 가능하도록 결합되어 있다.
원형 돌출부(140)는 공진 주파수, 입력 임피던스, 방사 특성 등에 따라 높이(S')가 달라진다. 원형 돌출부(140)는 요구되는 공진 주파수, 입력 임피던스, 방사 특성에 따라 높이(S')를 쉽게 조절하기 위해 상기 원추형 안테나(120)와 결합되어 있는 부분이 나사로 간격조절이 가능하도록 결합되어 있다. 원형 돌출부(140)는 특히 안테나의 공진 주파수에 큰 영향을 미치는데 일반적으로, 원형 돌출부(140)의 길이가 길어질수록 낮은 공진 주파수를 나타나게 된다.
이러한 구조로 이루어지는 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나에서, 디스콘 안테나(110)와 원추형 안테나(120)가 각각 서로 다른 대역의 주파수를 송수신할 수 있도록 동작되며, 이를 위하여 각 안테나의 원추의 직경 및 원추의 높이가 달라지며, 디스콘 안테나의 디스크의 지름 또한 달라진다.
무선 LAN 시스템의 주파수가 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역을 동시에 사용하는 경우, 상기 디스콘(110)의 디스크의 지름(D)은 40mm이고, 원추의 직경(B1)은 30.8mm이고, 원추의 높이(L)는 31.18mm이며, 상기 원추형 안테나(120)의 원추의 직경(B1')은 26.5mm이고, 원추의 높이(L')는 13.95mm인 것이 바람직하다.
또한 무선 LAN 시스템의 주파수가 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역을 동시에 사용하는 경우 상기 디스콘(110)과 상기 원추형 안테나(120)가 떨어져 있는 간격(S)은 2mm이고, 상기 돌출부(140)의 높이(S')는 5mm인 것이 바람직하다.
도 6에 이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 S11을 측정한 그래프가 도시되어 있다. 그리고 도 7에 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 정재파비를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 또한, 도 8에 본 발명의 실시 예에 따른 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 스미스 도표가 도시되어 있다.
도 6의 S11값은 입력되는 신호의 크기에 대한 반사되는 신호의 크기의 비를 데시벨(Decibel : dB)로 표기한 값으로 그 값이 작을수록 반사되는 신호의 크기가 작아 입력되는 신호가 안테나를 통해 잘 방사된다는 것을 나타낸다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 S11값은 도 6에 나타난 바와 같이 2.41GHz에서 -19.309dB, 2.5GHz에서 -18.049dB, 5.26GHz에서 -22.738dB, 5.71GHz에서 -15.079dB, 5.8GHz에서 -14.186dB이다.
즉, 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나는 2.4GHz 대역과 5.7GHz대역에서 S11이 -20dB 정도의 작은 값을 나타내는데 이는 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나가 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역에서 입력되는 신호를 잘 방사하고 있다는 것을 나타낸다.
도 7의 정재파비는 반사되는 신호의 크기에 의해 발생되는 정재파의 비를 나타내는 값으로 그 값이 1에 가까울수록 반사되는 신호의 크기가 작아 입력되는 신호가 안테나를 통해서 잘 방사된다는 것을 나타낸다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 정재파비는 도 7에 나타난 바와 같이 2.41GHz에서 1.2828, 2.5GHz에서 1.2867, 5.26GHz에서 1.1361, 5.71GHz에서 1.4165, 5.8GHz에서 1.4186이다.
즉, 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 정재파비는 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역에서 모두 1에 가까운 값을 나타내는데 이는 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나가 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역에서 입력되는 신호를 안테나를 통해서 잘 방사하고 있다는 것을 나타낸다.
도 8의 스미스 도표는 안테나 입력부의 임피던스를 나타내는 도표로 그 값이 50Ω에 정합되는 정도를 나타낸다.
본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 입력부의 임피던스는 도 8에 나타난 바와 같이 2.41GHz에서 58.363Ω, 2.5GHz에서 57.795Ω, 5.26GHz에서 57.187Ω, 5.71GHz에서 43.982Ω, 5.8GHz에서 41.33Ω이다.
즉, 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나의 입력부의 임피던스는2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역에서 모두 50Ω에 가까운 값을 나타내는데 이는 본 발명의 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나가 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역에서 50Ω에 잘 정합되고 있음을 보여준다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 따라서 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
이와 같이 본 발명에 따르면 무선 LAN 시스템에서 사용되는 주파수가 두 개 이상의 대역인 경우에도 하나의 안테나로 사용할 수 있으므로 두 시스템간의 연동 운영이 가능하고 두 개의 안테나를 사용하는 경우에 비해 비용이 절감된다.

Claims (4)

  1. 수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되는 디스콘 안테나;
    수신하는 주파수에 의해 크기가 결정되고, 상기 디스콘 안테나의 원추와 대향 배치되며 상기 디스콘 안테나와 동일한 중심축을 기준으로 연결되어 있는 원추형 안테나; 및
    상기 디스콘 안테나 및 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 연결막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결막대는 상기 디스콘 안테나와 상기 원추형 안테나가 떨어져 있는 간격을 조절하기 위해 상기 디스콘 안테나 및 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 부분이 나사로 간격조절이 가능하도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원추형 안테나에 결합되어 돌출 되는 원형 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원형 돌출부는 상기 원추형 안테나로부터 돌출 되는 높이를 조절하기 위해 상기 원추형 안테나와 결합되어 있는 부분이 나사로 간격조절이 가능하도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 공진형 액세스 포인트용 안테나.
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