KR100568066B1 - 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 대수주기 이론을 이용하여 이중 대역에서 동시에 사용할 수 있는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나는, 안테나의 중심에 배치되며, 실질적으로 낮은 주파수의 파장의 1/4 길이를 가지는 제 1모노폴 안테나; 및 상기 제 1모노폴 안테나의 주위에 배치되며, 실질적으로 높은 주파수의 파장의 1/4 길이를 가지는 다수의 제 2모노폴 안테나를 포함한다. 본 발명에 따르면, 무선 LAN 시스템의 이중 주파수 대역에서 동시에 사용할 수 있는 안테나를 제공함으로써, 서로 다른 주파수를 사용하는 시스템간의 연동 운용시 활용이 가능하게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이중 대역, 무선 LAN, 모노폴 안테나, 산(山) 안테나, 대수주기 이론

Description

무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나{Double Resonance Antenna for Wireless Local Area Network}

도 1은 일반적인 무선 LAN 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명이 적용되는 대수주기 이론을 설명하기 위한 예시도,

도 3a는 상기 도 2의 각각의 다이폴 안테나의 장성분과 전류의 흐름을 설명하기 위한 그래프,

도 3b는 상기 도 3a의 영상패턴,

도 4는 모노폴 안테나의 공진 주파수에 따른 크기를 나타내는 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나의 일실시예 구조도,

도 6은 상기 도 5의 안테나의 일실시예 모델링 구조도,

도 7은 상기 도 6의 전압 정재파비(VSWR)를 나타내기 위한 일실시예 그래프,

도 8은 상기 도 6의 S₁₁을 나타내기 위한 일실시예 그래프

도 9는 상기 도 6의 임피던스 궤적을 나타내기 위한 일실시예 그래프,

상기 도 10은 상기 도 6의 안테나를 실제 제작한 모형을 나타내기 위한 일실시예 구성도.

본 발명은 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나에 관한 것으로서, 특히 이중 대역에서 동시에 사용할 수 있는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 무선 근거리망(Local Area Network; 이하, 간단히 'LAN'이라 함)은 크게 2.4GHz 대역, 5.7GHz 대역과 19GHz 대역 등이 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 무선 LAN 시스템의 구성도이다.

현재 일반적인 LAN은 주로 유선망과 2.4GHz대역의 무선 LAN으로 되어 있어서 종전의 컴퓨터를 재배치하거나 레이아웃이 변경될 때에도, 복잡한 배선절차를 거치지 않고도 편리하게 LAN을 새로이 구축을 할 수 있으며, 또한 노트북과 같이 이동하면서 작업해야 할 경우에도 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

하지만 사용자의 증가와 소비자의 보다 향상된 서비스 충족 욕구 증가에 따라, 직교 주파수 다중 분할(Orthogonal Frequency Division Multiplex; OFDM) 방식을 사용하여 보다 질 높고 빠른 무선 LAN 서비스를 제공하기 위하여 5.7GHz 대역의 무선 LAN 서비스에 그 이목이 집중되고 있다.

이와 같은 요구에 부응하기 위하여, 2.4GHz의 서비스와 5.7GHz 대역의 서비스를 모두 커버할 수 있는 안테나의 개발은 매우 중요하다 할 수 있다.

현재 각각의 주파수 대역에 대응되는 안테나가 고안되어 사용되고 있고, 이 들을 같이 수용하는 수평면상에 전방향성을 수용하는 안테나 역시 고안되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술은 생산비가 과도하게 요구되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 이중 대역에서 동시에 사용될 수 있는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대수주기 이론을 이용하여 이중 대역에서 동시에 사용할 수 있는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나에 있어서, 안테나의 중심에 배치되며, 실질적으로 낮은 주파수의 파장의 1/4 길이를 가지는 제 1모노폴 안테나; 및 실질적으로 높은 주파수의 파장의 1/4 길이를 가지며, 상기 제 1모노폴 안테나를 중심으로 상기 제 1모노폴 안테나 주위에 대칭으로 사각 배치되는 4개의 제 2모노폴 안테나를 포함하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나를 제공한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 대수주기 이론을 설명하기 위한 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나에 영상 이론을 적용한 모노폴 안테나를 기본으로 하여 중심의 모노폴 안테나 주위에 사각으로 4개의 모노폴 안테나를 판 형태로 결합하면 그 구조는 산(山)모양 안테나가 된다.

도 3a는 상기 도 2의 각각의 다이폴 안테나의 장성분과 전류의 흐름을 설명하기 위한 그래프이며, 도 3b는 상기 도 3a의 영상패턴이다.

산(山) 안테나는 대수주기 이론을 바탕으로 개발되었으며, 넓은 주파수(수 옥타브)에 걸쳐서 적절한 패턴과 임피던스 특성을 유지하는 광대역 안테나이다.

이하, 대수주기 안테나에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

대수주기 안테나의 광대역 특성은 여러 개의 공진소자의 배열을 통하여 다중공진의 합을 통하여 광대역의 특성을 갖는 것이 주 요점이라 할 수 있다.

대수 주기 안테나의 주파수 대역 결정은 가장 긴 소자와 가장 짧은 소자의 공진 주파수로서 결정이 된다.

다이폴 안테나의 공진 특성은 주파수의 λ/4보다 약간 짧은 길이에 공진하며 대역폭은 두꺼운 도선을 사용함으로써 증가시킬 수 있다.

이 개념을 토대로 중심의 모노폴 안테나는 광대역의 특성을 갖도록 두껍게 설계하며, 양옆의 4개의 판형태의 모노폴 안테나는 4개의 소자의 합으로 전기적 크기가 구성되므로, 그 크기가 크지 아니하여도 광대역의 특성을 갖도록 설계가 가능하다.

대수주기 안테나의 대표적 설계 공식은 다음의 수학식 1과 같다.

또한, 대수주기 다이폴 배열의 간격성분 σ는 다음의 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2는 대수주기 다이폴 배열안테나의 소자간 간격 및 크기 비율에 관해서 나타내고 있다. 이는 대수주기 안테나가 광대역의 특성을 갖는 것이 각 공진 소자에 따른 다수의 공진 특성을 합하여 광대역의 특성을 나타내는 것을 확인시켜 준다.

상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 정리하면, 다음의 수학식 3과 같다.

이중 공진의 특성을 갖기 위하여 대수주기 안테나의 여러 소자 중 원하는 두개의 소자를 선택하여 이중 공진 안테나를 설계할 수 있다.

도 4는 모노폴 안테나의 공진 주파수에 따른 크기를 나타내는 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 각 모노폴 안테나는 공진 주파수의 λ/4의 크기를 가진다.

도 5는 본 발명에 따른 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나의 일실시예 구조도이며, 도 6은 상기 도 5의 안테나의 일실시예 모델링 구조도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중 공진형 안테나는, 낮은 주파수의 모노폴 안테나(510)를 중심으로 사방에 4각으로 높은 주파수의 모노폴 안테나(520)를 배열함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 이중 공진형 안테나에서, 중심 안테나와 외각부위의 안테나간의 거리 d는 높은 주파수의 공진 주파수의 0.38λ이다.

상기 중앙의 모노폴 안테나(510)는 그 상단 부분의 모양을 원뿔 형상으로 하여, 광대역 특성을 가지게 할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 각각 상기 도 6의 전압 정재파비(VSWR), S₁₁ 및 임피던스 궤적을 나타내기 위한 일실시예 그래프이다.

또한, 상기 도 10은 상기 도 6의 안테나를 실제 제작한 모형을 나타내기 위한 일실시예 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나는, 2.4 및 5.7GHz 대역에서 공진함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 무선 LAN 시스템의 이중 주파수 대역에서 동시에 사용할 수 있는 안테나를 제공함으로써, 서로 다른 주파수를 사용하는 시스템간의 연동 운용시 활용이 가능하게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 서로 다른 주파수를 사용하는 기존 시스템에서 새로운 시스템으로 발전시키는 경우에, 호환성을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 주파수 대역을 달리하는 두 개의 안테나를 사용할 경우보다 중복 투자비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다

Claims (6)

1. 대수주기 이론을 이용하여 이중 대역에서 동시에 사용할 수 있는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나에 있어서,

   안테나의 중심에 배치되며, 제1주파수의 파장의 1/4 길이를 가지는 제 1모노폴 안테나; 및

   상기 제1주파수보다 높은 제2주파수의 파장의 1/4 길이를 가지며, 상기 제 1모노폴 안테나를 중심으로 상기 제 1모노폴 안테나 주위에 대칭으로 사각 배치되는 4개의 제 2모노폴 안테나

   를 포함하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1모노폴 안테나는,

   원기둥 형상인 것

   을 특징으로 하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1모노폴 안테나는,

   상부가 좁아지는 원뿔 형상인 것

   을 특징으로 하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 4개의 제 2모노폴 안테나는,

   판형인 것

   을 특징으로 하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1모노폴 안테나와 상기 4개의 제 2모노폴 안테나 사이의 간격은,

   상기 제1주파수의 파장의 0.38배인 것

   을 특징으로 하는 무선 근거리망을 위한 이중 공진형 안테나.

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