KR100610995B1 - 다중 주파수 대역 안테나 - Google Patents

다중 주파수 대역 안테나

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KR100610995B1 KR1020007014524A KR20007014524A KR100610995B1 KR 100610995 B1 KR100610995 B1 KR 100610995B1 KR 1020007014524 A KR1020007014524 A KR 1020007014524A KR 20007014524 A KR20007014524 A KR 20007014524A KR 100610995 B1 KR100610995 B1 KR 100610995B1
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Abstract

본 발명은 제1 주파수 대역의 제1 안테나 장치와 적어도 제2주파수 대역의 제2 안테나 장치를를 포함하는 다중 주파수 대역 안테나에 관한 것이다. 제1 안테나 및 적어도 제2 안테나는 통합되고 서로 인터리빙되도록 배치된다. 관련된 안테나의 1/2 다이폴은 적어도 전기적으로, 슬리브 또는 박스 형태 또는 이와 유사한 형태가 되도록 설계된다. 적어도 2개의 안테나의 1/2 다이폴은 각각의 상호 인접 단부에서 서로 단락되고, 전송될 주파수 대역 범위에 따라서 상이한 길이로 신장된다. 각각의 보다 낮은 주파수 대역 범위를 전송하는 1/2 다이폴은 각가의 보다 높은 주파수 또는 각의 보다 높은 주파수 대역 범위를 전송하도록 의도된 1/2 다이폴 내에 위치된다.
1/2 다이폴 안테나, 내단부, 외단부, 동축 급전선, 단부, 포트형 단락 접점, 급전선

Description

다중 주파수 대역 안테나 {MULTI-FREQUENCY BAND ANTENNA}
본 발명은 다중 주파수 대역 안테나에 관한 것이다.
대부분의 이동 통신은 GSM 900 회로망, 즉 900 MHz-대역에서 취급된다. 게다가, 특히, 유럽에서는 또한 GSM 1800-표준이 확립되어 있는데, 이 표준에서, 1800MHz-대역에서 신호를 송수신할 수 있다.
그러므로, 이와 같은 다중대역 기지국은 서로 다른 주파수 대역의 송수신을 위하여 다중대역 안테나 장치를 필요로하는데, 이는 통상적으로, 다이폴 구조, 즉 900MHz 대역 범위를 송수신하는 다이폴 안테나 장치 및 1800MHz 대역 범위를 송수신하는 부가적인 다이폴 안테나 장치를 갖는다.
실제에 있어서, 다중대역, 또는 적어도 2개의 대역 안테나 장치, 예를 들어, 900MHz 대역을 전송하고 1800MHz 대역을 전송하는 다이폴 안테나 장치가 이미 제안되어 있는데, 2개의 다이폴 안테나 장치는 서로 나란히 배치되어 있다. 그러므로, 적어도 2개의 주파수 대역 범위를 위한 2개의 안테나가 필요로되는데, 실제 이들 2개의 안테나는 물리적으로 서로 나란히 배치되어 있기 때문에, 서로에 대해 간섭을 일으키고, 이들 2개의 안테나는 서로의 극선도(polar diagram)를 새도우잉(shadow) 하기 때문에 서로에 대해 나쁜 영향을 미친다. 이로 인해, 전방향성 극선도(omnidirectional polar diagram)를 더이상 성취할 수 없다.
그러므로, 2개의 상이한 주파수 대역 범위에서 동작하도록, 2개의 안테나 장치를 중첩시키는 것이 이미 제안되었다. 물론, 이것은 물리적인 높이를 크게 하고 또한 공간을 많이 차지하게 한다. 게다가, 어떤 환경에서, 전방향성 극선도는 매우 미세하지만 어느정도 나쁜 영향을 받는데, 그 이유는 상부 안테나 장치에 이르는 접속선이 하부 안테나 장치를 지나서 루팅되어야 하기 때문이다.
이에 반하여, 본 발명의 목적은 개선된 2개의 대역 또는 다중대역 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명을 따르면, 이 목적은 청구항 1에 규정된 특징에 의해 성취된다. 본 발명의 장점이 종속항들에 규정되어 있다.
본 발명은 종래 기술에 비하여 2개의 주파수 대역 범위에서 동작될 수 있는 획기적인 방식의 완전히 신규한 극히 콤팩트한 안테나 장치를 제공한다. 그러나, 필요한 경우, 이러한 안테나 장치는 2개 이상의 주파수 대역을 커버하는 다중대역 범위로 확장될 수 있다.
특히, 본 발명은, 서로에 대해 동축으로 형성되는, 제1 주파수 대역용 다이폴 안테나 장치 및 상기 제1 주파수 대역으로부터 오프셋(offset)되는 적어도 제2 주파수 대역용 다이폴 장치를 제공하여, 이들 안테나 장치가 서로 인터리빙되어 위치되도록 한다.
이를 위하여, 본 발명을 따르면, 1/2 다이폴은 슬리브(sleeve) 형태가 바람직하며, 1/2 다이폴의 슬리브 직경은 어느 정도 서로 상이하게 되어, 슬리브가 다른 슬리브 내부에 배치되도록 한다. 이 경우에, 1/2 다이폴의 길이는 전송될 주파수 대역 범위에 좌우된다. 이 경우에, 슬리브 형태이며, 보다 짧은 길이를 갖도록 설계되고 보다 높은 주파수 대역 범위를 필요로하는 이들 1/2 다이폴은 외부에 위치되는데, 보다 낮은 주파수 대역 범위에 대해 적절하게 보다 길게 되도록 설계되는 이들 1/2 다이폴은 이들 외부 슬리브 내부에 배치되며, 이들의 길이는 외부 다이폴 슬리브를 넘어서 돌출된다.
1/2 다이폴 외부 및 내부 슬리브 각각의 내단부는 전기적으로 그리고 기계적으로 슬리브 베이스와 유사한 단락점에 접속되는데, 슬리브 형태로 서로 인터리빙 되는 하나의 1/2 다이폴은 내부 도체와 접촉하며, 서로 인터리빙되는 다른 1/2 다이폴은 외부 도체와 접촉한다.
이러한 설계 원리의 특징은, 예를 들어, 슬리브 형태이고 더 높은 주파수 대역 범위에 적합한 최외측 1/2 다이폴이 외부에 대해선 다이폴 방사 요소로서 작용하지만 내부에 대해선 디튜닝 슬리브(detuning sleeve)로서 작용하도록 하여, 슬리브 형태이고 저 주파수 대역 범위를 위하여 제공되는 이들 1/2 다이폴이 방사 요소와 동일하게 되지 않도록 한다.
슬리브 형태의 이들 1/2 다이폴은 더 낮은 주파수 대역 범위를 위하여 제공되고, 대조적으로, 이들 1/2 다이폴 각각은, 표면파가 외부 도체상으로 전파되지 않도록, 고 주파수 대역 범위에 대해 어떤 영향을 미치면서 슬리브 형태인 외부 방사 요소의 차단 작용 없이도 자신의 전체 길이 바깥에 걸쳐서 방사 요소로서 작용하지만 내부에 대해선 디튜닝 슬리브로서 작용하도록 보다 길게 설계된다.
2개 이상의 주파수 또는 주파수 대역이 전송되는 경우, 고주파수용 슬리브 각각은 길이면에선 짧고 직경면에선 크게 되고, 저 주파수 대역 범위를 위하여 슬리브 형태인 1/2 다이폴이 서로 인터리빙되도록 수용하기 위하여, 설계 원리는 적절하게 확장될 수 있다.
이러한 설계 원리는 또한, 공통 접속선 또는 공통 동축선을 통해서 집중 급전하도록 하는데, 이는 급전 뿐만 아니라 안테나의 유지 및 기계적인 견고성을 위하여 사용된다. 이 경우에, 외부 도체 형태인 동축 수직관은 적절한 급전점, 즉 1/2 다이폴의 단락 회로점(short-circuiting point)에서 하나의 1/2 다이폴에 기계적으로 그리고 전기적으로 접속되는데, 내부 도체는 외부 도체를 다소 넘어서 이어져 다른 1/2 다이폴의 슬리브 베이스와 유사한 단락 회로점에 전기적으로 그리고 기계적으로 부착된다. 내부도체가 적절한 강도를 갖는 경우, 더이상의 부가적인 강성 조치는 필요치 않다. 그렇치 않다면, 전기적으로 영향을 미치지 않지만 견고성을 위하여 사용되는 부가적인 조치가 상호 인접한 1/2 다이폴의 슬리브 형태인 단락 회로점사이에 제공된다. 이와 별도로, 첨부된 도면에 도시된 전체 안테나는 보호관, 예를 들어, 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 관에 수용되는데, 이는 가능한한 정확하게 맞춰지도록 안테나 장치상에서 맞물려져, 내부 도체가 단지 상부 1/2 다이폴의 중량에 견디고 흡수하도록 하는데, 그 이유는 경사 부하(tilting loads) 및 이동이 보호관에 의해 흡수되기 때문이다.
도면으로부터 알수 있는 바와 같이, 부가적인 주요한 이점은 2개 이상의 주파수 대역 범위를 안테나 장치에 제공하는데 단지 하나의 동축 케이블 접속만이 필요로된다는 것이다.
그러나, 1/2 다이폴은 슬리브 형태이고 자신의 급전점에서 단락 회로가 되는 관형 구조체 형태일 필요는 없다. 슬리브 형태인 이들 1/2 다이폴은 원형 또는 원통형 단면을 갖거나 다각형 또는 심지어 타원형 단면을 가질 수 있다. 또한, 이들은 폐쇄된 관형이 될 필요는 없다. 다수-소자 구조체가 또한 가능한데, 여기서 슬리브와 유사한 1/2 다이폴은 다수의 개별적인 도체 부분 또는 도전성 소자로 이루어지거나, 이들 부분 또는 소자가 각 인접 제2 다이폴에 접속되는 각 급전 단부에서 서로 단락 회로가 되는 경우, 이들 부분 또는 소자로 나뉘어진다.
특히, 본 발명을 따르면, 단일 대역 뿐만 아니라 다수 주파수 대역 안테나 장치가 가능한데, 이는 적어도 2개의 주파수 대역 범위 각각에서 차례로 전송할 수 있는 중첩되어 위치된 적어도 2개의 안테나 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 동축 급전선 장치는 특히 각각의 하부 위치에 있는 안테나 장치에 의하여 축방향을 통하여 관통하며 다음의 상부 안테나 장치로 이어진다. 급전선에 있어서, 다중 동축 급전선의 각각의 외부 전기 도체는 하부 안테나 장치의 1/2 다이폴에 급전하도록 사용되는 반면에, 이와 대조적으로, 동축선(예컨대, 일반적으로 와이어형으로 되어 있는 내부 도체 및 이를 둘러싸고 있는 최내측 동축 도체)은 다른 안테나 보다 위에 있고 1/2 다이폴이 제공되어 있는 안테나 장치에 급전하는데 사용된다.
설계 원리는, 3개 이상의 안테나 장치가 중첩되도록 하는 방식으로 케스케이드될 수 있다.
이는 특정한 급전 및 출력 결합 장치를 사용함으로써 매우 유용하고 효율적인 방식으로 성취될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도1a는 2-대역 안테나(다이폴 구조)의 예시적인 일 실시예의 개요적인 축 종단면도.
삭제
도1b는 중첩되어 있는 2개의 2-대역 안테나의 예시적인 일 실시예의 개요적인 축 종단면도.
도2는 종래 기술에 공지되어 있는 동축선용 협대역 피뢰 장치를 도시한 도면.
도3은 한 주파수 대역을 위한 3축선의 급전을 위한 발명에 따른 급전 및 출력-결합 장치의 원리를 설명하기 위한 개요적인 축방향 단면도.
도4는 본 발명을 따른 다중대역 급전 또는 출력-결합 장치의 전개도.
도5는 도 4의 선 V-V에 따르는 개요적인 단면도.
도6은 도 4의 수정된 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도7은 도 4를 수정한, 2개의 안테나 장치를 통새서 송신되거나 수신된 3개의 주파수(3개의 주파수 대역)를 급전하기 위한 다중대역 출력-결합 장치의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도8은 도4와 관련하여 더욱 개발되고, 4배 동축선에 의하여 2개의 주파수 대역 범위를 커버하고 중첩되어 있는 3개의 안테나 장치를 급전하기 위한 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도9는 도 4와 비교 가능하지만, 단지 하나의 내부 도체(예를 들어, 2개의 주파수 대역 장치용 피뢰 장치)를 지닌 실시예를 도시한 도면.
삭제
도1a에 도시된 바와 같은 다중-대역-안테나(1)는, 도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 도전성 원통형 관으로 형성된 2개의 1/2 다이폴(3' 및 3" )을 지닌 제1 안테나(3)를 포함한다. 이 경우에, 도면의 최상부에 위치한 1/2 다이폴(3' )은 슬리브 형태인데, 즉 이는 제2의 1/2 다이폴(3" )에 인접한 단부(7' )에서 슬리브 형태로 폐쇄되어 있다.
이들 1/2 다이폴(3′ 및 3″)의 길이는 전송될 주파수 대역 범위에 좌우되고, 도시된 예시적인 실시예에서, 저 GSM 주파수 대역 범위의 전송, 즉 GSM 이동 무선 표준을 따르면, 900MHz 대역의 전송에 정합된다.
다이폴 형태의 제2 안테나는 제2 주파수 대역 범위를 전송하는데 제공되며, 도시된 예시적인 실시예에서, 이는 1800MHz이고, 이 안테나의 1/2 다이폴(9' 및 9")은 길이를 짧게하고, 이에 대응하여 전송될 주파수 대역 범위를 높게하여 설계되고, 도시된 예시적인 실시예에서, 전송 주파수가 2배만큼 높기 때문에 1/2 다이폴(3' 및 3" )의 길이에 대해 약 1/2이 된다.
이들 1/2 다이폴(9' ,9" )은 마찬가지로, 도시된 예시적인 실시예에서 관 또는 원통형이지만, 1/2 다이폴(3' 및 3" )의 직경보다 큰 직경을 가짐으로써, 보다 짧은 길이를 갖는 안테나(9)의 1/2 다이폴은 보다 큰 세로 길이를 지닌 1/2 다이폴(3' 및 3" ) 내에 수용되어 이들과 맞물리게 될 수 있다.
슬리브 형태로 결합되도록 설계된 1/2 다이폴(3" 및 9" 및 3' 및 9')각각은, 상호 인터리빙되도록 하고 1/2 다이폴의 상호 인접하는 내단부(7' ,7" )에 각각 위치되도록 하는데, 이 방식으로, 상호 전기적으로 접속되어 단락 회로(11' 또는 11")를 각각 형성한다.
이 도면은 또한, 하부 1/2 다이폴(3" 및 9" )이 동축 급전선(17)의 외부 도체(15)를 거쳐서 급전되며, 내부 도체(19)는 상부 1/2 다이폴(3' 및 9')의 슬리브 형태의 단락 회로(11') 접속점에 이르기까지 하부 1/2 다이폴의 단부(7" )의 단락 회로(11" )를 넘어서 루팅되는데, 여기서 이들은 1/2 다이폴(3' 및 9' )의 슬리브 형태의 베이스와 전기 및 기계적으로 접속되어 있다.
이 실시예에서, 단일의 동축 접속부(21)를 통해서 서로 인터리빙되도록 배치된 2개의 다이폴 안테나(3 및 9)에 급전할 수 있다.
고주파수 대역 범위를 위하여 제공되는 1/2 다이폴이 짧은 길이를 갖도록 하여 외부를 향하여 방사 소자로서 작용하도록 하는 반면에, 슬리브 형태의 1/2 다이폴(9' 및 9")의 내부는 디튜닝 슬리브(detuning sleeve)로서 작용하도록 하는 방식으로 안테나를 동작시킨다. 이러한 디튜닝 슬리브 효과는, 표면파가 보다 큰 길이를 갖는 제2 안테타의 1/2 다이폴상으로 전파되지 않도록 한다.
그러나, 관 또는 슬리브 형태의 외부 1/2 다이폴(9', 9")의 고주파수용 디튜닝 슬리브는 "식별될 수 없거나" 또는 보다 큰 길이로 신장되는 1/2 다이폴(3', 3")을 지닌 제2 안테나(3)에 대해 유효하게 되어, 이들 1/2 다이폴이 또한 외부를 향하여 각각 방사 소자로서 작용하도록 한다. 그러나, 슬리브 형태인 하부 1/2 다이폴(3")의 내부는 디튜닝 슬리브로서 작용한다. 이러한 디튜닝 슬리브는 표면파가 동축 급전선의 외부 도체상에 전파되지 않도록 한다.
이러한 설계는 현재까지 알려지지 않은 최적의 전방향성 방사 특성을 지니고 또한 단일의 공통 접속을 통해서 급전을 간단하게 하는 안테나를 매우 콤팩트하게 배열할 수 있게 한다.
그러나, 도시된 예시적인 실시예와 대조적으로, 1/2 다이폴은 관 또는 슬리브 형태일 필요는 없다. 1/2 다이폴(3' 내지 9")에 대한 둥근 단면 대신에, 다각형(n-다각형)의 1/2 다이폴 뿐만 아니라 원형과 다른, 예를 들어 타원형 1/2 다이폴도 고려할 수 있다. 게다가, 슬리브 형태 및 상술된 바와 같은 형태의 단락 회로(11' 또는 11") 각각이 형성되는 1/2 다이폴의 상호 인접한 내단부(7' 또는 7")에서 서로 전기적으로 접속되고, 이와 동시에, 표면파가 전파되지 않도록 내부 슬리브에 대한 각 외부 슬리브의 차단 효과를 유지하도록 설계되면, 1/2 다이폴에 대한 구조는 또한, 원주의 외부 표면이 3차원으로 구부려지거나 심지어 평활하게 되는 다수의 개별 소자로 나뉘어지는 것을 고려할 수 있다.
첨부 도면에 도시되어 있는 예시적인 실시예의 점선은, 이러한 설계 원리가 아무런 문제없이 다른 주파수 대역으로 확장될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이 경우에, 점선은 예를 들어, 부가적인 외부 슬리브가 또한 제3 안테나(25)의 1/2 다이폴(25')을 위하여 제공될 수 있다는 것을 나타내는데, 이 다이폴은 훨씬 높은 주파수를 위하여 설계됨으로 훨씬 짧은 길이를 갖는다. 이들 1/2 다이폴(25' 및 25" )은 또한, 서로를 향하는 내단부에서 다른 1/2 다이폴의 단부에 대해 단락 회로로 된다. 이들 1/2 다이폴(25' 및 25")의 외부는 이 주파수에 대해 방사 소자로서 작용하며, 그 내부는 다음 내부 1/2 다이폴에 대해 디튜닝 슬리브로서 작용한다. 그러나, 이들 디튜닝 슬리브는 서로에 인터리빙되는 1/2 다이폴에 대해선 효율적이지 않다.
도 1a에 도시된 예시적인 실시예와 대조적으로, 슬리브 또는 중공 실린더 등의 형태가 아닌 1/2 다이폴, 즉, 예를 들어, 로드(rod) 형태의 1/2 다이폴은 또한, 상부 최내측 1/2 다이폴(3') 대신에 사용될 수 있는데, 그 이유는 이 1/2 다이폴이 부가적인 1/2 다이폴 또는 그 내에 급전선 접속부를 수용할 필요가 없기 때문이다.
도 1b에 도시된 바와 같은 다중대역 안테나는 제1 안테나 장치(A)를 포함하는데, 이 안테나 장치의 설계는 도1에 도시된 안테나 장치의 설계에 대응한다. 도1에 사용된 참조 기호는 도1b의 안테나 장치(A)에 대해 첨자 "a"만을 추가한 것이다.
그러나, 도1b에 도시된 안테나 장치는 또한, 참조 기호로서 제1 안테나 장치에 대해 사용된 첨자로서 "a"가 아니라 제2 안테나 장치에 대해선 "b"를 사용한다는 것을 제외하면, 동일한 원리로 설계된 제2 다중대역 안테나 장치(B)를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 동축 접속선(52)이 외부 도체(51) 및 내부 도체(53)에 접속된 단일의 동축 접속부(21a) 및 이 지점으로부터 시작되고 외부 도체(15a) 및 내부 도체(19a)를 갖는 급전선(17)을 거쳐서 서로에 인터리빙되도록 배치된 2개의 다이폴 안테나(3a 및 9a)에 급전할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같은 안테나에서, 예를 들어 3축 동축선(17)을 통해서, 즉 내부 도체(19a) 및 외부 도체(15a)를 지닌 내부 동축선(17a)을 통해서 상부 다중대역 안테나 장치(A)를 급전하고 내부 도체(19b) 및 외부 도체(15b)를 지닌 외부 동축선(17b)을 통해서 하부 안테나 장치(B)를 급전하도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 중앙 동축 도체는, 2가지 기능, 즉 상부 안테나 장치(A)용 외부 도체(15a)의 기능 및 하부 안테나 장치(B)용 내부 도체(19b)의 기능을 갖는다. 그러나, 내부 동축선의 외부 도체(15a)가 (예를 들어, 동축 접속 링크(21a)에 의해) 접지에 접속되고, 내부 동축 케이블(17a)의 외부 도체(15a)가 외부 동축 케이블(17b)의 내부 도체(19b)를 나타내기 때문에, 이는 외부 동축 케이블(17b)의 내부 및 외부 도체(19b, 15b)가 동일한 전위, 즉 접지를 갖는다는 것을 의미한다.
그러므로, 상부 및 하부 안테나 장치(A 및 B) 각각의 동작을 위하여 해당 급전을 허용하고 또한 내부 도체가 외부 도체의 전위에 접속되도록 하는 부가적인 기술적인 조치가 필요로된다.
내부 도체(19) 및 외부 도체(15)를 지닌 동축 선(17)을 위한 접속점(46)에서 동축 분기선(SL)을 갖는 종래 기술로부터 공지된 해결책이 도2에 도시되어 있는데, 상기 분기선(SL)은 외부 도체(15)에 전기적으로 접속되어 있는 반면에, 내부 도체(IL)는 동축선(17)의 내부 도체(19)에 접속되어 있다. 분기선의 단부에서, 외부 도체(AL)는 슬리브 형태의 단락 회로(KS)를 통해서 관련된 내부 도체(IL)와 단락 회로를 이루며, 이에 의해, 내부 도체(19)는 동축선(17)의 외부 도체(15)에 접속된다. 이는, 동축 분기선(LS)의 전기장(electrical length)이 1 = λ/4에 대응하도록 하는 방식으로 특정 주파수 또는 특정 주파수 대역에 대해서 행해지는데, 여기서, λ는 관련 주파수 또는 관련 주파수 대역의 파장이다. 그러나, 이는 특정 주파수 및 특정 파장에 대한 협대역에서만 가능하다.
도1에 도시되어 있는 상하부를 가진 안테나가 단지 한 주파수 대역에서만 동작되도록 하려면, 이는 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명을 따른 급전 장치 또는 출력 결합 장치를 지닌 공통 다중 동축선을 통해서 성취될 수 있다.
도3에 도시된 예시적인 실시예는 특히, 접속점(46)에서 직각으로 구부려지게 만들었다는 점에서 도2와 상이한데, 즉 도 2에 도시한 바와 같이 위로부터 아래로 더 이상 뻗어나게 한것이 아니라 접점(46)에서 좌측으로 벗어나서 구부려지게 한 것이다. 도3에 도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 도2에 도시된 분기선은 접속점(46)위로 수직으로 향하는 동축 접속선의 축방향 외연부에 놓여있는 것을 도시한다. 추가적인 차이점은 도2에 도시된 내부 도체(19)가 도3에서 동축선(17a)으로 대체되어 있다는 것이다.
상부 안테나 장치(A)에 급전하기 위한 내부 동축선(17a)의 내부 도체(19a) 및 외부 도체(15a)용 전기 접속부는 현재 동축 케이블(52)을 통해서 만들어 질 수 있는데, 이 동축 케이블은 동축 접속부(21a)에 이르고 내부 도체(53) 및 외부 도체(51)를 가지며, 상기 외부 동축선(17b)은 내부 도체(43) 및 외부 도체(41)를 지닌 제2 급전선(42), 동축 접속부(21b) 및 내부 도체(63) 및 외부 도체(61)를 지닌 동축 중간선(62)를 통해서 적절하게 급전되며, 이를 위하여, 최종적으로, 제2 접속선(42)의 내부 도체(63)는 내부 도체(19b)에 전기적으로 접속되고, 외부 도체(41)는 접속점(46)에서 급전선(17b)의 외부 도체(15b)에 접속된다. 따라서, 전기 감지시, 중간선(62)은 내부 도체(19b) 및 외부 도체(15b)를 지닌 외부 동축 급전선(17b)을 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서, 도1에 도시된 상부 및 하부 안테나 장치(A 및 B) 각각이 단지 하나의 주파수 대역 범위에서 동작하는 경우, 동축 분기선(SL) 및 관련된 외부 도체(AL)의 길이(1)가 논의하에서 주파수 1=λ/4에 대응하도록 하는 방식으로 접속점(46)에 급전된다. 개방 회로는 슬리브 형태인 단락 회로(KS)에 의해 접속점(46)에서 변환되는데, 이 결과, 외부의 외부 도체(15b)는 내부의 외부 도체(15a)와 전기적으로 단락된다. 따라서, 대응하는 안테나 장치는 도3과 관련하여 설명된 급전 및 출력 결합 장치를 사용하여 한 주파수 대역에서 동작하도록 급전될 수 있다.
한편, 그러나, 대조적으로, 도1에 서술된 안테나가 중첩되어 있는 2개의 안테나 장치(A 및 B)로 2개의 주파수 대역 범위에서 동작되는 경우, 도4에 설명된 바와 같은 급전 장치 또는 출력 결합 장치가 필요로 되고 이것이 이하에 설명될 것이다.
예를 들어, 2개의 상이한 주파수 대역 범위로 동작하기 위하여 도1에 도시된 안테나 장치의 경우에, 각 단락 회로(KS1 또는 KS2)를 통해서 각각 단락되는 2개의 동축 λ/4 라인은 보다 높은 주파수(예를 들어, 1800MHz 주파수 대역 범위의 전송을 위하여, 예를 들어, PCN을 위하여)에 정합하는데 사용되는 외부 λ1/4 라인(SL1) 및 예를 들어, 900MHz 대역(예를 들어, GSM)을 위한 보다 낮은 주파수에 정합하는데 사용되는 내부 λ/4 라인(SL2)과 인터리빙된다. 결과적으로, 제1 분기선(SL1)의 외부 도체(AL2)는 방사형 단락 회로(KS1), 즉 동축 분기선(SL2)의 외부 도체(AL2)에 대해 링 또는 슬리브 형태의 단락 회로에 의해 분기선(급전점(46)에 대해서)의 끝에서 단락되고, 분기선(SL2)의 외부 도체(AL2)는 부가적인 방사형 단락 회로(KS2), 즉 외부 동축선의 내부 도체(19b)에 대해 링 또는 슬리브 형태의 단락 회로를 통해서 단락된다. 내부 외부 도체(AL2)는 접속점(46)에 인접하여 자유롭게 종료된다.
예시적인 실시예를 따르면, 상부 안테나 장치(A)는 제1 동축 케이블 접속부(21a)를 통해서 급전되고, 내부 도체(53)는 내부 도체(19a)와 병합되고, 접속선(152)의 외부 도체(51)는 상부 안테나 장치(A)용 동축 급전선(17a)의 외부 도체(15a)와 병합된다.
하부 안테나 장치(B)는 제2 동축 케이블 접속부(21b) 및 외부 도체(41)와 내부 도체(43)를 지닌 다운스트림 중간선(42)을 통해서 급전되어, 내부 도체는 동축 급전선(17)의 내부 도체(19b)와 전기 접속되고 제2 동축 케이블 접속선의 외부 도체(41)는 3축선의 외부 도체(15b)에 전기 접속되도록 한다. 이 경우에, 바람직한 정합이 급전 및 출력 결합 장치의 하부 단부에서 동축 형태로 인터리빙되고 단부에서 각각 단락되는 분기선(SL1 및 SL2)에 의해 전송될 2개의 주파수 대역에 대해서 파장 λ1/4 및 λ2/4의 함수로서 실행되는데, 슬리브 형태의 상기 제1 단락 회로선(KS1)은 동축 분기선(SL2)의 전기장에 대해서 축 중심에 거의 근접하여 위치되고, 예시적인 실시예에서 전송되는 900MHz 및 1800MHz의 주파수 대역 범위에 정합된다.
따라서, 설명되는 2개의 단락 회로된 λ/4 분기선(SL1 및 SL2)는 직렬로 접속되어, 관련된 각 단락 회로(K S1 및 KS2)가 각 주파수 대역 범위의 접속점(46)에서 개방 회로로 변환되도록 한다.
도 6은, 보다 낮은 주파수를 위한 λ2/4 분기선(SL2)(외부 도체(AL2)를 지님) 이 외부에 배치되고 보다 높은 주파수를 위한 λ1/4 분기선(SL1)(외부 도체(AL1)를 지님)이 제1 분기선의 내부상에 (동심적으로)배치되는 경우, 직렬 접속된 단락 회로선(KS1 및 KS2)이 또한 대향되는 시퀀스로 구현되는 것을 도시한 것이다. 그러나, 이에 대한 설계 복잡도가 더욱 크게된다.
상술된 예시적인 실시예 이외에, 예를 들어, 다수의 단락 회로 λ/4선, 예를 들어, 3개의 이와 같은 선은 또한, 서로 인터리빙되어, 다수의 주파수 대역 범위(에를 들어, 3개의 주파수 대역)를 급전 또는 출력 결합시킨다.
도 7은 서로에 대해 오프셋되는 3개의 주파수 대역을 대응하는 다수의 동축 급전선(17)에 급전하도록 의도된 상황에서의 설계 원리를 설명하는데에 만 사용되는데, 이를 위하여, 제3 단락 회로 접속부(KS3)는, 제3 단락 회로(KS3)가 훨씬 높은 주파수 대역 범위의 전송동안 길이 λ3/4를 갖도록 하는 예시적인 실시예에서 이루어진다는 가정하에서 정합을 위하여 제공된다.
급전 장치 또는 출력 결합 장치를 위하여 도4에 도시된 실시예에 대해 또 다시 수정한 예시적인 실시예가 도8에 도시되어 있는데, 이 도면에 도시된 장치에서, 도1에 도시된 예시적인 실시예 이외에, 서로 중첩되어 배치된 3개의 안테나 장치가 하나의 다수 동축 케이블선(17)을 통해서 결합하여 공급되는데, 이들 안테나 장치는 2개의 주파수 대역 범위에서 동작한다. 이는 도4와 관련하여 설명된 바와 같이 2개의 급전 및 출력 결합 장치를 통한 캐스케이트 형태로 이루어지며, 이 안테나 장치 각각은 외부의 외부 도체 및 관계된 내부 도체간을 적절하게 정합시키며, 이와 동시에, 다음 내부의 내부 도체를 위한 외부 도체를 나타낸다. 본 발명을 따르면, 각 단계에서, 외부 도체는 관련된 내부 도체에 의해 서술된 급전 또는 출력 결합 장치(101 또는 103) 각각을 통해서 공통 전위에 접속된다. 도8의 예시적인 실시예는 또한, 부가적인 외부 도체(AL1, AL2) 및 단락 회로(KS3, KS4)에 의해 다수의 단계로 확장될 수 있다.
도9는 단일 동축선(17)용 또 다른 급전 및 출력 결합 장치를 도시하지만, 2개의 주파수 대역 범위를 위한 예시된 예시적인 실시예에서 광대역 피뢰가 제공된다.
이 기능은 도 4에 도시된 내부 동축 도체(17a) 대신에 단일의 내부 도체(15)만이 제공되는 것을 제외하면 도4에 도시된 예시적인 실시예에 상응한데, 이로 인해, 이 내부 도체는 축 방향에서 어떤 굴절 없이 진행하여 통과되고, 단부에서 단락되는 2개의 인터리빙된 분기선(SL1 및 SL2)는 동축선(17)으로부터 직각으로 분기된다. 동작 설계 및 방법과 관련하여, 도4에 도시된 예시적인 실시예에 대해 달리 참조하면, 도4에 도시된 외부 동축 도체(17b) 및 내부 도체(15b) 와 내부 도체(19b)와 유사하게 전송될 수 있다.

Claims (41)

  1. 다중대역 안테나 장치에 있어서,
    급전선 장치와,
    제1 동작 주파수 범위를 갖는 적어도 제1 안테나로서, 상기 제1 안테나는 상기 급전선 장치와 마주보는 1/2 내부 다이폴 및 상기 급전선 장치로부터 벗어나서 마주보는 1/2 외부 다이폴을 포함하는, 제1 안테나와,
    제1 주파수 범위 보다 높은 제2 동작 주파수 범위를 갖는 적어도 제2 안테나로서, 상기 제2 안테나는 상기 급전선 장치와 마주보는 1/2 내부 다이폴 및 상기 급전선 장치로부터 벗어나서 마주보는 외부 다이폴을 포함하는 적어도 제2 안테나를 포함하는데,
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 통합되고 서로 인터리빙되며, 상기 제1의 1/2 다이폴 안테나는 적어도 부분적으로 상기 제2의 1/2 다이폴 안테나 내에 배치되며,
    상기 1/2 다이폴은 적어도 전기적으로 슬리브 또는 박스 형태이며,
    상기 1/2 다이폴은 서로 단락되는 각각 상호 인접한 내단부를 가지며,
    상기 1/2 다이폴은 상기 동작 주파수 범위에 따른 길이를 갖는 상기 내단부로부터 신장되는 다중대역 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴은 서로에 대해 동축으로 배치되는 다중 대역 안테나 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴은 원형인 다중대역 안테나 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴은 다각형인 다중대역 안테나 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴은 n변을 갖는 다각형인 다중대역 안테나 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴은 세로 외연부에 대해 가로지르는 교차부에서 타원형인 다중대역 안테나 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴을 단락시키는 도전성 다이폴 벽을 더 포함하며, 상기 벽은 상기 1/2 다이폴의 세로 외연부에 대해 횡으로 원주 방향으로 폐쇄되는 다중대역 안테나 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 1/2 다이폴의 세로 외연부에 대하여 횡으로 원주 방향으로 제공된 도전성 다이폴 벽을 더 포함하며, 상기 벽은 대응하는 1/2 다이폴의 각 내단부에서 서로에 대해 전기적으로 단락되는 다수의 개별 소자로 분리되는 다중대역 안테나 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 제1 및 제2 안테나에 급전하는 공통 동축선을 갖는 다중대역 안테나 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 제1 및 제2 안테나에 급전하는 공통 동축선을 갖는 다중대역 안테나 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 동축선은 다중대역 안테나용 기계적 지지체 및 홀더를 제공하며, 상기 동축선은 수직관을 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 동축선은 상기 1/2 다이폴에 급전하며, 기계적으로 지지하고 유지시키는 외부 도체를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 내부 도체 및 외부 도체를 포함하며, 상기 내부 도체는 상기 외부 도체를 적어도 약간 넘어서 들출하며, 상기 내부 도체는 다수의 1/2 다이폴에 급전하며, 상기 내부 도체는 상기 복수의 1/2 다이폴을 기계적으로 유지 및 지지하는 돌출 단부를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 그 내에 통합된 적어도 제3 안테나를 더 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제3 안테나는 슬리브를 포함하는 1/2 다이폴을 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제3 안테나는 최내측 폐쇄부를 가지며, 상기 급전선 장치는 상기 최내측 밀폐부 내의 제3 안테나를 축방향으로 관통하여 상기 제1 및 제2 안테나로 신장되는 다중대역 안테나 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 외부 동축 도체 및 내부 도체를 갖는 다수의 동축선을 포함하며, 상기 제3 안테나는 상기 급전선 장치에 근접한 적어도 1/2 다이폴을 가지며, 상기 외부 동축 도체는 상기 급전선에 근접한 제3의 1/2 다이폴 안테나에 접속되며, 상기 내부 도체는 적어도 하나의 부가적인 제3의 1/2 다이폴 안테나에 접속되며, 상기 내부 도체는 부가적인 내부 도체용 외부 동축 도체를 제공하며, 상기 부가적인 내부 도체는 상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 한 안테나에 급전하는 다중대역 안테나 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 내부 도체는 제3 안테나로부터 신장되어 상기 제1 안테나의 1/2 다이폴 및 상기 제2 안테나의 1/2 다이폴에 접속되는 다중대역 안테나 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 외부 동축선 및 내부 동축선을 갖는 적어도 하나의 3축선을 포함하며, 상기 외부 동축선은 내부 동축선용 외부 동축 도체를 형성하는 내부 도체를 갖는 다중대역 안테나 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 서로 전기적으로 절연되는 2n개의 선을 지닌 다수의 동축 급전선을 포함하는 다중대역 안테나.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 급전선 장치는:
    외부 도체 및 내부 도체를 갖는 다수의 동축 급전선과,
    상기 동축 급전선으로부터 분리되는 분기선으로서, 상기 분기선은 적어도 내부 및 외부 인터리빙된 동축 분기선을 포함하며, 상기 외부 동축 분기선은 λ1/4에 대응하는 전기장을 갖는데, 여기서 λ1은 상기 제1 주파수 범위의 파장에 대응하거나 이에 정합되며, 상기 내부 동축 분기선은 λ2/4에 대응하는 전기장을 가지며, 여기서, 2는 제2 주파수 범위의 파장에 대응하거나 정합되는, 분기선을 포함하는데,
    상기 외부 동축 분기선은 단부를 지닌 외부 도체를 가지며, 상기 내부 동축 분기선은 단부를 지닌 외부 도체를 가지고 또한 내부 도체를 가지며, 상기 외부 동축 분기선의 외부 도체 단부는 내부 동축 분기선의 외부 도체에 제1 단락 회로 접속을 통해서 단락되며, 상기 내부 동축 분기선의 외부 도체 단부는 상기 내부 동축 분기선 내부 도체에 제2 단락 회로 접속을 통해서 접속되며,
    상기 외부 동축 분기선의 외부 도체는 동축 급전선 외부 도체에 접속되며, 상기 내부 동축 분기선 내부 도체는 접속점에서 급전선의 내부 도체에 접속되며,
    상기 급전선 장치는 적어도 2개의 동작 주파수 범위에서 정합되는 다중대역 안테나 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 내부 및 외부 분기선은 상기 동축 급전선으로부터 횡으로 벗어나서 진행하며, 상기 안테나는 내부 및 외부 분기선을 루팅하기 위한 접속점을 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 내부 및 외부 분기선은 상기 접속점을 넘어서 축방향 신장되어 횡으로 진행하는 다중대역 안테나 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 적어도 3축선을 포함하며, 상기 내부 분기선 내부 도체는 상기 제2 단락 회로 접속부를 관통하는 동축 급전선을 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 외부 동축 분기선의 외부 도체는 외부 동축 급전선 외부 도체에 전기적으로 접속되고, 상기 내부 분기선 내부 도체는 내부 급전선 외부 도체를 형성하고 접속점에서 상기 외부 급전선 외부 도체에 전기적으로 접속되는 다중대역 안테나 장치.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단락 회로 접속부는 링을 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단락 회로 접속부는 슬리브를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 내부 및 외부 인터리빙된 동축 분기선의 전기장은 상기 제1 및 제2 동작 주파수 범위에 따른 디멘죤으로 되어, 상기 단락 회로 접속부를 전기 개방 회로 접속부로 전기적으로 변환시키는 다중대역 안테나 장치.
  29. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 단락 회로 접속부는 상기 제2 단락 회로 접속부 보다 큰 축 길이를 갖는 다중대역 안테나 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제1 단락 회로 접속부는 외부에 위치되고, 상기 제2 단락 회로 접속부를 동축으로 둘러싸는 다중대역 안테나 장치.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 제1 단락 회로 접속부는 내부에 위치되고 상기 제2 단락 회로 접속부에 의해 동축으로 둘러싸여지는 다중대역 안테나 장치.
  32. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단락 회로 접속부는 다수의 동축 급전선의 세로 방향에 대해 방사상으로 그리고 상기 세로 방향에서 오프셋되는 슬리브를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  33. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 내부 급전선, 접속점 및 상기 접속점에 접속되는 내부 도체를 갖는 외부 급전선을 포함하며, 상기 내부 급전선은 상기 접속점을 통해서 직선 방향으로 진행하는 다중대역 안테나 장치.
  34. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는:
    내부 도체 및 외부 도체를 갖는 적어도 하나의 내부 도체 및 상기 내부 동축선을 둘러싸고 그 위에 한정된 접속점을 갖는 적어도 하나의 부가적인 축 방향 외부 도체를 포함하는 다수의 동축선과,
    내부 도체를 갖는 제2 동축 접속선을 포함하는데,
    상기 부가적인 축방향 외부 도체는 방출 개구를 가지며, 상기 제2 동축 접속선 내부 도체는 상기 방출 개구를 통해서 상기 접속점으로 루팅되는 다중대역 안테나 장치.
  35. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 적어도 하나의 내부 도체, 적어도 하나의 외부 도체, 및 상기 적어도 하나의 내부 도체 및 상기 적어도 하나의 외부 도체를 동일 전위에 접속시키는 접속부를 갖는 다수의 동축선을 포함하는 다중대역 안테나.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 전위는 접지 전위를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 접속부는 광대역 접속부를 포함하는 다중대역 안테나 장치.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 접속부는 적어도 상기 2개의 동작 주파수 범위를 결합시키는 다중대역 안테나 장치.
  39. 제 35 항에 있어서, 상기 급전선 장치는 적어도 제1 및 제2 주파수 범위에 대한 광대역에 걸쳐서 정합되는 다중대역 안테나 장치.
  40. 제1 주파수 범위 및 상기 제1 주파수 범위 보다 낮은 제2 주파수 대역에 사용하기 위한 안테나 구조체에 있어서,
    상기 제1 주파수 범위에서 사용하기 위한 제1 안테나로서, 상기 제1 안테나는 슬리브를 구비하는 제1 및 제2의 1/2 다이폴을 포함하는 제1 안테나와,
    상기 제2 주파수 범위에서 사용하기 위한 제2 안테나로서, 상기 제2 안테나는 슬리브를 구비하는 제1 및 제2의 1/2 다이폴을 포함하는 제2 안테나를 포함하는데,
    상기 제1 및 제2 안테나는 서로 통합되고 인터리빙되도록 배치되며, 상기 제2의 1/2 다이폴 안테나는 상기 제1의 1/2 다이폴 안테나 내에 배치되며,
    상기 1/2 다이폴의 적어도 일부는 각각 상호 인접한 내단부에서 단락되고 상기 제1 및 제2 주파수 대역 각각을 따른 길이로 이로부터 신장되는 안테나 구조체.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 주파수 범위는 상이한 주파수 대역인 안테나 구조체.
KR1020007014524A 1999-05-06 2000-05-04 다중 주파수 대역 안테나 KR100610995B1 (ko)

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