KR100644076B1 - 듀얼밴드 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀얼밴드 안테나에 관한 것으로서, 특히 유전체의 내측 공간부에 반사기헬리컬을 삽입 설치하되, 안테나급전부와는 단선 되도록 하고 유전체 외측에 설치하는 외부헬리컬은 안테나급전부에 고정시켜 주파수 대역을 넓힐 수 있는 듀얼밴드 안테나에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 동축선이 구비된 컨넥터의 상부에 고정되도록 저면이 폐쇄되고, 내측에 공간부를 형성하면서 상부가 개방된 유전체와; 상기 유전체의 공간부 바닥면에 일측단이 고정 설치되되, 나선형으로 감아서 형성된 반사기헬리컬과; 상기 유전체의 외주면을 나선형으로 휘감은 상태로 상기 컨넥터의 상부에 하단부가 고정되고, 상단부는 공중에 떠서 나선형으로 감긴 외부헬리컬로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼밴드 안테나가 개시된다.

Description

듀얼밴드 안테나{Dual band antenna}

도 1은 종래 의 동조 슬리브 쵸크를 이용하는 다중 주파수 안테나의 일 실시예로서 이중 주파수 대역에서 동작하는 모노폴 안테나의 단면 구성도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 안테나의 구조를 보여주는 분해사시도.

도 3은 본 발명인 안테나의 종단면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

2 : 켄넥터 3 : 유전체

4 : 반사기헬리컬 4a : 상부나선측

4b : 하부나선측 4c : 조밀나선부

5 : 외부헬리컬

본 발명은 듀얼밴드 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체의 내측 공간부에 반사기헬리컬을 삽입 설치하되, 안테나급전부와는 단선 되도록 하고 유전체 외측에 설치하는 외부헬리컬은 안테나급전부에 고정시켜 주파수대역을 넓힐 수 있는 듀얼밴드 안테나에 관한 것이다.

이동통신에 있어서 안테나의 역활은 송수전력의 절약과 주파수의 유효 이용으로 집약될 수 있다. 이동통신의 급속한 발달과 더불어 기존에 사용한 시스템의 용량포화 현상이 일어나게 되었고 그 해소책으로 새로운 방식의 시스템이 개발되어 설치되고 있는 상황이다.

실제로 국내에서는 기존 CDMA(Code Division Multiple Access)방식과 신규 PCS(Personal Communication System)방식과의 연동, 미국에서는 기존 AMPS(Advanced Mobile Phone Service)방식과 US(United States) PCS방식의 연동, 유럽에서는 기존 GSM(Groupe Speciale Mobile)방식과 신규 DECT(Digital European Coedless Telephone)방식 혹은 상기 GSM을 1,800MH_Z 대역에 적용한 DCS(Digital Communication System) 1800방식과의 연동을 필요로하고 있는데, 이러한 연동방식을 듀얼밴드(dual band)방식이라 한다.

다시 말해서 듀얼밴드방식은 상기한 바와 같이 다른 두 방식 즉, 주파수 대 역이 서로 다른 시스템을 연동시키는 방식이다.

그런데 지금까지는 듀얼밴드 시스템에 사용될 수 있는 단말기용 소형안테나를 두 대역별로 각각 사용함으로서 불편함과 자재비 상승을 초래하여 왔고 단말기의 소형·경량화에도 장애요소가 되어 왔다.

미합중국 특허번호 제4,509,056호에는 동조 슬리브쵸크를 이용하는 다중 주파수 안테나(Multi-Frequency Antenna Employing Tuned Sleeve)가 개시되어 있다.

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첨부도면 도 1은 종래 의 동조 슬리브 쵸크를 이용하는 다중 주파수 안테나의 일 실시예로서 이중 주파수 대역에서 동작하는 모노폴 안테나의 단면 구성도로써, 상기 내부 도체(80)와 슬리브 쵸크(30) 사이의 커플링(coupoing)은 상기 쵸크(30)의 개방 끝(open end) 부분에서 일어난다. 즉 λ/4일 때는 하이 임피던스로 작용하여 상기 내부 도체(80)와 슬리브 쵸크(30) 사이에는 커플링이 거의 일어나지 않고, λ/4가 아닐 때는 로우 임피던스로 동작하여 커플링이 일어난다.

상기 쵸크(30)는 상기 내부 도체(80)와 외부 도체(60)와의 단락된 λ/4 전송(transmission)라인으로 동작하도록 하며, 두 도체 사이에 유전체 물질(dielectric matrial)(40)을 넣어 전기적 길이를 조정한다.

유전체 물질(40)의 유전율(dielectric constant)은 전기적 길이를 맞추기 위해 선택된다.

이와 같이 유전체 물질을 이용하여 상기 내부 도체(80)와 외부 도체(60)가 무한대 임피던스가 되게 하는 것은 두 도체의 길이를 주파수에 무관하게 할 수도 있다. 즉 유전체 물질로 커플링의 양을 조절할 수 있다.

상기 내부 도체(80)와 외부 도체(60)로 이루어지는 구조는 동축선 전송라인으로 간주할 수 있고, 그 특성 임피던스는 다음 수학식1로 표시된다.

이때 상기

은 유전율이고, D는 외부 도체의 직경(diameter)이며, d는 내부 도체의 직경이다. 내부 도체(80)와 외부 도체(60) 상이의 입력 임피던스는 다음 수학식2로 나타내어진다.

여기서,

γ=α+ｊβ이고, α는 감쇠 계수(attenuation fator)이며, β는 지연(propagation) 상수이고, γ는 전송라인 길이이며 Z은 부하 (load) 임피던스이다.

그런데 도시된 바에 따르면 구조상 외부 도체(60)가 그라운드(ground plane:20)와 가까이 접하고 있어서 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance)가 존재하여 안테나의 효율을 저하시킨다.

그러므로 안테나의 효율을 증가시키기 위해서는 기생캐패시턴스를 줄여야 하는데, 도 1의 구조에서는 외부 도체(60)의 직경을 줄여야 한다. 저술한 수학식1에 따르면, 외부 도체(60)의 직경을 줄이는 것은 결국 쵸크의 특성 임피던스를 줄이는 것이 된다.

이렇게 줄여진 쵸크(30)의 특성 임피던스는 결국 커플링의 양을 변화시켜서 안테나의 성능을 저하시키게 된다.

이러한 이유로 커플링의 양에 영향을 주지 않음과 동시에 쵸크(30)의 특성 임피던스를 외부 도체(60)의 직경을 줄이기 전과 같이 하려면 내부 도체(80)의 직경을 줄이는 수 밖에 없다.

하지만 내부 도체(80)의 직경을 줄이는 것은 안테나의 대역폭을 줄이는 결과를 가져오게 된다.

결국 이렇게 제작된 안테나는 시스템에서 요구하는 주파수 대역을 충분히 커버(cover)하지 못하게 된다.

또한 도시한 바에 따르면, 커플링의 양을 조절하기 위해서 유전체 물질을 사용하므로 적당한 커플링을 위해서는 유전율과 유전체 물질의 치수(dimension)가 바르게 선택되어져야 한다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 구성이 간단하고 소형화되어 사용이 편리할 뿐만 아니라 가격이 저렴하고 성능이 우수한 듀얼밴드 안테나를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 동축선이 구비된 컨넥터의 상부에 고정되도록 저면이 폐쇄되고, 내측에 공간부를 형성하면서 상부가 개방된 유전체와; 상기 유전체의 공간부 바닥면에 일측단이 고정 설치되되, 나선형으로 감아서 형성된 반사기헬리컬과; 상기 유전체의 외주면을 나선형으로 휘감은 상태로 상기 컨넥터의 상부에 하단부가 고정되고, 상단부는 공중에 떠서 나선형으로 감긴 외부헬리컬로 이루어진 듀얼밴드 안테나에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 안테나의 구조를 보여주는 분해사시도이고 도 3은 본 발명인 안테나의 종단면도로서 이에 따르면, 본 발명인 안테나의 구조는 동축선(2a)이 구비된 컨넥터(2)의 그라운드판(2b) 상부에는 소정의 두께를 갖으며 내부에 공간부(3a)를 형성하면서 상부가 개방된 유전체(3)가 설치된다.

상기 유전체(3)의 공간부(3a) 바닥면에는 나선형의 반사기헬리컬(4)의 일단이 삽입 고정되고, 그 타단은 공간부(3a)와 이격된 상태로 설치되되, 나선형으로 감긴 반사헬리컬(4)의 측면부가 공간부(3a) 내주면에 접지된 상태로 설치되어 있다.

상기 반사기헬리컬(4)의 형상을 구체적으로 설명하면 상부나선측(4a)과 하부나선측(4b)은 나선방향, 지름 및 나선과 나선의 거리가 동일하지만, 상부나선측(4a)과 하부나선측(4b)이 서로 결합되는 중앙부위는 지름은 같고 나선과 나선 사이의 간격이 조밀한 조밀나선부(4c)가 형성되어 있다.

상기 외부헬리컬(5)은 하단부가 유전체(3)의 외주면을 나선형으로 휘감은 상태로 상기 그라운드판(2b)에 고정되면서 그 상단부는 공중에 나선형으로 감긴 부위가 떠있는 상태로 설치되어 있다.

또한, 상기 반사기헬리컬(4)은 상부나선측(4a)과 하부나선측(4b)로 분리하는 각각의 단부를 서로 회전시키면서 결합한 조밀나선부(4c)를 형성함이 바람직하다.

다르게는, 상부나선측(4a)과 하부나선측(4b)을 원통형의 연결단자(4d)로 접속하거나, 반사기헬리컬(4)의 중앙부를 파이프형 피복체(4e)로 피복하여 조밀나선부(4c)를 형성한 것과 동일한 효과를 얻을 수도 있다.

상기와 같이 형성된 본 발명의 듀얼밴드 안테나의 작용효과를 설명하면 주파수를 송출하면 주파수는 안테나의 중심방향과 외측으로 송출되어 진다.

이때, 상기 외측으로 송출되는 주파수는 그대로 송출되고 안테나의 중심방향으로 송출되는 주파수는 유전체(3)를 통과하여 반사기(4)과 충돌을 일으키면서 방향이 180°굴절되어 안테나의 외측으로 송출되어 진다.

한편, 외부헬리컬(5)은 실질적으로 전파(주파수)의 복사특성과 관계하는 안테나부분으로 나선형으로 권선된 선재의 피치, 내경의 직경, 선재의 굵기와 턴(turn)수 등이 안테나의 공진 특성과 복사 패턴을 결정한다.

반사기(4)는 안테나 이득의 극대화와 공진 특성을 결정한다. 구체적으로 반사기(4)를 이루는 부분중 조밀하게 나선된 조밀나선부(4c)의 면적과 급전부분의 끝단에서 떨어진 간격이 공진 특성을 결정한다.

내부유전체(3)는 유전율에 따라 내부 관내파장의 길이를 변화시켜 두개의 공진 주파수 사이의 떨어진 간격을 조정한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 유전체의 내측 공간부에 반사기헬리컬을 삽입 설치하되, 안테나급전부와는 단선 되도록 하고 유전체 외측에 설치하는 외부헬리컬은 안테나급전부에 고정시키는 구조를 가지므로 안테나의 구성이 간단하고 소형화되어 사용이 편리할 뿐만 아니라, 가격이 저렴하고 성능이 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 동축선이 구비된 컨넥터의 상부에 고정되도록 저면이 폐쇄되고, 내측에 공간부를 형성하면서 상부가 개방된 유전체와;

   상기 유전체의 공간부 바닥면에 일측단이 고정 설치되되, 나선형으로 감아서 형성된 반사기헬리컬과;

   상기 유전체의 외주면을 나선형으로 휘감은 상태로 상기 컨넥터의 상부에 하단부가 고정되고, 상단부는 공중에 떠서 나선형으로 감긴 외부헬리컬로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼밴드 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기헬리컬은 상부나선측과 하부나선측을 포함하고, 상기 상부나선측과 하부나선측의 단부가 서로 회전 결합되어 조밀나선부를 형성하는 듀얼밴드 안테나.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기헬리컬은 상부나선측과 하부나선측을 포함하고, 상기 상부나선측과 하부나선측은 원통형의 단자로 연결되는 듀얼밴드 안테나.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기헬리컬은 그 중앙부의 외측에 피복된 파이프형 피복체를 더 포함하는 듀얼밴드 안테나.

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