KR100648652B1 - 불요 복사파 억압형 안테나 - Google Patents

불요 복사파 억압형 안테나 Download PDF

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Abstract

불요 복사파 억압형 안테나가 개시된다. 복수의 단차가 형성되는 계단형상 또는 곡면형상의 단면을 갖는 반사판과, 반사판의 일면에 결합되는 복수의 지지대, 복수의 지지대에 각각 결합되는 복수의 전파복사소자와, 전파복사소자와 전기적으로 연결되는 급전용 동축선을 포함하는 불요 복사파 억압형 안테나는, 안테나의 부엽(Side Lobe) 특성 및 전후방비(Front to Back Ratio ; FBR)를 개선할 수 있게 된다.
안테나, 반사판, 불요 복사파 억압형

Description

불요 복사파 억압형 안테나{Antenna for suppressing unwanted radiation waves}
도 1은 종래의 배열 안테나의 구조를 개략적을 나타내기 위한 평면도.
도 2는 종래의 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프.
도 3은 전력분배를 통해 부엽 특성을 개선한 종래의 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 비교실험에 사용된 종래의 배열 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 6은 도 5의 배열 안테나의 복사 패턴도.
도 7은 비교실험에 사용된 본 발명에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 8은 도 7의 불요 복사파 억압형 안테나의 복사 패턴도.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나 의 구조를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100a, 100b, 100c, 100d : 반사판
200 : 지지대
300 : 전파복사소자
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불요 복사파 억압형 안테나에 관한 것이다.
기존의 이동통신 서비스를 위한 안테나는 일반적으로 높은 이득과 특정 방향으로의 지향특성을 가지기 위해서 전파복사소자를 여러 개 사용하여 적절히 배열하는 구조를 가진 배열 안테나를 사용하게 된다.
또한, 배열 안테나 중 섹터 안테나는 전파복사소자를 이용해 안테나 후면에 반사판을 사용하여서 지향성을 예민하게 하여 사용한다. 이러한 섹터(Sector) 안테나를 일명 반사판 부착 안테나라고 하며, 간단한 구조로 높은 이득을 얻을 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
그러나 이러한 배열 안테나는 전파복사소자의 배열 개수 및 배열 간격에 따 라 일정 레벨의 부엽(Side Lobe)을 가지게 되며, 이는 안테나간의 분리도 및 외부 잡음의 유입의 원인이 됨으로써 통화품질을 떨어뜨리는 요인이 되는 문제가 있다.
또한, 일반적으로 배열 안테나의 반사판 구조는 평판구조를 가지고 있는 데 이는 좀 더 작고 가벼운 안테나를 선호함에 따라 안테나의 전후방비(Front Back Ratio; FBR)가 일정 크기 이하의 특성을 갖기가 어려운 문제가 있다.
도 1은 종래의 배열 안테나의 구조를 개략적을 나타내기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1과 같은 종래의 배열 안테나의 빔 패턴을 나타낸 것이며, 도 3은 전력분배를 통해 부엽 특성을 개선한 종래의 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 평판형 반사판(100) 위에 각각의 전파복사소자(300)를 일정 간격으로 배열을 함으로서 빔(Beam) 합성을 통하여 높은 이득의 안테나를 구현하고 있다.
하지만, 이동통신 서비스를 구현 함에 있어 안테나의 부엽(Side Lobe) 특성에 의한 불요 신호의 유입이 중요한 사항으로 작용 함에 따라, 부엽(Side Lobe) 특성을 개선한 안테나가 요구 되고, 이러한 요구에 따라 도 3에서와 같이 배열 안테나의 각각의 전파복사소자에 분배되는 전력을 달리 조정하여 부엽(Side Lobe) 특성을 일정 정도 개선되었다.
그럼에도 불구하고 이러한 전력 분배를 통한 부엽(Side Lobe) 특성 개선방식은 한계가 있어 불요 복사파 억압을 위한 안테나의 경우처럼 높은 레벨의 부엽(Side Lobe) 특성을 원하는 경우 전력분배만으로 부엽(Side Lobe) 특성 개선 효과를 가져오기가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술들의 단점을 극복하기 위한 것으로서, 각각의 전파복사소자가 다른 높이를 갖는 입체적 반사판을 구현하여 부엽(Side Lobe) 특성을 개선한 불요 복사파 억압형 안테나를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전후방비(Front to Back Ratio ; FBR)가 개선된 불요 복사파 억압형 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 곡면형상 또는 복수의 단차가 형성되는 계단형상의 단면을 갖는 반사판과, 반사판의 일면에 결합되는 복수의 지지대와, 복수의 지지대에 각각 결합되는 복수의 전파복사소자와, 전파복사소자와 전기적으로 연결되는 급전용 동축선을 포함하는 불요 복사파 억압형 안테나가 제공된다. 여기서, 복수의 지지대의 길이가 균일한 것이 바람직하다.
한편, 복수의 지지대 간의 수평간격은 균일하지 않을 수 있고, 또한 복수의 단차 간의 높이가 균일하지 않을 수 있다. 곡면형상의 단면을 갖는 반사판에 있어서 복수의 지지대와 반사판이 결합되는 부분의 곡면의 곡률이 균일하지 않을 수 있다.
반사판은 전체적으로 중앙이 오목한 계단형상 또는 곡면형상의 단면을 갖을 수 있다. 한편, 반사판은 전체적으로 중앙이 볼록한 계단형상 또는 곡면형상의 단면을 갖을 수 있다. 여기서, 계단형상은 복수의 단차 간의 높이가 균일하지 않을 수 있고, 곡면형상은 구면의 일부일 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4를 참조하면, 반사판(100a), 지지대(200), 전파복사소자(300)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나는 기존의 배열 안테나에서 사용되는 평판형 반사판에 전파복사소자가 배열된 구조와 달리 각각의 전파복사소자가 다른 높이를 갖도록 반사판을 입체적으로 구현하였다.
반사판(100a)은 절곡되어 계단형상의 단차를 갖도록 하여 전체적으로 중앙부가 오목한 계단형으로 형성되고, 반사판(100a)의 전면 상에 일정간격, 바람직하게는 λ/4 거리만큼 수직 상방으로 이격 되게 설치되어 전파를 복사하는 복수의 전파복사소자(300)가 배열되며, 일단이 반사판(100a)에 설치되고 타단이 전파복사소자(300)에 결합하여 전파복사소자(300)를 지지하는 복수의 지지대(200)가 구비된다.
한편, 본 실시예에서는 지지대(200)는 전파복사소자(300)의 중앙지점에서 결합한다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전파복사소자의 기능을 발휘하는 범위 내에서 당업자에게 자명한 다양한 결합방식도 포함됨은 물론이다.
또한, 각각의 전파복사소자(300)를 급전 시킬 수 있도록 하는 동축선(도면에는 도시되지 않음)이 구비되며, 동축선과 지지대가 일체로 형성되는 것도 고려될 수 있다.
이러한 구성으로 말미암아, 반사판(100a)상의 전파복사소자가 위치하는 부분의 높이가 달라짐에 따라 각각의 전파복사소자(300)의 높이가 다른 구조를 가진다.
결국, 공간 상의 어느 한 특정 지점에서 볼 때 각각의 전파복사소자(300)에 도달 또는 방사되는 전자파의 시간이 전파복사소자(300)의 높이에 따라 달라지고(즉, 각각의 전파복사소자(300)에 입사 되는 신호의 위상이 달라진다고 설명될 수 도 있다), 이는 빔 합성에 영향을 주게 되어, 부엽(Side Lobe)을 형성하는 널을 채우는 효과(Null Fill Effect)를 가져와 부엽(Side Lobe) 특성이 개선된다.
동시에, 이렇게 반사판의 구조를 입체적으로 함에 따라 동일 면적의 안테나에 비해 전후방비(Front to Back Ratio ; FBR)가 개선되는 이점이 있다.
한편, 반사판의 단차 또는 반사판의 굴곡정도, 이에 따른 전파복사소자간의 높이차, 전파복사소자간의 수평배열간격이 변수로 작용되며, 본 실시예에서는 전파복사소자 간의 수평거리(c,d)를 동일하게 하고, 전파복사소자의 높이를 다르도록 반사판의 단차의 높이(a1, b1)를 동일하게 하였으나, 안테나의 요구되는 규격(빔폭 등) 또는 사용 용도에 따라 상기 변수들을 달리하여 부엽특성(Side Lobe) 및 전후방비(FBR)를 개선한 다양한 형태의 불요 복사파 억압형 안테나가 고려될 수 있다.
도 5는 비교실험에 사용된 종래의 배열 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5의 배열 안테나의 복사 패턴도이고, 도 7은 비교실험에 사 용된 본 발명에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 7의 불요 복사파 억압형 안테나의 복사 패턴도이다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 평면형 반사판(100), 계단형 반사판(100a'), 지지대(200), 전파복사소자(300)가 도시되어 있다.
본 실험에 사용된 주파수 대역은 1.75 ~ 2.17 G Hz 이며, 전파복사소자(300)는 일 열로 6소자를 배열하고, 등 간격으로 배열하되 전파복사소자(300)의 수평간격(c,d,e)은 0.5~0.55 λ로 모두 동일하게 하였으며, 일반적인 안테나 패턴 측정 챔버를 사용하여 측정하는 공통조건에서 , 도 5에서와 같이 종래의 평판형 반사판(100)을 사용한 배열안테나의 경우에는 도 6과 같이 후방과 전방 우측에 부엽이 나타나는 복사패턴을 갖는다.
반면, 상기와 같은 공통조건에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 절곡하여 단차를 두어 전체적으로 중앙부가 오목한 계단형상으로 형성된 계단형 반사판(100a')을 사용하고, 반사판(100a')의 단차의 높이(a1, b1)를 동일하게 0.2~0.4 λ로 한 경우에는 도 8에서와 같이 후방과 전방 우측의 부엽이 최소화되고 전방의 주엽이 강화되어 부엽(Side Lobe) 특성 및 전후방비(FBR)가 개선됨을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 9를 참조하면, 반사판(100b), 지지대(200), 전파복사소자(300)가 도시되어 있다.
반사판(100b)은 절곡되어 계단형상의 단차를 갖도록 하여 전체적으로 중앙부가 볼록한 계단형으로 형성되는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 갖는 다. 이러한 구성으로 말미암아, 반사판(100b) 상의 전파복사소자가 위치하는 부분의 높이가 달라짐에 따라 각각의 전파복사소자(300)의 높이가 다른 구조를 가진다.
이렇게 반사판의 구조을 입체적으로 함에 따라 빔(Beam) 합성에 영향을 주게 되어, 동일 면적의 종래의 안테나에 비해 부엽(Side Lobe) 특성 및 전후방비(FBR)가 개선되는 이점이 있다.
한편, 반사판의 단차 또는 반사판의 굴곡정도, 이에 따른 전파복사소자간의 높이차, 전파복사소자간의 수평배열간격이 변수로 작용되며, 본 실시예에서는 전파복사소자(300) 간의 수평거리(c,d)를 동일하게 하고, 반사판(100b)의 단차의 높이(a2, b2)를 동일하게 하였으나, 안테나의 요구되는 규격(빔폭 등) 또는 사용 용도에 따라 상기 변수들을 달리하여 부엽 특성(Side Lobe) 및 전후방비(FBR)를 개선한 다양한 형태의 불요 복사파 억압형 안테나가 고려될 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 10를 참조하면, 반사판(100c), 지지대(200), 전파복사소자(300)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나는 기존의 배열 안테나에서 사용되는 평판형 반사판에 전파복사소자가 배열된 구조와 달리 각각의 전파복사소자가 다른 높이를 갖도록 반사판을 입체적으로 구현하였다.
반사판(100c)은 굴곡되어 구면형상의 단면을 갖도록 하여 전체적으로 중앙부가 오목하게 형성되고, 반사판(100c)의 전면 상에 일정간격, 바람직하게는 λ/4 거리만큼 수직 상방으로 이격 되게 전파를 복사하는 복수의 전파복사소자(300)를 배 열하되, 일단이 반사판(100c)에 설치되고 타단이 전파복사소자(300)와 결합하여 전파복사소자(300)를 지지하는 복수의 지지대(200)가 구비된다.
본 실시예에서는 복수의 전파복사소자(300) 간의 수평간격(c,d)을 동일하게 하여 반사판(100c) 상에 복수의 지지대가 결합되는 상기 반사판 상의 각 부분의 높이차(a3, b3)가 다르게 된다.
이러한 구성으로 말미암아, 반사판(100c)상의 전파복사소자(300)가 위치하는 부분의 높이가 달라짐에 따라 각각의 전파복사소자(300)의 높이가 다른 구조를 가진다.
결국, 공간 상의 어느 한 특정 지점에서 볼 때 각각의 전파복사소자(300)에 도달 또는 방사되는 전자파의 시간이 전파복사소자(300)의 높이에 따라 달라지고(즉, 각각의 전파복사소자(300)에 입사 되는 신호의 위상이 달라진다고 설명될 수 도 있다), 이는 빔 합성에 영향을 주게 되어, 부엽(Side Lobe)을 형성하는 널을 채우는 효과(Null Fill Effect)를 가져와 부엽(Side Lobe) 특성 및 동일 면적의 안테나에 비해 전후방비(FBR)가 개선되는 이점이 있다.
본 실시예에서는 전파복사소자 간의 수평거리(c,d)를 동일하게 하고 반사판(100c)의 단면형상을 구면의 일부로 하였으나, 안테나의 요구되는 규격(빔폭 등) 또는 사용 용도에 따라 전파복사소자 간의 수평거리(c,d)를 다르게 하거나 복수의 지지대(200)가 결합되는 반사판 상의 각각의 부분의 곡률이 서로 다른 불요 복사파 억압형 안테나가 고려될 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 불요 복사파 억압형 안테나 의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 11를 참조하면, 반사판(100d), 지지대(200), 전파복사소자(300)가 도시되어 있다.
본 실시예에서는 반사판(100d)은 굴곡되어 구면형상의 단면을 갖도록 하여 전체적으로 중앙부가 볼록하게 형성되는 것을 제외하고는 제3 실시예와 동일한 구성을 갖는다. 또한, 복수의 전파복사소자(300) 간의 수평간격(c,d)을 동일하게 하여 반사판(100c) 상에 복수의 지지대가 결합되는 반사판 상의 각 부분의 높이차(a4, b4)가 다르게 된다.
이러한 구성으로 말미암아, 반사판(100d) 상의 전파복사소자(300)가 위치하는 부분의 높이가 달라짐에 따라 각각의 전파복사소자(300)의 높이가 다른 구조를 가진다.
이렇게 반사판의 구조을 입체적으로 함에 따라 빔(Beam) 합성에 영향을 주게 되어, 동일 면적의 종래의 안테나에 비해 부엽(Side Lobe) 특성 및 전후방비(FBR)가 개선되는 이점이 있다.
본 실시예에서는 전파복사소자 간의 수평거리(c,d)를 동일하게 하고 반사판(100d)의 단면형상을 구면의 일부로 하였으나, 안테나의 요구되는 규격(빔폭 등) 또는 사용 용도에 따라 전파복사소자 간의 수평거리(c,d)를 다르게 하거나 복수의 지지대(200)가 결합되는 반사판 상의 각각의 부분의 곡률이 서로 다른 불요 복사파 억압형 안테나가 고려될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 입체적인 반사판 상에 복수의 전파복사소자가 높이 또는 수평배열간격을 달리하여 배열됨으로써 각각의 전파복사소자에 입사 되는 신호의 위상이 달라져 부엽(Side Lobe) 특성이 개선된 불요 복사파 억압형 안테나를 제공할 수 있게 된다.
또한, 전후방비(Front to Back Ratio ; FBR)가 개선된 불요 복사파 억압형 안테나를 제공할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 곡면형상 또는 복수의 단차가 형성되는 계단형상의 단면을 갖는 반사판과;
    상기 반사판의 일면에 결합되는 복수의 지지대와;
    상기 복수의 지지대에 각각 결합되는 복수의 전파복사소자와;
    상기 전파복사소자와 전기적으로 연결되는 급전용 동축선을 포함하는 불요 복사파 억압형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지지대 간의 수평간격은 균일하지 않은 불요 복사파 억압형 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단차 간의 높이가 균일하지 않은 불요 복사파 억압형 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 곡면형상의 단면을 갖는 반사판에 있어서 상기 복수의 지지대와 상기 반사판이 결합되는 부분의 곡면의 곡률이 균일하지 않은 불요 복사파 억압형 안테나.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 지지대의 길이가 균일한 불요 복사파 억압형 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 전체적으로 중앙이 오목한 계단형상 또는 곡면형상의 단면을 갖는 불요 복사파 억압형 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 전체적으로 중앙이 볼록한 계단형상 또는 곡면형상의 단면을 갖는 불요 복사파 억압형 안테나.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 계단형상은 복수의 단차 간의 높이가 균일하지 않은 불요 복사파 억압 형 안테나.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서
    상기 곡면형상은 구면의 일부인 불요 복사파 억압형 안테나.
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