KR100675196B1 - 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 시스템에 사용하는 야기 안테나의 사이드 로브(Side lobe) 및 후방 로브(Back lobe)를 개선하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 안테나에 관한 것으로, 커버, 커버 내측에 구비되며, 서비스 구역내의 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 복사기, 복사기의 전방에 구비되어 전파를 유도하는 도파기, 복사기의 후방에 구비되어 전파를 반사시키는 반사기, 커버 외측에 위치되며 반사기와는 별도로 전파를 반사시키는 보조 반사기를 포함한다.

안테나, 야기 안테나, 반사기, 보조 반사기

Description

안테나{ANTENNA}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구성을 도시한 결합 사시도이다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구성을 도시한 평면도와 측면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기의 구성을 도시한 사시도이다.

도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기와 커버의 결합관계를 도시한 도면이다.

도 8과 도 9는 안테나 측정 시스템을 이용하여 기존 야기 안테나와 본 발명에 따른 안테나의 수직 패턴 및 수평 패턴을 비교한 도면이다.

본 발명은 안테나에 관한 것이다.

통상적으로, 안테나는 전파를 효과적으로 송신 및 수신하는 장치로서 보다 정확하게 설명하면 고주파 전류의 진동을 효과적으로 전파로 변환하는 장치이다.

안테나의 형상은 와이어리스 마이크에 연결되는 짧은 도체선을 비롯하여 위 성통신의 대형 패러볼릭 안테나에 이르기까지 다양하다.

이러한 안테나 가운데 통신 시스템에서 특정 방향에 대하여 높은 이득을 갖고 전파를 송수신하기 위해 야기 안테나(Yagi Antenna)를 사용하고 있다.

야기 안테나는 무선 신호가 공급된 복사기에 의하여 발생하는 자계로 인해 인접 소자인 반사기나 도파기(Director)에도 전파가 유도되는 원리를 이용한 것이다.

야기 안테나에 사용하는 반사기나 도파기를 무급전 소자(Parasitic Element)라 하며, 실제로 도파기는 λ/2보다 약간 짧게 하여 복사기를 기준으로 λ/4만큼 앞에 설치하고, 반사기는 λ/2보다 조금 길게 해서 복사기를 기준으로 λ/4만큼 뒤에 설치한다.

여기서, λ는 사용하는 주파수의 파장이다.

이와 같은 야기 안테나에서 도파기와 반사기는 각각 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스를 갖게 되는데 전파는 복사기로부터 복사되어 도파기로 향하며 반대쪽에서는 반사기에 의해 반사되므로 목적하는 방향으로 효율적인 복사가 가능하다.

야기 안테나는 주로 초단파대의 송수신 및 텔레비전 방송의 수신 등에 널리 이용되며 각 소자의 길이, 굵기, 간격 및 수효에 따라 그 이득이 변한다.

그런데, 기존의 야기 안테나는 일반적으로 빔 폭, 이득, 전후방비(FTBR ; Front To Back Ratio)를 개선하기 위해서 도파기의 수량을 늘려 사용하였다.

위와 같은 방법을 사용할 때 종래의 방식은 안테나의 사이즈를 대폭적으로 크게 만들며, 어느 정도의 도파기 수 이상에서는 특성 개선효과가 조금씩 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 통신 시스템에 사용하는 야기 안테나의 사이드 로브(Side lobe) 및 후방 로브(Back lobe)를 개선하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 안테나를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 커버, 커버 내측에 구비되며, 서비스 구역내의 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 복사기, 복사기의 전방에 구비되어 전파를 유도하는 도파기, 복사기의 후방에 구비되어 전파를 반사시키는 반사기, 커버 외측에 위치되며 반사기와는 별도로 전파를 반사시키는 보조 반사기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)의 구성을 도시한 결합 사시도이고, 도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)의 구성을 도시한 평면 도와 측면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기(150)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기(150)와 커버(110)의 결합관계를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)의 구성을 설명한다.

상기한 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)는 커버(110), 복사기(120), 도파기(130), 반사기(140), 보조 반사기(150), 베이스를 포함한다.

본 발명의 안테나(100)는 전파를 송수신하는 복사기(120)와, 복사기(120)의 전방에 구비되어 전파를 유도하는 도파기(130)와, 복사기(120)의 후방에 구비되어 전파를 반사시키는 반사기(140) 및 안테나(100)의 외측에 반사기(140)와는 별도로 장착하는 보조 반사기(150)를 포함하며, 복사기(120)에 소정 전력을 공급하기 위한 급전 케이블(도시되지 않음)과, 상기한 안테나 요소(복사기, 도파기, 반사기)들을 외부 환경으로 보호하기 위한 커버(110)를 구비하고, 커버(110)와 결합되며 안테나 구성요소의 장착상태를 지지하도록 형성되어 구조물의 벽면 또는 바닥면에 고정 설치하는 베이스를 포함한다.

본 발명의 안테나를 구성하는 복사기(120)는 마이크로스트립 기판을 이용한 평면형 복사기로 구성할 수 있으며, 전파를 송수신하는 다이폴과, 전력 분배회로 및 매칭회로를 포함하는 급전 전송선로가 기판 상에 인쇄되도록 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 안테나(100)와 그 외측면에 장착하는 보조 반사기(150)의 결합에 관한 것이므로 안테나(100)의 내부 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)의 내부 구성은 다양한 구성 및 방식의 구성 요소가 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)는 통상적인 야기 안테나의 구조가 사용될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면, 커버(110)는 길이방향 양측면이 개구된 형상으로 형성되고, 커버(110)의 길이방향 상측에 덮개(112)가 결합되는 구조로 형성할 수 있다.

커버(110)는 화이버 글라스(Fiber Glass Reinforced Plastic), 고강도 ABS 플라스틱(UV Stabilized High Impact ABS Plastic) 또는 상기한 재질과 비교하여 동등 이상의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

커버(110)는 안테나(100)를 구성하는 요소들을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 형상이면 바람직하다.

예를 들면, 커버(110)는 길이방향의 단면 형상이 직사각형으로 형성할 수 있으며, 타원형상으로도 형성할 수 있다.

복사기(120)는 커버(110) 내측에 구비되며, 서비스 구역내의 신호가 급전되어 전파를 송수신한다.

도파기(130)는 복사기(120)의 전방에 구비되어 전파를 유도하며, 복사기(120)의 후방에 구비되어 전파를 반사시키는 기능을 한다.

보조 반사기(150)는 커버(110)의 길이방향 상측으로 오목한 형상의 포물선 형태로 형성하며, 커버(110) 외측에 위치되어 커버(110) 내측에 구비되는 반사기(140)와는 별도로 전파를 반사시키는 기능을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기(150)는 일종의 파라볼라 안테나(Parabolic Antenna)에서 마이크로 파(극초단파)의 송수신에 사용하는 접시형 안테나를 사용할 수 있다.

베이스는 커버(110)의 일측이 삽입되도록 내부 공간을 형성하는 지지부재(160)와 지지부재(160)의 밑면에 연장 형성되는 바닥부재(161)를 포함한다.

베이스의 바닥부재(161)는 구조물과의 결합을 고려하여 평면구조의 바닥면을 형성하고, 바닥면에는 적어도 한 개 이상의 구멍(162)을 형성하는 것이 바람직하다.

베이스의 바닥부재(161)에 형성되는 구멍(162)은 바닥면 형상을 기준으로 좌우 대칭되도록 형성하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서와 같이 바닥면의 좌측과 우측에 각각 2개씩 총 4개로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 베이스는 절연체로 구성하는 것이 바람직하다.

베이스를 절연체로 구성하는 경우 베이스의 물성에 의해 발생하는 미약한 전파를 차폐시킬 수 있다.

베이스는 반사기(140)의 후방에서 반사기(140)를 포함한 안테나(100) 전체를 지지하는 기능을 한다.

이러한 구성에서 본 발명의 안테나(100)를 구성하는 보조 반사기(150)는 커 버(110)의 외측에 장착될 수 있으며, 베이스의 지지부재(160) 외측면에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 보조 반사기(150)가 베이스의 지지부재(160) 외측면에 결합되는 것을 설명한다.

보조 반사기(150)의 장착위치는 반사기(140)의 위치와 같이 복사기(120)의 후방에 위치하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 반사기(140)와 보조 반사기(150)의 위치를 베이스의 지지부재(160)를 사이에 두고 서로 인접되도록 배치할 수 있다.

먼저, 보조 반사기(150)는 오목 형상의 중심부에서 베이스의 지지부재(160) 상면 형상에 대응되도록 형성하는 삽입구멍(152)을 가지며, 삽입구멍(152) 주변에 장착되어 보조 반사기(150)와 베이스의 지지부재(160)를 결합하는 고정부재를 포함한다.

고정부재는 삽입구멍(152)의 주변에서 상하방향으로 장착하는 것을 기준하여 제1 고정부재(154), 제2 고정부재(156), 제3 고정부재(158)를 포함한다.

제1 고정부재(154)는 삽입구멍(152)의 길이방향 양측면에서 상호 대향하는 위치에 삽입구멍(152)의 상향으로 돌출 형성되며, 적어도 한 개 이상 형성한다.

제2 고정부재(156)는 삽입구멍(152)의 길이방향 양측면에서 상호 대향하는 위치에 삽입구멍(152)의 하향으로 돌출 형성한다.

제3 고정부재(158)는 삽입구멍(152)의 폭방향 일측면에서 삽입구멍(152)의 하향으로 돌출 형성한다.

상기한 제1 고정부재(154) 내지 제3 고정부재(158)는 각각 체결용 구멍이 형성되며, 체결용 구멍에는 각각의 나사(154-2, 156-2, 158-2)가 삽입되어 베이스의 지지부재(160)와 나사결합으로 결합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 고정부재와 베이스의 지지부재(160)를 결합하는 방법은 다양한 방법(예를 들면, 리벳 결합구조 또는 커넥터 결합구조, 또는 후크 결합구조, 또는 요철 결합구조)으로 실시할 수 있다.

베이스의 지지부재(160)에는 상기한 제1 고정부재(154) 내지 제3 고정부재(158)에 형성되는 각각의 체결용 구멍과 대응되는 위치에 각각의 체결구(154-1, 156-1, 158-1)를 형성한다.

베이스의 지지부재(160)에 형성되는 각각의 체결구(154-1, 156-1, 158-1)에는 나사 결합시 보다 강한 체결력을 유지하기 위해 나사 홈을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기(150)의 재질은 알루미늄앵글 KSD 6759, 알루미늄판 또는 알루미늄압출강재 KSD 6701 또는 상기한 재질과 비교하여 동등 이상의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

고정부재는 보조 반사기(150)와 동일한 재질로 형성할 수 있으며, 보조 반사기(150)와 일체형으로 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이 고정부재와 보조 반사기(150)를 동일한 재질을 사용하여 일체형으로 형성하는 경우 보조 반사기(150)를 구성하는 부분을 적절한 형상으로 절개하여 고정부재로 활용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 설명에서와 같이 고정부재를 보조 반사기(150)의 재질로 활용하는 경우 제2 고정부재(156)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 고정부재(154)의 사이에 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 보조 반사기(150)는 안테나(100)의 빔 패턴 개선을 위해 안테나(100)의 내부 구성과는 별도로 베이스의 지지부재(160) 외측면에 구성하는 것으로, 안테나(100)의 외부에 접시 형태(파라볼라 형태)의 보조 반사기(150)를 설치하여 사이드 로브(Side lobe), 후방 로브(Back lobe)를 개선하고, 빔이 더욱더 샤프해져서 링크용 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

보조 반사기(150)를 포물선 형태로 형성하는 경우 포물선만의 독특한 성질로 인해 외부에서 포물선의 초점을 지나는 광선과 평행하게 들어오는 전파(또는 광선)를 모두 포물선의 초점에 모이게 할 수 있다.

따라서, 비교적 약한 전파라도 한곳으로 모을 수 있는 특징이 있다.

상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)는 기존의 야기 안테나와 파라볼라형 안테나의 장점을 효과적으로 결합시켜, 기존 야기 안테나에 비해 비교적 작은 크기로 빔 폭, 이득, 사이드 로브(Side lobe), 후방 로브(Back lobe) 등을 효율적으로 개선시킴으로써 기지국형 중계기 안테나로 사용하기에 적합하다.

예를 들어, 본 발명은 안테나(100)를 구성하는 보조 반사기(150)의 구조를 파라볼라(Parabola)구조로 하여 메인 빔(Main Beam)을 효율적으로 모을 수 있도록 함으로써, 메인 빔의 빔 폭을 좁게 하고, 사이드 로브(Side lobe), 후방 로브(Back lobe)를 개선함으로써 결국 이득을 개선시키고 전후방비를 개선시키는 효과를 갖도록 할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 안테나(100)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 전후방비 특성 또는 전측방비 특성이 개선된 복사 패턴을 갖는다.

도 8과 도 9는 안테나 측정 시스템을 이용하여 기존 야기 안테나와 본 발명에 따른 안테나(100)의 수직 패턴 및 수평 패턴을 비교한 도면이다.

본 발명에 따른 빔 패턴 개선 효과를 검증하기 위해서 PCS(1.75GHz) & IMT-2000(1.92~2.17GHz) 광대역 안테나를 사용하였다.

참고적으로, 일반적으로 사용되는 PCS & IMT-2000 광대역 안테나의 외관(크기 0.5Meter)을 기준하면, 이득은 12dBi, 사이드 로브(Side lobe)는 6~8dB, 전후방비는 15dB 정도를 나타낸다.

특히, 이동통신 중계기의 기지국향(Donor) 안테나는 빔 폭이 넓을 경우 지향하는 기지국 외의 다른 기지국에 영향(Noise)을 주는 문제점이 있다.

이러한 타 기지국에 대한 영향은 메인 빔(Main Beam)뿐만 아니라 사이드 로브(Side lobe), 후방 로브(Back lobe) 등에도 영향을 준다.

본 발명의 안테나(100)는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 안테나의 빔 패턴 개선을 위한 보조 반사기(150)를 구비하여 메인 빔 뿐만 아니라 사이드 로브, 후방 로브도 획기적으로 개선한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 안테나(크기 0.7Meter, 보조 반사기 0.2Meter)를 사용하면, 메인 빔의 폭을 기존 안테나에 비해 약 10도 정도 더 줄일 수 있으며, 사이드 로브를 약 5dB, 전후방비를 약 8dB이상 개선시킬 수 있다.

단순히 도파기(Director)의 숫자만을 늘려서 빔 폭을 약 10도 정도 줄이기 위해서는 안테나의 길이를 약 2배(1.1Meter)이상 필요로 한다.

그러나, 이러한 경우 사이드 로브 개선효과는 거의 없으며 전후방비의 개선 효과 또한 약 3dB 정도로 미미하게 된다.

이와는 달리, 본 발명의 안테나(100)는 비교적 작은 사이즈에서도 효과적으로 빔 패턴을 개선시킴으로써 기지국향(Donor) 중계기 안테나로 적합한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 안테나는 종래의 일반적인 야기 안테나와 파라볼라 안테나의 장점을 효과적으로 결합시켜, 기존 야기 안테나에 비해 비교적 작은 크기로 빔 폭, 이득, 사이드 로브, 후방 로드, 전후방비등의 안테나 특성을 효율적으로 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 커버;

   상기 커버 내측에 구비되며, 서비스 구역내의 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 복사기;

   상기 복사기의 전방에 구비되어 전파를 유도하는 도파기;

   상기 복사기의 후방에 구비되어 전파를 반사시키는 반사기;

   상기 커버 외측 후방에 장착되며 상기 반사기와는 별도로 전파를 반사시키는 보조 반사기;

   상기 커버의 일측이 삽입되는 지지부재와 상기 지지부재에 연장 형성되는 바닥부재로 이루어지는 베이스를 포함하는 안테나.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 보조 반사기는 상기 베이스의 지지부재 외측면에 결합되는 안테나.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보조 반사기는 오목한 형상의 포물선형태로 형성하는 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 보조 반사기는 오목 형상의 중심부에서 상기 베이스의 지지부재 상면 형상에 대응되는 삽입구멍을 형성하는 안테나.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보조 반사기는 상기 삽입구멍 주변에 장착되어 상기 보조 반사기와 상기 베이스의 지지부재를 상호 결합하는 고정부재를 포함하는 안테나.
7. 제6항에 있어서,

   상기 고정부재는 상기 보조 반사기에 일체형으로 형성하는 안테나.
8. 제6항에 있어서,

   상기 고정부재는

   상기 삽입구멍의 상향으로 적어도 한 개 이상 돌출 형성하는 제1 고정부재;

   상기 삽입구멍의 하향으로 돌출 형성하는 제2 고정부재;

   상기 제2 고정부재와 이격되는 위치에서 상기 삽입구멍의 하향으로 돌출 형성하는 제3 고정부재를 포함하는 안테나.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 고정부재는 2개로 구성하며, 상기 제2 고정부재의 양측 상향으로 형성하는 안테나.
10. 제8항에 있어서,

    상기 베이스의 지지부재에는 상기 각각의 고정부재에 대응되는 결합위치에 각각의 체결구가 형성되는 안테나.
11. 제10항에 있어서,

    상기 베이스의 바닥부재는 평면형상의 바닥면을 포함하고, 상기 바닥면에는 적어도 한 개 이상의 구멍이 형성되는 안테나.
12. 제11항에 있어서,

    상기 베이스는 절연체로 구성되는 안테나.

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