KR100695330B1 - 중계기용 격리 안테나 - Google Patents

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KR100695330B1
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김종면
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 중계기용 격리 안테나에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 방송 혹은 무선 통신 전반에 걸쳐 사용되는 단방향성 중계기에 있어서, 차폐 수단을 중심으로 서로 반대 방향으로 위치한 루프안테나 및 다이폴안테나를 이용함으로써, 동일 채널을 갖는 송신안테나와 수신안테나를 인접하게 설치하여도 높은 격리도를 얻어낼 수 있는 중계기용 격리 안테나를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 단방향으로 송신 신호와 수신 신호간에 높은 격리도를 유지하기 위한 중계기용 송수신 격리 안테나에 있어서, 도전체로 구성된 차폐 수단과 상기 차폐 수단의 한쪽 면에 위치한 다이폴 안테나 형태의 제1안테나; 상기 제1안테나가 위치한 차폐 수단의 반대쪽 면에 위치한 루프 안테나 형태의 제2안테나를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 중계기 시스템 등에 이용됨.
중계기, 격리 안테나, 차폐 함체, 다이폴 안테나, 루프 안테나

Description

중계기용 격리 안테나{Isolation Antenna for Repeater}
도 1은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 일실시예 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 정단면도,
도 4는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 평단면도,
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 전력결합부의 제1실시예 및 제2실시예 상세 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 S파라미터 특성을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 차폐 함체의 크기에 따른 S21 파라미터 특성을 나타내는 도면,
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 제1안테나에 의한 수평 편파 성분의 전기장 패턴을 나타내는 도면,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 전력결합부를 전력합 소자로 구현한 경우의 수평 편파 전기장 패턴을 나타내는 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 전력결합부를 전력차 소자로 구현한 경우의 수직 편파 전기장 패턴을 나타내는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 다른 일실시예 구성도,
도 13은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 또 다른 일실시예 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 안테나 소자부 2: 안테나 지지대부
3: 차폐 함체 4: 제1안테나
5: 제2안테나 6: 안테나 소자부 지지대
7: 안테나 받침대 8: 제1안테나 급전 코넥터
9a: 좌측 급전 코넥터 9b: 우측 급전 급전부
10a: 좌측 안테나 소자 10b: 우측 안테나 소자
11: 우측 안테나 소자 지지대 12: 좌측 안테나 소자 지지대
13: 상측 안테나 소자 14: 하측 안테나 소자
15: 상측 안테나 소자 지지대 16: 하측 안테나 소자 지지대
17: 안테나 소자부 지지대 개구 28: 전파흡수체
30 : 전력결합부
본 발명은 중계기용 격리 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단방향성 중계기에서 송수신 신호를 분리하여 사용하기 위한 송수신 격리 안테나에 관한 것이다.
송수신 신호를 안테나에서 분리하는 무선 중계 기술은 수신방향과 송신 방향이 다른 단방향성 중계시스템과 수신방향과 송신 방향이 같은 양방향성 중계시스템으로 구분할 수 있다.
이 중에서, 종래의 단방향성 중계시스템은 일반적으로 지향성이 높은 안테나를 서로 반대로 설치하고 공간적으로 이격시켜 높은 격리도를 얻어내는 기술이 보편적으로 TV 또는 라디오와 같은 대형 중계기 시스템에서 활용되고 있다.
하지만, 이러한 종래 기술은 송/수신 안테나 간에 상당한 이격 공간이 필요하기 때문에 설치 공간이 매우 많이 소요되는 문제점이 있다.
또 다른 종래 기술로서, 실용시스템에 적용은 되지 않았지만 패치 안테나에서 급전을 서로 수직하게 설정하여 편파가 서로 수직인 송신 신호와 수신 신호를 발생시키고 이러한 두 단자 사이에 격리도를 유지하는 기술이 있다(참조 문서 : IEE National Conference on Antennas and Propagation, pp. 49~52, Karode, April 1999).
또한, 하오(Hao)는 포토밴드갭(PBG) 구조를 활용한 패치안테나의 편파 발생을 달리하여 격리 기술을 구현하기도 하였다(참조 문서 : IEE, 11th International Conference on Antenna Propagation, pp. 86~89, April 2001).
그러나, 이러한 결과에서 제시되었듯이 송수신 신호에 대한 동일 주파수에 대한 격리도는 매우 낮은 결과를 나타내고 있어, 동일 주파수에 대한 높은 격리도를 요구하는 각종 이동통신, 근거리 통신, 방송 중계기, 위성 통신 분야 등에서 동일 채널 양방향 통신용 안테나로는 부적합하다는 문제점이 있다.
또한, 카로도(Karodo) 및 하오(Hao)가 제안한 종래 기술은 송수신 주파수대역이 서로 다르거나, 편파가 다름에도 불구하고 약 60dB 이하의 격리도를 얻고 있어, 격리도가 충분히 높지 못하다는 문제점이 있다.
따라서, 전술한 종래의 송수신 격기 기술은 100dB이상의 격리도(Ultra Isolation)를 요구하고 있는 중계기용 격리 안테나로 사용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 방송 혹은 무선 통신 전반에 걸쳐 사용되는 단방향성 중계기에 있어서, 차폐 수단을 중심으로 서로 반대 방향으로 위치한 루프안테나 및 다이폴안테나를 이용함으로써, 동일 채널을 갖는 송신안테나와 수신안테나를 인접하게 설치하여도 높은 격리도를 얻어낼 수 있는 중계기용 격리 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단방향으로 송신 신호와 수신 신호간에 높은 격리도를 유지하기 위한 중계기용 송수신 격리 안테나에 있어서, 도전체로 구성된 차폐 수단과 상기 차폐 수단의 한쪽 면에 위치한 다이폴 안테나 형태의 제1안테나; 상기 제1안테나가 위치한 차폐 수단의 반대쪽 면에 위치한 루프 안테나 형태의 제2안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 일실시예 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는, 복사전자파를 발생시켜 송신하거나 전자파를 수신하는 안테나 소자부(1) 및 안테나 소자부(1)를 지지하기 위한 안테나 지지대부(2)를 포함한다.
여기서, 안테나 소자부(1)는 금, 은, 알루미늄, 동과 같은 도전체로 밀봉되고 내부가 비어있는 차폐 함체(3) 및 차폐 함체(3)를 중심으로 양쪽으로 분리되어 위치한 제1안테나(4)와 제2안테나(5)를 포함하고, 차폐 함체(3) 내부에 전력결합부(30)(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 안테나 지지대부(2)는 안테나 소자부(1)를 지지하기 위하여 안테나 소자부(1) 중심에 설치한 안테나 소자부 지지대(6) 및 안테나 소자부 지지대(6)를 지면에 세울 수 있도록 받쳐주기 위한 안테나 받침대(7)를 포함한다.
여기서, 송신안테나인 제1안테나(4)로부터 발생되는 복사파가 안테나 소자부 지지대(6)에서 제2의 산란파를 형성하고, 이러한 산란파가 수신안테나인 제2안테나 (5)에 대칭적으로 수신되도록 하기 위하여, 안테나 지지대부(2)는 도시된 바와 같이 안테나 소자부 중심에 안테나 소자부 지지대(6) 하나를 설치하거나, 또는 다수의 안테나 소자부 지지대(6)를 대칭적으로 설치한다. 산란파를 대칭적으로 유지하는 것은 격리도 향상을 위해 매우 중요하다.
또한, 주로 바닥에 설치되는 안테나 받침대(7)는 그 상부에 전파를 흡수하기 위한 전파흡수체(28)를 포함하며, 바닥에 의해 반사되는 산란파가 대칭성을 유지하도록 하기 위하여, 그 구조를 대칭으로 유지하는 것이 바람직하다.
특히, 안테나 소자 지지대(6)의 크기가 적은 경우에는 접지에 의해 발생되는 산란파가 격리도에 큰 영향으로 미치기 때문에 대칭적인 구조를 유지할 것이 요구된다.
안테나 받침대(7)의 형태는 도시된 정사각형 형태 이외에도 직사각형, 원통형으로 제작될 수 있으며, 안테나 소자부 지지대(6)의 단면은 정사각형 파이프모양 이외에도 원통형 파이프 모양 등으로 제작될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1안테나는 다이폴안테나로서 금, 은, 동, 알루미늄 등과 같은 도전체로 구성되며, 다이폴안테나를 구성하기 위한 좌측 안테나 소자(10a)와 우측 안테나 소자(10b), 좌/우측 안테나 소자(10a, 10b) 각각의 중심 부근에 위치하여 차폐 함체(3)의 접합면과 평행하게 이격되어 연결될 수 있도록 하기 위한 좌측 안테나 소자 지지대(12)와 우측 안테나 소자 지지대(11) 및 좌/우측 안테나 소자(10a, 10b)가 서로 마주치는 중심에 위치한 제1안테나 급전 코넥터(8)(미도시)를 포함한다.
이 때, 좌/우측 안테나 소자 지지대(12, 11) 역시 급전부를 중심으로 대칭을 이루도록 설치되며, 도전체로 구성된다.
한편, 제2안테나는 금, 은, 동, 알루미늄 등과 같은 도전체로 구성되며, 양측이 차폐 함체와 접지되는 직각 루프안테나 형태의 구조를 갖는다.
제2안테나는 직각 루프 형태의 상측에 위치한 상측 안테나 소자(13)와 하측에 위치한 하측 안테나 소자(14), 이들 각각의 중심부분에 위치하여 상/하측 안테나 소자(13,14)를 차폐 함체(3)에 평행하게 이격시켜 고정시키기 위한 상/하측 안테나 소자 지지대(15, 16) 및 상측 안테나 소자(13)와 하측 안테나 소자가 서로 마주치는 곳에 위치한 제2안테나의 좌측 급전 코넥터(9a)와 우측 급전 코넥터(9b)(미도시)를 포함한다.
이 때, 상/하측 안테나 소자 지지대(15, 16)도 역시 도전체로 구성되며, 제1안테나와 같이 좌/우측 급전 코넥터(9a, 9b)를 중심으로 상하 대칭으로 중심 가까이에 안테나 소자에 대한 지지대들을 특성변화 없이 설치할 수 있다. 이렇게 설치하는 경우, 제2안테나에 대한 지지대는 4개로 구성이 가능하며, 제2안테나에 대한 지지대를 함께 제작하여, 비바람 등의 외부 환경에 보다 안정적이고 견고한 구조로 구현할 수 있다.
한편, 본 도 하단부의 참조부호 "17"은 내부가 비어 있는 파이프 형태의 구 조인 안테나 소자부 지지대와 차폐함체 내부를 연결하기 위한 안테나 소자 지지대의 개구이다.
도 3은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 정단면도이다.
도 3에 도시된 본 실시예의 구조는 수평 편파를 발생시키는 구조로서, 본 도의 구조를 90도 회전시켜 구현하면 수직 편파를 발생시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1안테나 급전 코넥터는 암머리 나사(18) 및 도체 핀(21)을 포함한다.
또한, 제1안테나 급전부의 구조를 보다 상세히 살펴보면, 제1안테나 코넥터의 암머리 나사(18)는 내부가 비어있는 파이프 형태의 제1안테나의 우측 안테나소자(10b) 내부에 위치하고, 도체 핀(21)은 우측 안테나 소자(10b)를 관통하여 좌측 안테나 소자(10a)에 용접된 구조이다.
또한, 제1안테나 코넥터의 암머리 나사(18)에는 코넥터가 달린 동축케이블이 연결되고, 연결된 동축케이블은 내부가 비어있는 파이프 구조의 우측 안테나 소자 지지대의 개구(24)를 경유하여 차폐 함체 내부에 위치하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 급전을 위한 동축케이블의 외피가 우측 안테나 소자(10b)에 연결되고, 동축케이블의 내심은 좌측 안테나 소자(10a)에 연결되어 별도의 발룬(balun)이 필요 없어도 평형 급전이 가능하다.
한편, 제2안테나의 상측 안테나 소자(13) 역시 파이프 구조로 제작하여 내부 가 비어있도록 하고, 좌측 급전 코넥터는 상측 안테나 소자(13)의 좌측에 위치하여 암머리 나사(19) 및 도체 핀(23)을 포함한다.
좌측 급전 코넥터의 암머리 나사(19)는 상측 안테나 소자(13)의 내부에 놓이도록 하고 도체 핀(23)은 상측 안테나 소자(13)를 관통하여 하측 안테나 소자(14)에 용접하는 구조이다.
또한, 좌측 급전 코넥터의 암머리 나사(19)에는 숫머리 나사를 갖는 코넥터가 연결된 동축케이블을 연결하고, 연결된 동축케이블은 내부가 비어있는 파이프 구조를 갖고 있는 상측 안테나 소자 지지대의 개구(25)를 경유하여 차폐 함체 내부로 놓일 수 있도록 한다.
제2안테나 하측 안테나소자(14)도 또한 파이프 구조로 제작하여 내부가 비어있도록 하고, 우측 급전 코넥터는 하측 안테나 소자(14)의 우측에 위치하여 암머리 나사(20) 및 도체 핀(22)을 포함한다.
우측 급전 코넥터의 암머리 나사는 하측 안테나 소자(14)의 내부에 놓이도록 하고 도체 핀(22)은 하측 안테나 소자(14)를 관통하여 상측 안테나 소자(13)에 용접하는 구조이다.
하측 안테나 소자(14) 내부에 설치되는 암머리 나사(20)에는 일단에 숫머리 나사를 갖는 코넥터를 갖는 동축케이블을 연결하고 연결된 동축케이블은 내부가 비어있는 파이프 구조를 갖고 있는 하측 안테나 소자 지지대의 개구(26)를 경유하여 차폐 함체(3) 내부로 놓일 수 있도록 한다.
제2안테나의 상/하측 안테나 소자(13, 14)에 연결되는 좌/우측 급전 코넥터 는 좌우가 교체되어 설치되어도 동일한 특성을 얻을 수가 있다. 따라서, 코넥터가 바뀌어 설치되어도 무방하다.
도 4는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 측단면도이다.
본 도면을 통해 제1안테나 우측소자 지지대의 개구(24), 제2안테나 상측 소자 지지대의 개구(25) 및 제2안테나 하측 소자 지지대의 개구(26)가 차폐 함체(3) 내부와 연결되어 있음을 명확히 볼 수 있다. 이러한 개구를 경유함으로써, 동축케이블을 각 급전코넥터 단자에 용이하게 연결할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 소자부의 일실시예 평단면도이다.
제1안테나의 좌측 안테나 소자는 내부에 급전 코텍터를 설치할 필요가 없기 때문에 속이 비어있지 않은 도체로 만들어도 무방하다.
또한, 차폐 함체는 안테나 소자부 지지대(6)와 연결하기 위한 안테나 소자부 지지대 개구(27)를 포함한다.
안테나 소자부 지지대 개구(27)는 급전 코넥터들에 연결되는 동축케이블을 이곳으로 설치하여 바닥에 설치되는 안테나 받침대(7)의 내부를 통해, 기지국 시스템과 연결할 수 있도록 하기 위함이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 전력결합부의 제1실시예 및 제2실시예의 상세 구성도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 차폐 함체의 내부에 위치하는 본 발명에 따른 전력결합부는 4단자 하이브리드 결합기(31) 및 종단기(32)를 포함한다.
본 발명에 따른 전력결합부는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 4단자 하이브리드 결합기(31)의 좌/우 단자에 좌측 급전 코넥터 및 우측 급전 코넥터를 동일한 길이의 동축케이블로 연결하고 종단기(32)를 0도 단자에 연결함으로써, 전력차 소자의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 전력결합부는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 단자 하이브리드 결합기(31)의 좌/우 단자에 좌측 급전 코넥터 및 우측 급전 코넥터를 동일한 길이의 동축케이블로 연결하고 종단기(32)를 180도 단자에 연결함으로써, 전력합 소자의 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 하이브리드 결합기(31)의 나머지 한 단자는 출력단자로서, 제1안테나 급전 코넥터에 연결함으로써, 제1안테나를 송신안테나로 하여 단방향 중계기를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 바닥에 의해 산란된 전자파가 제2안테나 좌측 급전 코넥터(9a) 및 우측 급전 코넥터(9b)를 가로지르는 전기장의 편파 방향과 서로 반대방향을 유지한다.
왜냐하면, 제1안테나의 양끝은 서로 전극이 반대로 놓이므로, 이미지 정리에 의해 바닥에 의해 반사되는 수직 편파의 전기장은 좌우에서 반대방향을 유지하기 때문이다.
좌측 급전 코넥터 및 우측 급전 코넥터에 대해 0도 하이브리드결합기, 메직T, 전력분배기와 같은 소자로 구현되는 전력합 소자(도 6b)를 통해 급전하는 경우, 제2안테나에서 좌측 및 우측 급전 코넥터 도체 핀을 위아래로 반대로 설치하고, 제1안테나에서 복사된 전자파가 바닥에서 반사되어온 산란파가 좌측 급전 코넥터와 우측 급전 코넥터에서 서로 반대위상을 유지하므로 산란파가 제거되지 않아, 각각에 대한 격리도보다도 6dB 낮아지게 된다.
따라서, 이러한 경우 좌측 급전 코넥터와 우측 급전 코넥터에 대해 180도 하이브리드 결합기와 같은 소자로 연결하여 전력차 소자(도 6a 참조)를 통한 급전을 실시하는 경우, 바닥에 의한 반사파에 의해 전달되는 신호를 제거할 수 있다.
전력차는 메직T 혹은 전력분배기에서 각 단자를 연결하기 전에 한단자에 180도 위상지연기를 설치하여 구현될 수도 있다.
전력합 또는 전력차 소자의 기능을 하는 전력결합기는 차폐 함체(3) 내부에 설치하고 안테나 소자부 지지대의 개구(27)을 통과해서 기지국 시스템에 연결되는 동축케이블과 연결할 수 있으며, 제1안테나 급전 코넥터와 연결되는 동축케이블과 함께 2개의 케이블을 중계기 시스템에 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나가 무선감시 시스템 등에서 사용되는 소출력 중계기로 사용되는 경우, 전원부를 포함한 증폭기 등 중계기 시스템 전체를 차폐 함체(3) 내부에 설치하여 독립적으로 중계기 역할을 수행할 수 있도록 구현하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 안테나 받침대(7)에 별도의 전원을 공급함으로써, 독립적으로 사용하는 것도 가능하다. 후자의 경우는 중형급의 중계기에서 설치/관리의 편의를 도모할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 S파라미터 특성을 나타내는 도면이다.
본 측정을 위해 제작된 중계기용 격리 안테나의 규격은 아래와 같다.
제1안테나는 굵기가 0.2cm x 0.2cm이고 전체의 길이가 5.7cm, 제2안테나는 굵기에 있어 제1안테나와 동일하고 크기가 6cm x 6cm 이며, 차폐 함체는 2cm x 10cm x 10cm이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1안테나 및 제2안테나 모두 2.5GHz에서 공진이 발생하며, 이 때, S11, S22, S33 파라미터 값은 모두 - 10dB 이하를 유지하고 있어 임피던스 정합이 매우 우수하게 구현되었음을 볼 수가 있다.
또한, 제1안테나 급전 코넥터를 송신단자로 사용되는 경우, 즉 제1안테나를 송신안테나로 사용되는 경우에는 송신안테나를 통해 복사되는 전자파가 제2안테나에 유기되는 비율인 격리도를 S21 및 S31을 통해 알 수 있는데, 모두 동일하게 -108dB를 유지하고 있음을 볼 수가 있다.
한편, 본 명세서에 예시하지는 않았지만, 안테나소자 지지대의 크기에 따라 지면에 의한 반사파의 세기가 반비례 관계를 갖고 있기 때문에 지지대의 크기를 크게 함으로써, 지면에 의한 반사파의 영향을 줄일 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 안테나 받침대(7) 위에 전파흡수체(28)를 설치함으로서 반사파를 더욱 감소시킬 수 있다.
상기 방법을 통해 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 제1안테나에 의한 제2안테나 결합량을 바닥에 의한 반사파를 제외한 결합량인 -108dB 이하로 유지할 수 있다.
상기 결합량을 유지하는 경우, 제1안테나를 통해 직접 전달되어온 전기장은 제2안테나 좌측 및 우측 급전 지점에서 세기(증폭도)가 같고 동위상을 지니고 있으므로, 지면에 의한 반사파와는 반대로 좌측 급전 코넥터와 우측 급전 코넥터를 전력합을 이용하여 제1안테나로부터 직접 전달되어온 신호를 제거할 수가 있다.
시중에서 사용되는 통상의 제품으로 30 ~ 40 dB 이상 신호 제거가 가능하므로, 좌측 급전 코넥터와 우측 급전 코넥터의 전력합을 구현하는 경우 총 140dB 이상의 격리도를 확보가 가능함을 알 수있다.
도 8은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 차폐 함체의 크기에 따른 S21 파라미터 특성을 나타내는 도면으로서, 차폐 함체의 크기를 9cm ~ 17cm까지 변화시킨 경우의 안테나 소자부 자체에 의한 격리도 변화량을 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, 차폐 함체의 크기를 9cm에서 17cm로 증가시키는 경우 격리도 향상율이 약 20 dB임을 볼 수가 있다.
본 측정 결과는 전력결합부를 포함하지 않은 경우의 측정 결과이며, 만약 전 력결합부를 포함함으로써 좌측 급전 코넥터와 우측 급전 코넥터의 전력합을 구현하는 경우에는 바닥에 반사파가 거의 없는 전자파 무반사실과 같은 이상적인 공간을 가정하면 총 160dB 이상의 격리도 확보가 가능하다.
하지만, 일반적으로 지면의 반사파를 통해 결합되는 결합량이 -108dB보다 큰 경우에는, 앞서 지적되었듯이 전력합 소자는 오히려 격리도를 증가시키게 될 것이며, 전력차 소자는 지면에 의한 반사파 신호를 제거하는 반면에 제1안테나로부터 직접 제2안테나로 전달되어오는 전자파 자체의 신호를 제거하지 못하므로 최대 -102dB의 격리도를 유지할 수 있게 된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 제1안테나에 의한 수평 편파 성분의 전기장 패턴을 나타내는 도면으로서, 각각 제1안테나를 급전하고 제2안테나를 종단시킨 경우의 E 플랜(plane)(Φ = 90도) 전기장 패턴 및 H 플랜(θ = 90도) 전기장 패턴을 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 이득이 8.9dBi로 지향성을 유지하고 있음을 볼 수가 있으며, 주빔의 방향이, θ = 90, Φ = 270도를 유지하고 있으며, 0dBi 이상의 빔대역 폭은 Φ의 방향으로 약 90도를 유지하고 있음을 볼 수가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 방송용 TV 중계기 안테나로 적합함을 알 수가 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 전력결합부를 전력합 소자로 구현한 경우의 수평 편파 전기장 패턴을 나타내는 도면으로서, 각각 E 플랜(Φ = 90도) 전기장 패턴 및 H 플랜(θ = 70도) 전기장 패턴을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 제1안테나 급전 코넥터에 전력결합부를 연결한 경우에 이득은 6.6 dBi이며, 주빔의 방향은 θ는 50도 또는 130도, Φ는 90도를 유지하고 있음을 볼 수가 있다.
또한, 0dBi 이상의 주빔대역 방향은 θ는 0도 ~ 75도, 105도 ~ 180도 방향으로 유지하고 있고, 빔대역 폭은 Φ의 방향으로 약 60도를 유지하고 있음을 볼 수가 있다. 이 때의 편파는 모두 수평 편파를 유지하고 있다.
상기 결과를 통해, 본 발명은 단방향 중계기 시스템에 매우 적합함을 알 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 전력결합부를 전력차 소자로 구현한 경우의 수직 편파 전기장 패턴을 나타내는 도면으로서, 각각 E 플랜(Φ = 90도) 전기장 패턴 및 H 플랜(θ = 70도) 전기장 패턴을 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 제1안테나와 제2안테나 사이에는 다른 편파, 즉 이중 편파가 발생되고 있음을 볼 수가 있는데, 이는 편파가 송수신이 다른 중계기 혹은 통신 시스템에서 사용할 수 있음을 보여주고 있다.
본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 전술한 바와 같이, 지면파에 의한 반사파를 제거할 수 있는 구조이므로 매우 낮게 설치가 가능한 구조이며, 이 때의 이득은 9.8dBi를 유지함으로써, 매우 이득이 높은 구조임을 볼 수가 있다.
도 12는 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 다른 일실시예 구성도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 제2안테나의 좌/우측 급전 코넥터(19, 20)를 서로 동일한 방향으로 설치하여 구현할 수도 있다.
본 실시예의 구조로 제작되는 경우, 좌측 급전 코넥터 및 우측 급전 코넥터의 전력차 및 전력합은 도 2 내지 도 5를 참조하여 전술한 실시예와 반대로 구현할 수 있다.
전력합 소자의 경우 전력차 소자보다도 구조가 간단하므로 전력합 소자를 통해 구현하는 것이 보다 경제적이다.
도 13은 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나의 또 다른 일실시예 구성도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기용 격리 안테나는 제2안테나의 급전부를 하나의 급전 코넥터만을 이용하여 구현할 수도 있다.
이는 전력합 또는 전력차 소자가 필요하지 않도록 제2안테나를 단일 급전 방식으로 제작한 구조이다.
이러한 경우, 도 7와 도 8와 유사한 특성을 얻을 수가 있으며, 전력합 및 차의 구현을 위한 전력결합부가 필요 없어 경제적으로 구현이 가능하다. 하지만, 격 리도는 108dB 이상을 유지할 수가 없으며, 듀얼 편파 기능을 구현할 수도 없다.
다만, 본 실시예 역시 100dB 이상의 격리도를 확보할 수 있다는 점에서, 단방향 동일채널 중계기 시스템용 안테나로 유용하게 활용 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 차폐 수단을 중심으로 서로 반대 방향으로 위치한 루프안테나 및 다이폴안테나를 이용함으로써, 동일 채널을 갖는 송신안테나와 수신안테나를 인접하게 설치하여도 동일채널에서 100dB이상의 매우 높은 격리도를 얻어낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 방송용 중계기 또는 무선감시시스템 등의 단방향 동일 채널 중계기에 매우 접합한 안테나로 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 송신안테나와 수신안테나를 매우 인접하게 설치하여도 100dB이상의 매우 높은 격리도를 얻어낼 수 있으므로, 작은 공간에 설치가 가능하고, 일체형으로도 제작할 수 있는 효과가 있으며, 부가적으로 협소한 공간에도 설치가 가능하므로 주위 환경의 미관을 해치지 않도록 은폐형 설치가 가능한 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 단방향으로 송신 신호와 수신 신호간에 격리도를 유지하기 위한 중계기용 송수신 격리 안테나에 있어서,
    도전체로 구성된 차폐 수단과
    상기 차폐 수단의 한쪽 면에 위치한 다이폴 안테나 형태의 제1안테나;
    상기 제1안테나가 위치한 차폐 수단의 반대쪽 면에 위치한 루프 안테나 형태의 제2안테나
    를 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 수단에 연결되어 상기 차폐 수단을 지지하기 위한 내부가 비어있는 파이프 형태의 안테나 지지 수단
    을 더 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 수단에 연결되어 상기 지지 수단을 바닥면에 수직한 형태로 고정시키기 위한 받침 수단
    을 더 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 받침 수단은,
    상부에 위치하여 전파를 흡수하기 위한 전파흡수 수단
    을 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐 수단은,
    내부가 비어있는 함체 형태인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1안테나는,
    소정 길이의 일직선 형태의 좌측 안테나 소자;
    상기 좌측 안테나와 동일한 크기 및 형태로 인접하게 대칭으로 위치한 우측 안테나 소자;
    상기 좌측 안테나 소자 및 우측 안테나 소자 사이에 위치하여 상기 좌측 안테나 소자 및 우측 안테나 소자를 급전하기 위한 급전 수단;
    상기 좌측 안테나 소자를 상기 차폐 수단에 소정의 간격으로 이격하여 고정하기 위한 좌측 안테나 소자 지지 수단; 및
    상기 우측 안테나 소자를 상기 차폐 수단에 상기 소정의 간격과 동일한 간격으로 이격 고정하기 위하여 상기 좌측 안테나 소자 지지 수단과 동일한 형태 및 크기로 대칭으로 위치한 우측 안테나 소자 지지 수단
    을 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 급전 수단은,
    코넥터를 이용한 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 좌측 안테나 소자 지지 수단 및 우측 안테나 소자 지지 수단은,
    내부가 비어 있는 파이프 형태이고, 차폐 함체의 내부와 막힘 없이 연결된 구조인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1안테나는,
    송신 안테나인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2안테나는,
    사각형 모양의 루프 안테나인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  11. 제 1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2안테나는,
    상기 차폐 수단의 상측면에 위치한 상측 안테나 소자;
    상기 차폐 수단의 하측면에 상기 상측 안테나 소자와 동일한 크기 및 형태로 대칭적으로 위치한 하측 안테나 소자;
    상기 상측 안테나 소자의 좌측단에 위치하여 상기 상측 안테나 소자 및 하측 안테나 소자를 급전하는 좌측 급전 수단;
    상기 하측 안테나 소자의 우측단에 위치하여 상기 상측 안테나 소자 및 하측 안테나 소자를 급전하는 우측 급전 수단;
    상기 상측 안테나 소자를 상기 차폐 수단의 한쪽 면에 수평하게 이격하여 고정하기 위한 상측 안테나 소자 지지 수단; 및
    상기 하측 안테나 소자를 상기 차폐 수단의 한쪽 면에 수평하게 이격하여 고정하기 위한 하측 안테나 소자 지지 수단
    을 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차폐 수단은,
    내부에 상기 좌측 급전 수단 및 우측 급전 수단과 동일한 길이의 케이블로 연결되어 신호를 결합시키기 위한 전력 결합 수단
    을 포함하는 중계기용 격리 안테나.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 결합 수단은,
    4단자 하이브리드 결합기를 이용하여 입력 전압의 전력차 또는 전력합을 출력하는 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 4단자 하이브리드 결합기는,
    두개의 입력단자를 상기 좌측 급전 수단 및 우측 급전 수단에 연결하고,
    하나의 출력단자를 상기 제1안테나의 급전 수단에 연결하고,
    나머지 하나의 출력단자에 종단기를 연결한 구조인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 좌측 급전 수단 및 우측 급전 수단은,
    코넥터를 이용한 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 좌측 급전 수단 및 우측 급전 수단은,
    서로 반대 방향으로 전류가 형성되도록 급전하고,
    상기 전력 결합 수단은,
    전력차를 구현하기 위하여 180도 출력 단자를 제1안테나의 급전 수단으로 연결하는 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 좌측 급전 수단 및 우측 급전 수단은,
    서로 반대 방향으로 전류가 형성되도록 급전하고,
    상기 전력 결합 수단은,
    전력합을 구현하기 위하여 0도 출력 단자를 제1안테나의 급전 수단으로 연결하는 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 상측 안테나 소자 지지 수단 및 하측 안테나 소자 지지 수단은,
    급전 경로가 내부를 경유하여 차폐 수단의 내부로 연결될 수 있도록 내부가 비어있는 파이프 형태의 구조인 것을 특징으로 하는 중계기용 격리 안테나.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2안테나는,
    사각형 모양의 루프 안테나의 네 변 가운데 하나의 변의 중심부분에 위치하여 상기 제2 안테나를 급전하기 위한 급전 수단;
    을 포함하는 중계기용 격리 안테나.
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