KR100702406B1

KR100702406B1 - 안테나 장치

Info

Publication number: KR100702406B1
Application number: KR1020060095149A
Authority: KR
Inventors: 최종인; 윤미경; 김용재; 김대성; 김유린
Original assignee: 주식회사 선우커뮤니케이션; 주식회사 케이티프리텔
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-04-02

Abstract

본 발명은 RF 중계기용 안테나에 관한 것으로, 특히 안테나 장치의 특성 개선 및 견고성을 목적으로 하는 안테나 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 안테나 장치는 본 발명에 따른 안테나 장치는: 방사소자가 배열된 어레이기판과; 상기 어레이기판의 배면측에 배치되며, 전력 분배회로가 형성된 급전기판과, 일단이 급전기판의 분배회로 각 말단에 수직적으로 고정되고 어레이기판 측에서 수평적으로 절곡된 'L'형 급전부를 포함하는 분배기와; 상기 분배기로부터 후방으로 이격 배치되는 단일의 반사판으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 반사판은 외측이 경사진 형태로 형성되는 한편, 어레이기판은 반사판 중심부를 기준으로 일측으로 치우치게 배치된다.

어레이, 안테나, 방사소자, 분배회로, 급전부, 분배기, 반사판

Description

안테나 장치 {Antenna apparatus}

도 1은 종래 안테나의 구조를 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 안테나 장치의 사시도.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도.

도 4는 도 2의 도 2의 평면도.

도 5는 도 2의 분배기의 배면 사시도.

도 6a는 도 2 안테나의 수직패턴도.

도 6b는 도 2 안테나의 수평패턴도.

도 6c는 도 2 안테나의 정재파비 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 어레이기판 12a~12i. 방사소자

13. 분배기 14. 반사판

16. 급전기판 17. 분배회로

18. 급전부

본 발명은 RF 중계기용 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 안테나의 견고성 및 특성의 개선을 목적으로 하는 안테나 장치에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 통상의 RF 중계용 안테나(1)는 전파 송수신용 방사소자(2)를 배열한 어레이 기판(3)과, 상기 어레이 기판(3)의 후방에 이격 배치되어 전파를 반사시키는 반사판(4)과, 각 방사소자(2)에 전력을 균등분할하여 공급하는 분배회로(5)와, 분배회로(5)로부터 연장되어 각 방사소자(2)에 접촉하는 급전선(6)을 포함하여 이루어진다. 부호 7은 급전 컨넥터이다.

상기의 안테나(1)는 일반적으로 인식되어 온 두 가지의 문제점을 갖고 있다. 첫째, 상기 안테나(1)는 분배회로(5)와 급전선(6) 및 방사소자(2)로 연결되는 상태가 구조적으로 취약하여 신호전송이 불량해지거나 끊어질 수 있다. 둘째, 상기 안테나(1)는 일반적인 특성상 방사소자의 각 위치에 따라 전파의 세기가 균일하지 못하고 또한 반사판의 엣지에서 전파의 산란이 발생하는 등의 관계로, 후엽(back-lobe) 및 측엽(side-lobe)이 발달된 방사패턴을 보이게 된다.

안테나 특성에 관련하여, 후엽 및 측엽을 발생시키는 불요파를 억제하고 안 테나의 전후방비(F/B: front to back retio) 및 전측방비(F/S: front to back retio) 특성의 개선을 목적으로 하는 안테나 장치들이 다수 제안되어 있다. 예를 들어 실용신안등록 제268529호와 제292571호, 특허등록 제441146호 등에는 다중 반사판 구조 및 전파 흡수체의 이용을 통한 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 개선방안이 제안되어 있다. 그리고 특허등록 제508959호, 특허공개 제2005-94660호 등에는 방사소자의 배치 및 소자 간의 간격조정을 통한 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 개선방안이 제안되어 있다.

그러나 전자의 방안에 따르면 안테나 전체의 규모, 크기, 중량 등이 증가하게 되는 문제와 전방에 대한 부차적인 측엽이 발생되어 실제로 20dB 이상의 고성능 전측방비 특성을 실현하기 어려운 문제가 있다. 그리고 후자의 방안에 따르면 방사소자의 배치 및 간격 등의 설계, 방사패턴의 조정을 위한 수단들이 매우 복잡하여 설계 및 구현이 어려워지는 문제가 있다.

알려진 바와 같이, 통상의 패치 어레이에서 전후방비 및 측엽 특성을 향상시키기 위해서는 중심측 패치의 파워를 크게 하고 외곽측 패치의 파워를 상대적으로 작게 할 필요가 있다. 그런데 통상의 병렬급전 방식에서는 중심측에 큰 파워를 공급하고자 하는 경우에 큰 차의 분배율이 필요하게 되며, 따라서 분배 패턴의 폭이 매우 좁게 설계될 수 밖에 없다. 예를 들어, 유전율 3.0, 0.8t 유전체 기판에서 1:9 파워 분배를 할 경우 0.2mm 이하의 패턴이 필요하게 된다. 이러한 이유로 구현 자체가 어려울 뿐만 아니라 안테나의 최대 허용전력을 높게 사용할 수가 없게 되는 문제가 있다.

한편 상기한 종래의 기술들 또는 다른 안테나에서, 안테나 장치의 구조적 취약성 문제에 대하여는 특별한 대책이 강구되어 있지 않다.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 안테나의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 장치의 규모에 영향을 주지 않으며, 안테나의 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 특성을 향상시킬 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 구조적으로 견고하게 설계된 안테나 장치를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 상기한 목적들은 각 요소의 배치와 장착구조, 급전부의 형태 및 효율적인 파워분배가 가능하도록 설계된 전력 분배기 등을 통하여 달성된다.

본 발명에 따른 안테나 장치는: 방사소자가 배열된 어레이기판과; 상기 어레이기판의 배면측에 배치되며, 전력 분배회로가 형성된 급전기판과, 일단이 급전기판의 분배회로 각 말단에 수직적으로 고정되고 어레이기판 측에서 수평적으로 절곡된 'L'형 급전부를 포함하는 분배기와; 상기 분배기로부터 후방으로 이격 배치되는 단일의 반사판으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 반사판은 외측이 경사진 형태로 형성되는 한편, 어레이기판은 반사판 중심부를 기준으로 일측으로 치우치게 배치된다.

바람직하게, 상기 분배회로는 급전점으로부터 이분기되며, 이 중 제1분기회로는 급전기판의 중심측 말단에 연장되고, 제2분기회로는 외곽측 말단들에 병렬로 연장된다. 상기 분배기에 의하여, 인가된 전력은 분배 첫단에서 우선 이분기되어, 그 중 하나가 중심측 방사소자에 공급되고, 다른 하나가 외곽측 방사소자들에 균등 공급된다.

본 발명의 안테나 장치는 견고한 구조적 특성 및 안테나의 개선된 이득특성, F/B, F/S 특성을 갖는다. 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 보다 명백해질 것이다. 첨부도면 중, 도 2는 본 발명에 따른 안테나 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 2의 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 안테나 장치에 적용된 분배기를 나타낸 도면이다. 도면에서 본 발명에 따른 안테나 장치는 부호 10으로 나타낸다.

본 실시예에 따른 상기 안테나 장치(10)는 방사소자(12a~12i)가 배열된 어레이기판(11)과, 상기 어레이기판(11)의 배면측에 배치되는 전력 분배기(13)와, 상기 분배기(13)의 후방에 이격 배치되는 반사판(14)을 포함하여 이루어진다. 부호 15는 급전 컨넥터이다. 상기 어레이기판(11) 상에는 통상의 3×3 패치 어레이가 예시되어 있으나, 본 발명이 어레이 방식에 한정되는 것은 아니다.

상기 분배기(13)는 전력 분배회로(17)가 형성된 급전기판(16)과, 상기 급전기판(16) 상에 고정되는 급전부(18)를 포함한다. 구체적으로, 상기 급전부(18)는 일단이 상기 분배회로(17)의 각 말단에 수직적으로 고정되고 어레이기판(11) 측에서 수평적으로 절곡된 'L'형 급전부이다. 상기 급전부(18)는 어레이기판(11)과 직접적으로 접촉하지 않으며, 어레이기판(11) 상의 방사소자(12a~12i)와 EM(electro-magnetic) 방식으로 커플링 되어 있다. 이에, 상기 'L'형 급전부(18)는 안테나 장치(10)에서 제1방사부가 되는 것이며, 어레이기판(11) 상의 방사소자(12a~12i)는 제2방사부가 된다.

도 4에서 보면, 상기 어레이기판(11)은 반사판(14)을 기준으로 그 중심에 있지 않으며, 반사판(14)을 중심으로 일측으로 치우쳐 배치되어 있음을 알 수 있다. 이는 급전부(18)의 형태에서 비롯된 것으로, 상기 'L'형 급전부(18)의 좌우 비대칭 형태에 의하여 실측에서, 일정한 90°방향으로의 측엽 빔패턴이 생기는 현상이 발생하였다. 이에 도시된 바와 같이, 어레이기판(11)을 일측으로 치우치게 배치함으로써 급전부(18)의 비대칭에 의한 측엽 현상을 제거할 수 있다. 이 때 어레이기판(11)의 치우침의 정도는 실측 결과에 따라 조정될 것이다.

바람직하게, 상기 분배회로(17)는 급전 컨넥터(15)에 연결되는 급전점(19)으 로부터 각 말단에 연결되어 전력을 분배하는 회로이다. 상기 분배회로(17)는 급전 첫단에서 이분기되며, 이 중 제1분기회로(17a)는 급전기판(16)의 중심측 말단에 연장되고, 제2분기회로(17b)는 외곽측 말단들에 병렬로 연장된다. 그리고 각 말단에 상기 급전부(18)의 수직측 단부가 끼워져 고정된다.

상기 분배회로(17)에 의하여, 분배기(13)에 인가된 전력은 우선 분배 첫단에서 이분배되고, 그 중 하나가 급전부(18)를 통하여 중심측 방사소자(12a)에 공급되고 다른 하나가 외곽측 방사소자(12b~12i)들에 병렬로 균등공급된다. 이에 따라, 중심측 방사소자(12a)의 파워가 커지고 외곽측 방사소자(12b~12i)의 파워는 상대적으로 약해진다. 따라서 안테나의 전후방비 및 측엽 특성이 향상될 수 있다. 도면에서 부호 20은 DC쇼트회로이다.

외곽측 방사소자(12b~12i)들에 대한 고른 파워분배를 위하여, 상기 제2분기회로(17b)는 재분기되어 급전기판(16)의 외곽측 말단들에 병렬로 연장되도록 한다. 본 실시예에서 상기 제2분기회로(17b)는 연속하는 이분회로를 경유하여 각 외곽측 말단에 연장되도록 설계된다. 다만 본 발명이 상기 제2분기회로(17b)의 특정한 설계에 한정되는 것은 아니며, 다양한 설계의 변경이 가능할 것이다. 한편, 분배회로(17)가 각 급전부(18)에 연결되는 한, 알려진 다른 분배회로가 적용될 수도 있을 것이다.

상기 반사판(14)은 단일로 구비된다. 그 중심부는 상기 분배기(13)의 급전기판(16)으로부터 후방으로 이격(d) 배치되며, 확장 외측(14a)은 경사진 형태로 형성된다. 이 구조에서, 상기 반사판(14)은 제1방사부로서의 급전부(18)의 방사전력 누설을 최소화하는 역할 및 측엽을 주빔에 효율적으로 합성시키는 역할을 하게 된다. 구조적으로, 상기 분배기(13)는 반사판(14)의 중심부 상단에 거치 고정되며, 어레이기판(11)은 급전기판(16)과 어레이기판(11) 간에 연장된 스페이서(21)에 의해 급전기판(16)과 일정한 간격으로 고정된다.

도 6a, b, c는 상기 안테나 장치(10)를 가로×세로 410mm×420mm, 폭 100mm로 제작하여 측정한 수직패턴, 수평패턴, 정재파비 그래프이다. 결과에서 나타난 바와 같이, 양호한 이득특성과 특히 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 각각 35dB 이상의 우수한 특성을 보이고 있으며, 만족할 만한 정재파비를 얻을 수 있었다.

본 발명의 안테나 장치는 견고한 구조적 특성을 갖는다. 그리고 안테나의 특성, 특히 F/B, F/S 특성이 현저하게 개선된다.

Claims

방사소자가 배열된 어레이기판과; 상기 어레이기판의 배면측에 배치되며, 전력 분배회로가 형성된 급전기판과, 일단이 급전기판의 분배회로 각 말단에 수직적으로 고정되고 어레이기판 측에서 수평적으로 절곡된 'L'형 급전부를 포함하는 분배기와; 상기 분배기로부터 후방으로 이격 배치되는 단일의 반사판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 어레이기판은 반사판 중심부를 기준으로 일측으로 치우치게 배치된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사판은 외측이 경사진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 분배기는 반사판의 중심부 상단에 거치 고정되며, 어레이기판은 급전기판과 어레이기판 간에 연장된 스페이서에 의해 급전기판과 일정한 간격으로 고정된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 급전부와 방사소자는 EM(electro-magnetic) 방식으로 커플링 되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 분배회로는 급전 첫단에서 이분기되어, 이 중 제1분기회로는 급전기판의 중심측 말단에 연장되고, 제2분기회로는 외곽측 말단들에 병렬로 연장되며, 각 말단에 상기 급전부의 수직측 단부가 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제6항에 있어서,

상기 제2분기회로는 연속하는 이등분회로를 경유하여 각 외곽측 말단에 연장되도록 설계된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.