KR100766182B1 - 방사형 누설 동축 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방사형 누설 동축 케이블을 개시한다. 본 발명에 따른 방사형 누설 동축 케이블은, 내부 도체; 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 형성된 외부 도체;를 포함하고, 방사 슬롯은 중심선과 수직하게 소정 길이를 갖는 제 1 슬롯 및 제 1 슬롯의 길이 방향 일단 또는 타단에서 상기 제 1 슬롯과 수직하게 직선 형태로 소정 길이 연장되는 제 2 슬롯으로 이루어져 전자기파(Electromagnetic Wave)를 방사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 외부 도체에 형성된 방사 슬롯을 누설 동축 케이블의 길이 방향으로 더 연장하여, 무선 단말에 구비된 통신 안테나의 방향 또는 편파와 무관하게 누설 동축 케이블과 통신 안테나 간의 양 방향 통신을 용이하게 하는 효과가 있다.
방사, 슬롯, 누설 동축 케이블, 편파

Description

방사형 누설 동축 케이블{Radiated mode leaky coaxial cable}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 누설 동축 케이블의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 누설 동축 케이블의 전계 패턴을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설 동축 케이블의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 A선에 따른 방사 슬롯의 부분 확대 사시도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 방사 슬롯의 변형예를 도시한 사시도.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
100...누설 동축 케이블 110...내부 도체
120...유전체 130...외부 도체
130a...방사 슬롯 140...외피
본 발명은 방사형 누설 동축 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누설 동축 케이블의 슬롯 구조를 개선하여 무선 단말의 통신 감도를 향상시키는 방사형 누설 동축 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.
일반적으로, 터널, 지하 철로, 건물 지하 및 밀폐 공간 등과 같이 외부와 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 RF라 칭함.)를 충분히 송ㆍ수신할 수 없는 장소에 누설 동축 케이블(Leaky Coaxial Cable)이 사용된다. 여기서, 누설 동축 케이블은 전송 라인(Transmission Line)과 안테나의 역할을 동시에 한다.
누설 동축 케이블은 길이 방향을 따라 구비된 복수의 슬롯(Slot)을 통해 전파의 방사가 이루어지도록 한 케이블로서, 슬롯의 주기나 형태를 조절하여 자유롭게 특성 주파수를 설계할 수 있고, 어떠한 형태의 전파 음영지역이라도 포설이 용이하다.
이러한 누설 동축 케이블은 FM, Pager, Cellular 대역에서만 사용할 수 있었으나, 최근 이동통신 서비스가 광대역(Broadband) 주파수로 발전함에 따라 UHF 대역까지 전송시킬 수 있는 광대역 RF용 누설 동축 케이블(예컨데, RFCX 및 RFCL)이 사용되고 있다.
광대역 RF용 누설 동축 케이블은 다양한 주파수 대역에 대응하는 방사 모드(Radiation Mode)가 형성되도록 설계되며, 중앙 제어국이나 외부의 기지국과 통신 이 가능한 시스템에 적용된다. 여기서, 전술한 시스템은 업링크(Up-Link) 및 다운링크(Down-Link) 주파수 범위를 포함하는 대역폭 즉, 순방향과 역방향의 주파수 대역폭을 이용한다.
전술한 누설 동축 케이블의 구조 및 전계 패턴에 대해 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 누설 동축 케이블(10)은 중심부로부터 내부 도체(1), 절연체(2), 외부 도체(3) 및 외피(4)를 포함하여 구비한다. 여기서, 외부 도체(3)는 길이 방향과 수직을 이루며, 규칙적인 간격으로 이격된 슬롯(3a)을 형성한다. 슬롯(3a)은 소정 길이를 갖는 장방형의 홈이다.
누설 동축 케이블(10)의 내부 도체(1)와 외부 도체(3) 사이에 신호 발생기(20)를 이용하여 신호 전압을 걸어주면, 슬롯(3a)을 통해서 전자기파(Electromagnetic Wave)가 방사(Radiation)되는데, 도 2를 참조하여 전계의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 누설 동축 케이블(10)의 복사 전자장의 분포에 따른 전계 벡터(E)는 누설 동축 케이블(10)의 축과 소정 각도(θ)를 이루며, 이에 따라 전자기파가 외부로 방사된다. 여기서, 누설 동축 케이블(10)의 축과 전자기파(E)의 방향이 이루는 각(θ)은 제로(Zero)에 근접할 경우 신호 왜곡이 없는 전자기 파를 외부로 방사할 수 있다.
한편, 상기 누설 동축 케이블(10)은 지면과 수평으로 포설되며, 이 경우에 슬롯(3a)은 수직으로 배열된다. 이때, 슬롯(3a)을 통해 수평 편파(Horizontal Polarized Wave)를 주빔으로 하는 전계 및 전자기파가 방사된다.
그러나, 전술한 종래의 누설 동축 케이블은 수평 편파를 주빔으로 하는 전계 및 이에 따른 전자기파가 방사되므로 수직 편파를 기본으로 하는 무선 단말, 특히 이동통신 단말의 통신 감도를 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 누설 동축 케이블의 외부 도체에 형성된 슬롯의 기하학적 구조를 개선하여, 무선 단말의 편파와 상관없이 양 방향 통신을 용이하게 하는 방사형 누설 동축 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사형 누설 동축 케이블은, 내부 도체; 상기 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및 상기 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 상기 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 형성된 외부 도체;를 포함하고, 상기 방사 슬롯은 중심선과 수직하게 소정 길이를 갖는 제 1 슬롯 및 상기 제 1 슬롯의 길이 방향 일단 또는 타단에서 상기 제 1 슬롯과 수직하게 직선 형태로 소정 길이 연장되는 제 2 슬롯으로 이루어져 전자기파(Electromagnetic Wave)를 방사하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 2 슬롯은 제 1 슬롯의 길이 방향 일단 또는 타단에서 하방 수직 또는 상방 수직으로 소정 길이 연장된다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 슬롯 또는 제 2 슬롯은 정방형 또는 장방형의 사각홈이다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 도체를 피복하는 외피;를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 전자기파는 수직 및 수평 편파를 포함하며, 상기 전자기파의 전계량은 제 2 슬롯의 길이(L)에 따라 E1 = α(-0.8×L2 + 9.3×L - 33), E2 = β(-0.74×L2 + 7.2×L - 21)의 수학식을 만족한다. 여기서, E1 은 제 1 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, E2 는 제 2 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, α 및 β는 주변 환경에 따른 계수이다. 이때, 외부 도체는 구리 재질이며, 유전체는 발포성 폴리에틸렌(Polyethylene)이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예에서, 전자기파(Electromagnetic Wave)는 전계(Electric Field) 및 자계(Magnetic Field)의 상호 작용에 의하여 파동(Wave)이 진행하는 방향에 따른 전파이고, 편파(Polarization)는 전계나 자계가 진행 방향에 따른 좌표축 성분에 대한 세기이다. 또한, 전계나 자계와 같은 계가 진동하는 면을 편파면이라 한다.
이때, 편파면이 대지에 수직인 파동을 수직 편파(Vertically Polarized Wave)라 정의하고, 편파면이 대지에 수평인 파동을 수평 편파(Horizontally Polarized Wave)라 정의한다.
본 발명에 따른 누설 동축 케이블은 전자기파를 대기 중으로 방사할 수 있는 구조이며, 도 3을 참조로 누설 동축 케이블의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 누설 동축 케이블(100)은 내부 도체(110), 상기 내부 도체(110)를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체(120), 상기 유전체(120)를 컴팩트하게 둘러싸는 외부 도체(130), 상기 외부 도체(130)에 형성된 방사 슬롯(130a) 및 상기 외부 도체(130)를 컴팩트하게 둘러싸는 외피(140)로 구성된다. 이때, 상기 유전체(120), 외부 도체(130) 및 외피(140)는 내부 도체(110)에 순차적으로 동심원을 이루며 적층된다.
상기 내부 도체(110)는 도전성있는 금속 소재의 도선이다. 상기 금속 소재로는 동관, 연동선 또는 동복 알루미늄선이 선택적으로 채택될 수 있으며, 상기 누설 동축 케이블(100)에 송ㆍ수신된 전자기파 에너지의 전송로(Transmission Line)이다.
상기 유전체(120)는 내부 도체(110)와 외부 도체(120) 간에 개재된 유전층으로 내ㆍ외부 도체(110, 130) 간을 절연하고, 상기 전자기파 에너지의 손실을 방지하는 유전 물질로 이루어져 있다. 상기 유전 물질로는 발포 플라스틱 또는 플라스틱 복합 절연물이 선택적으로 채택된다.
상기 외부 도체(130)는 도전성있는 금속 소재의 전자기파 차폐층으로 접지선에 의해 접지(Earth)된다. 상기 금속 소재로는 동관 또는 라미네이트형 알루미늄 테이프가 선택적으로 채택될 수 있다.
상기 외피(140)는 외부 도체(130)의 부식을 방지하기 위한 플라스틱 소재의 부식 방지층이다.
이때, 상기 외부 도체(130)에는 다수의 방사 슬롯(130a)이 형성되어 유전체(120)의 일부가 중심선을 따라 규칙적으로 노출될 수 있도록 하며, 노출된 방사 슬롯(130a)을 통해 전자기파 에너지가 방사 및 흡수될 수 있도록 한다.
구체적으로 설명하면, 상기 다수의 방사 슬롯(130a)은 중심선을 따라 동일 형상의 등간격으로 외부 도체(130)에 형성되는데, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방사 슬롯(130a)은 중심선 즉, 누설 동축 케이블의 길이 방향과 수직하게 소정 길이를 갖는 제 1 슬롯(131a) 및 상기 제 1 슬롯(131a)의 길이 방향 일단에서 상방 수직으로 소정 길이(L) 연장되는 제 2 슬롯(132a)으로 이루어진다. 여기서, 상기 제 1 슬롯(131a) 또는 제 2 슬롯(132a)은 길이에 따라 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 사각홈으로 이루어진다.
상기 방사 슬롯(130a)은 다양한 형태로 변형될 수 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 슬롯의 길이 방향 일단에서 하방 수직으로 소정 길이 연장되는 제 2 슬롯으로 구성할 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 슬롯의 길이 방향 타단에서 상방 수직 또는 하방 수직으로 소정 길이 연장되는 제 2 슬롯으로 구성할 수 있다.
전술한 구성의 누설 동축 케이블의 입력단에 신호 발생기를 이용하여 신호 전압을 인가하면, 방사 슬롯을 통해 전계 및 전자기파가 방사되는데, 다시 도 3 및 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
도면들을 참조하면, 상기 신호 전압에 의해 누설 동축 케이블(100)의 내부 도체(110) 및 외부 도체(130)에 전류가 흐르고, 상기 전류는 외부 도체(130)에 형성된 제 1 슬롯(131a) 및 제 2 슬롯(132a)을 포함하는 방사 슬롯(130a)에 의해 전류 분포 상태가 변화하게 된다.
이때, 상기 방사 슬롯(130a) 주변에 전자기장(Electromagnetic Field)이 형성되고, 상기 방사 슬롯(130a)을 통해 전자기파가 방사된다. 즉, 상기 신호 전압에 의한 전류 에너지가 전계 에너지로 변환되어 대기로 방사된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 누설 동축 케이블(100)이 수평으로 포설되었을 경우, 상기 제 1 슬롯(131a)을 통해 방사되는 전자기파는 수직 편파이고, 상기 제 2 슬롯(132a)을 통해 방사되는 전자기파는 수평 편파이다.
여기서, 상기 누설 동축 케이블(100)을 통해 방사되는 전계량은 제 2 슬롯(132a)의 길이(L)가 길어짐에 따라 증가하게 되며, 다음의 수학식 1을 만족한다.
E1 = α(-0.8×L2 + 9.3×L - 33)
E2 = β(-0.74×L2 + 7.2×L - 21)
(수학식 중, E1 은 제 1 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, E2 는 제 2 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, α 및 β는 주변 환경에 따른 계수이다.)
상기 수학식 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 제 2 슬롯(132a)의 길이(L)가 길어짐에 따라 방사되는 수평 및 수직 편파량도 증가하게 된다.
전술한 실시예에서, 상기 방사된 전자기파는 수직 및 수평 편파를 포함하는 파동의 형태로 수신 단말 즉, 이동통신 단말을 포함하는 무선 단말로 송신된다. 이때, 상기 무선 단말은 안테나의 방향성 또는 편파에 관계없이 방사된 전자기파를 용이하게 송ㆍ수신한다. 예컨대, 이동통신 단말은 누설 동축 케이블의 직선 편파, 특히 제 2 슬롯을 통해 방사된 수직 편파를 감도의 열화없이 받아들일 수 있다. 또한, 이동통신 단말에 구비된 안테나가 경사지거나 수평으로 되더라도 제 1 슬롯을 통해 방사된 수평 편파를 감도의 열화없이 받아들일 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 외부 도체에 형성된 방사 슬롯을 누설 동축 케이블의 길이 방향으로 더 연장하여, 무선 단말에 구비된 통신 안테나의 방향 또는 편파와 무관하게 누설 동축 케이블과 통신 안테나 간의 양 방향 통신을 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 내부 도체;
    상기 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및
    상기 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 상기 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 배열된 외부 도체;를 포함하고,
    상기 방사 슬롯은 중심선과 수직하게 소정 길이를 갖는 제 1 슬롯 및 상기 제 1 슬롯의 길이 방향 일단 또는 타단에서 상기 제 1 슬롯과 수직하게 직선 형태로 소정 길이 연장되는 제 2 슬롯으로 이루어져 전자기파(Electromagnetic Wave)를 방사하는 것을 특징으로 하는 방사형 누설 동축 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 제 1 슬롯의 길이 방향 일단 또는 타단에서 하방 수직 또는 상방 수직으로 소정 길이 연장되는 것을 특징으로 하는 방사형 누설 동축 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯 또는 제 2 슬롯은 정방형 또는 장방형의 사각홈인 것을 특징으로 하는 방사형 누설 동축 케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 도체를 피복하는 외피;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사형 누설 동축 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파는 수직 및 수평 편파를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사형 누설 동축 케이블.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자기파의 전계량은 제 2 슬롯의 길이(L)에 따라 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 케이블.
    수학식
    E1 = α(-0.8×L2 + 9.3×L - 33)
    E2 = β(-0.74×L2 + 7.2×L - 21)
    (수학식 중, E1 은 제 1 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, E2 는 제 2 슬롯을 통해 방사되는 전계량이고, α 및 β는 주변 환경에 따른 계수이다.)
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