KR100945550B1 - 광대역 옴니 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 옴니 안테나에 관한 것이다. 본 발명에서 그라운드판 상에 배치되는 방사부는 안테나의 중심에 배치된 고주파 방사용 모노폴 소자와, 상기 모노폴 소자의 일측에 이격적으로 배치되고 굴곡진 상부가 모노폴 소자의 상측으로 연장되는 저주파 방사용 "C" 또는 "ㄷ" 커플링을 포함한다. 한편, 본 발명의 안테나는 외부에서 레이돔 및 그라운드판을 관통하여 시설물에 삽입되는 볼트 등의 수단에 의하여 설치된다. 이 구조에 의하여, 본 발명의 안테나는 광대역 특성, 규모 특성 및 설치 용이성을 갖게 된다.

안테나, 옴니, 광대역, 급전, 커플링, 컨넥터, 레이돔

Description

광대역 옴니 안테나 {Wideband omni-directional antenna}

본 발명은 소형의 무지향성 옴니 안테나에 관한 것으로, 특히 광대역과 다중대역(multi-band) 특성 및 견고한 체결구조 특성을 갖도록 설계된 광대역 옴니 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 건물 내부 또는 지하 시설의 천장이나 벽면 등에 취부될 수 있는 무지향성 소형 옴니 안테나에 관한 것으로, 이러한 용도에 관련하여 종래에는 역에프 구조를 이용한 안테나 또는 모노폴 구조의 안테나가 주로 이용되어 왔다.

상기 역에프 옴니 안테나는 다이폴 소자를 역에프형으로 절곡하여 형성한 구조로써 통상의 다이폴을 이용한 것에 비하여 안테나 규모를 줄일 수 있다는 장점이 있는 것이다. 그러나 소자의 형태 자체가 급전점을 기준으로 하여 비대칭인 관계로, 모노폴 소자를 이용한 옴니 안테나에 비하여 이득 평탄도가 떨어지는 단점이 지적되어 있다.

또한, 모노폴 옴니 안테나는 대칭 구조상 이득 평탄도면에서는 조금 유리할 수 있다. 그러나 모노폴 구조에서는 단일 주파수에서만 공진하기 때문에 주파수 대역이 작다는 문제가 있다. 여기에 광대역화를 구현하는 방법으로는 각 주파수에 대응하는 모노폴 소자들을 모두 구비하고, 유전체 기판에 급전라인을 설계하여 급전하는 한편, 임피던스 매칭 회로를 추가하는 등의 방법이 사용되기도 하였다. 그러나 이 경우에는 설계 및 가공이 복잡한 문제, 안테나 규모가 매우 커지는 문제, 비용이 상승되는 문제 등이 발생하였다.

본 출원인은 특허공개 제2003-93146호를 통하여 그라운드판 상에 수직으로 설치되는 단일 모노폴 소자와, 상기 소자를 둘러싸는 형태로 배치되는 임피던스 정합소자를 포함하여, 광대역화를 도모한 안테나를 제안하였다. 그러나 이 경우에도 단일 모노폴 자체의 한계를 가지고 있으므로, 실제로는 주파수 대역이 작다는 문제가 여전히 남아 있다. 또한 이를 극복하기 위하여는 여러 복잡한 설계가 필요한 문제가 있다.

다른 예로서 본 출원인은 절연체를 이용하여 상·하로 격리시킨 이중 슬리브 구조를 채택하여, 실질적인 광대역화를 도모한 안테나를 제안한 바 있다. 그러나 이 경우 급전구조가 복잡해지는 문제가 있으며, 이에 외측 슬리브는 EM(Electro Magnetic) 커플링 방식의 급전을 사용하는 것으로 할 수 있으나, 구조 및 급전을 포함한 안테나의 설계에 있어서 여전히 복잡하고 실제로 만족할만한 수준의 광대역화가 얻어지지 않았다. 또한, 상·하 격리된 이중 슬리브 구조는 안테나의 크기, 특히 레이돔의 높이를 크게 하는 요인이 된다.

이에 안테나의 구조 및 급전에 있어서 보다 간편하고 콤팩트한 방식을 개발·적용할 필요가 있으며, 동시에 실질적으로 만족할만한 수준의 광대역화를 얻을 수 있는 안테나가 필요하게 되었다.

한편, 건물 내부 또는 지하 시설의 천장이나 벽면 등에 취부될 수 있는 소형의 옴니 안테나는, 레이돔이 그라운드판 또는 반사판의 모서리를 감싸는 형태로 결합된 상태에서, 상기 그라운드판 배면의 중앙에서 돌출된 급전 컨넥터가 시설물에 삽입되도록 하는 방법으로 고정된다.

그러나 상기 고정방식은 설치되는 위치가 천장이나 벽면인 점을 고려하면 적용이 쉽지 않다. 더욱이 시설물의 재료나 환경에 따라서는 상기 컨넥터가 고정수단으로서의 역할을 할 수 없는 경우도 있다. 즉, 컨넥터를 시설물에 삽입되도록 하는 작업이 쉽지 않은 경우 또는 컨넥터가 충분한 고정력을 제공하지 못하는 경우 등이 있다. 또한 상기 커버는 안테나와는 별도로 고정되어 구조적으로 매우 취약할 수밖에 없는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 기술에 따른 옴니 안테나들의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다.

본 발명의 목적은 종래의 옴니 안테나들에 비하여 비교적 간단하고 콤팩트한 구조로써, 설계 및 제작이 쉬우며 우수한 특성으로 광대역 및 다중대역을 실현하는 옴니 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 안테나 전체가 시설물에 간편하게 설치할 수 있으며, 또한 견고하게 고정되어 있을 수 있는 체결구조를 실현하는 옴니 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 위하여, 본 발명에 따른 옴니 안테나는:

안테나의 중심에 배치된 고주파 방사용 모노폴 소자와, 상기 모노폴 소자의 일측에 이격적으로 배치되고 굴곡진 상부가 모노폴 소자의 상측으로 연장되는 저주파 방사용 "C" 또는 "ㄷ" 커플링을 포함하는 방사부;

상기 방사부의 하부에 이격 배치되는 원형 또는 각형의 그라운드판;

상기 그라운드판을 관통하며, 중심도체에 상기 모노폴 소자와 커플링의 하부가 각각 접속하여 급전을 수행하는 동축 컨넥터;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 커플링은 길이를 따라 종방향으로 형성된 슬롯을 갖는다. 그리고, 상기 그라운드판은 상기 방사부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 통상의 반사판이다.

또한 바람직하게, 본 발명에 따른 상기 옴니 안테나는:

상기 방사부를 커버하는 레이돔을 더 포함하며;

상기 레이돔의 가장자리에는 두 개 이상의 장착공이 형성되고;

상기 그라운드판에는 상기 장착공에 대응하는 관통공이 형성되며;

별도로 제공된 안테나 고정수단이 상기 장착공과 관통공을 통과하여 시설물에 삽입됨으로써 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 옴니 안테나는 모노폴 소자와 그의 일측에 평행하게 배치되는 "C" 커플링을 포함하여 방사부를 형성하고, 각각에 급전하여 고주파 및 저주파의 광대역 공진이 가능하도록 한 것이다. 따라서 설계가 간단하고 종으로 배열되는 것에 비하여 콤팩트하게 구현되는 효과가 있다. 또한, 실제로 본 발명의 안테나는 우수한 특성으로 광대역 및 다중대역을 실현한다.

한편, 본 발명의 안테나는 레이돔과 그라운드판을 관통하는 볼트 등의 고정수단을 이용하여 시설물에 고정된다. 따라서 보다 견고한 고정력을 제공하며, 컨넥터가 고정력을 제공할 수 없는 경우에도 안테나를 시설물에 고정할 수 있고, 또한 볼트로 간단하게 고정할 수 있으므로 컨넥터 고정방식에 비하여 안테나 설치가 용이하게 되는 효과가 있다.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예를 통하여 보다 명백해질 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 옴니 안테나가 부호 10으로 표시되어 있다. 상기 안테나(10)는 방사부(11), 그라운드판(12), 동축 컨넥터(13), 레이돔(14)를 포함하여 이루어진다. 상기 그라운드판(12)은 방사부(11)로부터 후방으로 복사된 RF 신호를 반사시키는 통상의 반사판이다.

상기 방사부(11)는 안테나의 중심선(X-X) 상에 배치된 고주파 방사용 모노폴 소자(15)와, 상기 모노폴 소자(15)의 일측에 평행하게, 이격적으로 배치된 저주파 방사용 "C"형 또는 "ㄷ"형 커플링(16)을 포함한다. 구체적인 형태에 있어서, 상기 모노폴 소자(15)는 하부 바닥을 포함하는 슬리브형으로 형성된다.

또한 상기 커플링(16)은 "C"형 또는 "ㄷ"형으로 형성되며, 굴곡진 상부(16a) 및 하부(16b)가 상기 모노폴 소자(15)의 상측 및 하측에 인접하도록 연장 배치된다. 이 때 상기 커플링(16)은 모노폴 소자(15)로부터 이격되어, 커플링(16)과 모노폴 소자(15)는 서로 접촉하지는 않는다. 이 배치에서 상기 커플링(16)은 상부(16a)에서 상기 모노폴 소자(15)와 비접촉 커플링(예컨대, Electro-Magnetic Coupling) 되어, 저주파 대역에서 방사소자의 길이가 늘어난 효과를 얻는 것이다. 한편, 상기 커플링(16)의 굴곡진 하부(16b)는 하기 동축 컨넥터(13)로 연장되어 그 중심도선에 접속된다.

상기한 커플링(16)의 형태 및 배치는 안테나의 저주파 공진 특성과 안테나의 설계 및 구조를 간편하고 콤팩트하게 하는데 있어서, 최적인 것으로 판단된다. 바람직하게, 상기 커플링(16)은 길이를 따라 종방향으로 형성된 슬롯(slot)(17)을 갖는다. 상기 슬롯(17)은 전자파의 효과적인 방사를 하기 위한 구성이지만, 본 실시예에서는 상기 커플링(16)의 접속을 위한 용도로도 사용된다. 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(17)을 이용하여 커플링(16)의 하부(16b)가 동축 컨넥터(13)의 중심도선에 끼워져 결합되도록 할 수가 있는 것이다.

상기 그라운드판(12)은 원형 또는 각형의 플레이트로 된 통상의 반사판으로, 상기 방사부(11)의 하부에 수직·이격적으로 배치되어, 상기 방사부(11)로부터 복 사된 RF 신호를 반사한다. 본 실시예에서, 상기 그라운드판(12)의 가장자리에는 두 개 이상의 관통공(18)이 형성된다. 이는 하기의 레이돔(14) 장착공에 대응하는 구성이다.

상기 동축 컨넥터(13)는 상기 방사부(11)에 급전을 하기 위한 컨넥터로서, 내부에 중심도선(19)을 포함한다. 이 동축 컨넥터(13)는 상기 그라운드판(12)의 중심을 관통하여 장착되며, 이 때 상기 중심도선(19)이 상측으로 연장되어 상기 모노폴 소자(15)의 바닥에 접속하는 것이다. 그리고 모노폴 소자(15)가 접속한 바로 아래 부분에서, 상기 커플링(16)의 하부(16b)가 동축 컨넥터(13)의 중심도선(19)에 끼워져 접속하는 것이다.

상기 레이돔(14)은 상기 그라운드판(12) 상에 배치된 방사부(11)를 보호하는 덮개이다. 본 실시예에서, 상기 방사부(11)는 고주파 방사를 담당하는 모노폴 소자(15)와 저주파 방사를 담당하는 커플링(16)이 서로 평행하게 배치되어 있다. 그라운드판(12)이 대체로 일정한 크기로 제작되는 점으로 고려하면, 소자들이 종방향으로 배열되는 것에 비하여 상기한 측방향 배열 형태는 레이돔(14)의 크기를 축소시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 레이돔(14)의 가장자리에는 두 개 이상의 장착공(20)이 형성된다. 상기 장착공(20)은 그라운드판(12)의 관통공(18)에 대응하며, 상기 장착 공(20)과 관통공(18)을 통과하는 고정수단(21)으로서 볼트가 제공된다. 즉, 안테나(10)는 상기 장착공(20)과 관통공(18)을 통과하여, 시설물의 천장이나 벽(T)에 삽입되는 고정볼트(21)에 의하여 고정 설치될 수 있다.

안테나(10)의 설치 위치가 시설물의 천장이나 벽(T)인 점을 고려하면, 동축 컨넥터(13)을 이용한 고정방식이 매우 불편하고 어려운 반면에, 상기한 방식으로 안테나(10)가 보다 쉽고 간편하게 설치될 수 있다.

본 발명의 안테나(10)는 고주파수 대역과 저주파수 대역의 방사를 동시에 가능하게 하기 위하여, 고주파 방사용 모노폴 소자(15)와 저주파 방사용 "C"형 커플링(16)을 평행하게 구비하고, 하단부에서는 급전 컨넥터(13)에 각각 접속하여 급전되도록 하고, 상단부에서 이들(15, 16)을 비접촉 커플링되도록 하여, 광대역 및 다중대역이 가능해지는 것이다.

실제로 본 발명의 안테나(10)는 저주파수 대역(대역폭 8.15%)에서 Cellular: 824 ~ 894MHz, GSM: 880~960MHz 및 고주파 대역(대역폭 30.92%)에서 PCS: 1710 ~ 1870MHz, IMT-2000(WCDMA): 1885 ~ 2170MHz, Wibro: 2300 ~ 2390MHz 등에서 유효하게 사용 가능한 안테나를 목적으로 개발된 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 안테나(10)는 각 대역 폭에서 만족할만한 정재 파비를 나타내었다. 또한 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 안테나(10)는 저주파수 및 고주파수의 각 대역에서 양호한 패턴 및 이득 특성을 나타내었다. 따라서 본 발명의 안테나(10)가 상기한 개발 목적, 설치 및 고정의 편리성을 제공하는 유익한 발명임을 알 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 사시도.

도 2는 도 1의 옴니 안테나의 분리 사시도.

고 3은 도 1의 옴니 안테나의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 정재파비 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 저주파수 대역 수직 패턴도.

도 6는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 고주파수 대역 수직 패턴도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 방사부 12. 반사판

13. 동축 컨넥터 14. 레이돔

15. 모노폴 소자 16. 커플링

17. 슬롯 18. 관통공

19. 중심도선 20. 장착공

21. 고정수단

Claims (5)

1. 안테나의 중심에 배치된 고주파 방사용 모노폴 소자와, 상기 모노폴 소자의 일측에 이격적으로 배치되고 굴곡진 상부가 모노폴 소자의 상측으로 연장되는 저주파 방사용 "C" 또는 "ㄷ" 커플링을 포함하는 방사부;

   상기 방사부의 하부에 이격 배치되는 원형 또는 각형의 그라운드판;

   상기 그라운드판을 관통하며, 중심도체에 상기 모노폴 소자와 커플링의 하부가 각각 접속하여 급전을 수행하는 동축 컨넥터;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 커플링은 길이를 따라 종방향으로 형성된 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 그라운드판은 상기 방사부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 통상의 반사판인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
4. 제2항에 있어서,

   상기 슬롯이 동축 컨넥터의 중심도체에 끼워지는 방법으로, 상기 커플링이 중심도체에 접속하는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
5. 제1항에 있어서,

   상기 옴니 안테나는 상기 방사부를 커버하는 레이돔을 더 포함하며;

   상기 상기 레이돔의 가장자리에는 두 개 이상의 장착공이 형성되고;

   상기 그라운드판에는 상기 장착공에 대응하는 관통공이 형성되며;

   별도로 제공된 안테나 고정수단이 상기 장착공과 관통공을 통과하여 시설물에 삽입됨으로써 고정되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.

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