KR100946623B1 - 광대역 옴니 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 및 다중대역 특성을 갖도록 설계된 광대역 옴니 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는 동축선 상에 배치되고 절연 세퍼레이터에 의하여 이격되는 소구경의 제1슬리브와, 대구경의 제2슬리브를 포함하되, 상기 제1슬리브와 제2슬리브는 각각의 상단부와 하단부가 서로 인접하게 배치되는 방사소자부를 포함한다. 급전방식에서, 상기 제1슬리브는 상기 반사판을 관통하는 급전 컨넥터에 의하여 급전되고, 상기 제2슬리브는 제1슬리브에 커플링으로 연결되어 급전된다. 이 구조에서, 상기 제1슬리브에서 고주파수 대역이 방사되고, 상호 커플링으로 연결된 제1슬리브와 제2슬리브에서 저주파수 대역이 방사되어, 광대역 및 다중대역이 가능해지는 것이다.

안테나, 옴니, 광대역, 슬리브, 급전, 커플링

Description

광대역 옴니 안테나 {Wide-band omni-directional antenna}

본 발명은 소형의 무지향성 옴니 안테나에 관한 것으로, 특히 광대역 및 다중대역(multi-band) 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 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.

이에 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.

본 발명은 종래의 기술에 따른 옴니 안테나들의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 종래의 옴니 안테나들에 비하여 비교적 간단한 구조로써, 설계 및 제작이 쉬우며 광대역 및 다중대역을 실현하는 옴니 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 옴니 안테나는:

동축선 상에서 원통형 절연 세퍼레이터를 사이에 두고 이격 배치되는 소구경의 제1슬리브와, 대구경의 제2슬리브를 포함하되, 상기 제1슬리브의 상단부와 제2슬리브의 하단부가 서로 인접하게 배치되는 방사소자부와;

상기 방사소자부의 하부에 배치되어, 상기 방사소자부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 반사판을 포함하며;

상기 제1슬리브는 상기 반사판을 관통하는 급전 컨넥터에 의하여 급전되고, 상기 제2슬리브는 제1슬리브에 커플링으로 연결되어 급전되는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 방사소자부의 제1슬리브의 상단부와 제2슬리브의 하단부가 동축적으로 서로 중첩되게 배치된다.

본 발명의 옴니 안테나는 구경이 다른 복수의 슬리브를 구비하고, 이들을 서로 이격 배치함으로써 형성된다. 또한 실험 결과, 이 안테나는 저주파수 대역 및 고주파수 대역에서 모두 양호한 특성을 갖는다. 따라서 본 발명에 따르면, 안테나의 설계 및 제작이 쉬운 한편, 광대역 및 다중대역을 실현하는 옴니 안테나를 얻을 수 있는 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 방사소자부(11), 반사판(12) 및 급전 컨넥터(13)를 포함하여 이루어진다. 도시하지 않았으나, 상기 반사판(12) 상에는 방사소자부(11)의 커버 및 보호를 위한 형태의 레이돔이 장착될 수 있다.

상기 방사소자부(11)는 구경이 서로 다른 두 개의 슬리브(14,15)와, 상기 슬리브(15,16) 사이에서 이들을 이격 배치시키는 원통형의 절연 세퍼레이터(16)를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 방사소자부(11)는, 동축선(X-X) 상에 배치되고 원통 형의 절연 세퍼레이터(16)에 의하여 이격되는 소구경의 제1슬리브(14)와 대구경의 제2슬리브(15)를 포함한다.

이 때, 상기 제1슬리브(14)와 제2슬리브(15)는 제1슬리브(14)의 상단부(14a)와 제2슬리브(15)의 하단부(15a)가 서로 인접하게 배치된다. 바람직하게, 제1슬리브(14)의 상단부(14a)와 제2슬리브(15)의 하단부(15a)가 동축적으로 서로 중첩되게 배치된다.

본 발명에서는 제2슬리브(15)는 제1슬리브(14)와 EM (Electromagnetic) 커플링(coupling)으로 연결되어 저주파수 대역에서 방사소자의 길이가 늘어난 효과를 얻는 것인데 예컨데, 상기 상단부(14a)와 하단부(15a) 간의 거리가 벌어지면 커플링 효과가 감소한다.

따라서 각 슬리브(14,15)의 상단부(14a)와 하단부(15a)는 서로 인접하여야 하며, 보다 안정적으로는 상기 상단부(14a)와 하단부(15a)가 서로 중첩되게 배치되는 것이다. 본 발명에서 제1슬리브(14)와 제2슬리브(15)의 구경이 서로 다른 것은 이 때문이다. 최선의 예에서, 상기 세퍼레이터의 두께(t)는 0.011~0.012λ('λ'는 동작 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장, 이하 같음)이고, 상기 중첩된 길이(d)는 0.015~0.018λ이다.

상기 반사판(12)은 원형 또는 각형의 플레이트로 된 통상의 반사판으로, 상 기 방사소자부(11)에 수직으로 배치되어, 방사소자부(11)로부터 복사된 RF 신호를 반사한다. 한편, 급전 컨넥터(13)는 상기 반사판(12)을 관통하여 설치되고, 상기 제1슬리브(14)에 연결된다.

이와 같은 구조를 통하여, 본 발명에서 상기 제1슬리브는 상기 반사판(12)을 관통하는 급전 컨넥터(13)에 의하여 직접 급전되고, 상기 제2슬리브(15)는 상기 제1슬리브(14)에 EM 커플링으로 연결되어 급전된다.

도시되지 않은 비교 실시예에서, 단일로 구비된 슬리브의 높이가 h1인 경우에는 저주파수 대역의 방사가 이루어지지 않았고, 단일 슬리브의 높이가 h2인 경우에는 고주파수 방사가 이루어지지 않았다. 반대로 말하면, 단일 슬리브의 높이 h1에서는 1710~2700MHz 대역의 주파수만을 방사하고, 단일 슬리브의 높이 h2에서는 824~960MHz 대역의 주파수만을 방사하였다.

본 발명의 안테나(10)는 유사한 규모에서 고주파수 대역과 저주파수 대역의 방사를 동시에 가능하게 하기 위하여, 제1슬리브(14)와 제2슬리브(15)를 구비하고 이들을 커플링으로 연결되도록 한 것으로, 제1슬리브(14)에서 고주파수 대역이 방사되고, 상호 커플링으로 연결된 제1슬리브(14)와 제2슬리브(15)에서 저주파수 대역이 방사되어, 광대역 및 다중대역이 가능해지는 것이다.

실제로 본 발명의 옴니 안테나(10)는 저주파수 대역(대역폭 15.25%)에서 Cellular: 824~894MHz, GSM: 880~960MHz, 고주파 대역(대역폭 44.89%)에서 PCS: 1710~1870MHz, IMT-2000(WCDMA): 1885~2170MHz, Wibro: 2300~2390MHz, ISM: 2400~2500MHz, SDMB: 2630~2655MHz, Wimax: 2500~2700MHz 등에서 유효하게 사용 가능한 안테나를 목적으로 개발된 것으로, 도 4 및 도 5에서 참조되는 바와 같이 각 대역에서 양호한 패턴 및 이득 특성을 나타내었다.

도 1은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 사시도.

도 2는 도 1의 옴니 안테나의 저면 사시도.

고 3은 도 1의 옴니 안테나의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 정재파비 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 수직 패턴도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 방사소자부 12. 반사판

13. 급전 컨넥터 14. 제1슬리브

15. 제2슬리브

Claims (4)

1. 동축선 상에서 원통형 절연 세퍼레이터를 사이에 두고 이격 배치되는 소구경의 제1슬리브와, 대구경의 제2슬리브를 포함하되, 상기 제1슬리브의 상단부와 제2슬리브의 하단부가 서로 인접하게 배치되는 방사소자부와;

   상기 방사소자부의 하부에 배치되어, 상기 방사소자부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 반사판을 포함하며;

   상기 제1슬리브는 상기 반사판을 관통하는 급전 컨넥터에 의하여 급전되고, 상기 제2슬리브는 제1슬리브에 커플링으로 연결되어 급전되는 것;

   을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방사소자부의 제1슬리브의 상단부와 제2슬리브의 하단부가 동축적으로 서로 중첩되게 배치된 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세퍼레이터의 두께(t)는 0.011~0.012λ(λ는 동작 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장)인 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
4. 제2항에 있어서,

   상기 중첩된 길이(d)는 0.015~0.018λ(λ는 동작 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장인 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.

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