KR101021090B1 - 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나 - Google Patents

무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나 Download PDF

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Abstract

무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 접지면; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되는 원통형 방사체; 상기 원통형 방사체에 RF 신호를 급전하는 급전 커넥터; 및 상기 접지면에 결합되며 상기 원통형 방사체와 소정 거리 이격되어 구비되는 적어도 두 개의 무급전 소자를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 다중 대역의 신호를 송수신할 수 있는 원통형 안테나가 보다 작은 사이즈로 구현될 수 있는 장점이 있다.
원통형, 모노폴, 다중 대역

Description

무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나{Cylinder Type Monopole Multi-band Antenna Using Non-feeding Element}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 방사체를 사용하는 모노폴 원통형 안테나에 관한 것이다.
중계기 특히 지하에 설치되는 중계기에 원통형 모노폴 안테나가 널리 이용되고 있다.
도 1은 종래의 원통형 모노폴 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 원통형 모노폴 안테나는 급전 커넥터(100), 접지면(102) 및 원통형 방사체(104)를 포함한다.
급전 커넥터(100)로는 주로 동축 케이블이 사용되며, 동축 케이블의 외부 도체는 접지면(102)과 전기적으로 접촉된다. 접지면(102)은 소정의 지름을 가지는 원판 형상을 가지며 도전성 재질로 이루어진다.
급전 커넥터(100)의 내부 도체는 접지면(102)을 관통하여 연장되며 접지면(102)과 소정 거리 이격되어 배치되는 원통형 방사체(104)와 결합된다.
도 1과 같은 구조의 원통형 모노폴 안테나는 원통형 방사체(104)의 길이 또 는 반경에 따라 특성이 변화되며 적절한 방사를 위해 접지면은 일정 크기 이상이어야 한다.
근래에 들어, CDMA. WCDMA, 무선랜과 같은 다양한 종류의 서비스를 제공하기 위해, 다중 대역을 처리할 수 있는 안테나가 요구되고 있으며 원통형 안테나에 대해서도 다중 대역을 처리할 수 있는 구조가 요구되었다.
도 2는 이중 대역을 송수신하기 위한 종래의 원통형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 이중 대역을 송수신하기 위한 종래의 원통형 안테나는 제1 원통형 방사체(200), 제2 원통형 방사체(202), 접지면(204) 및 급전 커넥터(206)를 포함한다.
종래의 이중 대역을 송수신하기 위한 원통형 안테나는 두 개의 방사체(200, 202)를 사용하였다. 제1 원통형 방사체(200)는 제2 원통형 방사체(202)에 적층된다. 비교적 길이가 긴 제1 원통형 방사체(200)는 하이 밴드의 신호를 송수신하기 위한 방사체이며, 비교적 길이가 짧은 제2 원통형 방사체(202)는 로우 밴드의 신호를 송수신하기 위한 방사체이다.
일반적인 원통형 모노폴 안테나와 같이 방사체(200, 202)의 하부에는 접지면(204)이 구비된다.
급전 커넥터(206)의 내부 도체는 방사체(200, 202)와 전기적으로 연결되며 급전 커넥터의 외부 도체는 접지면(204)과 전기적으로 연결된다.
이와 같은 종래의 이중 대역을 송수신하기 위한 종래의 원통형 모노폴 안테 나는 두 개의 방사체가 적층되는 형태인 바 길이가 길어지는 문제점이 있었다. 또한, 적절한 방사를 위해 요구되는 접지면 역시 커저야 하는 바 종래의 이중 대역을 송수신하기 위한 원통형 모노폴 안테나는 사이즈가 전체적으로 커질 수 밖에 없었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 보다 작은 사이즈로 다중 대역의 신호를 송수신할 수 있는 원통형 모노폴 안테나를 제안하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 접지면; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되는 원통형 방사체; 상기 원통형 방사체에 RF 신호를 급전하는 급전 커넥터; 및 상기 접지면에 결합되며 상기 원통형 방사체와 소정 거리 이격되어 구비되는 적어도 두 개의 무급전 소자를 포함하는 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나가 제공된다.
상기 무급전 소자는 상기 원통형 방사체 좌측을 감싸도록 스파이럴 형태를 가지는 제1 무급전 소자 및 상기 원통형 방사체 우측을 감싸도록 스파이럴 형태를 가지는 제2 무급전 소자를 포함할 수 있다.
상기 급전 커넥터는 동축 케이블이며, 상기 동축 케이블의 외부 도체는 상기 접지면과 전기적으로 연결되고 상기 동축 케이블의 내부 도체는 상기 원통형 방사체와 전기적으로 연결된다.
상기 제1 무급전 소자 및 상기 제2 무급전 소자는 상기 원통형 방사체와의 커플링에 의해 전류 성분이 파생되며, 상기 제1 무급전 소자 및 제2 무급전 소자에 파생되는 전류 성분의 벡터 합은 수직으로 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 접지면; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되는 원통형 방사체; 상기 원통형 방사체에 RF 신호를 급전하는 급전 커넥터; 및 상기 접지면에 결합되며 상기 원통형 방사체와 소정 거리 이격되어 구비되는 제1 무급전 소자 및 제2 무급전 소자를 포함하되, 상기 제1 무급전 소자 및 제2 무급전 소자에는 상기 원통형 방사체와의 커플링에 의해 전류 성분이 파생되며, 상기 제1 무급전 소자 및 제2 무급전 소자 및 상기 파생되는 전류 성분의 벡터 합이 수직으로 형성되도록 하는 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나가 제공된다.
본 발명에 의하면 다중 대역의 신호를 송수신할 수 있는 원통형 안테나가 보다 작은 사이즈로 구현될 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무급전 소자를 이용한 다중대역 모노폴 원통형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 모노폴 원통형 안테나는 원통형 방사체(300), 제1 무급전 소자(302), 제2 무급전 소자(304), 접지면(306) 및 급전 커넥터(308)를 포함한다.
급전 커넥터(308)는 RF 신호를 원통형 방사체(300)에 제공하는 기능을 한다. 급전 커넥터(308)로는 외부 도체 및 내부 도체를 포함하는 동축 케이블이 사용될 수 있다.
급전 커넥터(308)의 외부 도체는 접지면(306)과 전기적으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 급전 커넥터(308)는 접지면(306)을 관통하면서 급전 커넥터(308)의 외부 도체가 접지면(306)과 전기적으로 연결될 수 있다. 물론 도 3에 도시된 방식 이외에도 급전 커넥터의 외부 도체와 접지면(306)은 다양한 방식으로 전기적 결합이 수행될 수 있다.
급전 커넥터(308)의 내부 도체는 원통형 방사체(300)와 전기적으로 연결된다. 급전 커넥터(308)의 내부 도체에는 RF 신호가 인가되고 원통형 방사체(300)와 전기적으로 연결됨으로써 RF 신호를 급전한다.
원통형 방사체(300)는 메인 방사체로서 급전되는 RF 신호를 외부에 방사하고 외부로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는 기능을 한다. 원통형 방사체(300)의 길이 및 반경은 사용 주파수 대역에 상응한다.
본 발명의 안테나가 CDMA 대역 및 WCDMA 대역의 이중 대역 신호를 수신하고자 할 때 원통형 방사체(300)의 길이는 5cm로 설정될 수 있다.
접지면(306)은 도전성 재질로 구현되며 원판 형태를 가질 수 있다. 접지면(306)과 원통형 방사체(300)는 소정 거리 이격되어 설치된다.
접지면(306)은 원통형 방사체가 모노폴 안테나로 동작할 수 있도록 충분한 직경을 가질 필요가 있으며, CDMA 대역 및 WCDMA 대역의 이중 대역 신호를 수신하고자 할 때 접지면의 직경은 12cm로 설정될 수 있다.
제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)는 접지면(306)과 결합되며, 급전 커넥터의 내부 도체와는 결합되지 않는다. 제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)는 도전성 재질로 구현된다.
CDMA 대역 및 WCDMA 대역에서 동작할 때, 무급전 소자들(302, 304)의 길이는 CDMA 주파수 대역 파장의 1/4일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)는 스파이럴 형태이며 원통형 방사체의 일부를 감싸도록 형성된다. 즉, 제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)는 하단에서 상단까지 길이 방향으로 180도 회전한 형태이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 무급전 소자(302)는 원통형 방사체(300)의 좌측을 180도 감싸도록 형성되고 제2 무급전 소자(304)는 원통형 방사체(300)의 우측을 180도 감싸도록 형성된다.
원통형 방사체(300)에 RF 신호가 급전되어 방사가 이루어질 경우 커플링에 의해 제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)에는 전류 성분이 발생한다. 즉, 무급전 소자들(302, 304)은 기생 소자로서 동작하게 된다.
도 5는 무급전 소자들에 파생되는 전류 경로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 무급전 소자(302) 및 제2 무급전 소자(304)에는 상단에서 하단으로의 전류 흐름이 형성된다.
제1 무급전 소자(302)의 제1 전류 성분(500) 및 제2 무급전 소자(304)의 제2 전류 성분(502)은 벡터 합성 시 위에서 아래로 수직으로 흐르는 수직 성분(504)이 된다.
즉, 두 개의 무급전 소자(302, 304)에는 벡터 합성에 의해 일반적인 모노폴 방사체와 동일한 전류 성분(수직 성분)이 발생하며 이에 따라 전류 경로 길이에 상응하는 대역의 방사체로서 동작할 수 있게 된다.
이와 같은 구조의 본 발명의 원통형 모노폴 안테나는 도 2에 도시된 종래의 모노폴 안테나에 비해 짧은 길이로 방사체가 형성될 수 있다. 도 2의 안테나는 CDMA 대역 및 WCDMA 대역의 수신을 위해 방사체의 길이가 8cm로 설정되어야 하는 것에 비해 본 발명의 실시예에 따른 모노폴 원통형 안테나는 방사체의 길이가 5cm로 설정될 수 있다.
또한, 모노폴 안테나로 동작하기 위한 접지면의 직경은 방사체의 길이에 상응하는 바 접지면의 사이즈 역시 도 2의 안테나에 비해 작아질 수 있다. CDMA 대역 및 WCDMA 대역의 이중 대역 송수신을 위해 도 2의 안테나는 접지면의 직경이 20cm일 것이 요구되는데 비해 도 3의 안테나는 직경이 12cm일 경우 모노폴 안테나로 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, CDMA 대역 및 WCDMA 대역에서 안테나의 방사 대역이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 원통형 모노폴 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 이중 대역을 송수신하기 위한 종래의 원통형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면.
도 5는 무급전 소자들에 파생되는 전류 경로를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면.

Claims (7)

  1. 접지면;
    상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되는 원통형 방사체;
    상기 원통형 방사체에 RF 신호를 급전하는 급전 커넥터; 및
    상기 접지면에 결합되며 상기 원통형 방사체와 소정 거리 이격되어 구비되는 적어도 두 개의 무급전 소자를 포함하되,
    상기 무급전 소자는 상기 원통형 방사체 좌측을 감싸도록 스파이럴 형태를 가지는 제1 무급전 소자 및 상기 원통형 방사체 우측을 감싸도록 스파이럴 형태를 가지는 제2 무급전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 급전 커넥터는 외부 도체 및 내부 도체를 포함하는 동축 구조를 가지며, 상기 급전 커넥터의 외부 도체는 상기 접지면과 전기적으로 연결되고 상기 급전 커넥터의 내부 도체는 상기 원통형 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무급전 소자 및 상기 제2 무급전 소자는 상기 원통형 방사체와의 커플링에 의해 전류 성분이 파생되며, 상기 제1 무급전 소자 및 제2 무급전 소자에 파생되는 전류 성분의 벡터 합은 상기 접지면에 대해 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무급전 소자를 이용한 다중 대역 모노폴 원통형 안테나.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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