KR101021478B1 - 멀티밴드 옴니 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 및 다중대역(Multi-Band) 특성을 갖도록 설계된 소형의 옴니 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 옴니 안테나는 방사소자부와 반사판 및 급전 컨넥터를 포함한다. 특히 상기 방소조자부는 절곡판의 중심을 이루는 급전부와, 상기 급전부의 일측 및 타측에서 상향 절곡 형성되는 저주파 및 고주파 방사패치를 일체로 포함한다. 본 발명에 따르면 상기 방사소자부는 단지 하나의 절곡판을 이용하여 간단하게 제작된다. 따라서 본 발명에 따르면, 옴니 안테나를 제작함에 있어서 구조를 극단적으로 단순화함으로써 조립공정 및 원가구조를 개선하는 월등한 효과가 있다.

Description

멀티밴드 옴니 안테나 {Multi-Band Omnidirectional Antenna}

본 발명은 무지향성 옴니 안테나에 관한 것으로, 특히 광대역 및 다중대역(Multi-Band) 특성을 갖도록 설계된 소형의 옴니 안테나에 관한 것이다.

건물의 내부 또는 지하 시설의 천장이나 벽면 등에 취부할 수 있는 소형의 무지향성 옴니 안테나로서, 종래에는 역에프 구조를 이용한 안테나 또는 모노폴 구조의 안테나가 주로 사용되어 왔다.

먼저, 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.

다음, 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 한계 때문에 실제로는 주파수 대역이 작다는 문제가 여전히 남아 있으므로, 이를 극복하기 위한 복잡한 설계가 더 필요하게 되는 문제가 있었다.

그리하여 본 출원인은 비교적 간단한 구조로써 양호한 광대역 및 다중대역을 실현하는 안테나를 개발하였는데, 특허등록 제946623호에 개시된 옴니 안테나가 그것이다. 도 1을 참조하면, 개시된 안테나(1)의 소자부(5)는 절연 세퍼레이터(2)를 사이에 두고 이격 배치되는 소구경 제1슬리브(3)와 대구경 제2슬리브(4)를 포함한다. 그리고 이때 각 슬리브(3,4)는 세퍼레이터(2) 상에서 각 상·하단부가 서로 인접하게 배치되는 방법으로 조립된다.

도면에서 부호 6은 상기 방사소자부(5)의 하부에 배치되는 반사판이고, 부호 7은 상기 방사소자부(5)에 전력을 공급하기 위하여 연결되는 급전 컨넥터이다.

이 구조에서, 상기 제2슬리브(4)는 제1슬리브(3)과 커플링(coupling) 연결되어 저주파수 대역에서 방사소자의 길이가 늘어난 효과를 얻는 것이다. 종래의 것에 비하면 이 안테나(1)가 복잡한 설계도 없이 비교적 간단한 구조로 양호한 광대역 및 다중대역을 실현하는 것은 사실이다.

그러나 필요적으로 세퍼레이터(2)와 소구경 제1슬리브(3) 및 대구경 제2슬리브(4) 등의 부품들을 개별적으로 구비하여야 하는 문제, 각 요소들을 정해진 규칙에 따라 조립하여야 하는 문제, 특히 상·하 슬리브(3,4)가 세퍼레이터(2) 상에서 일정 부분 서로 중첩되도록 배치해야 하는 문제들이 수반되어 있기 때문에, 구조의 단순화 측면에서 그 효과가 아주 뛰어나다고는 할 수 없다.

본 발명은 이상에 설명한 종래 옴니 안테나의 문제점들을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 종래의 옴니 안테나와 비교하여 동일한 수준의 전기적 특성을 유지하되 구조를 극단적으로 단순화함으로써, 조립공정 및 원가구조를 개선한 멀티밴드 옴니 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 옴니 안테나는:

절곡판의 중심을 이루는 급전부와, 상기 급전부의 일측 및 타측에서 상향 절곡 형성되는 저주파 및 고주파 방사패치를 일체로 포함하는 방사소자부;

상기 방사소자부의 하부에 배치되어, 상기 방사소자부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 반사판과;

상기 반사판을 관통하고 상기 급전부에 연결되어 각 방사패치에 전력을 공급하는 급전 컨넥터;

를 포함하여 구성된다.

바람직하게 상기 저주파 방사패치 및 고주파 방사패치는 각각 상기 급전부를 중심으로 상향 절곡되어 서로 대향하게 되는 한 쌍의 패치로 이루어진다. 한편, 상기 저주파 방사패치 또는 고주파 방사패치는 대역폭을 넓게 하기 위하여 형성된 홀(hole) 또는 슬롯(slot)을 갖는다.

본 발명에 따른 옴니 안테나에 있어서, 방사소자부는 급전부와 모노폴 타입의 저주파 방사패치 및 고주파 방사패치를 포함한다. 그러나 이러한 안테나 소자들이 별도로 구비되고 조립되어 이루어지는 것이 아니라, 단지 하나의 절곡판을 이용하여 간단하게 제작되는 것이다. 한편, 이 소자를 이용한 본 발명의 안테나가 종래의 옴니 안테나에 비하여 동일 수준의 전기적 특성을 나타내는 것을 실험을 통하여 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명의 안테나가 종래의 옴니 안테나와 비교하여 전기적 특성의 손실없이 구조를 극단적으로 단순화함으로써, 조립공정 및 원가구조를 개선하는 월등한 효과가 있다.

도 1은 종래 옴니 안테나의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 사시도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 도 2의 방사소자부 전개도.
도 5는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 정재파비 그래프
도 6은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 저주파수 대역에서의 패턴도.
도 7은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 고주파수 대역에서의 패턴도.
도 8은 도 1의 종래 옴니 안테나의 고주파수 대역에서의 패턴도.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 멀티밴드 옴니 안테나의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 옴니 안테나가 부호 10으로 표시된다. 본 발명의 옴니 안테나(10)는 방사소자부(11)와, 반사판(12) 및 급전 컨넥터(13)를 포함하여 이루어진다. 그리고 여기에 도시하지는 않았으나, 상기 반사판(12) 상에는 방사소자부(11)를 커버하고 보호하기 위한 형태의 레이돔이 장착될 수 있다.

상기 방사소자부(11)는 절곡판의 중심을 제공하는 급전부(14)와, 상기 급전부(14)의 일측 및 타측 가장자리에서 연장되고 상향 절곡되어 형성되는 저주파 방사패치(15)와 고주파 방사패치(16)를 포함하여 일체로 형성된다.

원하는 안테나 특성을 얻기 위하여 각 방사패치(15,16)가 길어지거나 안테나 규모가 커지는 것을 방지하기 위하여 바람직하게, 저주파 방사패치(15) 및 고주파 방사패치(16)는 각각 상기 급전부(14)를 중심으로 상향 절곡되어 서로 대향하게 되는 한 쌍의 패치(15a-15b,16a-16b)로 이루어진다.

도 4를 참조하면 상기 절곡판은 얇은 금속 플레이트로서, 중심부의 사각 급전부(14)와 상기 급전부(14)의 상·하 및 좌·우 가장자리에서 대칭적으로 연장된 패치(15a-15b, 16a-16b)를 일체로 포함하며, 전체적으로는 십(+)자 형태로 재단되어 있다.

상기 급전부(14)의 중심에는 절곡판을 고정시키기 위한 장착홀(17)이 형성되어 있으며, 반사판(12)을 관통하여 설치되는 급전 컨넥터(13)가 상기 장착홀(17)에 끼워져 연결된다. 이 상태에서 각 패치(15a,15b,16a,16b)가 상향 절곡되는데, 이때 대칭된 패치(15a-15b,16a-16b) 중에서 상대적으로 길이가 긴 쌍(15a-15b)이 대향하여 저주파 방사패치(15)를 형성하게 되며, 길이가 짧은 쌍(16a-16b)이 대향하여 고주파 방사패치(16)를 형성하게 되는 것이다.

부호 18은 상기 절곡판 상 저주파용 일측 패치(15a)의 끝단에서 돌출하도록 설계된 "ㄷ"형 브리지 구조이다. 이상 설명한 바와 같이 상기 방사소자부(11)는 각 요소(14,15,16)가 별도로 구비되고 조립되어 이루어지는 것이 아니라, 단지 하나의 절곡판을 이용하여 간단하게 제작될 수 있는 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 각 패치(15a,15b,16a,16b)가 상향 절곡됨에 따라 하나의 구체화된 방사소자부(11)가 형성될 수 있다. 이때 상기 브리지(18)는 절곡 및 대향하는 저주파용 패치(15a-15b) 간을 직접 연결해 줌으로써 저주파 방사패치(15)의 전장이 충분히 연장되도록 한다. 구조적으로, 상기 저주파 방사패치(15)는 일측 패치(15a)의 끝단에서 연장되어 타측 패치(15b)의 끝단으로 연결되는 브리지(18)를 포함하는 것으로 설명된다.

바람직하게 상기 방사소자부(11)는 각 주파수 대역폭의 확장 및 조정을 위한 구성을 갖는다. 예컨대, 상기 방사패치(15,16)는 각 주파수 대역폭을 확장시키기 위하여 형성된 홀(19,20) 또는 슬롯(slot)을 갖는다. 특히 본 실시예에서, 상기 저주파 방사패치(15)의 홀(19)은 양측으로 이격된 브리지(18) 사이에 형성된 것을 이용한다.

또한 상기 방사패치(15,16)는 최적 주파수 조건을 따라 조정하기 위한 하나 이상의 절곡선(21)을 갖는다. 절곡선(21)의 형태 및 개수에는 제한을 두지 않는다. 이에 각 방사패치(15,16)를 부분적으로 절곡하여 각도 및 형태 변환하면서 최적의 상태를 찾아 조정할 수 있다.

상기 반사판(12)은 원형 또는 각형의 플레이트로 된 통상의 그라운드 반사판으로, 상기 방사소자부(11)의 하부에 평면적으로 배치되어 방사소자부(11)로부터 복사된 RF 신호를 반사한다. 상기 급전 컨넥터(13) 또한 급전 심선을 포함하는 통상의 안테나용 컨넥터이다. 한편 본 발명에서 상기 방사소자부(11)와 반사판(12)은, 반사판(12)을 관통하는 급전 컨넥터(13)에 의하여 유기적으로 결합된다.

도 3을 참조하면, 상기 급전 컨넥터(13)는 상기 반사판(12)의 중심을 관통하여 설치되고 심선의 끝단이 방사소자부(11)의 급전부(14) 장착홀(17)에 끼워져 고정됨으로써, 방사소자부(11)와 반사판(12) 및 급전 컨넥터(13)가 유기적으로 서로 결합되어, 본 발명의 옴니 안테나(10)가 완성되는 것이다.

이 구조에서, 저주파 방사패치(15) 및 고주파 방사패치(16)를 구성하는 각 패치(15a,15b,16a,16b)는 급전방식에 있어서, 상기 반사판(12)을 관통하는 급전 컨넥터(13) 및 이와 접촉하는 중앙 급전부(14)를 통하여 직접 급전된다. 따라서 안정적이고 우수한 전력 공급이 이루어질 수 있다.

본 발명의 옴니 안테나(10)는 도 1에 개시된 본 출원인의 종래 안테나(1)와 유사한 규모에서 고주파수 대역 및 저주파수 대역의 방사를 동시에 가능하게 하고 또한 간단하게 제작할 수 있도록 하기 위하여, 하나의 절곡판을 이용하여 상기 방사소자부(11)를 형성하는 것이다. 이 방사소자부(11)의 저주파 방사패치(15)에서 저주파수 대역이 방사되고 고주파 방사패치(16)에서 고주파수 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 5 내지 도 7에서 참조되는 바와 같이 각 대역에서 양호한 패턴 및 이득 특성을 나타내었다.

참고로 도 8은 본 출원인의 종래 안테나(1)의 특성을 보인 패턴도인데, 이를 도 7과 비교해 보면 상호 동일한 정도의 전기적 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 결국, 본 발명의 옴니 안테나(10)는 그 특성에 있어서 종래의 안테나에 비하여 부족함이 없으며, 특별하게는 극단적으로 단순화된 구조를 가짐으로써 조립공정 및 원가구조를 개선하는 월등한 효과가 있는 것이다.

10. 옴니 안테나 11. 방사소자부
12. 반사판 13. 급전 컨넥터
14. 급전부 15. 저주파 방사패치
16. 고주파 방사패치 17. 장착홀
18. 브리지 19,20. 홀

Claims (6)

1. 절곡판의 중심을 이루는 급전부와, 상기 급전부의 일측에서 상향 절곡 형성되는 저주파 방사패치와 상기 급전부의 타측에서 상향 절곡 형성되는 고주파 방사패치를 일체로 포함하는 방사소자부; 상기 방사소자부의 하부에 배치되어, 상기 방사소자부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 반사판; 상기 반사판을 관통하고 상기 급전부에 연결되어 각 방사패치에 전력을 공급하는 급전 컨넥터를 포함하며;
   상기 저주파 방사패치 또는 고주파 방사패치는 안테나의 주파수 특성 조정을 위한 하나 이상의 절곡선을 갖는 것;
   을 특징으로 하는 멀티밴드 옴니 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 저주파 방사패치 및 고주파 방사패치는 각각 상기 급전부를 중심으로 상향 절곡되어 서로 대향하게 되는 한 쌍의 패치로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티밴드 옴니 안테나.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 저주파 방사패치 또는 고주파 방사패치는 대역폭을 넓게 하기 위하여 형성된 홀 또는 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티밴드 옴니 안테나.
   
4. 삭제
5. 절곡판의 중심을 이루는 급전부와, 상기 급전부의 일측에서 상향 절곡 형성되는 저주파 방사패치와 상기 급전부의 타측에서 상향 절곡 형성되는 고주파 방사패치를 일체로 포함하는 방사소자부; 상기 방사소자부의 하부에 배치되어, 상기 방사소자부로부터 복사되는 신호를 반사시키는 반사판; 상기 반사판을 관통하고 상기 급전부에 연결되어 각 방사패치에 전력을 공급하는 급전 컨넥터를 포함하며;
   상기 저주파 방사패치 및 고주파 방사패치는 각각 상기 급전부를 중심으로 상향 절곡되어 서로 대향하게 되는 한 쌍의 패치로 이루어지고;
   한 쌍의 패치로 이루어진 상기 저주파 방사패치는 일측 패치의 끝단에서 연장되어 타측 패치의 끝단으로 연결되는 브리지를 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 멀티밴드 옴니 안테나.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 브리지는 양측으로 이격 배치되며, 양 브리지 사이에 형성된 홀이 상기 저주파 방사패치의 대역폭을 넓게 하기 위하여 이용되는 것을 특징으로 하는 멀티밴드 옴니 안테나.

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