KR101286073B1

KR101286073B1 - 이중편파 다이폴 안테나 구조물

Info

Publication number: KR101286073B1
Application number: KR1020110127322A
Authority: KR
Inventors: 박진영
Original assignee: 박진영
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-07-15
Also published as: KR20130060981A

Abstract

본 발명은 이중편파 다이폴 안테나 구조물에 관한 것으로, 발룬이 제거된 케이블을 통해 급전되며 중앙이 빈 기판 형상에서 전후면으로 대칭되는 방사소자들의 배치를 통하여 보다 개선된 신호 특성을 가지는 이중편파 다이폴 안테나 구조물을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 중앙이 빈 환형의 유전체 기판, 일부가 상기 유전체 기판의 전면에 배치되며 나머지 일부가 상기 유전체 기판의 후면에 배치되는 복수개의 방사소자모듈, 상기 방사소자모듈들의 각 중심점에 마련된 접점홀에 접속되는 케이블들, 상기 케이블들을 쌍으로 연결하는 급전부, 상기 급전부가 배치되는 반사판, 상기 반사판으로부터 상기 유전체 기판이 일정 거리 이격되어 고정되도록 지지하는 지지대를 포함하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 구성을 개시한다.

Description

이중편파 다이폴 안테나 구조물{The Structure of Dual Polarization Dipole Antenna}

본 발명은 기지국 및 이동통신 중계기에 사용되는 전파 송수신 장치인 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 위치에 적응적으로 배치하면서도 적절한 안테나 성능을 제공할 수 있는 이중편파 다이폴 안테나 구조물에 관한 것이다.

개인 휴대전화의 보편화와 최근 스마트폰 및 타블렛 PC의 보급 증가로 통화 및 무선인터넷을 위한 전파 사용량이 급증하고 있다. 이러한 사용량 급증은 언제 어디서나 전화 및 인터넷을 사용하려는 고객들의 요구와 통신속도, 통화품질에 대한 고객들의 요구가 높아지고 있는 실정이다. 특히 건물 같은 실내뿐만 아니라 실외에서, 기존의 기지국 및 이동통신용 중계기로부터 거리가 멀거나 지형지물에 의해 전파가 잘 전달되지 않는 음영지역 등에서도 적절한 통화 품질을 요구하고 있다. 이러한 고객들의 요구에 부응하기 위하여 각 통신사들은 음영지역에 기지국 및 이동통신용 중계기를 추가로 설치하고 있다.

한편 상기 기지국 및 이동통신 중계기의 주요 구성 요소로서 안테나가 있다. 안테나는 전파를 송수신하는 핵심적인 장치로서 앞서 언급한 바와 같이 다양하면서도 제한적인 설치 환경에 적절히 적용하기 위하여 가볍고 작은 크기가 요구되고 있다. 이러한 경박단소한 안테나 제공을 위하여 안테나를 구성하는 방사소자의 형태, 기능, 전파방향 설정, 회로 및 기구 구조 등에 대한 적절한 설계가 요구되고 있다.

일반적으로 사용되는 안테나는 다이폴 안테나이다. 두 개의 서로 다른 극의 전체 길이를 λ/2 가 되도록 방사소자를 만들어, 전방향으로 전파를 방사한다. 이때, 방사소자의 급전과정에서 발룬(balun; balance to unbalance transformer)은 2개의 도체선을 통해 공급되는 신호를 매칭시키는 임피던스 정합의 역할과, 한쪽의 도체선을 그라운드로 만들고 나머지 금속선에 신호정보를 형성하는 부조화신호(unbalanced signals) 구성역할을 담당한다. 한편, 급전과정에 있어서, 일반적인 회로의 구성은 전기신호의 간섭이 발생하여 상호변조왜곡신호(PIMD:Passive InterModulation Distortion)가 발생하여, 전기신호가 교란되기 때문에, 상호변조왜곡신호를 없애고 전기신호의 전기적 특성을 개선하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 발룬이 제거된 케이블을 통해 급전되며 중앙이 빈 기판 형상에서 전후면으로 대칭되는 방사소자들의 배치를 통하여 보다 개선된 신호 특성을 가지는 이중편파 다이폴 안테나 구조물을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙이 빈 환형의 유전체 기판, 일부가 상기 유전체 기판의 전면에 배치되며 나머지 일부가 상기 유전체 기판의 후면에 배치되는 복수개의 방사소자모듈, 상기 방사소자모듈들의 각 중심점에 마련된 접점홀에 접속되는 케이블들, 상기 케이블들을 쌍으로 연결하는 급전부, 상기 급전부가 배치되는 반사판, 상기 반사판으로부터 상기 유전체 기판이 일정 거리 이격되어 고정되도록 지지하는 지지대를 포함하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 구성을 개시한다.

여기서 상기 급전부는 상기 유전체 기판의 중앙 영역에 해당하는 반사판 상에 배치될 수 있다.

한편 상기 방사소자모듈들은 상기 중심점을 기준으로 상기 유전체 기판의 전면에 형성되는 제1측 다이폴, 상기 제1측 다이폴과 대칭되며 상기 유전체 기판의 후면에 형성되는 제2측 다이폴, 상기 제1측 다이폴 및 상기 제2측 다이폴이 연결되는 접점을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 유전체 기판은 팔각형의 링 형상으로 마련될 수 있다.

이때 상기 방사소자모듈들은 상기 팔각형의 유전체 기판의 모서리에서 굽혀지며 변의 중앙부에서 중심부 방향으로 굽어진 형태로 마련될 수 있다.

상기 급전부는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판의 모서리 영역에 형성되어 상기 케이블들이 접속되는 케이블 접속부들, 상기 케이블 접속부들을 쌍으로 연결하는 급전선들을 포함할 수 있다.

이때 상기 방사소자모듈들은 제1 대각선 방향으로 배치된 케이블 접속부들에 접속된 케이블들과 제1 급전선으로 상호 연결되어 제1 다이폴 안테나를 형성하는 제1 방사소자모듈과 제3 방사소자모듈, 제2 대각선 방향으로 배치된 케이블 접속부들에 접속된 케이블들과 제2 급전선으로 상호 연결되어 제2 다이폴 안테나를 형성하는 제2 방사소자모듈과 제4 방사소자모듈을 포함하여 구성될 수 있다.

추가로 상기 안테나 구조물은 상기 제1 급전선과 상기 제2 급전선이 교차하는 영역에 배치되어 제1 급전선과 제2 급전선을 전기적으로 이격시키는 교차 급전 장치를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 교차 급전 장치는 상가 제1 급전선 아래에 배치되는 절연층, 상기 절연층 하부에 배치되는 연결 패턴, 상기 절연층에 형성되어 상기 연결 패턴이 노출되어 상기 제2 급전선의 일측 단부와 타측 단부와 접속되도록 형성되는 드루 홀 또는 에어 브리지를 포함할 수 있다.

또한 상기 안테나 구조물은 상기 케이블 일측과 나란하게 배치되는 초크 지지대를 더 포함할 수 있고, 상기 케이블은 발룬이 제거된 형태로 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물은 중앙이 빈 형태로 배치되는 방사소자모듈들을 기반으로 내부에 다른 형태의 안테나 배치 공간을 제공할 수 있으며, 또한 발룬이 제거된 케이블 접속 기반의 급전 구조를 제공하여 보다 간소화된 형태를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 이중편파 다이폴 안테나를 구성하는 복수의 방사소자모듈들이 기판의 전후면 반전되도록 위치하여 안테나의 설계에 필요한 면적을 최소화하면서도 개선된 전파 지향성과 전기적 신호 특성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 방사소자모듈들을 연결한 케이블이 상호 접속되는 급전부에 드루 홀을 형성하여 급전선들이 교차 연결되도록 함으로써 공정 개선 및 전기 신호의 간섭현상을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 측면을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 정면을 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 교차 급전 장치를 보다 상세히 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 Q-Q` 절단선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면.
도 5는 지지대의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초크 지지대를 포함하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 정면을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초크 지지대를 포함하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 측면을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 +45도 편파 광대역 특성을 갖는 정재파비를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물의 +45도 수평 패턴을 나타낸 도면.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 환형의 이중편파 다이폴 안테나(200), 급전부(300), 케이블(250), 지지대(260) 및 반사판(50)을 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 방사소자들이 환형으로 배치된 이중편파 다이폴 안테나(200)와 반사판(50)이 적어도 하나의 지지대(260)에 기반하여 일정 간격으로 이격 고정 배치된다. 이때 급전부(300)은 반사판(50) 상에 놓이고 급전부(300)과 이중편파 다이폴 안테나(200) 간에 케이블(250)이 전기적으로 접속된다. 이에 따라 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 이중편파 다이폴 안테나(200)들의 방사소자모듈들이 발룬이 제거된 케이블(250)로 급전될 수 있는 구조를 제공할 수 있다.

여기서 반사판(50)은 이중편파 다이폴 안테나(200)의 전체 면적보다 큰 면적을 가지며 이중편파 다이폴 안테나(200)과 지지대(260) 길이만큼 이격된 거리에 배치된다. 이러한 반사판(50)은 금속성 소재로 제조될 수 있다. 반사판(50)의 일정 위치에는 급전부(300)이 배치될 수 있다. 특히 반사판(50) 상에 배치되는 급전부(300)은 환형의 이중편파 다이폴 안테나(200)에 비어있는 중앙에 배치될 수 있다. 추가로 반사판(50) 표면 또는 후면에는 설계자의 설계 의도에 따라 이중편파 다이폴 안테나(200)을 통하여 송수신하고자 하는 신호의 전달을 위한 신호라인과 신호 라인과 연결되는 신호 공급부 또는 분배기 등이 더 배치될 수 있다.

케이블(250)은 급전부(300)의 일측과 접속되는 제1 접속부와 환형의 이중편파 다이폴 안테나(200)과 접속되는 제2 접속부, 제1 접속부와 제2 접속부를 연결하는 일정 길이의 도선과 도선을 감싸는 절연부를 포함한다. 이러한 케이블(250)은 이중편파 다이폴 안테나(200)의 방사소자모듈 개수에 대응하는 개수가 마련될 수 있다. 즉 이중편파 다이폴 안테나(200)이 4개의 방사소자모듈을 포함하는 경우 케이블(250)은 4개가 마련되어 각각의 방사소자모듈을 급전부(300)의 일측과 접속되도록 지원할 수 있다. 이때 케이블(250)은 특정 방사소자모듈의 중앙 접점과 접속되면서 해당 방사소자모듈의 임피던스 정합을 지원한다. 이에 따라 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 케이블과 관련된 별도의 발룬 구조가 제거된 형태로 마련될 수 있다.

이중편파 다이폴 안테나(200)은 중앙이 빈 환형의 유전체 기판 상에 복수의 방사소자모듈들이 배치되는 구조를 제공한다. 이에 따라 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 비어있는(추가) 중앙에 주파수 대역이 다른 안테나의 배치를 지원할 수 있다. 또한 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 양측으로 구분되는 방사소자모듈들이 기판의 전 후면에 일부씩 배치됨으로서 신호를 방사한다. 결과적으로 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 보다 양호한 신호 대칭성을 제공하고 또한 다이폴과 바룬이 결합되는 부분을 케이블 구조로 대체함으로써 상호변조왜곡신호(PIMD:Passive InterModulation Distortion) 발생을 최소화할 수 있도록 지원한다. 이중편파 다이폴 안테나(200)의 세부 구조에 대해서 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

급전부(300)은 이중편파 다이폴 안테나(200)에 마련된 각 방사소자모듈들에 케이블(250)을 통하여 연결된다. 이러한 급전부(300)은 이중편파 다이폴 안테나(200)에 대칭되게 마련되는 방사소자모듈들을 상호 연결되도록 지원하여 양호한 이중편파 특성을 제공하면서도 방사소자들 간의 상호변조왜곡신호 발생이 최소화되도록 지원할 수 있다. 이러한 급전부(300) 구조에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

지지대(260)은 반사판(50) 일측 및 이중편파 다이폴 안테나(200) 일측 사이에 배치되어 반사판(50)부터 이중편파 다이폴 안테나(200)이 일정 간격을 가지며 견고하게 배치될 수 있도록 지원한다. 이러한 지지대(260)은 이중편파 다이폴 안테나(200)에 형성된 기판홀 및 반사판(50)에 형성된 판홀에 삽입 고정될 수 있는 구조를 제공하여 보다 간단한 설치방법을 제공한다. 지지대(260)에 관한 보다 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 환형의 이중편파 다이폴 안테나(200)을 기반으로 구조물의 중앙에 다른 주파수 대역의 안테나 배치를 용이하게 지원할 수 있다. 또한 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 이중편파 다이폴 안테나(200)의 방사소자모듈들이 기판에 마련됨으로써 보다 양호한 방사 패턴 특성을 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200) 및 급전부(300) 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 유전체 기판(201), 유전체 기판(201)의 전후면에 형성된 4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)을 포함한다.

유전체 기판(201)은 4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)이 설치되는 복수의 면을 제공하는 구성이다. 이러한 유전체 기판(201)은 중앙이 비어 있고 판형의 형상으로 설계될 수 있으며 비전도성 재질로 마련될 수 있다. 도시된 도면을 기준으로 유전체 기판(201)은 팔각형의 링 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 방사소자모듈들 각각은 팔각링의 모서리 영역에서 굽혀지고 변 영역의 중앙부에서 중심방향으로 굽혀진 형태의 "ㄱ"자 형상으로 마련될 수 있다. 그러나 본 발명의 유전체 기판(201)이 상술한 팔각형의 링 형상으로 한정되는 것은 아니며 중앙이 빈 환형의 다양한 형상 중 적어도 하나의 형상으로 형성되데 신호 방사 시 신호 특성 개선을 위하여 중심점 또는 중심축을 기준으로 대칭되는 구조로 마련될 수 있다. 예를 들면 유전체 기판(201)은 이중편파 다이폴 안테나(200)에 포함된 4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)이 상호 대칭되게 배치될 수 있는 팔각형 이상의 내각의 수를 가지되 대칭되는 다각형 또는 원형의 형상을 가지되 중앙이 빈 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 유전체 기판(201)의 전체 면적 또는 크기나 형상 등은 실질적으로 이중편파 다이폴 안테나(200)이 지원하는 주파수 대역에 따라 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)의 크기나 길이 또는 두께가 조절됨에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 이동통신 중계기나 기지국 등의 안테나로 이용되데 설치 및 조정이 용이하도록 소형으로 제작되는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 유전체 기판(201)은 지원되는 주파수 대역의 특성에 따른 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)이 설치되면서 상술한 소형의 특성을 만족하기 위한 적절한 크기로 결정될 수 있다.

한편 유전체 기판(201) 상에는 전후면을 관통하는 접점홀들이 마련될 수 있다. 이러한 접점홀들은 각각의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)의 중심점에 형성될 수 있다. 그리고 이 접점홀들은 케이블들(250)이 접속되어 신호가 급전되는 심선홀 역할을 수행할 수 있다. 케이블들(250)은 접점홀들에 끝단이 삽입된 후 솔더링 작업을 통하여 유전체 기판(201) 상에 고정되면서 접점들(213, 223, 233, 243)을 형성한다. 접점들(213, 223, 233, 243)은 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)의 중심점에 위치하여 각각의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)과 전기적으로 접속된다. 결과적으로 접점홀들에 케이블들(250)이 연결되면서 접점들(213, 223, 233, 243)을 형성하고, 해당 접점들(213, 223, 233, 243)이 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)과 연결되는 구조로 마련되어 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 케이블들(250)과 각 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)이 접점들(213, 223, 233, 243)을 기준으로 상호 연결되는 구조를 제공할 수 있다.

또한 유전체 기판(201) 상에는 기판의 전후면을 관통하는 기판홀(261)들이 마련될 수 있다. 기판홀(261)들은 유전체 기판(201) 상에 다수개가 마련될 수 있으며, 이중편파 다이폴 안테나(200)이 반사판(50)에 일측이 고정된 지지대(260)에 의하여 견고하게 지지되기 위하여 적어도 2곳 이상이 마련될 수 있다. 도면에서는 8개의 기판홀(261)들이 마련되는 것을 기준으로 나타내었으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 또한 8개의 기판홀(261)들에 지지대(260)이 모두 설치되지 않고 필요에 따라 일부 기판홀(261)에만 지지대(260)이 설치될 수 도 있다. 즉 적어도 2곳 이상 예를 들면 4개의 기판홀(261)에 지지대(260)이 설치될 수 있다. 이때 지지대(260)이 설치되는 기판홀(261)들은 견고한 지지를 위하여 상호 대칭되는 위치의 기판홀들이 선택될 수 있다.

4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)은 제1 방사소자모듈(210), 제2 방사소자모듈(220), 제3 방사소자모듈(230), 제4 방사소자모듈(240)을 포함한다. 이러한 4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)은 각각 유전체 기판(201)의 전후면 상에 동박으로 인쇄되어 형성될 수 있다. 인쇄되는 동박의 두께와 폭 및 길이 등은 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)이 지원하는 주파수 대역에 따라 조정될 수 있다.

한편 제1 방사소자모듈(210) 및 제2 방사소자모듈(220)은 도면의 세로 중심선을 기준으로 상호 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 이와 유사하게 제3 방사소자모듈(230) 및 제4 방사소자모듈(240)도 세로 중심선을 기준으로 상호 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 한편 제1 방사소자모듈(210) 및 제3 방사소자모듈(230)은 케이블(250)과 급전부(300)에 마련된 제1 급전선(321)을 기반으로 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 방사소자모듈(220) 및 제4 방사소자모듈(240) 역시 케이블(250)과 급전부(300)에 마련된 제2 급전선(322)를 기반으로 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 4개의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)은 제1 방사소자모듈(210)과 제3 방사소자모듈(230)을 포함하는 제1 다이폴 안테나(210, 230) 및 제2 방사소자모듈(220)과 제4 방사소자모듈(240)을 포함하는 제2 다이폴 안테나(220, 240)가 상호 교차되는 구조를 가진다. 특히 본 발명의 제1 다이폴 안테나(210, 230) 및 제2 다이폴 안테나(220, 240)는 "ㄷ"자 형태를 가지며 "X"자 형태의 상호 교차되는 구조로 일정 각도 예를 들면

45도 각도로 편파 광대역 특성을 제공할 수 있다.

제1 방사소자모듈(210)은 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴(212), 제1 접점(213)을 포함한다. 여기서 도면의 전면을 기준으로 제11측 다이폴(211)은 유전체 기판(201)의 전면에 배치되며, 제12측 다이폴(212)는 유전체 기판(201)의 후면에 배치된다. 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴은 "ㄱ"자 형상을 가지며 설계될 수 있다. 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴(212)의 두께와 길이 및 폭은 이중편파 다이폴 안테나(200)이 지원하는 주파수 대역에 따라 조절될 수 있다. 한편 제1 방사소자모듈(210)은 제1 접점(213)을 기준으로 대칭되는 구조를 가질 수 있다. 특히 제1 방사소자모듈(210)은 제1 접점(213)을 기준으로 유전체 기판(201)의 전후면 대칭 구조를 가진다. 즉 제11측 다이폴(211)이 유전체 기판(201)의 전면에 배치되면서 제1 접점(213)과 전기적으로 연결되고, 제12측 다이폴(212)는 제11측 다이폴(211)과 대칭되데 유전체 기판(201)의 후면에 배치되면서 제1 접점(213)과 전기적으로 연결된다. 이에 따라 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴(212)는 위상이 전후면으로 180도 차이를 가지며 대칭되어 배치된다. 제1 접점(213)은 앞서 설명한 접점홀에 솔더링 작업을 거치면서 형성될 수 있다. 제1 접점(213)은 솔더링 작업 과정에서 제1 케이블(251)과 전기적으로 접속될 수 있다.

제2 방사소자모듈(220)은 제21측 다이폴(221) 및 제22측 다이폴(222), 제2 접점(223)을 포함한다. 여기서 제21측 다이폴(221)은 유전체 기판(201)의 전면에 제22측 다이폴(222)는 유전체 기판(201)의 후면에 각각 배치된다. 이에 따라 제22측 다이폴(222)는 제12측 다이폴(212)와 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 제21측 다이폴(221) 및 제22측 다이폴(222) 역시 제2 접점(223)을 기준으로 상호 연결되면서 대칭되게 배치될 수 있다. 제2 접점(223)에는 제2 케이블(252)가 전기적으로 접속될 수 있다.

제3 방사소자모듈(230)은 제1 방사소자모듈(210)과 대각선 방향에 위치하며, 제2 방사소자모듈(220)과는 90도 우측으로 회전된 위치에 배치된다. 이러한 제3 방사소자모듈(230)은 제31측 다이폴(231) 및 제32측 다이폴(232), 제3 접점(233)을 포함한다. 제31측 다이폴(231)은 유전체 기판(201)의 전면에 배치되고 제32측 다이폴(232)는 유전체 기판(201)의 후면에 배치될 수 있다. 제31측 다이폴(231) 및 제32측 다이폴(232)는 제3 접점(233)을 통하여 상호 연결된다. 제3 접점(233)에는 제3 케이블(253)이 접속될 수 있다.

제4 방사소자모듈(240)은 제2 방사소자모듈(220)과 대각선 방향에 위치하며, 제3 방사소자모듈(230)을 기준으로 우측 방향으로 90도 회전된 위치에 배치된다. 이러한 제4 방사소자모듈(240)은 제41측 다이폴(241) 및 제42측 다이폴(242), 제4 접점(243)을 포함한다. 제41측 다이폴(241)은 유전체 기판(201)의 전면에 배치되고, 제42측 다이폴(242)는 유전체 기판(201)의 후면에 배치될 수 있다. 제41측 다이폴(241)은 제31측 다이폴(231)과 동일 기판면 상에 상호 대면될 수 있다. 제41측 다이폴(241)은 제31측 다이폴(231)과 유전체 기판(201)의 전면에서 상호 대면되는 위치에 배치될 수 있다.

상술한 제31측 다이폴(231), 제32측 다이폴(232)는 앞서 설명한 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴(212)와 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 제21측 다이폴(221), 제22측 다이폴(222), 제41측 다이폴(241), 제42측 다이폴(242)는 앞서 설명한 제11측 다이폴(211) 및 제12측 다이폴(212)와 유사한 형상으로 형성되데 유전체 기판(201) 상에 형성되는 전후면의 위치가 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 그리고 각 다이폴들은 접점들(213, 223, 233, 243)에 연결되는 케이블(250)에 의하여 임피던스 정합이 1차적으로 이루어지고 케이블(250)의 타단이 연결되는 급전부(300)에 마련된 교차 급전 장치(330)에 의하여 2차 정합이 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나(200)은 별도의 발룬이 제거된 케이블(250)이 접점에 연결되는 형태이면서 기판의 전후면을 모두 이용하여 안테나 패턴이 배치되고, 중앙이 빈 형태의 기판 상에 마련됨으로 실제 제작되는 안테나 설계에 필요한 부피를 최소화하면서도 전파의 지향성과 전기적 특성을 개선할 수 있다.

한편 급전부(300)은 인쇄회로기판(301), 4개의 케이블 접속부들(311, 312, 313, 314), 교차 급전 장치(330), 급전선들(321, 322) 및 급전홀(340)을 포함한다. 인쇄회로기판(301)은 반사판(50)의 전면에 배치 및 고정되며, 4개의 케이블 접속부들(311, 312, 313, 314), 교차 급전 장치(330), 급전선들(321, 322) 및 급전홀(340)이 형성되는 일면을 제공한다. 특히 인쇄회로기판(301) 상에는 급전선들(321, 322)가 동박으로 형성될 수 있다. 급전홀(340)은 급전부(300)을 통해 이중편파 다이폴 안테나(200)에 전송되는 신호가 유입되거나, 이중편파 다이폴 안테나(200)이 수신하는 신호를 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 추가로 급전부(300)의 일측에는 급전부(300)을 반사판(50) 상에 고정시키기 위하여 복수의 고정홀(350)들이 마련될 수 있다. 고정홀(350)에는 급전부(300)을 반사판(50)에 고정시키기 위한 고정부재가 배치될 수 있다. 한편 급전부(300)은 케이블들(250)이 각각의 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)에 이르는 거리가 동일하도록 이중편파 다이폴 안테나(200)의 정중앙에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

4개의 케이블 접속부들(311, 312, 313, 314)는 각각 제1 케이블(251)을 인쇄회로기판(301)에 접속시키는 제1 케이블 접속부(311), 제2 케이블(252)를 인쇄회로기판(301)에 접속시키는 제2 케이블 접속부(312), 제3 케이블(253)을 인쇄회로기판(301)에 접속시키는 제3 케이블 접속부(313), 제4 케이블(254)를 인쇄회로기판(301)에 접속시키는 제4 케이블 접속부(314)를 포함할 수 있다. 케이블들(250)이 각 접점들(213, 223, 233, 243)에 연결된 후 케이블 접속부들(311, 312, 313, 314)와 접속되어 배치되는 구조가 각 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)이 직교를 이루어 대칭성을 가질 경우 보다 양호한 신호 특성을 가질 수 있다. 이에 따라 4개의 케이블 접속부들(311, 312, 313, 314)는 유전체 기판(201)에 형성된 각 접점들(213, 223, 233, 243)과 접속되면서 각 방사소자모듈들(210, 220, 230, 240)과 직교하는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.

급전선들(321, 322)는 제1 케이블 접속부(311)과 제3 케이블 접속부(313)을 잇는 제1 급전선(321), 제2 케이블 접속부(312)와 제4 케이블 접속부(314)를 잇는 제2 급전선(322)를 포함할 수 있다. 제1 급전선(321) 및 제2 급전선(322)는 각각 인쇄회로기판(301) 상에 동박 라인으로 형성될 수 있다. 한편 급전선들(321, 322)가 상호 교차하는 지점에는 교차 급전 장치(330)이 배치될 수 있다. 교차 급전 장치(330)은 제1 급전선(321)과 제2 급전선(322)가 전기적으로 상호 분리될 수 있도록 지원하는 구성이다. 이를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 도 2의 급전부(300) 구조 중 교차 급전 장치(330)을 보다 상세히 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3의 Q-Q`의 절단선을 따라 절단한 단면의 일예를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 교차 급전 장치(330)은 드루 홀(323)을 통하여 제2 케이블 접속부(312)와 연결되는 제2 급전선(322)의 일측 단부(322a)와 제4 케이블 접속부(314)와 연결되는 제2 급전선(322)의 타측 단부(322b)를 상호 연결할 수 있다. 이러한 교차 급전 장치(330)은 인쇄회로기판(301)에 형성된 연결패턴(303), 연결패턴(303)의 양 끝단에 드루 홀(323)을 제외한 영역을 덮는 절연층(305)을 포함하는 형태로 마련될 수 있다. 절연층(305) 상부에는 제2 급전선(322)와 전기적으로 이격되며 교차 급전 장치(330)을 가로지르는 제1 급전선(321)이 배치될 수 있다. 연결패턴(303)의 양 끝단은 각각 제2 급전선(322)의 일측 단부(322a)와 제2 급전선(322)의 타측 단부(322b)가 솔더링 작업들을 통하여 전기적으로 접속될 수 있다.

한편 상술한 교차 급전 장치(330)은 인쇄회로기판(301)에 형성되는 구조로 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 교차 급전 장치(330)은 인쇄회로기판(301)이 멀티레이어로 형성되는 경우 인쇄회로기판(301)의 일부 영역에 마련될 수 있으며, 이에 따라 드루 홀(323)이 인쇄회로기판(301)에 직접적으로 형성될 수 있다. 이때 인쇄회로기판(301)의 내측에는 상술한 연결패턴(303)이 드루 홀(323)을 잇는 형태로 배치될 수 있다. 그리고 연결패턴(303) 상부는 절연층(305)가 형성되고 그 상부에 제1 급전선(321)이 동박라인으로 형성될 수 있다. 제2 급전선(322)들의 단부들(322a, 322b)은 솔더링 작업 등으로 각각 드루 홀(323)과 연결될 수 있다. 이러한 교차 급전 장치(330)은 최초 인쇄회로기판(301) 제작 시에 설계되어 마련됨으로써 공정을 개선하면서도 PIMD를 개선하도록 지원할 수 있다. 한편 본 실시예에서는 드루 홀(323)이 형성된 예를 개시하였지만, 드루 홀(323) 대신에 에어 브리지가 설치될 수도 있다.

이와 같은 교차 급전 장치(330) 구조를 기반으로 제1 급전선(321)과 제2 급전선(322)의 전기 신호는 서로 간섭하지 않기 때문에, 전파의 상호변조왜곡신호가 개선된다. 또한, 교차 급전 장치(330)을 기반으로 제1 다이폴 안테나(210, 230) 및 제2 다이폴 안테나(220, 240)에 각각 연결된 제1 급전선(321)과 제2 급전선(322)가 교차할 때 위상과 파워비가 개선되고, 빔폭, 트래킹 등 전기신호의 패턴 특성이 개선될 수 있다. 또한, 절연층(305)를 부착하여 교차 급전 장치(330)을 마련하거나 인쇄회로기판(301) 상에 형성하는 구조로 인하여 급전부(300)과 이중편파 다이폴 안테나(200) 간의 연결에 대한 작업성 개선효과가 있다.

도 5는 본 발명의 지지대(260) 구조를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 지지대(260)은 반사판(50)에 형성된 판홀(미도시)에 삽입 고정되는 제1 삽입촉(265a), 제1 삽입촉(265a)과 연결되고 이중편파 다이폴 안테나(200)을 반사판(50)부터 소정의 높이로 유지하는 지지축(263), 지지축(263)과 연결되고 이중편파 다이폴 안테나(200)의 유전체 기판(201)에 형성된 기판홀(261)에 삽입 고정되는 제2 삽입촉(265b)을 포함한다. 그리고 제1 삽입촉(265a)과 지지축(263) 사이에 제1 디스크(266a)가 배치되며, 제2 삽입촉(265b)과 지지축(263) 사이에 제2 디스크(266b)가 배치된다.

제1 삽입촉(265a) 및 제2 삽입촉(265b)은 삽입되는 판홀 및 기판홀(261)의 크기에 따라 조정될 수 있다. 또한 제1 디스크(266a) 및 제2 디스크(266b)의 크기 또한 반사판(50) 및 유전체 기판(201)의 특성과 판홀 및 기판홀(261)의 특징에 따라 그 크기가 다르게 설계될 수 있다.

제1 삽입촉(265a) 및 제2 삽입촉(265b)은 쐐기 형태로 삽입될 때 구부릴 수 있고, 삽입된 후 쐐기 형태가 복원되어 삽입된 유전체 기판(201)이나 반사판(50)을 지지할 수 있도록 강성과 탄성이 있는 재료로 가공된다.

제1 디스크(266a) 및 제2 디스크(266b)는 제1 삽입촉(265a) 및 제2 삽입촉(265b)과 연결되는 둥근 판형이되 삽입촉들(265a, 265b)의 삽입에 따라 반사판(50) 또는 유전체 기판(201)의 전면과 접촉되어 반사판(50) 또는 유전체 기판(201)이 지지축(263)의 중심방향으로 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 제1 디스크(266a) 및 제2 디스크(266b)는 지지축(263)의 표면으로부터 일정 경사각을 가지며 신장되는 판형이 될 수 있으며, 삽입촉들(265a. 265b)이 삽입될 때 반사판(50) 또는 유전체 기판(201)의 표면과 테두리 영역이 접촉되면서 이 경사각에 의하여 탄성을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)에 빔폭 개선을 위한 추가 보조물 예를 들면 초크 지지대가 마련된 형태의 측면을 나타낸 도면이며, 도 7은 정면을 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 반사판(50), 이중편파 다이폴 안테나(200), 급전부(300), 지지대(260), 케이블(250) 및 초크 지지대(280)을 포함할 수 있다.

이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 케이블(250)과 나란하게 배치되는 초크 지지대(280)을 마련함으로써, 케이블(250)을 고정시킴과 아울러 빔 폭을 개선할 수 있도록 지원한다. 특히 케이블(250)의 폭을 확장시킴으로써 이중편파 다이폴 안테나(200) 및 급전부(300) 사이에 배치되는 케이블(250)의 신호 특성을 개선할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)의 +45도 편파 광대역 특성을 갖는 정재파비를 도시한 그래프이다. 또한, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)의 +45도 수평 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 초크 지지대(280)의 배치로 인하여 수평 빔 패턴의 편차가 61~66도 사이로 개선시킴을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물은 양호한 신호 특성을 제공하면서도 중앙이 빈 형태로 제작되어 다른 주파수대역의 안테나 배치를 용이하게 지원할 수 있음은 물론, 안테나 설계에 필요한 실질적으로 부피를 줄일 수 있도록 지원한다.

또한, 본 발명의 이중편파 다이폴 안테나 구조물(1)은 교차 급전 장치 제공으로 급전선들의 신호 간섭현상을 최소화할 수 있도록 지원한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1 : 이중편파 다이폴 안테나 구조물
200 : 이중편파 다이폴 안테나
201 : 유전체 기판
210, 220, 230, 240 : 방사소자모듈
250, 251, 252, 253, 254 : 케이블
260 : 지지대
300 : 급전부
301 : 인쇄회로기판
311, 312, 313, 314 : 케이블 접속부
321, 322 : 급전선

Claims

중앙이 빈 환형의 유전체 기판;
일부가 상기 유전체 기판의 전면에 배치되며 나머지 일부가 상기 유전체 기판의 후면에 배치되는 복수개의 방사소자모듈;
상기 방사소자모듈들의 각 중심점에 마련된 접점홀에 접속되는 케이블들;
상기 케이블들을 쌍으로 연결하는 급전부;
상기 급전부가 배치되는 반사판;
상기 반사판으로부터 상기 유전체 기판이 일정 거리 이격되어 고정되도록 지지하는 지지대;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 급전부는
상기 유전체 기판의 중앙 영역에 해당하는 반사판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 방사소자모듈들은
상기 중심점을 기준으로 상기 유전체 기판의 전면에 형성되는 제1측 다이폴;
상기 제1측 다이폴과 대칭되며 상기 유전체 기판의 후면에 형성되는 제2측 다이폴;
상기 제1측 다이폴 및 상기 제2측 다이폴이 연결되는 접점;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 유전체 기판은
팔각형의 링 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제4항에 있어서,
상기 방사소자모듈들은
상기 팔각형의 유전체 기판의 모서리에서 굽혀지며 변의 중앙부에서 중심부 방향으로 굽어진 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 급전부는
인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판의 모서리 영역에 형성되어 상기 케이블들이 접속되는 케이블 접속부들;
상기 케이블 접속부들을 쌍으로 연결하는 급전선들;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제6항에 있어서,
상기 방사소자모듈들은
제1 대각선 방향으로 배치된 케이블 접속부들에 접속된 케이블들과 제1 급전선으로 상호 연결되어 제1 다이폴 안테나를 형성하는 제1 방사소자모듈과 제3 방사소자모듈;
제2 대각선 방향으로 배치된 케이블 접속부들에 접속된 케이블들과 제2 급전선으로 상호 연결되어 제2 다이폴 안테나를 형성하는 제2 방사소자모듈과 제4 방사소자모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제7항에 있어서,
상기 제1 급전선과 상기 제2 급전선이 교차하는 영역에 배치되어 제1 급전선과 제2 급전선을 전기적으로 이격시키는 교차 급전 장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제8항에 있어서,
상기 교차 급전 장치는
상기 제1 급전선 아래에 배치되는 절연층;
상기 절연층 하부에 배치되는 연결 패턴;
상기 절연층에 형성되어 상기 연결 패턴이 노출되어 상기 제2 급전선의 일측 단부와 타측 단부와 접속되도록 형성되는 드루 홀 또는 에어 브리지;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 각각의 케이블 일측과 나란하게 배치되는 초크 지지대;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.
제1항에 있어서,
상기 케이블 중 적어도 하나는 발룬이 제거된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 이중편파 다이폴 안테나 구조물.