KR101290087B1 - 지향성 복편파 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지향성 복편파 안테나 장치에 관한 것이다. 이 안테나 장치는 전면에 배치되고 상-하 및 좌-우로 교차된 위치에 형성된 두 개의 다이폴 안테나를 갖는 지향성 복편파 안테나 기판과, 상기 기판의 전방에 배치되는 하나 이상의 평면형 도파기를 포함하며, 이들을 이격적으로 정렬시키기 위한 지지대를 더 포함하여 이루어진다. 바람직하게, 상기 도파기는 안테나 기판 상에 교차 배치된 다이폴 안테나 소자에 대응하여, 전면의 상-하 및 좌-우에 교차 배치된 도파부를 포함한다. 본 발명의 안테나 장치는 광대역, 이득, 정재파비, 격리도 등 모든 안테나 특성 면에서 우수한 효과가 있다.

Description

지향성 복편파 안테나 장치 {Directional dual-polarization antenna}

본 발명은 주로 이동통신 시스템의 기지국 안테나로써 적용될 수 있는 지향성 복편파 또는 이중편파 안테나 장치에 관한 것이다.

복편파 또는 이중편파 안테나란 일반 안테나가 수직 편파 또는 수평 편파와 같은 단일 편파를 갖는데 비하여 경사진 각도의 편파 2개를 갖는 안테나를 일컫는데, 보통 ±45°의 편파를 가지므로 듀얼 슬랜트 폴러라이즈드 안테나(Dual Slant Polarized Antenna)라고도 불리며, 주로는 이동통신 시스템 내 기지국의 수신 경로 이중화 구현을 위한 안테나로 이용되고 있다.

근래 이 안테나 분야에서는, 기판상 다이폴 소자의 배치 및 소자 급전구조에 있어서 다양한 연구가 있어 왔다. 예를 들어 살펴보면, 대체로 다음과 같다.

1) 공개특허 제2007-99422호에는 기판의 전면에 교차 배치된 두 개의 다이폴 안테나와 4 개의 급전점을 가진 급전기를 포함하여 구성된 이중편파 다이폴 안테나가 개시되어 있는데, 여기에서 상기 급전기는 각 안테나 급전라인의 교차 부분에 배치되어 전류의 교차 급전을 가능하게 하는 역할을 한다. 개시된 다이폴 안테나는 상기 급전기의 적용으로 인하여 각 안테나에 의한 ±45°이중편파 복사가 가능해진다.

2) 특허 제865749호에는 기판의 전면과 후면을 통하여 교차 배치된 두 개의 다이폴 안테나와 각 다이폴 안테나에 급전을 하기 위한 두 쌍의 비어홀(via -hole)과 발룬홀(balun-hole) 그리고 비어홀과 발룬홀 사이의 또 다른 비어홀 등을 포함하여 구성된 이중편파 다이폴 안테나가 개시되어 있다. 개시된 다이폴 안테나는 상기 홀들에 각각 삽입된 케이블로부터 신호 급전되며, 이에 따라 각 안테나에 의한 ±45°이중편파 복사가 가능해진다.

3) 특허 제870725호에는 기판의 전면과 후면에 서로 교차되는 방향으로 각각 형성된 다이폴 안테나와 상기 전면 및 후면에 각각 형성되어 급전하는 심선홀, 접지홀, 발룬홀 및 상기 심선홀과 발룬홀을 연결하는 비어홀 등을 포함하여 구성된 이중편파 다이폴 안테나가 개시되어 있다.

4) 상기 특허 제865749호, 제870725호 등에서는 안테나의 광대역 특성 향상을 위하여 '발룬(balun)' 구조를 적용하고 있으며, 그 외에도 경우에 따라서는 광대역 보상패드를 더 구성하기도 한다. 이 구조에서 발룬 부분은 동축 케이블과 쌍을 이루게 하기 위하여 소위 '발룬 케이블'이라고 하는 이형금속 구조물을 적용하고 있다.

이상의 예들에서 알 수 있듯이, 복편파 안테나에 관련한 종래의 기술들은 주로 기판 자체의 다이폴 소자의 배치 및 소자 급전구조에 관련되어 있으며, 특히, 교차하는 안테나 급전라인에 대한 3차원 급전방식에 관련되어 있다. 이는 기본적으로, 복편파 안테나에서는 인접한 소자 간 상호 간섭이 많고 그로 인하여 정재파비 및 격리도 특성이 떨어지며, 한편으로는 그 해결을 위한 안테나 튜닝이 실제로 매우 어렵기 때문이다.

이에 본 발명은 지향성 복편파 안테나에 있어서, 기판 자체의 회로 설계에 기술적 특징이 있는 상기한 종래기술들과는 달리, 안테나 장치 전반의 구조적인 측면에서 특별한 시도를 한 것이다. 본 발명의 목적은 그와 같은 구조적 시도를 통하여 안테나 특성 즉 정재파비, 이득, 격리도 등을 향상시킬 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 지향성 복편파 안테나 장치는:

전면에 배치되고 상-하 및 좌-우로 교차된 위치에 형성된 두 개의 다이폴 안테나를 갖는 지향성 복편파 특성의 안테나 기판과, 상기 기판의 후방에 배치되는 반사판을 포함하며;

상기 안테나 기판의 전방에, 안테나 기판과 대면하여 배치되는 하나 이상의 평면형 도파기; 상기 반사판과, 안테나 기판과, 도파기를 차례로 이격적으로 정렬시키기 위한 지지대를 더 포함하여 이루어진다.

여기에서 상기 기판은 PCB 기판이며, 상기 도파기 또한 PCB 기판이다.

상기 지지대는 안테나 기판 후방의 반사판에 지지되고, 상기 기판을 관통하여, 전방의 도파기로 연장된다. 상기 도파기가 2 이상인 경우, 상기 지지대는 전방 도파기와 상기 기판 사이에 배치된 각 도파기를 관통한다.

바람직하게, 상기 도파기는, 상기 기판 상에 상-하 및 좌-우에 교차 배치된 다이폴 안테나 소자에 대응하여, 전면의 상-하 및 좌-우에 이중으로 배치된 도파부를 포함한다.

또한 바람직하게, 상기 도파기는 안테나 특성에 따라 상기 지지대 상에서 위치조절 가능하게 장착된다.

본 발명은 지향성 복편파 안테나에 있어서, 기판 자체의 회로 설계에 기술적 특징이 있는 상기한 종래기술들과는 달리, 안테나 장치 전반의 구조적인 측면에서 특히 상기 도파기, 지지대 등에 관련하여 특별한 시도를 한 것이다. 그리고, 그로 인하여 정재파비, 이득, 격리도 등에서 우수한 안테나 특성을 얻을 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 안테나 장치의 정재파비 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 안테나 장치의 수평 패턴도.
도 4는 본 발명에 따른 안테나 장치의 수직 패턴도.

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 지향성 복편파 안테나 장치(이하, '안테나 장치')의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도면에서 부호 10은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 장치(10)는 지향성 복편파를 구현하는 안테나 요소와, 상기 각 요소를 이격적으로 정렬시키기 위한 지지대(19)를 포함하여 이루어진다. 상기 안테나 요소에는 안테나 기판(11)과 반사판(12) 및 도파기(13)가 포함된다.

상기 안테나 기판(11)은, ±45°의 지향성 복편파를 구현하기 위하여, 전면에 배치되고 상-하 및 좌-우로 교차된 위치에 형성된 두 개의 다이폴 안테나(14,15)와, 배면 또는 전면에 형성되고 상기한 각 안테나에 전력을 공급하는 급전라인을 포함하는 구조이다. 다만 이러한 복편파 특성의 기판(11)의 구조가 본 발명에서 특별한 것은 아니며, 기본적으로 상기한 안테나(14,15) 구성을 가지고 지향성 복편파 특성을 구현하는 한 공지의 알려진 안테나 기판이 제한 없이 적용될 수 있을 것이다.

바람직하게, 상기 안테나 기판(11)은 제작이 비교적 간편하면서, 안테나의 대역폭 및 이득 특성이 우수한 PCB 기판이다.

상기 반사판(12)은 상기 안테나 기판(11)의 후방에 이격적으로 배치되는 금속판으로서, 상기 안테나(14,15)로부터 후방으로 방사되는 신호를 전방으로 반사시킴으로써 안테나 장치(10)의 방사특성을 향상시키는 기능을 하게 된다. 본 발명에서, 상기 반사판(12)은 지지대(19)와 안테나 기판(11), 도파기(13) 등의 구성을 지지하는 기반이 되는 것이다.

상기 도파기(13)는 안테나 기판(11)의 전방에, 안테나 기판(11)과 대면하여 이격적으로 배치되는 평면형 도파기이다. 상기 도파기(13)는 하나 이상으로 구비되며, 상기 도파기(13)가 2 이상일 때에, 당연하겠지만, 각 도파기(13) 역시 서로 대면하여 차례로 이격적으로 배치된다.

본 실시예에서 상기 도파기는(13), ±45°의 지향성 복편파를 구현하기 위하여 상기 안테나 기판(11) 상에 교차 배치된 다이폴 안테나(14,15) 소자에 대응하여, 전면에 상-하 및 좌-우에 교차 배치된 도파부(16,17)를 포함한다. 특징적으로 이 구조에서는 안테나 기판(11)과 도파기(13)가 함께 작용하게 되며, 이에 따라 본 발명의 안테나 장치(10)에서는 더욱 완전한 복편파 특성, 이득 특성 및 격리도 특성이 구현될 수 있는 것이다.

바람직하게, 상기 도파기(13) 역시 안테나 기판(11)과 마찬가지로 제작이 비교적 간편하면서, 안테나 특성이 우수한 PCB 기판이다.

한편, 상기 지지대(19)는 상기 각 요소(11,12,13)를 이격적으로 정렬시키기 위한 수단이다. 본 실시예에서, 상기 지지대(19)는 길게 연장된 봉으로서, 안테나 장치(10) 후방의 반사판(12)에 지지되고, 상기 안테나 기판(11)을 관통하여, 전방의 도파기(13)로 연장된다. 상기 도파기(13)가 2 이상일 때에, 각 도파기(13)를 관통하여 최전방의 도파기(13a)로 연장된다.

바람직하게, 상기 도파기(13)는 요구되는 안테나 특성에 따라 상기 지지대(19)상에서 위치조절 가능하게 장착된다. 이를 위하여 본 실시예에서는 각 도파기(13)의 관통홀(18) 내경과 지지대(19)의 외경이 밀접하게 제작된다. 다른 실시예에서는 도파기(13)의 위치의 견고성을 위하여, 지지대(19)의 외경에 톱니구조가 형성되어 있을 수도 있다.

이상의 구조에서, 본 발명의 안테나 장치(10)는 상기 반사판(12)에 지지대(19)가 장착 고정된 상태에서, 안테나 기판(11)과 도파기(13)가 관통홀(18)을 이용하여 상기 지지대(19)에 차례로 끼워지고 이격적으로 배치됨으로써, 비교적 쉽게 완성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 장치(10)는 전압 정재파비 값들이 주파수 1.71 ~ 2.39 GHz에서 적어도 2.5:1 이하로 측정되었으므로, 그 광대역 특성이 상당히 우수함을 알 수 있다. 특히 측정 대역에서 사용되는 종래 기지국 안테나의 표준 규격이 1.5:1 이하인 점을 고려하면, 상기 안테나 장치(10)는 충분한 성능을 보이고 있는 것이라 할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 안테나 장치(10)는 광대역 특성, 이득특성 등의 모든 면에서 우수함을 알 수 있는데, 이는 PCB 안테나 기판(11) 및 도파기(13)의 배열과 구조에서 기인하는 것으로 판단된다. 특히 패턴의 형태에 있어서, 수평편파와 수직편파 간에 완벽하게 수직한 기하학적 형태를 나타내게 됨에 따라, 격리도 면에서 특히 우수한 결과를 확인할 수 있었다.

10. 안테나 장치
11. 안테나 기판 12. 반사판
13,13a. 도파기 14,15. 다이폴 안테나
16,17. 도파부 18. 관통홀
19. 지지대

Claims (6)

1. 전면에 배치되고 상-하 및 좌-우로 교차된 위치에 형성된 두 개의 다이폴 안테나(14,15)를 갖는 지향성 복편파 특성의 안테나 기판(11)과, 상기 기판(11)의 후방에 배치되는 반사판(12)을 포함하며;
   상기 안테나 기판(11)의 전방에, 안테나 기판(11)과 대면하여 배치되는 하나 이상의 평면형 도파기(13,13a);
   상기 반사판(12)과, 안테나 기판(11)과, 도파기(13,13a)를 차례로 이격적으로 정렬시키기 위한 지지대(19);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판(11)과 도파기(13,13a)는 PCB 기판인 것을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 지지대(19)는 안테나 기판(11) 후방의 반사판(12)에 지지되고, 상기 기판(11)을 관통하여, 전방의 도파기(13a)로 연장되는 것을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 도파기(13)가 2 이상인 경우, 상기 지지대(19)는 전방 도파기(13a)와 상기 기판(11) 사이에 대면하여 이격 배치된 각 도파기(13)를 관통하는 것을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 도파기(13,13a)는:
   상기 기판 상에 교차 배치된 다이폴 안테나(14,15) 소자에 대응하여;
   전면의 상-하 및 좌-우에 교차 배치된 도파부(16,17)를 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 도파기(13,13a)는 안테나 특성에 따라 상기 지지대(19) 상에서 위치조절 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 지향성 복편파 안테나 장치.

Images