KR101297332B1 - 다중 공진 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 공진 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직경이 다른 두개의 모노폴 안테나와 미앤더 안테나를 결합하여 광대역의 신호 송수신이 가능한 다중 공진 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 일면에 따른 다중 공진 안테나는 도전성 선로로 이루어지는 제1 모노폴 안테나부와, 제1 모노폴 안테나부로부터 소정의 거리가 이격되며 모노폴 안테나부의 외주를 둘러싼 환형의 선로를 가지는 임피던스 매칭부와, 임피던스 매칭부의 환형의 선로의 일측으로부터 제1 모노폴 안테나부의 길이방향을 따라 평행하게 연장되어 형성되되, 제1 모노폴 안테나부의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 제2 모노폴 안테나부와, 일단이 임피던스 매칭부와 연결되는 것이며, 타단이 제1 모노폴 안테나부의 끝단에 연결되되, 선로의 중앙 부분이 제1 모노폴 안테나부의 길이 방향을 따라 곡절되도록 형성되는 미앤더 안테나부를 포함한다.

Description

다중 공진 안테나{ANTENNA FOR MULTIPLE RESONANCE}

본 발명은 다중 공진 안테나에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 직경이 다른 두개의 모노폴 안테나와 미앤더 안테나를 결합하여 광대역의 신호 송수신이 가능한 다중 공진 안테나에 관한 것이다.

우리나라도 곧 아날로그 TV가 사라지고 디지털 TV 시대로 접어든다. 아날로그 TV와 디지털 TV는 기본적으로 그 품질과 성능이 월등한 차이가 나며 또한 우수한 기능을 갖고 있기 때문에 이러한 기능이 탑재된 디지털 TV 시대로 가는 것은 필연적이다. 아날로그 TV 방식은 전기적 신호를 시간 흐름에 따라 연속적으로 처리하는데 다른 전파의 방해를 받기 쉬워 화질과 음질이 좋지 않을 때가 많다. 반면 디지털 TV 방송은 아날로그신호를 디지털 신호로 바꾼 전파를 송수신하게 된다. 따라서 전파 방해를 제거할 수 있고 많은 신호를 동시에 전달하는 장점이 있다. 각종 정보와 프로그램을 다양하게 선택할 수 있는 화면 속의 화면(PIP; Picture In Picture) 등 갖가지 첨단영상도 구현할 수 있다.

VHF/ UHF 대의 기존 아날로그 TV 방송 전송은 2012년말 종료되었으며 현재는 디지털 TV방송이 송출되고 있다. 디지털 TV의 주파수 대역을 분류해 보면 극초단파(UHF) 채널 : 14-59(채널), 주파수(470-890MHz)로 공시되었다. 현재 미국을 비롯한 NTSC 규격을 따르는 우리나라 텔레비전 방송은 한 개의 채널이 점유하는 대역폭을 6MHz로 규정하고 있으며 여기에는 영상 약 4.5 MHz정도와 1.5MHz 정도의 폭을 가진 음성이 함께 수용되어 있다. 음성이 처리된 신호는 약 50-15000Hz 범위의 FM으로 변조된 신호를 사용하며 영상은 AM 처리된 신호이다.

이러한 디지털 TV를 수신하기 위해서는 수신 안테나로서는 개선된 UHF 안테나가 필요하다. 기존의 TV안테나는 야기안테나가 주로 사용되고 있으며 직선편파를 사용하며 편파 특성이 일치하지 않으면 수신이 안되는 현상이 발생하게 된다.

도심이나 산악지역의 음영지역은 일반적인 직선편파를 갖는 안테나를 사용하는 경우, 전파의 수신감도가 떨어진다. 이러한 음영지역에 전파를 도달시키기 위해서는 원형편파를 갖는 안테나가 사용된다. 원형편파는 장애물 잡음에 강해서 건물 투과성이 높고 다중반사간섭에 강하며 전파의 특성 중에 하나인 회절현상을 일으키게 함으로써 이러한 음영지역에 전파가 도달할 수 있도록 한다.

한편, 종래기술에 따른 음영지역에서의 사용을 위한 안테나 기술로는 대한민국 등록특허 10-0637355, "위성방송 중계용 안테나"에 구체적으로 개시되어 있다.

하지만, 이러한 종래기술에 따른 안테나에 의해서는 원형편파만을 고려하고 있어 직선편파에 의한 송수신특성을 기대할 수는 없다. 또한, 안테나의 형태와 그 구조적 한계로 인해 광대역의 송수신 특성을 가질 수 없다.

이러한 단점을 극복하고 산악지역이나 도심의 음영지역에서 수신감도를 향상시키기 위해 직선편파 및 원형편파의 안테나 특성을 갖는 적절한 안테나의 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은, 직선편파 및 원형편파를 발생시키며 광대역의 송수신특성을 가지면서도 음영지역의 수신감도를 향상시킬 수 있는 다중 공진 안테나를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 디지털 TV의 UHF 대역에서 방송 정보의 수신이 가능한 다중 공진 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 일면에 따른 다중 공진 안테나는 도전성 선로로 이루어지는 제1 모노폴 안테나부와, 제1 모노폴 안테나부로부터 소정의 거리가 이격되며 모노폴 안테나부의 외주를 둘러싼 환형의 선로를 가지는 임피던스 매칭부와, 임피던스 매칭부의 환형의 선로의 일측으로부터 제1 모노폴 안테나부의 길이방향을 따라 평행하게 연장되어 형성되되, 제1 모노폴 안테나부의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 제2 모노폴 안테나부와, 일단이 임피던스 매칭부와 연결되는 것이며, 타단이 제1 모노폴 안테나부의 끝단에 연결되되, 선로의 중앙 부분이 제1 모노폴 안테나부의 길이 방향을 따라 곡절되도록 형성되는 미앤더 안테나부를 포함한다.

본 발명에 따르면 직선편파 및 원형편파를 발생시키며 광대역의 송수신특성을 가지는 다중 공진 안테나를 제공할 수 있다. 이러한, 다중 공진 안테나는 음영지역의 수신감도가 종래에 비해 향상된 특성을 가져 도심지역, 도서지역, 산악지역, 건물 내의 위치 등에 있어서 향상된 전파 수신 강도를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 다중 공진 안테나는 광대역을 지원하여 디지털 TV의 UHF 대역에서 방송 정보의 수신이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나의 측면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나(10)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나의 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나(10)는 다중 공진 안테나(10)는 제1 모노폴 안테나부(100)와, 임피던스 매칭부(200)와, 제2 모노폴 안테나부(300)와, 미앤더 안테나부(400)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나(10)는 제1 모노폴 안테나부(100)와, 제2 모노폴 안테나부(300)와, 미앤더 안테나부(400)의 결합에 따른 다중 공진의 특성이 나타나며, 이에 따라 광대역의 신호를 송수신할 수 있다.

제1 모노폴 안테나부(100)는 도전성 선로로서 직선 또는 곡선의 도체로 이루어진다.

임피던스 매칭부(200)는 전류의 흐름에 따라 원형 편파를 발생시키도록 제1 모노폴 안테나부(100)로부터 소정의 거리가 이격되며 제1 모노폴 안테나부(100)의 외주를 둘러싸도록 형성되는 도전성의 선로로 이루어진다. 임피던스 매칭부(200)는 환형 또는 미앤더 구조를 가지는 환형으로 이루어질 수 있다.

한편, 이러한 임피던스 매칭부(200)의 형태 및 구조로 인해 발생되는 원형편파는 회절현상을 일으키므로 장애물 잡음 및 다중반사간섭에 강인하며 건물투과성이 높은 특성을 가진다.

제2 모노폴 안테나부(300)는 임피던스 매칭부(200)의 도전성 선로의 일측으로부터 제1 모노폴 안테나부(100)의 길이방향을 따라 평행하게 연장되어 형성되되, 제1 모노폴 안테나부(100)의 직경보다 작은 직경으로 이루어질 수 있다.

한편, 임피던스 매칭부(200)의 도전성 선로에 있어서 제2 모노폴 안테나부(300)와의 연결 위치를 변경하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 성분의 값을 변경할 수 있다.

미앤더 안테나부(400)는 일단이 임피던스 매칭부(200)와 연결되는 것이며, 타단이 제1 모노폴 안테나부(100)의 끝단에 연결되되, 선로의 중앙 부분이 상기 제1 모노폴 안테나부(100)의 길이 방향을 따라 곡절되도록 형성된다.

미앤더 안테나부(400)의 곡절된 횟수와 곡절된 선로의 길이는 곡절된 선로를 따라 흐르는 교대되는 전류의 흐름에 영향을 주며, 네거티브 커플링이 발생되는 선로상의 위치와 길이를 변화시켜 안테나 반사 손실이 변경될 수 있다.

한편, 미앤더 안테나부(400)의 길이나 크기가 커지고 곡절된 횟수가 줄어들수록 곡절된 선로를 따라 서로 반대 방향으로 흐르는 전류의 상쇄가 줄어들기 때문에 복사 효율이 증가될 수 있으며, 인식 거리가 증가 될 수 있다.

제1 모노폴 안테나부(100) 및 제2 모노폴 안테나부(300)와 같은 모노폴 안테나의 경우 기본적으로 무지향성의 좁은 대역폭의 신호 송수신 특성을 가지며, 미앤더 안테나부(400) 역시 좁은 대역폭의 신호 송수신 특성을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나(10)에서 발생되는 공진은 제1 모노폴 안테나부(100) 및 제2 모노폴 안테나부(300)에 의한 공진, 그리고, 제1 모노폴 안테나부(100)와 제2 모노폴 안테나부(300) 사이에서 일어나는 커플링(Coupling)에 의한 공진이 있다.

즉, 경로와 길이가 다른 도전성의 선로인 제1 모노폴 안테나부(100) 및 제2 모노폴 안테나부(300)에 의해 다중 공진이 발생되며 상기 공진들에 의해 발생되는 공진시의 중심주파수를 400-800MHz 대역 내에 있도록 제1 모노폴 안테나부(100) 및 제2 모노폴 안테나부(300)의 길이를 선택한다.

한편, 제1 모노폴 안테나부(100) 및 제2 모노폴 안테나부(300)의 길이는 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 따라 각각 선택될 수 있다.

한편, 수학식 1 및 수학식 2에 있어서, L₁은 제1 모노폴 안테나부(100)의 길이이고, f₁은 제1 중심주파수이며, L₂는 제2 모노폴 안테나부(200)의 길이이고, f₂는 제2 중심주파수이며, c는 빛의 속도이다.

이 때, 상기 400MHz 내지 800 MHz 대역에 있어서 반사손실이 -10DB 이하인 신호 송수신 특성이 나타나도록 설계하는 것이 바람직하다.

전술한 바에 따른, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 공진 안테나(10)는 기존의 협대역 특성을 극복하고 다양한 주파수 대역에서 이용될 수 있어 무선 통신에 관련한 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 다중 공진 안테나
100: 제1 모노폴 안테나부
200: 임피던스 매칭부
300: 제2 모노폴 안테나부
400: 미앤더 안테나부

Claims (4)

1. 도전성 선로로 이루어지는 제1 모노폴 안테나부;
   전류의 흐름에 따라 원형 편파를 발생시키며, 상기 제1 모노폴 안테나부로부터 소정의 거리가 이격되고 상기 제1 모노폴 안테나부의 외주를 둘러싸도록 형성되는 도전성의 선로로 이루어지는 임피던스 매칭부;
   상기 임피던스 매칭부의 상기 도전성의 선로의 일측으로부터 상기 제1 모노폴 안테나부의 길이방향을 따라 평행하게 연장되어 형성되는 제2 모노폴 안테나부; 및
   일단이 상기 임피던스 매칭부와 연결되는 것이며, 타단이 상기 제1 모노폴 안테나부의 끝단에 연결되되, 선로의 중앙 부분이 상기 제1 모노폴 안테나부의 길이 방향을 따라 곡절되도록 형성되는 미앤더 안테나부;
   를 포함하는 다중 공진 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 모노폴 안테나부 및 상기 제2 모노폴 안테나부 중 적어도 하나의 길이는 하기의 수학식에 따라 각각 선택되는 것이되,
   상기 선택에 따른 중심주파수는 400MHz 내지 800 MHz 대역 내에 포함되는 것
   인 다중 공진 안테나
   (수학식)
   

   

   
   여기서, L은 모노폴 안테나부의 길이이고, f는 모노폴 안테나부에 의한 중심주파수이며, c는 빛의 속도이다.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭부는 환형 또는 미앤더 구조를 가지는 환형으로 이루어지는 것
   인 다중 공진 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭부의 도전성 선로에 있어서 상기 제2 모노폴 안테나부와의 연결 위치를 변경하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 성분의 값을 변경하는 것
   인 다중 공진 안테나.

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