KR101318660B1 - 고격리 중계기용 이중대역 안테나 - Google Patents

고격리 중계기용 이중대역 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 수직편파를 발생하는 도너(Donor) 안테나 및 수평편파를 발생하는 서비스(Service) 안테나를 포함하고, 서비스 안테나는 이중대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 서비스 안테나는 안테나 급전부에 직접 연결되어 있는 하나의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 세 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 하나의 패치에서 급전선이 상하로 분리되어 연결되는 상하 두 개의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역 외의 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.

Description

고격리 중계기용 이중대역 안테나{DUAL-BAND ANTENNA FOR WIRELESS REPEATER WITH HIGH ISOLATION}
본 발명은, 수직편파를 발생하는 도너(Donor) 안테나 및 수평편파를 발생하는 서비스(Service) 안테나를 포함하고, 서비스 안테나는 이중대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 서비스 안테나는 안테나 급전부에 직접 연결되어 있는 하나의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 세 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 하나의 패치에서 급전선이 상하로 분리되어 연결되는 상하 두 개의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역 외의 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 도너 안테나는 안테나 급전부에서 급전선이 좌우로 분리되어 연결되는 좌우 두 개의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치를 이용하여 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 도너 안테나는 도너 안테나 기구에 수직으로 설치하고, 상기 서비스 안테나는 서비스 안테나 기구에 수평으로 설치하고, 상기 도너 안테나 기구와 서비스 안테나 기구를 조립 결합되는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 중계기란 산이나 빌딩 혹은 기타 지형지물로 인한 전파 차단 지역 또는 터널, 지하 주차장과 같이 전파 도달이 어려운 음영지역을 대상으로 기지국의 신호가 도달할 수 있도록 신호를 증폭해 음영지역을 서비스하고, 음영 지역 단말기의 신호가 기지국으로 도달할 수 있도록 연결하여 주는 장치를 의미한다.
즉 중계기는 통신 사업자가 전파 사각 지역에 기지국을 증설하기 위해 소요되는 비용을 절감시키고 소규모 음영지역을 충분히 해소할 수 있는 성능을 보장한다는 점에서 널리 활용되고 있다.
한편 간단하게 중계기의 일반적인 동작원리를 설명하면, 도너(Donor) 안테나를 통해 수신된 기지국 신호는 듀플렉서를 통해 저잡음 증폭기(LNA)에 입력되어 저잡음 증폭하고, 증폭된 신호는 국부 발진기의 발진주파수와 혼합해 중간주파수로 다운 컨버전한다.
중간 주파수대에서 스커트(skirt) 특성이 우수한 표면 탄성파(SAW) 필터를 통해 원하는 주파수대만을 통과시키고 다시 업컨버전해 고출력 증폭기(high power amplifier)를 통해 증폭한 후 서비스(service) 안테나로 음영 지역을 서비스한다.
반대로 단말기의 신호는 서비스 안테나로 수신되고 이 신호를 필터 및 증폭기들을 통해 증폭 및 여과한 뒤 도너 안테나를 통해 기지국에 접속되게 한다.
그런데 이 같은 RF 중계기는 반드시 안테나 격리도(isolation)가 확보되어야 하는데, 특히 옥내용 소형 중계기는 케이블 설치 없이 창가 및 실내 공간에 설치 사용되는 경우가 많아서 옥외형에 비해 훨씬 열악한 전파 환경 하에서 동작하기 때문에 높은 격리도 특성이 더욱 필요하게 된다.
한편 최근에 이동통신 단말기로서 스마트폰이 급증하는 추세이며 이에 따라 옥내에서는 무선 인터넷(WI-FI)을 이용하여 데이터 통신을 수행하는 경우가 늘고 있다. 따라서 중계기의 서비스 안테나는 무선 인터넷 신호를 수신하여 처리할 수 있는 성능을 추가로 갖출 것이 요구되고 있다.
한편 본 출원인은 '고격리 무선 중계기용 광대역 스택 패치 배열 안테나'에 대한 특허권(대한민국 등록특허공보 10-0957852호)을 갖고 있는데, 이는 수직 편파 및 수평 편파를 구현하여 높은 격리 특성을 갖도록 한 것으로서, 본 출원인은 이를 발전시켜 무선 인터넷 신호를 처리할 수 있도록 이중대역에서 송수신할 수 있는 안테나를 제안하고자 한다.
한편 본 발명과 유사한 기술분야에서의 선행기술을 살펴보면, 먼저, 대한민국 공개특허공보 10-2008-0002708호에는, 급전선로를 슬롯의 중앙에 수직으로 가로지르게 하는 사각의 마이크로스트립 패치안테나에 있어서 슬롯의 일측에 부착하여 자기전류에 의해 발생된 전자파를 자유공간으로 복사하는 방사패치면, 상기 방사패치면상의 중앙에 위치하는 F형 슬롯, 상기 방사패치면에서 전면부 기판에 연결되어 신호를 전송하는 역할을 하는 CPWG(coplanar waveguide with ground)구조의 급전라인 및 상기 급전라인의 왼쪽에 위치하는 상기 F형 슬롯보다는 작은 사각 슬롯을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나가 개시되어 있다.
그런데 이는 슬롯의 크기 및 형상을 이용하여 주파수 대역을 조절하는 것에 초점이 있는 것으로서, 수직 편파 및 수평 편파를 이용하여 격리 특성을 가지면서 이중 대역을 처리할 수 있는 것은 기재되어 있지 않다.
또한 대한민국 공개특허공보 10-2011-0109495호에는, 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 일면 상부에 구비되며 제 1 주파수 특성을 갖는 패치 및 상기 유전체 기판의 타면에 구비되는 접지면을 포함하는 안테나로서, 상기 접지면에, 상기 패치와 커패시티브 커플링되며 제 2 주파수 특성을 갖도록 하는 임피던스 매칭수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중대역 패치 안테나가 개시되어 있다.
그런데 이는 단일 패치를 이용하여 원형 편파 및 선형 편파를 방사하는 것에 초점에 있는 것으로서, 수직 편파 및 수평 편파를 이용하여 격리 특성을 가지면서 이중 대역을 처리할 수 있는 것은 기재되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 인접한 두 안테나가 각각 수직 편파 및 수평 편파를 구현하여 높은 격리 특성을 갖도록 함으로써, 안테나 신호 간의 상호 간섭이나 발진을 제거할 수 있는 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 소형 경량의 마이크로스트립 패치 배열 구조로 구성하여 지상 및 건물 내부에서 장착 및 운용이 용이하도록 구성한 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 수직 편파 및 수평 편파를 이용하여 고 격리 특성을 가지면서 이중 대역을 처리할 수 있는 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함에 있다.
본 발명은, 수직편파를 발생하는 도너(Donor) 안테나 및 수평편파를 발생하는 서비스(Service) 안테나를 포함하고, 서비스 안테나는 이중대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 서비스 안테나는 안테나 급전부에 직접 연결되어 있는 하나의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 세 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 상기 하나의 패치에서 급전선이 상하로 분리되어 연결되는 상하 두 개의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치를 이용하여 무선 인터넷 대역 외의 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 상기 도너 안테나는 안테나 급전부에서 급전선이 좌우로 분리되어 연결되는 좌우 두 개의 패치 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치를 이용하여 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 상기 도너 안테나는 도너 안테나 기구에 수직으로 설치하고, 상기 서비스 안테나는 서비스 안테나 기구에 수평으로 설치하고, 상기 도너 안테나 기구와 서비스 안테나 기구를 조립 결합되는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나를 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명인 고격리 중계기용 이중대역 안테나는, 인접한 두 안테나가 각각 수직 편파 및 수평 편파를 구현하여 높은 격리 특성을 갖도록 함으로써, 안테나 신호 간의 상호 간섭이나 발진을 최소화할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
본 발명인 고격리 중계기용 이중대역 안테나는, 소형 경량의 마이크로스트립 패치 배열 구조로 구성하여 지상 및 건물 내부에서 장착 및 운용이 용이한 현저한 효과를 보유하고 있다.
본 발명인 고격리 중계기용 이중대역 안테나는, 수직 편파 및 수평 편파를 이용하여 고 격리 특성을 가지면서 이중 대역을 처리할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 도너 안테나의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 도너 안테나의 앞면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 서비스 안테나의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 서비스 안테나의 앞면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나가 조립된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나의 격리도 특성을 그래프로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함된 도너 안테나의 대역폭 특성을 그래프로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함된 서비스 안테나의 대역폭 특성을 그래프로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 도너 안테나의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나는 도너(Donor) 안테나(100)와 서비스(Service) 안테나(300)로 이루어지며, 각 안테나는 스택 패치 배열로 형성되도록 구성된다.
도너 안테나(100)는 수직 편파를 발생시키고, 서비스 안테나(300)는 수평 편파를 발생시키도록 구성하여, 방사되는 전파의 편파가 서로 직교됨으로써 안테나끼리의 신호적 간섭을 최소화하도록 함은 물론 한 안테나의 신호가 다른 안테나로 직접 수신되어 발진이 발생되는 것을 방지하도록 한다.
도너 안테나(100)는 제1방사부(110), 제2방사부(120), 급전부(130), 매칭 스터브(140), 전력 분배기(150), 급전선(160) 및 그라운드(170)가 형성되며, 고정홀(180)을 이용하여 안테나 기구(200)에 고정되도록 구성한다.
급전부(130)는 커넥터(미도시)와 연결되어 RF 모듈과 최종 결합되어서 소스 신호를 도너 안테나(100)에 입력한다.
매칭 스터브(matching stub, 140)는 급전선의 정합을 위한 것으로서, 설계조건에 따라서 적절한 형상 및 개수로 형성되도록 한다.
전력 분배기(150)를 통해 급전선(160)은 양쪽의 제1방사부(110)로 연결되도록 형성하며, 제1방사부(110)로 연결되는 지점은 제1방사부(110)의 중앙 지점으로 구성되도록 한다.
설계조건에 따라서는, 제1방사부(110)의 중앙 지점에서 일정 거리 떨어져서 입력되도록 형성함으로써 동위상의 신호를 발생시키도록 할 수 있다.
제1방사부(110)가 신호를 방사하면, 커플링된 제2방사부(120)로 전달되어 신호가 방사될 수 있도록 형성한다.
여기에서, 제1방사부(110)는 유전체 기판의 상면에 위치하고, 하면에는 안테나 그라운드(170)이 형성되도록 한다.
안테나 기구(200)는 안테나 기구(400)과 결합되어, 도너 안테나 및 서비스 안테나를 전기적으로 격리시키며 도체 케이스 형태를 띠는 차폐수단으로서 기능한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 도너 안테나의 앞면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도너 안테나를 수직으로 설치하여 안테나 기구(200)에 조립되도록 함으로써, 좌우 양쪽에 형성된 제1방사부(110) 및 제2방사부(120)의 사이에서 수직 편파를 발생시켜 방사가 되도록 한다.
바람직하게, 도너 안테나는 WCDMA 대역에서만 동작하도록 설계되며 사용 주파수 대역은 1920~2170 MHz 대역이 되도록 형성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 서비스 안테나의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도너 안테나와 서비스 안테나에 공통으로 적용될 수 있는 사항에 대해서는 상기에서 서술한바로 대체하거나 간략하게 언급하였음을 밝힌다.
서비스 안테나(300)는 제1방사부(310), 제2방사부(320), 제3방사부(330), 제4방사부(340), 급전부(350), 전력 분배기(360), 급전선(370) 및 그라운드(380)가 형성되며, 고정홀(390)을 이용하여 안테나 기구(400)에 고정되도록 구성한다.
서비스 안테나(300)는 제1방사부(310) 및 제2방사부(320), 제3방사부(330) 및 제4방사부(340)가 짝을 이루어서 이중 대역으로 동작할 수 있도록 하되, 특히 제3방사부(330) 및 제4방사부(340)가 무선 인터넷(WI-FI) 대역의 신호를 처리할 수 있도록 형성한다.
바람직하게, 제1방사부(310) 및 제2방사부(320)는 WCDMA 대역에서 동작하도록 설계되며 사용 주파수 대역은 1920~2170 MHz 범위가 되도록 형성한다.
또한 제3방사부(330) 및 제4방사부(340)는 무선 인터넷 신호 대역에서 동작하도록 설계되며 사용 주파수 대역은 2400~2480 MHz 범위가 되도록 형성한다.
급전부(350)는 커넥터(미도시)와 연결되어 RF 모듈과 최종 결합되어서 소스 신호를 서비스 안테나(300)에 입력한다.
입력된 신호가 무선 인터넷 신호라면 제3방사부(330)가 신호를 방사하게 되며, 커플링된 제4방사부(340)로 전달되어 신호가 방사될 수 있도록 형성한다.
제3방사부(330)는 급전부(350)에 바로 연결되어 있는 하나의 패치로 구성하며, 제4방사부(340)는 세 개의 패치로 구성한다.
설계조건에 따라서, 제4방사부(340)의 개수는 변경될 수 있음은 물론이다.
입력된 신호가 무선 인터넷 신호가 아니라면 전력분배기(360)를 통해 급전선(370)으로 신호가 전달되며, 이 신호는 제1방사부(310)로 전달되어 방사된다.
제1방사부(310)에서 방사된 신호는 커플링된 제2방사부(320)를 통해 방사되도록 구성한다.
바람직하게, 제1방사부(310)는 상하 두 개로 구성하며, 이에 대응되도록 동일 위치에 제2방사부(320)가 형성되도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나에 포함되는 서비스 안테나의 앞면을 개략적으로 도시한 도면이다.
서비스 안테나를 수평으로 설치하여 안테나 기구(400)에 조립되도록 함으로써, 수평 편파를 발생시켜 방사가 되도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나가 조립된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도너 안테나 기구(200)와 서비스 안테나 기구(400)이 결합되고 방사부 사이에는 각 방사부들을 전기적으로 분리할 수 있는 유전율이 없는 재질의 스터드(500)가 형성되도록 설계한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고격리 중계기용 이중대역 안테나의 격리도 특성, 도 7은 도너 안테나의 대역폭 특성을, 도 8은 서비스 안테나의 대역폭 특성을 각각 그래프로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도너 안테나가 수직 편파를 발생하고 서비스 안테나가 수평 편파를 발생하며 또한 각 안테나들을 차폐 기능이 있는 기구에 조립하여 결합한 결과 높은 격리 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
도 7을 참조하면 도너 안테나가 중심주파수 2.11GHz에서 -20.30dB을 갖는 것을 알 수 있으며, 도 8을 참조하면 서비스 안테나가 이중 대역에서 기능하고 있음을 알 수 있다.
상기에서 도 1 내지 도 8을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 8의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
100 : 도너 안테나
110 : 도너 안테나 제1방사부
120 : 도너 안테나 제2방사부
130 : 도너 안테나 급전부
140 : 매칭 스터브
150 : 도너 안테나 전력 분배기
160 : 도너 안테나 급전선
170 : 도너 안테나 그라운드
180 : 도너 안테나 고정홀
200 : 도너 안테나 기구
300 : 서비스 안테나
310 : 서비스 안테나 제1방사부
320 : 서비스 안테나 제2방사부
330 : 서비스 안테나 제3방사부
340 : 서비스 안테나 제4방사부
350 : 서비스 안테나 급전부
360 : 서비스 안테나 전력 분배기
370 : 서비스 안테나 급전선
380 : 서비스 안테나 그라운드
390 : 서비스 안테나 고정홀
400 : 서비스 안테나 기구

Claims (5)

  1. 수직편파를 발생하는 도너(Donor) 안테나; 및
    수평편파를 발생하는 서비스(Service) 안테나;를 포함하고,
    상기 서비스 안테나는 이중대역에서 신호를 송수신하되,
    상기 서비스 안테나는 안테나 급전부에 직접 연결되어 있는 하나의 패치; 및 이와 대응되도록 구성된 세 개의 패치;를 이용하여 무선 인터넷 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 패치에서 급전선이 상하로 분리되어 연결되는 상하 두 개의 패치; 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치;를 이용하여 무선 인터넷 대역 외의 대역에서 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도너 안테나는 안테나 급전부에서 급전선이 좌우로 분리되어 연결되는 좌우 두 개의 패치; 및 이와 대응되도록 구성된 두 개의 패치;를 이용하여 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도너 안테나는 도너 안테나 기구에 수직으로 설치하고,
    상기 서비스 안테나는 서비스 안테나 기구에 수평으로 설치하고,
    상기 도너 안테나 기구와 서비스 안테나 기구를 조립 결합되는 것을 특징으로 하는, 고격리 중계기용 이중대역 안테나.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030091383A (ko) * 2002-05-27 2003-12-03 삼성탈레스 주식회사 이중 편파 특성을 갖는 평판형 안테나

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030091383A (ko) * 2002-05-27 2003-12-03 삼성탈레스 주식회사 이중 편파 특성을 갖는 평판형 안테나

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