KR101348452B1 - 스위치 모드 빔성형 안테나의 다면체 배열 - Google Patents

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Abstract

스위치 모드 빔성형 안테나의 다면체 배열이 개시된다. 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템은 다면체 구조의 기판 각 면에 배열되고, 판형의 방사부, 상기 방사부의 일측에 접속되는 급전부 및 상기 방사부의 일측에 접속되어 상기 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면을 포함할 수 있다.

Description

스위치 모드 빔성형 안테나의 다면체 배열{POLYHEDRON ARRAY OF SWITCH MODE BEAM FORMING ANTENNA}
본 발명은 기지국과 단말기 간의 효율적인 무선 통신을 위하여 다면체 구조로 안테나를 배열하고 스위치를 이용한 빔성형을 통하여 전 방향으로 방사가 가능한 스위치 모드 빔성형 안테나의 다면체 배열에 관한 것이다.
무선 멀티미디어 시대를 맞이하여 최근 무선 채널을 통하여 대용량의 데이터를 고속으로 전송해야 하는 필요성이 급격히 증대되고 있다. 고속으로 데이터를 전송하는 것은 일반적인 데이터 전송에 비해 큰 송신 출력과 전송 대역폭이 요구된다. 따라서, 고속의 통신을 수행하기 위해, 간섭 신호는 줄이고 원하는 신호는 효율적으로 전달 하기 위한 방안이 필요하다. 이러한 간섭 신호를 줄이고, 높은 수신전력을 보장하기 위한 대안 중 하나는 지능형 안테나 기술인 빔성형 기술이다.
그러나, 실외 거점 기지국 같은 경우에는 공간상의 제약이 적어 적응형 빔성형 기술을 적용하여 효율적으로 데이터를 송수신 할 수 있지만, 실내 환경에서는 공간상의 제약이 크기 때문에 빔성형 기술에 대한 어려움이 있다.
일 예로 빔성형을 이용한 안테나에 관한 기술로서, 한국공개특허공보 제10-2008-0030495호(공개일자 2008년 04월 04일) "무선 주파수 송신기 또는 송수신기로 사용하기 위한 다중주파수 안테나 어레이"에는 제1 방사 패턴을 가지며 제1 캐리어 주파수로 동조되고 상기 제1 캐리어 주파수에서 무선 주파수 신호의 제1 표현(representation)을 송신하는 제1 안테나 회로와 제2 안테나 회로는 제2 방사 패턴을 가지며 제2 캐리어 주파수에 동조되고 상기 제2 캐리어 주파수에서 RF 신호의 제2 표현을 송신하는 제2 안테나 회로를 포함하는 것이 기재되어 있다.
그러나 이와 같은 안테나는 무선 통신 시스템에서 기지국이 방사형 안테나를 이용하여 송수신을 하며 특성상 서비스 영역 내의 단말들과 송수신 하지만, 실내 환경에서는 수많은 산란체들에 의해 데이터 전송 효율이 급격히 떨어 질 수 있다는 문제가 있다.
또한, 기존의 빔성형 방식은 빔을 성형하기 위한 제어부(저잡음 증폭기, 위상천이기, A/D 컨버터 등)의 크기가 크고 복잡하며, 고비용이어서 적용이 어려운 단점이 있다. 따라서, 제어부를 단순화 시키기 위해서 일정한 방향으로 빔성형만 가능하도록 스위치를 이용한 빔형성 방법이 사용되기도 하지만, 단일 평면상에 배치되는 안테나들 간의 간섭 및 적은 빔성형 모드로 인하여 정밀한 빔형성에는 한계가 있다.
공간상 데이터 송수신의 제약이 큰 실내 환경에서도 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 단순화된 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나가 제공된다.
빔성형에 있어 보다 다양하고 정밀한 빔성형 모드를 얻을 수 있는 스위치 모드 빔성형 안테나가 제공된다.
스위치 모드 빔성형 안테나 시스템은 다면체 구조의 기판 각 면에 배열되고, 판형의 방사부, 상기 방사부의 일측에 접속되는 급전부 및 상기 방사부의 일측에 접속되어 상기 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 안테나는 상기 다면체 구조의 각 면에 복수개가 배열될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 안테나는 평판형 모노폴 안테나일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 안테나는 상기 급전부를 통해 공급되는 전력으로 단일 안테나 모드 및 다중 안테나 모드 중 적어도 하나로 동작함으로써 빔성형할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 안테나는 상기 다면체 구조의 각 모서리에 인접한 안테나 간의 방사 패턴이 직교하도록 배열됨으로써 상기 인접한 안테나 간의 간섭이 최소화될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 안테나는 상기 방사부와 상기 접지면 사이의 슬롯 부분에서 전류 분포가 집중되고, 상기 방사부와 상기 접지면의 루프 형태의 길이에 의해 공진 주파수가 결정될 수 있다.
무선 통신을 수행하는 송수신기는 다면체 구조의 기판 각 면에 배열되고, 판형의 방사부, 상기 방사부의 일측에 접속되는 급전부 및 상기 방사부의 일측에 접속되어 상기 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면을 포함하여 복수개의 스위치 모드로 빔성형하는 안테나를 포함할 수 있다.
무선통신 시스템에서 다면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나를 사용함으로써 단순한 구조로 다양한 모드의 빔성형을 제공함에 따라, 실내 무선통신 망에서의 시스템 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 단일 평면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 단일 평면 스위치 모드 빔성형 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 단일 평면 스위치 모드 빔성형 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 3차원 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 구 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 단일 평면 구조도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 구 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 단일 평면 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다면체 배열 스위치 모드 안테나 시스템의 단일 안테나 구성은 안테나가 배열되는 유전체 기판(101), 판형의 안테나 방사부(102), 방사부 일측에 접속되는 안테나 급전부(103), 방사부 일측에 접속되어 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면(104) 및 각 안테나 간의 분리도를 높이기 위한 접지면 슬롯(105)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 시스템에는 도시된 것과 같이 변형된 평판형 모노폴(monopole) 안테나가 이용될 수 있다. 여기서, 각 면에는 복수개의 안테나가 배열될 수 있다.
안테나 방사부(102)와 접지면(104) 사이의 슬롯부분에서 전류분포가 집중된다. 안테나 방사부(102)와 접지면(104)의 루프형태의 길이에 의해 공진 주파수는 결정된다.
도 1은 정육면체 배열 스위치 모드 빔성형 안테나에서 사용되는 평면을 도시한 것으로, 단일 평면에 사용되는 안테나의 수와 평면 모양은 배열 형태에 따라 다른 형태로 변화될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 단일 평면 스위치 모드 빔성형 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1과 같이 단일 평면 구조로 제작된 안테나의 반사 손실을 나타낸다. 도 2를 참조하면 2 ~ 3.6 GHz와 5 ~ 5.4GHz 에서 반사 손실이 -10dB이하로 2중대역에서 광대역 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 단일 평면 스위치 모드 빔성형 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1과 같이 제작된 단일 평면 구조 안테나의 방사 패턴을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 각 안테나의 스위치 모드에 따라 방사되는 방향이 달라짐을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단일 평면 구조 스위치 모드 빔성형 안테나는 4개의 안테나 모드를 통해서 수평방향으로 전방향 방사가 가능하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 개념도이다.
각 면에서 사용되는 안테나들은 시계방향 혹은 반시계 방향으로 구성될 수 있다. 도면에서는 시계방향으로 구성된 배열 안테나의 개념도를 나타내고 있다.
한 모서리에 2~3개의 안테나가 인접하게 되는데 X축, Y축, Z축으로 배열된 안테나들의 방사 패턴이 서로 직교하므로 인접하는 안테나들 간의 간섭이 최소화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 3차원 구조도이다.
도 5는 도 1과 같이 제작된 단일 평면 구조를 정육면체 구조로 배열한 실시 예이다. 하나의 면은 4개의 안테나가 배열될 수 있으며, 바닥면을 제외한 5면에 안테나가 배열된다. 바닥면은 안테나 급전 및 안테나 설치를 위한 공간으로 안테나를 배열하지 않았다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 6는 도 4와 같이 제작된 다면체 배열 스위치 모드 안테나의 반사 손실을 나타내고 있다.
도 6을 참조하면 인접 안테나의 영향으로 반사손실 특성이 약간 변형되나 여전히 광대역 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정육면체 구조의 스위치 모드 빔성형 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7에는 도 4와 같이 제작된 다면체 배열 스위치모드 안테나의 방사 패턴을 도시하였다.
스위치 모드 안테나는 급전부를 통해 공급되는 전력으로 단일 안테나 모드 및 다중 안테나 모드 중 적어도 하나로 동작함으로써 빔성형할 수 있다.
도면을 참조하면, 스위치 모드에 따라 방사되는 방향이 바뀌는 것을 확인 할 수 있다. 도 7(a)의 같은 경우에는 아랫면에 급전부에 의해 막혀있지 않은 쪽으로 후엽이 생기는 것을 확인 할 수 있는데 이는 급전부가 추가되면 후엽의 영향을 줄일 수 있다. 도 7(b)와 도 7(c)의 경우에는 안테나가 위치한 방향으로 주엽이 생성되는 것을 확인할 수 있다.
도면에서는 모든 스위치 모드에 따른 방사 패턴에 대해서는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 다면체 배열 스위치 모드 안테나 시스템은 단일 안테나 모드(20가지), 이중 안테나 모드(190가지)등 수백 가지의 안테나 모드를 통해 정교한 빔성형을 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 구 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 단일 평면 구조도이다.
도 8은 육각형 구조의 단일 평면을 갖는 다면체 구조의 단일 평면 안테나의 예시도이다. 도 8을 참조하면, 본 예시에 사용되는 다면체 배열 스위치 모드 안테나 시스템의 단일 안테나 구성은 안테나가 배열되는 유전체기판(201), 안테나 방사부(202), 안테나 급전부(203) 및 슬롯(204)을 포함할 수 있다.
상기 슬롯(204)은 도시된 것과 같이 당업자의 요구에 따라 다양한 형태로 변화될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 구 구조로 배열되는 스위치 모드 빔성형 안테나의 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 육각형 형태의 단일 평면 안테나를 이용하여 다면체 배열 스위치 모드 안테나 시스템을 구성하는 것을 나타낸다. 육각형 형태의 단면 구조에서 안테나는 도 9(a) 혹은 도 9(b)와 같은 방향으로 배치될 수 있다. 일 예로, 도 9(a)에서는 안테나들이 시계방향으로 배치되는 것으로 도시하였으나, 각 면에서 사용되는 안테나들은 시계방향 혹은 반시계 방향으로 구성될 수 있다.
도 9(c) 에서는 반시계 방향으로 구성된 배열 안테나의 개념도를 나타내고 있다. 이 경우 한 모서리에 1 ~ 2개의 안테나가 인접하게 되는데, 배열된 안테나들의 방사 패턴은 서로 직교하므로 인접하는 안테나들 간의 간섭을 최소화될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 다면체 배열의 스위치 모드 빔성형 안테나를 사용하는 무선통신 시스템의 송수신기는 보다 단순한 구조로 다양한 모드의 빔성형을 제공할 수 있기 때문에 실내 무선통신 망에서의 시스템 효율을 극대화시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 다면체 구조의 기판 각 면에 배열되고,
    판형의 방사부;
    상기 방사부의 일측에 접속되는 급전부; 및
    상기 방사부의 일측에 접속되어 상기 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면
    을 포함하고,
    상기 방사부와 상기 접지면 사이의 슬롯 부분에서 전류 분포가 집중되고, 상기 방사부와 상기 접지면의 루프 형태의 길이에 의해 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다면체 구조의 각 면에 복수개가 배열되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    평판형 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급전부를 통해 공급되는 전력으로 단일 안테나 모드 및 다중 안테나 모드 중 적어도 하나로 동작함으로써 빔성형하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다면체 구조의 각 모서리에 인접한 안테나 간의 방사 패턴이 직교하도록 배열됨으로써 상기 인접한 안테나 간의 간섭이 최소화되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 빔성형 안테나 시스템.
  6. 삭제
  7. 무선 통신을 수행하는 송수신기에 있어서,
    다면체 구조의 기판 각 면에 배열되고, 판형의 방사부, 상기 방사부의 일측에 접속되는 급전부 및 상기 방사부의 일측에 접속되어 상기 급전부를 통해 공급되는 전력을 접지하는 접지면을 포함하여 복수개의 스위치 모드로 빔성형하는 안테나
    를 포함하고,
    상기 안테나는,
    상기 방사부와 상기 접지면 사이의 슬롯 부분에서 전류 분포가 집중되고, 상기 방사부와 상기 접지면의 루프 형태의 길이에 의해 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는,
    상기 다면체 구조의 각 면에 복수개가 배열되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는,
    평판형 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는 송수신기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는,
    상기 급전부를 통해 공급되는 전력으로 단일 안테나 모드 및 다중 안테나 모드 중 적어도 하나로 동작함으로써 빔성형하는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는,
    상기 다면체 구조의 각 모서리에 인접한 안테나 간의 방사 패턴이 직교하도록 배열됨으로써 상기 인접한 안테나 간의 간섭이 최소화되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  12. 삭제
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