KR101472422B1 - 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 이용한 위상 가변기에 관한 것으로, 각 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있고, 위상 가변량을 늘리더라도 위상 가변기의 크기 증가를 최소화할 수 있고, 광대역화에 대응하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 위상 가변기는 베이스 기판과 가변 기판을 포함한다. 베이스 기판에 입력 포트와 복수의 출력 포트가 형성되어 있고, 입력 포트와 복수의 출력 포트를 각각 적어도 하나의 윌킨슨 분배기를 매개로 연결하는 복수의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있다. 그리고 가변 기판은 복수의 제1 전송선로에 각각 연결되어 연속적인 전송선로를 형성하는 복수의 제2 전송선로가 형성되어 있으며, 베이스 기판에 결합되어 이동하며 입력 포트와 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변시킨다.

Description

윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기{Phase shift using Wilkinson divider}

본 발명은 위상 가변기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 티-정션(T-junction)을 기반으로 하는 호(arc) 타입의 위상 가변기를 대체할 수 있는 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 이용한 위상 가변기에 관한 것이다.

무선통신 시스템에 있어서, 지역 또는 시간대별로 가입자들의 사용빈도가 변하기 때문에, 사용빈도가 높은 쪽이 사용빈도가 낮은 쪽에 비해서 통신 환경이 나빠지는 문제가 발생된다.

이러한 문제를 해소하여 최적의 서비스를 제공하기 위해서, 기지국 안테나의 복사빔의 각도를 조절하여 기지국 커버리지를 조정하는 망관리 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 안테나의 복사빔의 각도를 조절(틸트)하기 위한 방법으로는 기구적 또는 전기적 빔 틸트 방식이 사용되고 있다.

기구적 빔 틸트 방식은 안테나의 생산 단가는 낮출 수 있다. 하지만 기구적 빔 틸트 방식은 기술자가 높은 곳에 설치된 안테나에 연결된 틸트 기구물을 통하여 직접 안테나의 빔 틸트를 조정해야 하기 때문에, 안테나가 설치된 곳에서 기술자가 떨어지는 안전 사고의 위험이 높고, 빔 틸트 조정에 많은 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.

전기적 빔 틸트 방식은 원격으로 안테나의 빔 틸트를 조정하기 때문에, 안테나가 설치된 곳에서 기술자가 떨어지는 안전 사고의 위험이 없고, 빔 틸트 조정을 신속하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

이러한 전기적 빔 틸트가 가능한 안테나 시스템에는 복사빔의 위상을 가변시키는 위상 가변기가 설치되어 있다. 즉 위상 가변기는 신호가 통과하는 전송선로의 길이를 가변시킴으로써, 해당 신호의 위상을 가변시킨다.

현재 사용되고 있는 대부분의 위상 가변기는 호(acr)를 기반으로 하여 회전체(arm)가 회전하는 구조를 가지고 있다.

이러한 호 기반 위상 가변기는 티-정션(T-junction)을 기본으로 설계되어 있기 때문에, 출력단의 isolation이 확보가 되지 않는 문제점을 안고 있다.

예컨대 호 기반 위상 가변기에 있어서, 입력단을 P1, 출력단을 P2, P3라고 정의할 때, 에스-파라미터(S-parameter) 특성 중 S22, S23 특성이 -6dB 정도 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이것은 P2, P3의 분리도(isolation)가 확보가 되고 있지 않다는 의미이다. 즉 회전체가 회전하여 P2, P3까지 경로의 길이가 달라질 경우 S21의 진폭(Amplitude) 및 위상(Phase) 값의 변화가 크게 된다. 이러한 특성으로 인하여 포트 뒷단에 복사소자나 다른 컴포넌트가 존재 할 경우, 포트 간의 간섭으로 인하여 포트 뒷단에 설치되는 컴포넌트의 고유 특성에 왜곡이 발생된다.

이러한 호 기반 위상 가변기의 특성은 어레이 안테나에 적용할 경우, 각 복사소자에 공급되는 진폭과 위상을 왜곡시켜 원하는 복사 패턴을 얻기가 쉽지 않다.

또한 호 기반 위상 가변기는 위상의 가변량을 늘리기 위해서는, 위상 가변기의 크기(면적)가 기하급수적으로 커지는 문제점을 안고 있다. 즉, 회전체의 회전부를 중심으로 반지름이 2배씩 커져야 원하는 위상 변위량을 얻을 수 있기 때문에, 호 기반 위상 가변기는 크기가 커질 수 밖에 없다.

예컨대 위상 배열 안테나는 4포트, 5포트를 구현 할 때, 위상이 순차적으로 들어가기 위해서 회전체의 중심점을 기준으로 호가 형성되어야 한다. 즉 5포트의 경우에는 회전체의 중심에 대한 길이 비가 2 대 1 되어야 하고, 4포트의 경우에는 길이 비가 3 대 1이 되어야 하므로 크기가 오히려 커지게 된다. 이것은 같은 주파수 대역에서 사용하는 위상 가변기라 할지라도 크기가 달라지는 이유가 되며 제품원가를 높이는 원인이 된다.

대한민국공개특허공보 제2002-0041609호(2002.)

따라서 본 발명의 목적은 티-정션을 기반으로 하는 호(arc) 타입의 위상 가변기가 갖는 문제점을 해소할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위상 가변량을 늘리더라도 위상 가변기의 크기 증가를 최소화할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역화에 대응할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위상 가변기의 뒷면에 다른 컴포넌트를 추가하더라도 컴포넌트의 고유 특성에 왜곡이 발생하거나 위상 신호의 왜곡이 발생하는 것을 억제할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 어레이 안테나에 적용하더라도 각 복사 소자에 공급되는 진폭과 위상 왜곡 문제를 해소할 수 있는 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스 기판과 가변 기판을 포함하는 안테나용 위상 가변기를 제공한다. 상기 베이스 기판은 입력 포트와 복수의 출력 포트가 형성되어 있고, 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트를 각각 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 매개로 연결하는 복수의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있다. 상기 가변 기판은 상기 복수의 제1 전송선로에 각각 연결되어 연속적인 전송선로를 형성하는 복수의 제2 전송선로가 형성되어 있고, 상기 베이스 기판에 결합되어 이동하며 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변한다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판은 입력 포트와, 복수의 출력 포트를 구비한다. 상기 베이스 기판은 상기 입력 포트에 연결된 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 윌킨슨 분배기는 각각 두 개의 연결 포트를 갖는다. 상기 베이스 기판은 상기 두 개의 연결 포트에는 서로 대칭되게 한 쌍의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 되어 있다. 상기 베이스 기판은 상기 제1 전송선로의 끝단에 각각 상기 복수의 출력 포트가 연결된다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 가변 기판은 상기 베이스 기판에 이동 가능하게 결합되며, 상기 제1 전송선로에 물리적으로 접촉되어 불연속적으로 형성된 제1 전송선로를 연속적으로 연결하는 제2 전송선로가 형성되어 있으며, 이동에 따라 상기 제2 전송선로가 상기 제1 전송선로에 중첩되어 상기 입력 포트와 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변시킨다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 윌킨슨 분배기는 제1 배선, 두 개의 연결 포트 및 저항기(resistor)를 포함할 수 있다. 제1 배선으로 신호가 입력된다. 상기 두 개의 연결 포트는 상기 제1 배선에서 두 개로 대칭되게 분기된 제2 배선에 각각 형성된다. 그리고 상기 저항기는 상기 두 개의 연결 포트를 연결한다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 윌킨슨 분배기는 상기 제1 배선의 분기된 지점을 중심으로 상기 두 개의 연결 포트가 서로 근접하게 위치하며, 서로 근접한 상기 두 개의 연결 포트를 상기 저항기로 연결할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판은 하나의 윌킨슨 분배기를 포함할 수 있다. 이때 상기 윌킨슨 분배기는 상기 입력 포트에 상기 제1 배선이 연결되고, 상기 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 상기 한 쌍의 제1 전송선로가 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1 전송선로는 상기 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 시작 전송선로와, 상기 시작 전송선로에 평행하게 형성되며, 상기 출력 포트에 연결되는 종료 전송선로를 포함한다. 이때 상기 제2 전송선로는 연결되지 않은 상기 시작 전송선로와 상기 종료 전송선로를 연결하며, 상기 시작 전송선로 및 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1 전송선로는 상기 시작 전송선로와 상기 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 연결 전송선로을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 제2 전송선로는 불연속적으로 형성된 상기 제1 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지는 적어도 하나의 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 연결 전송선로의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 상기 중첩 전송선로는 (n+1)개일 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기는, 상기 베이스 기판에 대해서 상기 가변 기판을 상기 시작 전송선로가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시키는 이동 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 이동 부재는, 상기 베이스 기판에 형성되며 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 가변 기판에 설치되는 이동축, 및 상기 회전축과 이동축을 연결하며 외부에서 작용하는 힘에 의해 상기 회전축을 중심으로 상기 이동축을 직선 방향으로 이동시키는 이동바를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 이동축은 상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 시작 전송선로에 평행하게 형성된 가이드 구멍과, 상기 가이드 구멍에 대응되는 상기 가변 기판에 형성된 구멍을 연결하게 설치될 수 있다. 상기 이동바의 구동에 따라 상기 가이드 구멍을 따라서 상기 이동축이 직선 이동할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 이동 부재는 상기 이동축에서 이격되어 상기 가변 기판에 설치되는 더미축을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 더미축은 상기 가이드 구멍에 평행하게 상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 더미 가이드 구멍과, 상기 더미 가이드 구멍에 대응되는 상기 가변 기판에 형성된 구멍을 연결하게 설치된다. 상기 이동바의 구동에 따라 상기 더미 가이드 구멍을 따라서 상기 더미축이 상기 이동축과 함께 직선 이동한다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판은 제1 내지 제3 윌킨슨 분배기를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 윌킨슨 분배기는 상기 입력 포트에 상기 제1 배선이 연결되고, 상기 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 상기 제2 및 제3 윌킨슨 분배기의 제1 배선이 연결된다. 상기 제2 윌킨슨 분배기의 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 한 쌍의 제1-1 전송선로가 연결된다. 그리고 상기 제3 윌킨슨 분배기의 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 한 쌍의 제1-2 전송선로가 연결된다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 가변 기판은 제1 가변 기판과 제2 가변 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 기판은 상기 제2 윌킨슨 분배기에 연결되는 제2-1 전송선로가 형성된다. 상기 제2 가변 기판은 상기 제1 가변 기판과 분리되어 있으며, 상기 제2-1 전송선로와 대칭되게 배치되며, 상기 제3 윌킨슨 분배기에 연결되는 제2-2 전송선로가 형성된다. 이때 상기 제2 전송선로는 상기 제2-1 전송선로와 상기 제2-2 전송선로를 포함한다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판은 상기 제1 윌킨슨 분배기를 중심으로 양쪽에 마주보게 제2 및 제3 윌킨슨 분배기가 형성된다. 상기 베이스 기판은 상기 제1 윌킨슨 분배기의 두 개의 제1 연결 포트가 형성된 방향을 중심으로 한쪽에 상기 제2 윌킨슨 분배기의 두 개의 제2 연결 포트가 형성되고, 다른 쪽에 상기 제3 윌킨슨 분배기의 두 개의 제3 연결 포트가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-1 전송선로는 상기 제2 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 제1 시작 전송선로와, 상기 제1 시작 전송선로에 평행하게 형성되며 상기 제1 출력 포트에 연결되는 제1 종료 전송선로를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2-1 전송선로는 연결되지 않은 상기 제1 시작 전송선로와 상기 제1 종료 전송선로를 연결하며, 상기 제1 시작 전송선로 및 제1 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-2 전송선로는 상기 제3 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 제2 시작 전송선로와, 상기 제2 시작 전송선로에 평행하게 형성되며 상기 제2 출력 포트에 연결되는 제2 종료 전송선로를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2-2 전송선로는 연결되지 않은 상기 제2 시작 전송선로와 상기 제2 종료 전송선로를 연결하며, 상기 제2 시작 전송선로 및 제2 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-1 전송선로는 상기 제1 시작 전송선로와 제1 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 제1 연결 전송선로를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 베이스 기판의 제1-2 전송선로는 상기 제2 시작 전송선로와 제2 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 제2 연결 전송선로를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 제2-1 전송선로는 불연속적으로 연결된 상기 제1-1 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지며 적어도 하나의 제1 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 제1 연결 전송선로의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 상기 제1 중첩 전송선로는 (n+1)개일 수 있다.

또한 상기 제2-2 전송선로는, 불연속적으로 연결된 상기 제1-2 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지며 적어도 하나의 제2 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 제2 연결 전송선로의 수가 n개일 때, 상기 제2 중첩 전송선로는 (n+1)개일 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기는, 상기 베이스 기판에 대해서 상기 제1 및 제2 가변 기판을 상기 제1 시작 전송선로가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시키되, 상기 제1 및 제2 가변 기판을 서로 반대되는 방향으로 이동시키는 이동 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 이동 부재는 회전축, 제1 이동축, 제2 이동축 및 이동바를 포함할 수 있다. 상기 회전축은 상기 베이스 기판에 형성되며, 회전 가능하게 설치된다. 상기 제1 이동축은 상기 제1 가변 기판에 설치된다. 상기 제2 이동축은 상기 제2 가변 기판에 설치된다. 그리고 상기 이동바는 상기 회전축, 제1 및 제2 이동축을 연결하며, 외부에서 작용하는 힘에 의해 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 및 제2 이동축을 서로 반대되는 직선 방향으로 이동시킨다.

본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 회전축, 제1 이동축 및 제2 이동축은 동일선상에 위치하며, 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 및 제2 이동축 간의 거리가 서로 상이하다.

그리고 본 발명에 따른 안테나용 위상 가변기에 있어서, 상기 제1 이동축은 상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 제1 시작 전송선로에 평행하게 형성된 제1 가이드 구멍과, 상기 제1 가이드 구멍에 대응되는 상기 제1 가변 기판에 형성된 제1 구멍을 연결하게 설치될 수 있다.

또한 상기 제2 이동축은 상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 제2 시작 전송선로에 평행하게 형성된 제2 가이드 구멍과, 상기 제2 가이드 구멍에 대응되는 상기 제2 가변 기판에 형성된 제2 구멍을 연결하게 설치될 수 있다.

또한 상기 이동바의 구동에 따라 상기 제1 및 제2 가이드 구멍을 따라서 상기 제1 및 제2 이동축이 서로 반대되는 방향으로 직선 이동한다.

본 발명에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하여 입력 포트와 복수의 출력 포트를 연결하기 때문에, 티-정션을 기반으로 하는 호 타입의 위상 가변기가 갖는 문제점을 해소할 수 있다. 즉 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하기 때문에, 각 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 위상 가변기는 위상 가변량을 늘리기 위해서 제1 및 제2 전송선로의 가로 및 세로의 길이만 늘리면 되기 때문에, 위상 가변량을 늘리더라도 크기 증가를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하여 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 각 대역 별로 위상 가변기를 따러 설치할 필요가 없어 광대역화에 대응할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하여 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 위상 가변기의 뒷면에 다른 컴포넌트를 추가하더라도 컴포넌트의 고유 특성에 왜곡이 발생하거나 위상 신호의 왜곡이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하여 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 어레이 안테나에 적용하더라도 각 복사 소자에 공급되는 진폭과 위상 왜곡 문제를 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 포함하는 안테나 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 위상 가변기를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 위상 가변기를 보여주는 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 위상 가변기의 사용 예를 보여주는 도면들이다.
도 7은 도 3의 위상 가변기의 700MHz 대역 및 900MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예에 따른 호 기반의 위상 가변기를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템에서의 700MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상 가변기를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템에서의 700MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 보여주는 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 윌킨슨 분배기를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 12는 도 10의 위상 가변기를 보여주는 사시도이다.
도 13 내지 도 15는 도 12의 위상 가변기의 사용 예를 보여주는 도면들이다.

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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 윌킨슨 분배기를 이용한 위상 가변기를 포함하는 멀티 밴드 안테나 시스템을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 복수의 광대역 방사 소자(10), 복수의 분기용 필터(20) 및 복수의 위상 가변기(30)를 포함한다. 이때 복수의 광대역 방사 소자(10)는 멀티 밴드를 지원하는 방사 소자이다. 복수의 분기용 필터(20)는 광대역 방사 소자(10)에 연결되며, 멀티 밴드에 포함된 밴드별 신호를 분기한다. 그리고 복수의 위상 가변기(30)는 멀티 밴드의 수에 대응되게 마련되며, 분기된 밴드별 신호를 각 밴드에 맞게 빔 틸트를 수행한다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

광대역 방사 소자(10)가 지원하는 멀티 밴드는 2개 이상의 대역을 포함한다. 밴드는 특정 밴드에서 송수신을 구분하는 대역을 의미하는 것이 아니라, 서비스 사업자별 서비스 대역을 의미한다. 예컨대 밴드는 800MHz 대역, 900MHz 대역, 1.8GHz 대역, 2.1GHz 대역, 2.3GHz 대역을 포함하며, 멀티 밴드는 전술된 대역 중 2개 이상의 대역을 포함하는 것을 의미한다. 이때 광대역 방사 소자(10)는 2개 또는 3개의 서비스 대역을 지원할 수 있다.

복수의 광대역 방사 소자(10)에 각각 대응되게 분기용 필터(20)가 연결된다. 따라서 광대역 방사 소자(10)가 n개(n은 2 이상의 자연수)인 경우, 분기용 필터(20) 또한 n개가 사용된다. 제1 실시예에 따른 광대역 방사 소자(10)는 2개의 밴드를 지원할 수 있다. 예컨대 2개의 밴드는 700MHz 대역 및 900MHz 대역이거나, 1.8GHz 대역 및 2.1GHz 대역일 수 있다. 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 제1, 제2,…, 제n 광대역 방사 소자(11,13,…,17)를 포함한다.

복수의 분기용 필터(20)는 광대역 방사 소자(10)가 지원하는 멀티 밴드에 포함된 밴드별 신호를 분기한다. 분기용 필터(20)로는 다이플렉서(diplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)가 사용될 수 있다. 예컨대 광대역 방사 소자(10)가 2개의 밴드를 지원하는 경우, 분기용 필터(20)로는 다이플렉서 또는 트리플렉서가 사용될 수 있다. 광대역 방사 소자(10)가 3개의 밴드를 지원하는 경우, 분기용 필터(20)로는 트리플렉서가 사용될 수 있다.

이러한 분기용 필터(20)는 광대역 방사 소자(10)가 반사판의 앞면에 설치된다고 가정할 때, 반사판의 뒷면에 설치될 수 있다.

이때 다이플렉서는 2개의 회로(위상 가변기)에서 별도로 나오는 신호를 상호 영향을 미치지 않으면서 하나의 회로(광대역 방사 소자)로 전달하거나, 하나의 회로(광대역 방사 소자)에서 나오는 신호를 상호 영향을 미치지 않으면서 2개의 회로(위상 가변기)로 전달하는 장치이다. 이러한 다이플렉서는 주로 주파수가 다른 두 신호를 동시에 보내고 받기 위해 사용되는 분기용 필터를 의미한다. 다이플렉서는 주파수 차이가 분명한 두 신호를 단지 대역 분리만 해도 되기 때문에, 일반적으로 낮은 주파수 신호가 통과되는 저역 통과 필터(LBF; Low Band Filter)와 높은 주파수 신호가 통과되는 고역 통과 필터(HBF; High Band Filter)를 결합시킨 간단한 구조로 되어 있다.

트리플렉서는 3가지 주파수 대역을 분리하는 수동 필터 소자이다. 트리플렉서에는 로 패스(low pass), 밴드 패스(band pass), 하이 패스(high pass) 필터가 통합되어 있어 한꺼번에 3가지 주파수를 구분해서 통과시킬 수 있다.

제1 실시예에서는 분기용 필터(20)로는 2개의 밴드를 분리할 수 있는 다이플렉서가 사용된 예를 개시하였다. 예컨대 제2 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(200)은 제1, 제2,…, 제n 분기용 필터(21,23,…,27)를 포함한다.

그리고 복수의 위상 가변기(30)는 멀티 밴드의 수에 대응되게 마련되며, 분기된 밴드별 신호를 각 밴드에 맞게 빔 틸트를 수행한다. 멀티 밴드가 m개인 경우, 위상 가변기(30)는 m개(m은 2 이상의 자연수)의 위상 가변기(31,33,…,37)를 포함한다. 즉 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 제1, 제2,…, 제m 밴드 위상 가변기(31,33,…,37)를 포함한다.

제1 실시예에 따른 복수의 위상 가변기(30)는 제1 및 제2 밴드 위상 가변기(31,33)를 포함할 수 있다. 제1 밴드 위상 가변기(31)는 복수의 분기용 필터(20)에서 분리된 2개의 밴드 중 제1 밴드에 포함된 신호에 대한 전기적인 틸트를 수행한다. 제2 밴드 위상 가변기(33)는 복수의 분기용 필터(20)에서 분리된 2개의 밴드 중 제2 밴드에 포함된 신호에 대한 전기적인 틸트를 수행한다. 예컨대 제1 밴드 위상 가변기(31)는 700MHz 대역의 신호에 대한 위상 가변을 수행하고, 제2 밴드 위상 가변기(33)는 900MHz 대역의 신호에 대한 위상 가변을 수행할 수 있다.

그리고 후술되겠지만 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 윌킨슨 분배기를 이용하며, 직선 방향으로 전송선로의 길이를 가변하는 위상 가변기이다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 멀티 밴드를 지원하는 광대역 방소 소자(10)에서 송수신되는 밴드별 신호를 분기용 필터(20)를 통하여 분기하고, 분기한 밴드별 신호를 위상 가변기(30)를 통하여 각 밴드에 맞게 빔 틸트를 수행함으로써, 각각의 서비스 커버리지를 최적화할 수 있다.

또한 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 멀티 밴드의 서비스를 위해 각 밴드별 안테나를 치국할 필요가 없기 때문에, 안테나의 치국 횟수를 줄일 수 있는 이점이 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 위상 가변기(30)를 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 2의 위상 가변기(30)를 보여주는 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 베이스 기판(40)과 가변 기판(70)을 포함한다.

베이스 기판(40)에 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43)가 형성되어 있고, 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43)를 각각 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(50)를 매개로 연결하는 복수의 제1 전송선로(60)가 불연속적으로 형성되어 있다.

가변 기판(70)은 복수의 제1 전송선로(60)에 각각 연결되어 연속적인 전송선로(TL)를 형성하는 복수의 제2 전송선로(71)가 형성되어 있으며, 베이스 기판(40)에 결합되어 이동하며 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43) 간의 전송선로(TL)의 길이를 가변시킨다.

그리고 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70)을 이동시키는 이동 부재(80)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

베이스 기판(40)은 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43)를 구비한다. 베이스 기판(40)은 입력 포트(41)에 연결된 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(50)를 포함한다. 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(50)는 각각 두 개의 연결 포트(55)를 구비한다. 윌킨슨 분배기(50)의 두 개의 연결 포트(55)에는 서로 대칭되게 한 쌍의 제1 전송선로(60)가 불연속적으로 형성되어 있다. 그리고 베이스 기판(40)은 제1 전송선로(60)의 끝단에 각각 복수의 출력 포트(43)가 연결된다.

가변 기판(70)은 베이스 기판(40)에 이동 가능하게 결합되며, 제1 전송선로(60)에 물리적으로 접촉되어 불연속적으로 형성된 제1 전송선로(60)를 연속적으로 연결하는 제2 전송선로(71)가 형성되어 있다. 가변 기판(70)은 이동에 따라 제2 전송선로(71)가 제1 전송선로(60)에 중첩되어 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43) 간의 전송선로(TL)의 길이를 가변시킨다.

이때 베이스 기판(40)과 가변 기판(70)으로는 인쇄회로기판이 사용될 수 있으며, 베이스 기판(40)의 제1 전송선로(60)와 가변 기판(70)의 제2 전송선로(71)는 서로 마주보는 면에 형성된다. 즉 베이스 기판(40)의 상부면에 제1 전송선로(60)가 형성되는 경우, 제2 전송선로(71)는 가변 기판(70)의 하부면에 형성된다.

윌킨슨 분배기(50)는 제1 배선(51), 두 개의 연결 포트(55) 및 저항기(57; resistor)를 포함한다. 제1 배선(51)은 입력 포트(41)에 연결된다. 두 개의 연결 포트(55)는 제1 배선(51)에서 두 개로 대칭되게 분기된 제2 배선(53)에 각각 형성된다. 그리고 저항기(57)는 두 개의 연결 포트(55)를 연결한다. 이와 같이 윌킨슨 분배기(50)는 두 개의 연결 포트(55)를 저항기(57)로 연결하기 때문에, 두 개의 연결 포트(55)의 임피던스가 매칭되며, 두 개의 연결 포트(55) 간의 분리도(isolation)가 확보된다.

윌킨슨 분배기(50)는 제1 배선(51)의 분기된 지점을 중심으로 두 개의 연결 포트(55)가 서로 근접하게 위치하며, 서로 근접한 두 개의 연결 포트(55)를 저항기(57)로 연결한다. 이로 인해 제1 배선(51)의 분기된 지점을 중심으로 두 개의 연결 포트(55)에 연결되는 제2 배선(53) 부분은 분기된 지점을 중심으로 양쪽이 서로 대칭되게 형성된다. 예컨대 제1 배선(51)의 분기된 지점을 중심으로 두 개의 연결 포트(55)에 연결되는 제2 배선(53) 부분은 한쪽은 "⊂" 형상으로 형성되고, 다른 쪽은 "⊃" 형상으로 형성될 수 있다.

제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 하나의 윌킨슨 분배기(50)를 포함하는 예를 개시하였다. 이로 인해 윌킨슨 분배기(50)는 입력 포트(41)에 제1 배선(51)이 연결되고, 두 개의 연결 포트(55)에서 연장된 제2 배선(53)에 각각 한 쌍의 제1 전송선로(60)가 연결된다.

한 쌍의 제1 전송선로(60)는 윌킨슨 분배기(50)를 중심으로 양쪽에 서로 대칭되게 형성된다. 제1 전송선로(60)는 시작 전송선로(61)와 종료 전송선로(63)를 포함하며, 연결 전송선(65)로를 포함할 수 있다.

시작 전송선로(61)는 연결 포트(55)에서 연장된 제2 배선(53)에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있다. 여기서 수평 방향은 시작 전송선로(61)에 연결된 제2 배선(53)의 형성 방향에 수직한 방향이다.

종료 전송선로(63)는 시작 전송선로(61)에 평행하게 형성되며, 출력 포트(43)에 연결된다.

그리고 연결 전송선로(65)는 시작 전송선로(61)와 종료 전송선로(63) 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 및 "⊂" 중의 하나의 형태로 형성된다. 예컨대 한 쌍의 제1 전송선로(60)에 형성된 연결 전송선로(65)는 "⊂" 형태와 "⊃" 형태가 서로 마주보게 형성된다.

이때 제1 전송선로(60)가 연결 전송선로(65)를 구비하지 않는 경우, 제2 전송선로(71)는 연결되지 않은 시작 전송선로(61)와 종료 전송선로(63)를 연결하며, 시작 전송선로(61) 및 종료 전송선로(63)와 중첩되는 부분을 갖는다.

제1 전송선로(60)가 연결 전송선로(65)를 구비하는 경우, 제2 전송선로(71)는 연결되지 않은 시작 전송선로(61), 연결 전송선로(65) 및 종료 전송선로(63)를 연결하며, 시작 전송선로(61), 연결 전송선로(65) 및 종료 전송선로(63)와 중첩되는 부분을 갖는다.

그리고 가변 기판(70)은 제1 전송선로(60)가 형성된 베이스 기판(40)의 상부면에 이동 가능하게 물리적으로 결합된다. 이때 가변 기판(70)을 베이스 기판(40)에 이동 가능하게 고정하는 부재로는 "⊂" 형태의 클립(90)들이 사용될 수 있다. 클립(90)은 가변 기판(70)과 베이스 기판(40)을 맞물 수 있도록 끼움 결합되어 가변 기판(70)을 베이스 기판(40)에 고정한다. 이와 같이 클립(90)으로 가변 기판(70)과 베이스 기판(40)을 고정하더라도, 베이스 기판(40)과 가변 기판(70)이 서로 접한 면 방향으로 힘이 작용할 경우, 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70)이 이동한다. 이때 베이스 기판(40)과 가변 기판(70)을 고정하는 복수의 클립(90)은 가변 기판(70)의 이동 시 가변 기판(70)의 이동을 안내하는 기능을 수행한다.

예컨대 베이스 기판(40)에 있어서, 윌킨슨 분배기(50)를 중심으로 한 쌍의 제1 전송선로(60)가 수평 방향으로 평행하게 복수의 라인으로 형성되기 때문에, 한 쌍의 제1 전송선로(60)가 형성된 부분은 직사각판에 가까운 형태로 형성된다. 이로 인해 가변 기판(70) 또한 한 쌍의 제1 전송선로(60)가 형성된 부분에 대응되게 직사각판 형태로 형성된다. 복수의 클립(70)은 제1 전송선로(60)가 형성된 방향에 수직한 방향으로 윌킨슨 분배기(50)를 중심으로 양쪽에 가변 기판(70)과 베이스 기판(40)을 맞물 수 있도록 끼움 결합된다.

가변 기판(70)은 하부면에 한 쌍의 제1 전송선로(60)에 대응되게 한 쌍의 제2 전송선로(71)가 형성되어 있다. 제2 전송선로(71)는 불연속적으로 형성된 제1 전송선로(60)를 연결하도록, "⊂" 또는 "⊃" 형태를 가지는 적어도 하나의 중첩 전송선로(73)를 포함한다. 이때 연결 전송선로(65)의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 중첩 전송선로(73)는 (n+1)개이다.

중첩 전송선로(73)는 연결 전송선로(65)의 반대되는 형태를 갖는다. 예컨대 연결 전송선로(65)가 "⊃" 형태를 갖는 경우, 중첩 전송선로(73)는 "⊂" 형태를 갖는다. 반대로 연결 전송선로(65)가 "⊂" 형태를 갖는 경우, 중첩 전송선로(73)는 "⊃"를 갖는다.

따라서 베이스 기판(40)에 가변 기판(70)이 결합되는 경우, 각각 불연속적으로 형성된 제1 전송선로(60)와 제2 전송선로(71)는 연속적으로 형성된 사각파형에 가까운 전송선로(TL)를 형성한다. 가변 기판(70)의 이동에 따라 제1 전송선로(60)에 제2 전송선로(71)가 중첩되면서 윌킨슨 분배기(50)를 중심으로 한 양쪽의 전송선로(TL)의 길이에 차이가 발생하게 된다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 한 쌍의 전송선로(TL)의 길이 차이를 이용하여 위상 가변을 수행한다. 위상 가변량은 제1 및 제2 전송선로(60,71)의 가로 및 세로의 길의 조절을 통하여 조절할 수 있으며, 위상 가변량을 늘리더라도 위상 가변기(30)의 크기 증가를 최소화할 수 있다.

그리고 이동 부재(80)는 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70)을 시작 전송선로(61)가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시킨다. 이러한 이동 부재(80)는 회전축(81), 이동축(83) 및 이동바(85)를 포함한다. 회전축(81)은 베이스 기판(40)에 설치되며 회전 가능하게 설치된다. 이동축(83)은 가변 기판(70)에 설치된다. 그리고 이동바(85)는 회전축(81)과 이동축(83)을 연결하며, 외부에서 작용하는 힘에 의해 회전축(81)을 중심으로 이동축(83)을 직선 방향으로 이동시킨다.

이때 회전축(81)은 이동바(85)에 일체로 형성될 수 있으며, 베이스 기판(40)에 형성된 구멍(48)에 회전 가능하게 고정될 수 있다.

이동축(83)은 베이스 기판(40)에 수평 방향으로 형성된 시작 전송선로(61)에 평행하게 형성된 가이드 구멍(45)과, 가이드 구멍(45)에 대응되는 가변 기판(70)에 형성된 구멍(75)을 연결하게 설치된다. 이로 인해 이동축(83)은 이동바(85)의 구동에 따라 가이드 구멍(45)을 따라서 직선 이동한다.

이동 부재(80)는 이동축(83)에서 이격되어 가변 기판(70)에 설치되는 더미축(87)을 더 포함할 수 있다. 더미축(87)은 이동축(83)의 안정적인 직선 이동을 안내하는 기능을 수행하며, 필요에 따라 설치될 수 있다. 이러한 더미축(87)은 가이드 구멍(45)에 평행하게 베이스 기판(40)에 수평 방향으로 형성된 더미 가이드 구멍(49)과, 더미 가이드 구멍(49)에 대응되는 가변 기판(70)에 형성된 더미 구멍(77)을 연결하게 설치된다. 이로 인해 이동바(85)의 구동에 따라 더미 가이드 구멍(49)을 따라서 더미축(87)이 이동축(83)과 함께 직선 이동한다.

회전축(81), 이동축(83) 및 더미축(87)은 와셔(91)를 매개로 베이스 기판(40) 또는 가변 기판(70)에 회전 가능하게 설치된다.

이동바(85)에는 회전축(81)과 이동축(83)이 결합되며, 외부에 작용하는 힘에 의해 회전축(81)을 중심으로 이동바(85)가 일정 각도 범위 내에서 회전한다. 이동바(85)의 회전에 따라 이동축(83)이 직선 운동하기 때문에, 이동바(85)의 이동축(83)이 결합되는 구멍(85a)은 이동축(83)의 이동 거리를 감안하여 길게 형성된다. 이동바(85)는 이동축(83)이 설치된 쪽의 반대쪽으로 회전축(81) 밖으로 연장되게 형성된다. 이동바(85)의 연장된 부분에 외부에 작용하는 힘을 전달하는 전달바(도시안됨)가 연결될 수 있다. 이동바(85)를 좀 더 안정적으로 회전시킬 수 있도록, 회전축(81)과 이동축(83) 간의 거리에 비해서 회전축(81)과 전달바가 연결되는 부분 사이의 거리가 길게 형성된다.

한편 제1 실시예에서는 가변 기판(70)의 상부에 이동바가 설치된 예를 개시하였지만, 이동바는 베이스 기판의 하부에 설치될 수도 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)의 사용 예를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4 내지 도 6은 도 3의 위상 가변기(30)의 사용 예를 보여주는 도면들이다. 도면에서 한 쌍의 출력 포트(43)는 오른쪽에 위치하는 제1 출력 포트(43a)와, 왼쪽에 위치하는 제2 출력 포트(43b)를 포함한다. 입력포트(41)와 제1 출력 포트(43a)를 연결하는 전송선로는 TL1으로 표시하고, 입력포트(41)와 제2 출력 포트(43b)를 연결하는 전송선로는 TL2로 표시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 중심에 위치하는 경우, 입력 포트(41)에서 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)에 각각 연결되는 전송선로(TL1,TL2)의 길이는 동일하다. 이 상태에서는 위상 가변이 발생하지 않는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 회전축(81)을 중심으로 반시계 방향으로 이동하면, 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70)은 왼쪽으로 이동한다.

이로 인해 제1 출력 포트(43a)에 연결된 전송선로(TL1)의 길이가 증가하고, 제2 출력 포트(43b)에 연결된 전송선로(TL2)의 길이가 짧아지기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제1 및 제2 출력 포트(43a.43b)를 통하여 출력된다. 반대로 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제1 출력 포트(43a) 쪽의 제1 및 제2 전송선로(60,71) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL1)의 길이가 증가한다. 반면에 제2 출력 포트(43b) 쪽의 제1 및 제2 전송선호(60,71) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL2)의 길이가 줄어든다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 회전축(81)을 중심으로 시계 방향으로 이동하면, 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70)은 오른쪽으로 이동한다.

이로 인해 제2 출력 포트(43b)에 연결된 전송선로(TL2)의 길이가 증가하고, 제1 출력 포트(43a)에 연결된 전송선로(TL1)의 길이가 짧아지기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)를 통하여 출력된다. 반대로 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제2 출력 포트(43b) 쪽의 제1 및 제2 전송선로(60,71) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL2)의 길이가 증가한다. 반면에 제1 출력 포트(43a) 쪽의 제1 및 제2 전송선로(60,71) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL1)의 길이가 줄어든다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 이동바(85)의 좌우 회전에 따라 양쪽의 전송선로(TL1,TL2)의 길이 변화에 따라 위상 가변기(30)로 입력되는 신호에 대한 위상 가변을 수행한다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템(100)의 700MHz 대역 및 900MHz 대역에서의 s-parameter를 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 도 1의 멀티 밴드 안테나 시스템(100)의 700MHz 대역 및 900MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, S21은 출력 포트간의 분리도를 의미한다.

S21은 698.000MHz에서 -17.404dB, 718.000MHz에서 -18.173dB, 859.000MHz에서 -26.709dB, 960.000MHz에서 -43.702dB이다. 즉 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템(100)은 윌킨슨 분배기를 갖는 위상 가변기를 이용하기 때문에, 출력 포트 간의 분리도가 확보되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 위상 가변기를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템에 있어서, 위상 가변기에 복수의 분기용 필터가 연결되더라도 출력 포트 간의 분리도 특성이 확보되는 반면, 종래의 호 기반 위상 가변기에 복수의 분기용 필터를 연결하는 경우 출력 포트 간의 분리도 특성이 확보되지 않는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 비교예에 따른 호 기반의 위상 가변기를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템에서의 700MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하면, 비교예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템은 입력 포트 하나에 출력 포트 2개인 호 기반의 위상 가변기와, 호 기반의 위상 가변기의 출력 포트 2개에 각각 설치된 두 개의 분기용 필터를 포함한다. A 내지 C 위치는 위상 가변기에서 회전체의 위치로, B 위치는 회전체가 중심에 위치하여 위상 변화가 없는 상태이고, A 위치는 회전체가 오른쪽으로 이동한 상태이고, C는 회전체가 왼쪽으로 이동한 상태이다.

비교예에 따른 호 기반 위상 가변기에 다른 컴포넌트, 즉 분기용 필터를 연결하는 경우, 출력 포트 간의 분리도가 확보되지 못하여 호 기반 위상 가변기의 회전체의 위치에 따라서 분기용 필터의 통과 특성이 왜곡되는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상 가변기를 사용한 멀티 밴드 안테나 시스템에서의 700MHz 대역에서의 s-parameter를 나타낸 그래프이다.

도 9를 참조하면, 제1 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 시스템은 입력 포트 하나에 출력 포트 2개인 위상 가변기와, 위상 가변기의 출력 포트 2개에 각각 설치된 두 개의 분기용 필터를 포함한다. A 내지 C 위치는 위상 가변기에서 이동바의 위치로, B 위치는 이동바가 중심에 위치하여 위상 변화가 없는 상태이고(도 4), A 위치는 이동바가 오른쪽으로 이동한 상태이고(도 5), C는 이동바가 왼쪽으로 이동한 상태이다(도 6).

제1 실시예에 따른 위상 가변기는 분기용 필터가 연결되더라도, 출력 포트 간의 분리도가 확보되기 때문에, 이동바의 위치에 따라서 분기용 필터의 통과 특성이 왜곡이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 위상 가변기(100)는 윌킨슨 분배기(50)를 이용하여 입력 포트(41)와 복수의 출력 포트(43)를 연결하기 때문에, 티-정션을 기반으로 하는 호 타입의 위상 가변기가 갖는 문제점을 해소할 수 있다. 즉 위상 가변기(30)는 윌킨슨 분배기(50)를 이용하기 때문에, 각 출력 포트(43) 간의 분리도를 확보할 수 있다.

또한 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 위상 가변량을 늘리기 위해서 제1 및 제2 전송선로(60,71)의 가로 및 세로의 길이만 늘리면 되기 때문에, 위상 가변량을 늘리더라도 크기 증가를 최소화할 수 있다.

또한 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 윌킨슨 분배기(50)를 이용하여 출력 포트(43) 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 각 대역 별로 위상 가변기를 따러 설치할 필요가 없어 광대역화에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.

또한 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 윌킨슨 분배기(50)를 이용하여 출력 포트(43) 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 위상 가변기(30)의 뒷면에 다른 컴포넌트를 추가하더라도 컴포넌트의 고유 특성에 왜곡이 발생하거나 위상 신호의 왜곡이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한 제1 실시예에 따른 위상 가변기(30)는 윌킨슨 분배기(50)를 이용하여 출력 포트(43) 간의 분리도를 확보할 수 있기 때문에, 어레이 안테나에 적용하더라도 각 복사 소자에 공급되는 진폭과 위상 왜곡 문제를 해소할 수 있다.

제2 실시예

한편 제1 실시예에서는 3포트의 위상 가변기(100)를 예시하였지만, 분기용 필터(21)가 4개인 경우, 도 10 내지 도 15에 개시된 바와 같은, 5포트 위상 가변기(130)가 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)를 이용한 위상 가변기(130)를 보여주는 분해 사시도이다. 도 11은 도 10의 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)를 확대하여 보여주는 도면이다. 그리고 도 12는 도 10의 위상 가변기(130)를 보여주는 사시도이다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)는 5포트 위상 가변기로서, 입력 포트(41) 하나의 출력 포트 4개(43a,43b,43c,43d)를 구비하기 위해서 3개의 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)를 포함한다. 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)는 3개의 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)가 형성된 베이스 기판(40)과, 베이스 기판(40)에 이동 가능하게 설치되는 가변 기판(70a,70b)을 포함한다.

베이스 기판(40)은 제1 내지 제3 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)를 포함한다. 이때 제1 내지 제3 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)는 제1 실시예에 따른 윌킨슨 분배기(도 2의 50)와 동일한 구조를 갖기 때문에, 제1 내지 제3 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)에 대한 개별적인 구조 설명은 생략한다.

제1 윌킨슨 분배기(50a)는 입력 포트(41)에 제1 배선(51a)이 연결되고, 두 개의 제1 연결 포트(55a)에서 연장된 제2 배선(53a)에 각각 제2 및 제3 윌킨슨 분배기(50b.50c)의 제1 배선(51b,51c)이 연결된다. 제2 윌킨슨 분배기(50b)의 두 개의 제2 연결 포트(55b)에서 연장된 제2 배선(53b)에 각각 한 쌍의 제1-1 전송선로(61a)가 연결된다. 그리고 제3 윌킨슨 분배기(50c)의 두 개의 제3 연결 포트(55c)에서 연장된 제2 배선(53c)에 각각 한 쌍의 제1-2 전송선로(60b)가 연결된다.

이때 베이스 기판(40)은 제1 윌킨슨 분배기(50a)를 중심으로 양쪽에 마주보게 제2 및 제3 윌킨슨 분배기(50b,50c)가 형성된다. 제1 윌킨슨 분배기(50a)의 두 개의 제1 연결 포트(51a)가 형성된 방향을 중심으로 한쪽에 제2 윌킨슨 분배기(50b)의 두 개의 제2 연결 포트(55b)가 형성되고, 다른 쪽에 제3 윌킨슨 분배기(50c)의 두 개의 제3 연결 포트(55c)가 형성된다.

가변 기판(70a,70b)은 제1 가변 기판(70a)과 제2 가변 기판(70b)을 포함한다. 제1 가변 기판(70a)은 제2 윌킨슨 분배기(50b)에 연결되는 제2-1 전송선로(71a)가 형성되어 있다. 제2 가변 기판(70b)은 제1 가변 기판(70a)과 분리되어 있으며, 제2-1 전송선로(71a)와 대칭되게 배치되며, 제3 윌킨슨 분배기(50c)에 연결되는 제2-2 전송선로(71b)가 형성되어 있다. 이때 제2 전송선로(71a,71b)는 제2-1 전송선로(71a)와 제2-2 전송선로(71b)를 포함한다.

한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)는 제2 윌킨슨 분배기(50b)를 중심으로 양쪽에 서로 대칭되게 형성된다. 제1-1 전송선로(60a)는 제1 시작 전송선로(61a)와 제1 종료 전송선로(63a)를 포함하며, 제1 연결 전송선로를 더 포함할 수 있다.

제1 시작 전송선로(61a)는 제2 연결 포트(55b)에서 연장된 제2 배선(53b)에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있다. 여기서 수평 방향은 제1 시작 전송선로(61a)에 연결된 제2 배선(53b)의 형성 방향에 수직한 방향이다.

제1 종료 전송선로(63a)는 제1 시작 전송선로(61a)에 평행하게 형성되며, 출력 포트(43a,43b)에 연결된다.

그리고 제1 연결 전송선로는 제1 시작 전송선로(61a)와 제1 종료 전송선로(63a) 사이에 적어도 하나가 형성될 수 있으며, "⊃" 및 "⊂" 중의 하나의 형태로 형성된다. 예컨대 한 쌍의 제1-1 전송선로(61a)에 형성된 연결 전송선로는 "⊂" 형태와 "⊃" 형태가 서로 마주보게 형성된다.

이때 제1-1 전송선로(60a)가 제1 연결 전송선로를 구비하지 않는 경우, 제2-1 전송선로(71a)는 연결되지 않은 제1 시작 전송선로(61a)와 제1 종료 전송선로(63a)를 연결하며, 제1 시작 전송선로(61a) 및 제1 종료 전송선로(63a)와 중첩되는 부분을 갖는다.

제1-1 전송선로(60a)가 제1 연결 전송선로를 구비하는 경우, 제2-1 전송선로(71a)는 연결되지 않은 제1 시작 전송선로(61a), 제1 연결 전송선로 및 제1 종료 전송선로(63a)를 연결하며, 제1 시작 전송선로(61a), 제1 연결 전송선로 및 제1 종료 전송선로(63a)와 중첩되는 부분을 갖는다.

한 쌍의 제1-2 전송선로(60b)는 제3 윌킨슨 분배기(50c)를 중심으로 양쪽에 서로 대칭되게 형성된다. 제1-2 전송선로(60b)는 제2 시작 전송선로(61b)와 제2 종료 전송선로(63b)를 포함하며, 제2 연결 전송선로를 더 포함할 수 있다.

한 쌍의 제1-2 전송선로(60b)는 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)에 대칭되게 제3 윌킨슨 분배기(50c)에 연결되게 형성될 뿐, 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)로 동일한 형태로 제3 윌킨슨 분배기(50c)에 연결되기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

그리고 제1 및 제2 가변 기판(70a,70b)은 각각 제1-1 및 제1-2 전송선로(60a,60b)가 형성된 베이스 기판(40)의 상부면에 이동 가능하게 물리적으로 결합된다. 이때 가변 기판(70a,70b)을 베이스 기판(40)에 이동 가능하게 고정하는 부재로는 "⊂" 형태의 클립(90)들이 사용될 수 있다. 클립(90)은 가변 기판(70a,70b)과 베이스 기판(40)을 맞물 수 있도록 끼움 결합되어 가변 기판(70a,70b)을 베이스 기판(40)에 고정한다. 이와 같이 클립(90)으로 가변 기판(70a,70b)과 베이스 기판(40)을 고정하더라도, 베이스 기판(40)과 가변 기판(70a,70b)이 서로 접한 면 방향으로 힘이 작용할 경우, 베이스 기판(40)에 대해서 가변 기판(70a,70b)이 이동한다. 이때 베이스 기판(40)과 가변 기판(70a,70b)을 고정하는 복수의 클립(90)은 가변 기판(70a,70b)의 이동 시 가변 기판(70a,70b)의 이동을 안내하는 기능을 수행한다.

이때 제1 가변 기판(70a)과 제2 가변 기판(70b)은 동일한 형태로 베이스 기판(40)에 결합되기 때문에, 제1 가변 기판(70a)이 베이스 기판(40)에 결합된 구조를 중심으로 설명하도록 하겠다.

예컨대 베이스 기판(40)에 있어서, 제2 윌킨슨 분배기(50b)를 중심으로 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)가 수평 방향으로 평행하게 복수의 라인으로 형성되기 때문에, 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)가 형성된 부분은 직사각판에 가까운 형태로 형성된다. 이로 인해 제1 가변 기판(70a) 또한 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)가 형성된 부분에 대응되게 직사각판 형태로 형성된다. 복수의 클립(90)은 제1-1 전송선로(60a)가 형성된 방향에 수직한 방향으로 제2 윌킨슨 분배기(50b)를 중심으로 양쪽에 제1 가변 기판(70a)과 베이스 기판(40)을 맞물 수 있도록 끼움 결합된다.

물론 제2 가변 기판(70b) 또한 베이스 기판(40)에 제1 가변 기판(70a)과 동일한 방식으로 베이스 기판(40)의 1-2 전송선로(60b)에 연결되게 설치된다.

제1 가변 기판(70a)은 하부면에 한 쌍의 제1-1 전송선로(60a)에 대응되게 한 쌍의 제2-1 전송선로(71a)가 형성되어 있다. 제2-1 전송선로(71a)는 불연속적으로 형성된 제1-1 전송선로(60a)를 연결하도록, "⊂" 또는 "⊃" 형태를 가지는 적어도 하나의 제1 중첩 전송선로(73a)를 포함한다. 이때 제1 연결 전송선로의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 제1 중첩 전송선로(73a)는 (n+1)개이다.

제1 중첩 전송선로(73a)는 제1 연결 전송선로의 반대되는 형태를 갖는다. 예컨대 제1 연결 전송선로가 "⊃" 형태를 갖는 경우, 제1 중첩 전송선로(73a)는 "⊂" 형태를 갖는다. 반대로 제1 연결 전송선로가 "⊂" 형태를 갖는 경우, 제1 중첩 전송선로(73a)는 "⊃"를 갖는다.

따라서 베이스 기판(40)에 제1 가변 기판(70a)이 결합되는 경우, 각각 불연속적으로 형성된 제1-1 전송선로(60a)와 제2-1 전송선로(71a)는 연속적으로 형성된 사각파형에 가까운 형태로 형성된다. 제1 가변 기판(70a)의 이동에 따라 제1-1 전송선로(60a)에 제2-1 전송선로(71a)가 중첩되면서 제2 윌킨슨 분배기(50b)를 중심으로 한 양쪽의 전송선로(TL1,TL2)의 길이에 차이가 발생하게 된다.

또한 베이스 기판(40)에 제1 가변 기판(70a)이 결합되는 경우, 각각 불연속적으로 형성된 제1-1 전송선로(60a)와 제2-1 전송선로(71a)는 연속적으로 형성된 사각파형에 가까운 형태로 형성된다. 제1 가변 기판(70a)의 이동에 따라 제1-1 전송선로(60a)에 제2-1 전송선로(71a)가 중첩되면서 제2 윌킨슨 분배기(50b)를 중심으로 한 양쪽의 전송선로(TL1,TL2)의 길이에 차이가 발생하게 된다.

또한 베이스 기판(40)에 제2 가변 기판(70b)이 결합되는 경우, 각각 불연속적으로 형성된 제1-2 전송선로(60b)와 제2-2 전송선로(71b)는 연속적으로 형성된 사각파형에 가까운 형태로 형성된다. 제2 가변 기판(70b)의 이동에 따라 제1-2 전송선로(60b)에 제2-2 전송선로(71b)가 중첩되면서 제3 윌킨슨 분배기(50c)를 중심으로 한 양쪽의 전송선로(TL3,TL4)의 길이에 차이가 발생하게 된다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)는 네 쌍의 전송선로(TL1.TL2,TL3,TL4)의 길이 차이를 이용하여 위상 가변을 수행한다. 위상 가변량은 제1-1, 제1-2, 제2-1 및 제2-2 전송선로(60a,60b,71a,71b)의 가로 및 세로의 길의 조절을 통하여 조절할 수 있으며, 위상 가변량을 늘리더라도 위상 가변기(130)의 크기 증가를 최소화할 수 있다.

그리고 이동 부재(80)는 베이스 기판(40)에 대해서 제1 및 제2 가변 기판(70a,70b)을 제1 시작 전송선로(61a)가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시킨다. 이때 이동 부재(80)는 제1 및 제2 가변 기판(70a,70b)을 서로 반대되는 방향으로 이동시킨다.

이러한 이동 부재(80)는 회전축(81), 제1 이동축(83a), 제2 이동축(83b), 및 이동바(85)를 포함한다. 회전축(81)은 베이스 기판(40)에 형성되며, 회전 가능하게 설치된다. 제1 이동축(83a)은 제1 가변 기판(70a)에 설치된다. 제2 이동축(83b)은 제2 가변 기판(70b)에 설치된다. 그리고 이동바(85)는 회전축(81), 제1 및 제2 이동축(83a,83b)을 연결하며, 외부에서 작용하는 힘에 의해 회전축(81)을 중심으로 제1 및 제2 이동축(83a,83b)을 서로 반대되는 직선 방향으로 이동시킨다.

회전축(81), 제1 이동축(83a) 및 제2 이동축(83b)은 와셔(91)를 매개로 베이스 기판(40) 또는 가변 기판(70a,70b)에 회전 가능하게 설치된다.

이때 각 출력 포트(43a,43b,43c,43d)에 연결되는 전송선로(TL1,TL2,TL3,TL4)의 길이를 서로 상이하게 가변할 수 있도록, 회전축(81), 제1 이동축(83a) 및 제2 이동축(83b)은 동일선상에 위치하며, 회전축(81)을 중심으로 제1 및 제2 이동축(83a,83b) 간의 거리가 서로 상이하다.

제1 이동축(83a)은 베이스 기판(40)에 수평 방향으로 형성된 제1 시작 전송선로(61a)에 평행하게 형성된 제1 가이드 구멍(45a)과, 제1 가이드 구멍(45a)에 대응되는 제1 가변 기판(70a)에 형성된 제1 구멍(75a)을 연결하게 설치된다.

제2 이동축(83b)은 베이스 기판(40)에 수평 방향으로 형성된 제2 시작 전송선로(61b)에 평행하게 형성된 제2 가이드 구멍(45b)과, 제2 가이드 구멍(45b)에 대응되는 제2 가변 기판(70b)에 형성된 제2 구멍(75b)을 연결하게 설치된다.

이동바(85)의 구동에 따라 제1 및 제2 가이드 구멍(45a,45b)을 따라서 제1 및 제2 이동축(83a,83b)이 서로 반대되는 방향으로 직선 이동한다.

이동바(85)에는 회전축(81)과 제1 및 제2 이동축(83a,83b)이 결합되며, 외부에 작용하는 힘에 의해 회전축(81)을 중심으로 이동바(85)가 일정 각도 범위 내에서 회전한다. 이동바(85)의 회전에 따라 제1 및 제2 이동축(83a,83b)이 서로 반대 방향으로 직선 운동하기 때문에, 이동바(85)의 제1 및 제2 이동축(83a,83b)이 결합되는 구멍(85a,85b)은 제1 및 제2 이동축(83a,83b)의 이동 거리를 감안하여 길게 형성된다.

그리고 이동바(85)는 좌우도 최대한의 이동거리를 확보할 수 있도록 제2 및 제3 윌킨슨 분배기(50b,50c) 위에 설치된다. 위상 변화가 없는 상태의 이동바(85)는 제2 및 제3 윌킨슨 분배기(50b,50c)와 동일 선상에 위치할 수 있다. 회전축(81) 또한 제2 및 제3 윌킨슨 분배기(50b,50c) 중의 하나에 형성된다.

이동바(85)는 외부에서 작용하는 힘에 의해 회전축(81)을 중심으로 회전하게 되는데, 외부에서 작용하는 힘은 회전축(81)을 중심으로 먼 거리에 위치하는 제2 이동축(83b)에 연결할 수 있다. 물론 제1 이동축(83a)에 외부에서 작용하는 힘을 전달할 수 있다. 이 경우 제1 이동축(83a)는 제2 이동축(83b)에 비해서 회전축(81) 간의 거리가 짧기 때문에, 제2 이동축(83b)에 작용하는 힘보다는 더 큰 힘을 작용해 주어야 한다.

한편 제1 실시예에서는 가변 기판(70a)의 상부에 이동바(85)가 설치된 예를 개시하였지만, 이동바(85)는 베이스 기판(40)의 하부에 설치될 수도 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)는 3개의 윌킨슨 분배기(50a,50b,50c)를 사용할 뿐, 기본적인 구조는 제1 실시예에 따른 위상 가변기(도 3의 30)와 동일한 구조를 갖기 때문에, 제1 실시예에 따른 위상 가변기(도 3의 30)에 따른 효과를 동일하게 기대할 수 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)의 사용 예를 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 13 내지 도 15는 도 12의 위상 가변기(130)의 사용 예를 보여주는 도면들이다. 도면에서 4개의 출력 포트(43a,43b,43c,43d)는 아래에 위치하는 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)와, 위에 위치하는 제3 및 제4 출력 포트(43c,43d)를 포함한다. 왼쪽에 제1 및 제3 출력 포트(43a,43c)가 위치하고, 오른쪽에 제2 및 제4 출력 포트(43b,43d)가 위치한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 중심에 위치하는 경우, 입력 포트(41)에서 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)에 각각 연결되는 전송선로의 길이는 동일하다.

도 14에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 회전축(81)을 중심으로 시계 방향으로 이동하면, 베이스 기판(40)에 대해서 제1 가변 기판(70a)은 왼쪽으로 이동하고 제2 가변 기판(70b)은 오른쪽으로 이동한다.

이로 인해 제1 출력 포트(43a)에 연결된 전송선로(TL1)의 길이가 증가하고, 제2 출력 포트(43b)에 연결된 전송선로(TL2)의 길이가 짧아지기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)를 통하여 출력된다. 반대로 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제1 출력 포트(43a) 쪽의 제1-1 및 제2-1 전송선로(60a,71a) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL1)의 길이가 증가한다. 반면에 제2 출력 포트(43b) 쪽의 제1-1 및 제2-1 전송선로(60a,71a) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL2)의 길이가 줄어든다.

제3 출력 포트(43c)에 연결된 전송선로(TL3)의 길이는 줄어들고, 제4 출력 포트(43d)에 연결된 전송선로(TL4)의 길이가 증가하기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제3 및 제4 출력 포트(43c,43d)를 통하여 출력된다. 반대로 제3 및 제4 출력 포트(43c,43d)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제4 출력 포트(43d) 쪽의 제1-2 및 제2-2 전송선로(60b,71b) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL4)의 길이가 증가한다. 반면에 제3 출력 포트(43c) 쪽의 제1-2 및 제2-2 전송선호(60b,71b) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL3)의 길이가 줄어든다.

회전축(81)을 중심으로 제1 및 제2 이동축(83a,83b) 간의 거리가 상이하기 때문에, 제1 및 제2 가변 기판(70a,70b)의 직선 이동 거리에도 차이가 발생되기 때문에, 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)에 연결되는 전송선로(TL1,TL2,TL3,TL4)의 길이 또한 모두 상이하다. 따라서 입력 포트(41)로 입력되는 신호를 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)를 통하여 서로 상이한 위상을 갖는 신호로 출력할 수 있다.

그리고 도 15에 도시된 바와 같이, 이동바(85)가 회전축(81)을 중심으로 반시계 방향으로 이동하면, 베이스 기판(40)에 대해서 제1 가변 기판(70a)은 오른쪽으로 이동하고, 제2 가변 기판(70b)은 왼쪽으로 이동한다.

이로 인해 제2 출력 포트(43b)에 연결된 전송선로(TL2)의 길이가 증가하고, 제1 출력 포트(43a)에 연결된 전송선로(TL1)의 길이가 짧아지기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)를 통하여 출력된다. 반대로 제1 및 제2 출력 포트(43a,43b)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제2 출력 포트(43a) 쪽의 제1-1 및 제2-1 전송선로(60a,71a) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL2)의 길이가 증가한다. 반면에 제1 출력 포트 (43a)쪽의 제1-1 및 제2-1 전송선호(60a,71a) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL1)의 길이가 줄어든다.

제4 출력 포트(43d)에 연결된 전송선로(TL4)의 길이는 줄어들고, 제3 출력 포트(43c)에 연결된 전송선로(TL3)의 길이가 증가하기 때문에, 입력 포트(41)로 입력되는 신호는 위상이 가변되어 제3 및 제4 출력 포트(43c,43d)를 통하여 출력된다. 반대로 제3 및 제4 출력 포트(43c,43d)로 입력된 신호는 위상이 가변되어 입력 포트(41)를 통하여 출력될 수 있다.

이때 제3 출력 포트(43c) 쪽의 제1-2 및 제2-2 전송선로(60b,71b) 간의 중첩되는 부분이 줄어들면서 전송선로(TL3)의 길이가 증가한다. 반면에 제4 출력 포트(43d) 쪽의 제1-2 및 제2-2 전송선호(60b,71b) 간의 중첩되는 부분이 증가하면서 전송선로(TL4)의 길이가 줄어든다.

회전축(81)을 중심으로 제1 및 제2 이동축(83a,83b) 간의 거리가 상이하기 때문에, 제1 및 제2 가변 기판(70a,70b)의 직선 이동 거리에도 차이가 발생되기 때문에, 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)에 연결되는 전송선로(TL1,TL2,TL3,TL4)의 길이 또한 모두 상이하다. 따라서 입력 포트(41)로 입력되는 신호를 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)를 통하여 서로 상이한 위상을 갖는 신호로 출력할 수 있다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 위상 가변기(130)는 이동바(85)의 좌우 회전에 따라 제1 내지 제4 출력 포트(43a,43b,43c,43d)에 연결되는 전송선로(TL1,TL2,TL3,TL4)의 길이 변화에 따라 위상 가변기(130)로 입력되는 신호에 대한 위상 가변을 수행한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 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 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 광대역 방사 소자 20 : 분기용 필터
30 : 위상 가변기 40 : 베이스 기판
41 : 입력 포트 43 : 출력 포트
43a : 제1 출력 포트 43b : 제2 출력 포트
45 : 가이드 구멍 46 : 제1 가이드 구멍
47 : 제2 가이드 구멍 48 : 구멍
49 : 더미 가이드 구멍 50 : 윌킨슨 분배기
50a : 제1 윌킨슨 분배기 50b : 제2 윌킨슨 분배기
50c : 제3 윌킨슨 분배기 51 : 제1 배선
53 : 제2 배선 55 : 연결 포트
57 : 저항기 55a : 제1 연결 포트
55b : 제2 연결 포트 55c : 제3 연결 포트
60 : 제1 전송선로 61 : 시작 전송선로
63 : 종료 전송선로 65 : 연결 전송선로
70 : 가변 기판 70a : 제1 가변 기판
70b : 제2 가변 기판 71 : 제2 전송선로
71a : 제2-1 전송선로 71b : 제2-2 전송선로
73 : 중첩 전송선로 75 : 구멍
75a : 제1 구멍 75b : 제2 구멍
77 : 더미 구멍 80 : 이동 부재
81 : 회전축 83 : 이동축
83a : 제1 이동축 83b : 제2 이동축
85 : 이동바 87 : 더미축
90 : 클립 91 : 와셔
100 : 멀티 밴드 안테나 시스템

Claims (24)

1. 입력 포트와 복수의 출력 포트가 형성되어 있고, 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트를 각각 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 매개로 연결하는 복수의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있는 베이스 기판;
   상기 복수의 제1 전송선로에 각각 연결되어 연속적인 전송선로를 형성하는 복수의 제2 전송선로가 형성되어 있고, 상기 베이스 기판에 결합되어 이동하며 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변하는 가변 기판;
   상기 베이스 기판에 대해서 상기 가변 기판을 직선 방향으로 이동시켜 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변시키는 이동 부재;를 포함하고,
   상기 이동 부재는,
   상기 베이스 기판에 형성되며, 회전 가능하게 설치되는 회전축;
   상기 가변 기판에 설치되는 이동축;
   상기 회전축과 이동축을 연결하며, 외부에서 작용하는 힘에 의해 상기 회전축을 중심으로 상기 이동축을 직선 방향으로 이동시키는 이동바;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 기판은,
   입력 포트와, 복수의 출력 포트를 구비하고,
   상기 입력 포트에 연결된 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 윌킨슨 분배기는 각각 두 개의 연결 포트를 갖고,
   상기 두 개의 연결 포트에는 서로 대칭되게 한 쌍의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있고,
   상기 제1 전송선로의 끝단에 각각 상기 복수의 출력 포트가 연결된 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
3. 제2항에 있어서, 상기 가변 기판은,
   상기 베이스 기판에 이동 가능하게 결합되며, 상기 제1 전송선로에 물리적으로 접촉되어 불연속적으로 형성된 제1 전송선로를 연속적으로 연결하는 제2 전송선로가 형성되어 있으며, 이동에 따라 상기 제2 전송선로가 상기 제1 전송선로에 중첩되어 상기 입력 포트와 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변시키는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
4. 제3항에 있어서, 상기 윌킨슨 분배기는,
   신호가 입력되는 제1 배선;
   상기 제1 배선에서 두 개로 대칭되게 분기된 제2 배선에 각각 형성된 상기 두 개의 연결 포트;
   상기 두 개의 연결 포트를 연결하는 저항기(resistor);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
5. 제4항에 있어서, 상기 윌킨슨 분배기는,
   상기 제1 배선의 분기된 지점을 중심으로 상기 두 개의 연결 포트가 서로 근접하게 위치하며, 서로 근접한 상기 두 개의 연결 포트를 상기 저항기로 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 베이스 기판은 하나의 윌킨슨 분배기를 포함하고,
   상기 윌킨슨 분배기는 상기 입력 포트에 상기 제1 배선이 연결되고, 상기 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 상기 한 쌍의 제1 전송선로가 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
7. 제6항에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1 전송선로는,
   상기 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 시작 전송선로;
   상기 시작 전송선로에 평행하게 형성되며, 상기 출력 포트에 연결되는 종료 전송선로;를 포함하며,
   상기 제2 전송선로는 연결되지 않은 상기 시작 전송선로와 상기 종료 전송선로를 연결하며, 상기 시작 전송선로 및 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
8. 제7항에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1 전송선로는,
   상기 시작 전송선로와 상기 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 연결 전송선로;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2 전송선로는
   불연속적으로 형성된 상기 제1 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지는 적어도 하나의 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 연결 전송선로의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 상기 중첩 전송선로는 (n+1)개인 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
10. 제9항에 있어서, 상기 이동 부재는,
    상기 베이스 기판에 대해서 상기 가변 기판을 상기 시작 전송선로가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서, 상기 이동축은
    상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 시작 전송선로에 평행하게 형성된 가이드 구멍과, 상기 가이드 구멍에 대응되는 상기 가변 기판에 형성된 구멍을 연결하게 설치되며,
    상기 이동바의 구동에 따라 상기 가이드 구멍을 따라서 상기 이동축이 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
13. 제12항에 있어서, 상기 이동 부재는,
    상기 이동축에서 이격되어 상기 가변 기판에 설치되는 더미축;을 더 포함하며,
    상기 더미축은
    상기 가이드 구멍에 평행하게 상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 더미 가이드 구멍과, 상기 더미 가이드 구멍에 대응되는 상기 가변 기판에 형성된 구멍을 연결하게 설치되며,
    상기 이동바의 구동에 따라 상기 더미 가이드 구멍을 따라서 상기 더미축이 상기 이동축과 함께 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
14. 입력 포트와 복수의 출력 포트가 형성되어 있고, 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트를 각각 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 매개로 연결하는 복수의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있는 베이스 기판;
    상기 복수의 제1 전송선로에 각각 연결되어 연속적인 전송선로를 형성하는 복수의 제2 전송선로가 형성되어 있고, 상기 베이스 기판에 결합되어 이동하며 상기 입력 포트와 상기 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변하는 가변 기판;를 포함하고,
    상기 베이스 기판은,
    입력 포트와, 복수의 출력 포트를 구비하고, 상기 입력 포트에 연결된 적어도 하나의 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 윌킨슨 분배기는 각각 두 개의 연결 포트를 갖고, 상기 두 개의 연결 포트에는 서로 대칭되게 한 쌍의 제1 전송선로가 불연속적으로 형성되어 있고, 상기 제1 전송선로의 끝단에 각각 상기 복수의 출력 포트가 연결되고,
    상기 가변 기판은,
    상기 베이스 기판에 이동 가능하게 결합되며, 상기 제1 전송선로에 물리적으로 접촉되어 불연속적으로 형성된 제1 전송선로를 연속적으로 연결하는 제2 전송선로가 형성되어 있으며, 이동에 따라 상기 제2 전송선로가 상기 제1 전송선로에 중첩되어 상기 입력 포트와 복수의 출력 포트 간의 전송선로의 길이를 가변시키고,
    상기 윌킨슨 분배기는,
    신호가 입력되는 제1 배선, 상기 제1 배선에서 두 개로 대칭되게 분기된 제2 배선에 각각 형성된 상기 두 개의 연결 포트, 및 상기 두 개의 연결 포트를 연결하는 저항기(resistor)를 포함하되, 상기 제1 배선의 분기된 지점을 중심으로 상기 두 개의 연결 포트가 서로 근접하게 위치하며, 서로 근접한 상기 두 개의 연결 포트를 상기 저항기로 연결하고,
    상기 베이스 기판은 제1 내지 제3 윌킨슨 분배기를 포함하고,
    상기 제1 윌킨슨 분배기는 상기 입력 포트에 상기 제1 배선이 연결되고, 상기 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 상기 제2 및 제3 윌킨슨 분배기의 제1 배선이 연결되고,
    상기 제2 윌킨슨 분배기의 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 한 쌍의 제1-1 전송선로가 연결되고,
    상기 제3 윌킨슨 분배기의 두 개의 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 각각 한 쌍의 제1-2 전송선로가 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
15. 제14항에 있어서, 상기 가변 기판은,
    상기 제2 윌킨슨 분배기에 연결되는 제2-1 전송선로가 형성된 제1 가변 기판;
    상기 제1 가변 기판과 분리되어 있으며, 상기 제2-1 전송선로와 대칭되게 배치되며, 상기 제3 윌킨슨 분배기에 연결되는 제2-2 전송선로가 형성된 제2 가변 기판;을 포함하며,
    상기 제2 전송선로는 상기 제2-1 전송선로와 상기 제2-2 전송선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
16. 제15항에 있어서, 상기 베이스 기판은,
    상기 제1 윌킨슨 분배기를 중심으로 양쪽에 마주보게 제2 및 제3 윌킨슨 분배기가 형성되며,
    상기 제1 윌킨슨 분배기의 두 개의 제1 연결 포트가 형성된 방향을 중심으로 한쪽에 상기 제2 윌킨슨 분배기의 두 개의 제2 연결 포트가 형성되고, 다른 쪽에 상기 제3 윌킨슨 분배기의 두 개의 제3 연결 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
17. 제16항에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-1 전송선로는,
    상기 제2 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 제1 시작 전송선로;
    상기 제1 시작 전송선로에 평행하게 형성되며, 상기 제1 출력 포트에 연결되는 제1 종료 전송선로;를 포함하며,
    상기 제2-1 전송선로는 연결되지 않은 상기 제1 시작 전송선로와 상기 제1 종료 전송선로를 연결하며, 상기 제1 시작 전송선로 및 제1 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
18. 제16항에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-2 전송선로는,
    상기 제3 연결 포트에서 연장된 제2 배선에 연결되어 수평 방향으로 뻗어 있는 제2 시작 전송선로;
    상기 제2 시작 전송선로에 평행하게 형성되며, 상기 제2 출력 포트에 연결되는 제2 종료 전송선로;를 포함하며,
    상기 제2-2 전송선로는 연결되지 않은 상기 제2 시작 전송선로와 상기 제2 종료 전송선로를 연결하며, 상기 제2 시작 전송선로 및 제2 종료 전송선로와 중첩되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
19. 제18항에 있어서, 상기 베이스 기판의 제1-1 전송선로는
    상기 제1 시작 전송선로와 제1 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 제1 연결 전송선로;를 더 포함하고,
    상기 베이스 기판의 제1-2 전송선로는,
    상기 제2 시작 전송선로와 제2 종료 전송선로 사이에 적어도 하나가 형성되며, "⊃" 형태를 갖는 제2 연결 전송선로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제2-1 전송선로는,
    불연속적으로 연결된 상기 제1-1 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지며 적어도 하나의 제1 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 제1 연결 전송선로의 수가 n개(n은 0 이상의 정수)일 때, 상기 제1 중첩 전송선로는 (n+1)개이고,
    상기 제2-2 전송선로는,
    불연속적으로 연결된 상기 제1-2 전송선로를 연결하도록 "⊂" 형태를 가지며 적어도 하나의 제2 중첩 전송선로를 포함하며, 상기 제2 연결 전송선로의 수가 n개일 때, 상기 제2 중첩 전송선로는 (n+1)개인 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
21. 제20항에 있어서,
    상기 베이스 기판에 대해서 상기 제1 및 제2 가변 기판을 상기 제1 시작 전송선로가 형성된 방향에 평행한 직선 방향으로 이동시키되, 상기 제1 및 제2 가변 기판을 서로 반대되는 방향으로 이동시키는 이동 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
22. 제21항에 있어서, 상기 이동 부재는,
    상기 베이스 기판에 형성되며, 회전 가능하게 설치되는 회전축;
    상기 제1 가변 기판에 설치되는 제1 이동축;
    상기 제2 가변 기판에 설치되는 제2 이동축;
    상기 회전축, 제1 및 제2 이동축을 연결하며, 외부에서 작용하는 힘에 의해 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 및 제2 이동축을 서로 반대되는 직선 방향으로 이동시키는 이동바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
23. 제22항에 있어서,
    상기 회전축, 제1 이동축 및 제2 이동축은 동일선상에 위치하며, 상기 회전축을 중심으로 상기 제1 및 제2 이동축 간의 거리가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.
24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 이동축은
    상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 제1 시작 전송선로에 평행하게 형성된 제1 가이드 구멍과, 상기 제1 가이드 구멍에 대응되는 상기 제1 가변 기판에 형성된 제1 구멍을 연결하게 설치되며,
    상기 제2 이동축은
    상기 베이스 기판에 수평 방향으로 형성된 제2 시작 전송선로에 평행하게 형성된 제2 가이드 구멍과, 상기 제2 가이드 구멍에 대응되는 상기 제2 가변 기판에 형성된 제2 구멍을 연결하게 설치되며,
    상기 이동바의 구동에 따라 상기 제1 및 제2 가이드 구멍을 따라서 상기 제1 및 제2 이동축이 서로 반대되는 방향으로 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 안테나용 위상 가변기.

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