KR101698125B1 - 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 및 다이폴 안테나 어레이 - Google Patents

방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 및 다이폴 안테나 어레이 Download PDF

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박익모
선 쑤어 따
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판에 수직 방향으로 배치되어 전력을 공급하는 급전 라인; 상기 유전체 기판의 양면에서 상기 급전 라인과 연결되며, 상기 유전체 기판을 기준으로 대향되게 수직 방향으로 배치되는 제1 및 제2 다이폴 방사 소자; 및 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터를 포함한다.

Description

방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 및 다이폴 안테나 어레이{DIPOLE ANTENNA AND DIPOLE ANTENNA ARRAY FOR RADIATION GAIN ENHANCEMENT}
본 발명의 실시예들은 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 및 다이폴 안테나 어레이에 관한 것이다.
일반적으로 안테나는 무선 통신에서 소정 공간 영역으로 전파를 방사하거나 방사된 전파를 수신하는 매개체가 되는 요소로서 신호 송신 라인(급전 라인)으로부터 입력된 전기적 신호를 전파 에너지로 변환하여 공간에 전파 빔으로 복사하는 역할과 외부에 존재하는 전파 에너지를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전력으로 변환하여 신호 수신 라인(급전 라인)으로 출력하는 기능을 수행하는 매개체가 된다.
상기 안테나는 실시형태와 적용 스펙 등에 따라 다양한 제품군을 이루고 있는데, 그 중 다이폴 안테나(Dipole Antenna)는 개방된 형태의 도선에 교류가 인가될 때 전기력선이 축을 중심으로 대칭이 되도록 분포시키는 안테나 형태를 의미하며, 한쪽 패턴의 길이를 수신 대상 파장의 반파장이 되도록 구성한다.
이러한 다이폴 안테나는 이동통신 또는 무선통신 시스템의 기지국 송수신 신호에 주로 이용되며 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 다양한 형태로 구현되고 있다.
그런데, 기존의 다이폴 안테나는 E-플레인(plane)과 H-plane의 방사 패턴에서 빔폭(beamwidth)의 차이가 있다. 이러한 차이는 이차원 안테나 배열 환경에서 불안정한 작용을 야기할 수 있다. 주름진 접지면(corrugated ground plane)을 이용하여 다이폴 안테나의 빔폭 차이를 완화시킬 수 있지만, 이러한 방법은 임피던스 대역폭을 감소시키는 문제를 발생한다.
이에, E-플레인(plane)과 H-plane의 방사 패턴에서 빔폭(beamwidth)의 차이를 최소화하면서 넓은 임피던스 대역폭의 특성을 가지도록 하여 방사 이득을 향상시킬 수 있는 다이폴 안테나의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1047323호(발명의 명칭: 전후방비를 갖는 유리창 부착형 안테나, 등록일자: 2011.07.01)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 E-플레인(plane)과 H-plane의 방사 패턴에서 빔폭(beamwidth)의 차이를 최소화하면서 넓은 임피던스 대역폭의 특성을 가지도록 하여 방사 이득을 향상시킬 수 있는 다이폴 안테나 및 다이폴 안테나 어레이를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판에 수직 방향으로 배치되어 전력을 공급하는 급전 라인; 상기 유전체 기판의 양면에서 상기 급전 라인과 연결되며, 상기 유전체 기판을 기준으로 대향되게 수직 방향으로 배치되는 제1 및 제2 다이폴 방사 소자; 및 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터를 포함한다.
상기 리플렉터는 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되며, 내부에 각각 상부가 개방된 제1 및 제2 공간을 구비하는 제1 및 제2 조립체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 조립체의 결합에 따른 상기 제1 및 제2 공간의 결합으로 형성된 상기 캐비티를 통해, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자로부터 출력된 방사 신호의 게인(gain)을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 조립체는 상기 유전체 기판의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍을 통해 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2 조립체 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자에 전력을 공급하는 급전 라인을 위한 급전 홀을 구비할 수 있다.
상기 캐비티는 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자는 상단부 각각이 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자는 상단부 각각이 서로 반대 방향으로 45도 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이는 유전체 기판; 상기 유전체 기판에 수직 방향으로 서로 떨어져 배치되어 전력을 공급하는 복수의 급전 라인; 상기 유전체 기판의 앞면에서 상기 복수의 급전 라인 각각과 수직 방향으로 연결되며, 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제1 다이폴 방사 소자와, 상기 유전체 기판의 뒷면에서 상기 유전체 기판을 기준으로 상기 복수의 제1 다이폴 방사 소자 각각과 수직 방향으로 대향된 상태로 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제2 다이폴 방사 소자로 구성되는 다이폴 방사 소자 어레이; 및 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 다이폴 방사 소자 어레이에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 복수의 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터를 포함한다.
상기 복수의 급전 라인은 상기 다이폴 안테나 어레이의 빔 포밍이 가능하도록, 상기 다이폴 방사 소자 어레이의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자로 구성되는 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 가지는 전력을 공급할 수 있다.
상기 복수의 급전 라인은 상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 급전 경로의 길이 조절을 통해 상기 위상 차이를 가지는 전력을 공급할 수 있다.
상기 복수의 급전 라인은 상기 다이폴 세트 각각에 공급되는 전력이 120도의 위상 차이를 가지도록, 상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 상기 급전 경로의 일부가 굴절되어 형성될 수 있다.
상기 복수의 급전 라인은 페이즈 시프터(phase shifter)와 연결되어, 상기 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 가지는 전력을 공급할 수 있다.
상기 리플렉터는 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되며, 내부에 각각 상부가 개방된 복수의 제1 및 제2 공간을 구비하는 제1 및 제2 조립체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 조립체의 결합에 따른 상기 복수의 제1 및 제2 공간의 결합으로 형성된 상기 복수의 캐비티를 통해, 상기 다이폴 방사 소자 어레이로부터 출력된 방사 신호의 게인을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 조립체는 상기 유전체 기판의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍을 통해 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2 조립체 중 적어도 하나는 상기 복수의 급전 라인을 위해 형성된 복수의 급전 홀을 구비할 수 있다.
상기 복수의 캐비티는 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 다이폴 방사 소자 어레이는 상기 복수의 제1 다이폴 방사 소자의 상단부 각각이 상기 복수의 제2 다이폴 방사 소자의 상단부 각각과 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 각도는 45도인 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다이폴 방사 소자에 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터(reflector)를 조립식으로 결합시켜 캐비티를 통해 전파 신호가 방사되도록 함으로써, E-플레인(plane)과 H-plane의 방사 패턴에서 빔폭(beamwidth)의 차이를 최소화하면서 넓은 임피던스 대역폭의 특성을 가지도록 하며, 이를 통해 안테나의 방사 이득을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나의 평면도이다.
도 3은 도 1에서 리플렉터(reflector)가 제거된 상태를 나타낸 다이폴 안테나의 정면도이다.
도 4 내지 도 7은 다이폴 안테나에 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합된 경우(with cavity)와 그렇지 않은 경우(W/o cavity)에 따른 성능 비교(반사 계수, 게인, 방사 패턴)를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이의 정면도로서, 캐리어를 구비한 리플렉터가 제거된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이의 평면도이다.
도 10은 도 8의 급전 라인을 상세히 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 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 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나의 평면도이며, 도 3은 도 1에서 리플렉터(reflector)가 제거된 상태를 나타낸 다이폴 안테나의 정면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나(100)는 유전체 기판(110), 급전 라인(120), 제1 다이폴 방사 소자(130), 제2 다이폴 방사 소자(140), 및 리플렉터(150)를 포함하여 구성된다.
상기 유전체 기판(110)은 소정의 유전율을 가지는 기판으로서, 사각형의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 유전체 기판(110)은 정육면체의 판(palte) 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 유전체 기판(110)은 유전율이 2.2이고 손실 탄젠트가 0.0009이며, 두께가 0.254mm인 RT/Duroid 5880 기판으로 구현될 수 있다. 다만, 상기 유전체 기판(110)은 이에 한정되지 않고 다양한 기판, 예를 들면 유전율이 높은 소재인 갈륨아스나이드 재질의 기판으로 형성될 수도 있다.
상기 유전체 기판(110)은 상기와 같이 유전율이 높은 소재로 형성됨으로써 후술하는 급전 라인(120)으로부터 공급되는 급전 신호의 전달이 활발이 이루어질 수 있도록 함과 동시에, 안테나의 크기 또한 축소시켜서 소형 안테나의 구현이 가능하도록 한다.
상기 급전 라인(120)은 상기 유전체 기판(110)에 수직 방향으로 배치되고, 후술하는 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140) 중 어느 하나와 일직선으로 연결되어 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)에 전력을 공급한다.
도면에서는 상기 급전 라인(120)이 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)와 연결되어 있지만, 이에 한정되지 않고 상기 제2 다이폴 방사 소자(130)에 연결될 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 다이폴 안테나(100)는 상기 급전 라인(120)이 0.74mm의 폭(Wms)을 가지는 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 구현될 수 있다. 이때, 상기 마이크로스트립 라인의 폭(Wms)은 50옴(Ω)의 특성 임피던스에 대응되도록 설정된 길이를 가리킬 수 있다.
상기 제1 다이폴 방사 소자(130)는 상기 유전체 기판(110)의 일면에서 상기 급전 라인(120)과 연결되며, 상기 급전 라인(120)으로부터 공급된 전력을 이용하여 전파 신호를 방사한다.
상기 제1 다이폴 방사 소자(130)는 상기 유전체 기판(110)을 기준으로 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)와 대향되게 수직 방향으로 배치된다. 즉, 상기 유전체 기판(110)의 양면에서 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)는 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)와 마주보며 수직 방향을 향하여 배치될 수 있다.
이때, 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)의 상단부는 일정 각도 절곡되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)는 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)의 상단부와 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)의 상단부는 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)의 상단부와 서로 반대 방향으로 45도(˚) 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 제2 다이폴 방사 소자(140)는 상기 유전체 기판(110)의 타면에 배치되어 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)와 함께 상기 전파 신호를 방사시킨다. 이때, 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)는 상기 유전체 기판(110)을 기준으로 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)와 대향되게 수직 방향으로 배치된다.
상기 제2 다이폴 방사 소자(140)는 그 상단부가 일정 각도 절곡되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)의 상단부는 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)의 상단부와 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 다이폴 방사 소자(140)의 상단부는 상기 제1 다이폴 방사 소자(130)의 상단부와 서로 반대 방향으로 45도(˚) 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)는 상기 유전체 기판(110)의 양면에서 마주보는 형태로 배치되어 상부를 향하는 화살표 모양으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)의 화살표 모양 부분을 통해 상기 전파 신호가 방사되는데, 이때 상기 전파 신호의 방사 이득을 향상시키기 위해 본 실시예에서는 후술하는 리플렉터(150)를 통해 상기 화살표 모양 부분에 캐비티(cavity)를 형성할 수 있다.
상기 리플렉터(150)는 상기 유전체 기판(110)의 앞뒤(양면)에서 조립식으로 결합된다. 구체적으로, 상기 리플렉터(150)는 제1 및 제2 조립체(151, 152)를 포함하여 구성되는데, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 512)가 상기 유전체 기판(110)의 양면에서 조립식으로 결합된다.
이때, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)는 상기 유전체 기판(110)의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍(111)을 통해 상기 유전체 기판(110)의 앞뒤에서 조립식으로 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)는 복수의 결합 홀(153)을 구비할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)에 구비된 복수의 결합 홀(153)과 상기 유전체 기판(110)의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍(111)에 너트 등의 고정 부재를 끼워 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)를 조립식으로 결합할 수 있다.
상기 리플렉터(150)는 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 캐비티(cavity)(154)를 구비한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)는 그 내부에 각각 상부가 개방된 제1 및 제2 공간(155, 156)을 구비하는데, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152)의 결합에 따라 상기 제1 및 제2 공간(155, 156)이 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)에 대응되는 위치에서 결합됨으로써 상기 캐비티(154)가 형성될 수 있다.
상기 리플렉터(150)는 상기와 같이 형성된 캐비티(154)를 통해, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)로부터 출력된 방사 신호의 게인(gain)을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 캐비티(154)는 도면에서와 같이 사각형으로 형성될 수 있으며, 또 달리 원형으로 형성될 수도 있는 등 다양한 실시가 가능하다.
한편, 상기 제1 및 제2 조립체(151, 152) 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(130, 140)에 전력을 공급하는 급전 라인(120)을 위한 급전 홀(157)을 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 급전 홀(157)이 상기 제1 조립체(151)의 제1 공간(155) 하부면에 형성될 수 있다.
참고로, 상기 다이폴 안테나(100)의 최적 설계 파라미터는 다음과 같다. Hca = 3.5mm, Tca = 1.0mm, Hn = 3.0mm, Sca = 2.4mm, Wca = 5.2mm, Ln = 5.0mm, Wms = 0.74mm, Wm = 0.4mm, W = 10mm, Lc = 2.0mm, Lm = 2.0mm, La = 2.8mm, Ld = 2.1mm, Wd = 0.4mm, α = 45°이다.
도 4 내지 도 7은 다이폴 안테나에 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합된 경우(with cavity)와 그렇지 않은 경우(W/o cavity)에 따른 성능 비교(반사 계수, 게인, 방사 패턴)를 보여주는 도면이다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나에 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합되지 않은 경우(W/o cavity), 상기 다이폴 안테나는 28.3 ~ 33.8GHz에서 반사 계수가 -10dB보다 작은 결과를 나타냈다(|S11| < -10-dB bandwidth of 28.3 ~ 33.8GHz). 이에 비해, 상기 다이폴 안테나에 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합된 경우(with cavity), 상기 다이폴 안테나는 26.5 ~ 30.2GHz에서 반계 계수가 -10dB보다 작은 결과를 나타냈다(|S11| < -10-dB bandwidth of 26.5 ~ 30.2GHz).
이를 통해, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합(with cavity)된 다이폴 안테나가 그렇지 않은(W/o cavity) 다이폴 안테나에 비해 더 낮은 주파수 쪽으로 이동한 것을 알 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합(with cavity)된 다이폴 안테나가 그렇지 않은(W/o cavity) 다이폴 안테나에 비해 이득이 높은 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합되지 않은(W/o cavity) 다이폴 안테나는 임피던스 매칭 대역폭(impedance matching bandwidth)에서 2.3 ~ 3.1 dBi의 이득(gain)을 나타냈고, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합(with cavity)된 다이폴 안테나는 임피던스 매칭 대역폭에서 6.8 ~ 7.5 dBi의 이득을 나타냈다.
다시 말해, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합(with cavity)된 다이폴 안테나의 이득이 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합되지 않은(W/o cavity) 다이폴 안테나의 이득에 비해 4.5dB 가까이 향상되었다.
이는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합(with cavity)된 다이폴 안테나가 상기 캐비티를 구비한 리플렉터가 결합되지 않은(W/o cavity) 다이폴 안테나에 비해, H-플레인 패턴(H-plane pattern)이 좁아 졌고 후방 방사가 감소되었기 때문이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이의 정면도로서, 캐리어를 구비한 리플렉터가 제거된 상태를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이의 평면도이며, 도 10은 도 8의 급전 라인을 상세히 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이(800)는 유전체 기판(810), 복수의 급전 라인(820), 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840), 및 리플렉터(850)를 포함하여 구성된다.
상기 유전체 기판(810)은 소정의 유전율을 가지는 기판으로서, 사각형의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 유전체 기판(810)은 정육면체의 판(palte) 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 유전체 기판(810)은 유전율이 2.2이고 손실 탄젠트가 0.0009이며, 두께가 0.254mm인 RT/Duroid 5880 기판으로 구현될 수 있다. 다만, 상기 유전체 기판(810)은 이에 한정되지 않고 다양한 기판, 예를 들면 유전율이 높은 소재인 갈륨아스나이드 재질의 기판으로 형성될 수도 있다.
상기 유전체 기판(810)은 상기와 같이 유전율이 높은 소재로 형성됨으로써 후술하는 복수의 급전 라인(820)으로부터 공급되는 급전 신호의 전달이 활발이 이루어질 수 있도록 함과 동시에, 안테나의 크기 또한 축소시켜서 소형 안테나의 구현이 가능하도록 한다.
상기 복수의 급전 라인(820)은 상기 유전체 기판(810) 위에 배치되되, 그 각각이 수직 방향으로 서로 떨어져 배치되어 전력을 공급한다. 이때, 상기 복수의 급전 라인(820)은 상기 다이폴 방사 소자 어레이(800)의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)로 구성되는 다이폴 세트(dipole set) 각각에 연결되어, 위상 차이를 가지는 전력을 공급함으로써 상기 다이폴 안테나 어레이(800)의 빔 포밍이 가능하도록 한다.
이를 위해, 상기 복수의 급전 라인(820)은 상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 급전 경로의 길이 조절을 통해 위상 차이를 가지는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 급전 라인(820)은 포트 #1(port #1)로부터 공급된 전력이 상기 다이폴 세트 각각(port #2, #3, #4, #5, #6, #7, #8, #9)에서 120도의 위상 차이를 가지도록, 상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 급전 경로의 일부가 굴절되어 형성될 수 있다.
또 달리, 상기 복수의 급전 라인(820)은 도면에는 도시되지 않았지만, 페이즈 시프터(phase shifter)와 연결되어, 상기 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 가지는 전력을 공급할 수도 있다. 예를 들어, 상기 페이즈 시프터는 상기 다이폴 세트 각각(port #2, #3, #4, #5, #6, #7, #8, #9)에 120도의 위상 차이를 갖는 전력을 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에는 상기 다이폴 방사 소자 어레이(800)의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)로 구성되는 다이폴 세트(dipole set) 각각에 연결되는 급전 라인(820) 각각의 급전 경로를 다르게 형성함으로써, 상기 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 갖는 전력을 공급하여 상기 다이폴 방사 소자 어레이(800)의 빔 포밍이 가능하도록 한다.
상기 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840)는 상기 유전체 기판(810)의 앞면에서 상기 복수의 급전 라인(820) 각각과 수직 방향으로 연결되며, 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제1 다이폴 방사 소자(830)와, 상기 유전체 기판(810)의 뒷면에서 상기 유전체 기판(810)을 기준으로 상기 복수의 제1 다이폴 방사 소자(830) 각각과 수직 방향으로 대향된 상태로 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제2 다이폴 방사 소자(840)로 구성된다.
여기서, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)는 그 상단부가 일정 각도 절곡되어 형성되되, 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)의 상단부는 서로 반대 방향으로 45도 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.
앞서 언급한 다이폴 세트라는 용어와 관련하여, 본 명세서에서는 복수의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840) 중에서 서로 마주보며 배치된 각각의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)의 쌍을 다이폴 세트로서 정의한다.
상기 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840)는 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)가 상기 유전체 기판(810)의 양면에서 마주보는 형태로 배치되어 상부를 향하는 화살표 모양으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자(830, 840)의 화살표 모양 부분을 통해 신호가 방사되는데, 이때 상기 복수의 급전 라인(820)으로부터 공급된 전력의 위상 차이로 인하여 복수의 신호를 동시에 방사할 수 있다.
이때, 상기 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840)는 후술하는 리플렉터(850)에 의해 도 1 내지 도 3의 다이폴 안테나(100)와 동일 또는 매우 유사한 성능(반사 계수, 이득, 방사 패턴 등)으로 상기 복수의 신호를 방사할 수 있다. 상기 리플렉터(850)에는 상기 복수의 신호 각각의 방사 이득을 향상시키기 위하여 상기 화살표 모양 부분에 캐비티(cavity)(853)가 형성될 수 있다. 이하에서는 상기 리플렉터(850)에 대해 설명한다.
상기 리플렉터(850)는 상기 유전체 기판(810)의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840)에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 복수의 캐비티(853)를 구비한다. 상기 복수의 캐비티(853)는 도면에서와 같이 사각형으로 형성될 수 있으며, 또 달리 원형으로 형성될 수도 있는 등 다양한 실시가 가능하다.
구체적으로, 상기 리플렉터(850)는 상기 유전체 기판(810)의 앞뒤에서 조립식으로 결합되며, 내부에 각각 상부가 개방된 복수의 제1 및 제2 공간(854, 855)을 구비하는 제1 및 제2 조립체(851, 852)를 포함할 수 있다.
상기 리플렉터(850)는 상기 제1 및 제2 조립체(851, 852)의 결합에 따른 상기 복수의 제1 및 제2 공간(854, 855)의 결합으로 형성된 상기 복수의 캐비티(853)를 통해, 상기 다이폴 방사 소자 어레이(830, 840)로부터 출력된 방사 신호의 게인(gain)을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 조립체(851, 852)는 상기 유전체 기판(810)의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍(811)을 통해 상기 유전체 기판(810)의 앞뒤에서 조립식으로 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2 조립체(851, 852) 중 적어도 하나는 상기 복수의 급전 라인(820)을 위해 형성된 복수의 급전 홀(856)을 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 급전 홀(856)이 상기 제1 조립체(851)의 제1 공간(854) 하부면에 형성될 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 810: 유전체 기판
120, 820: 급전 라인
130, 830: 제1 다이폴 방사 소자
140, 840: 제2 다이폴 방사 소자
150, 850: 리플렉터
151, 851: 제1 조립체
152, 852: 제2 조립체
153: 결합 홀
154, 853: 캐비티
155, 854: 제1 공간
156, 855: 제2 공간
157, 856: 급전 홀

Claims (18)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판에 수직 방향으로 배치되어 전력을 공급하는 급전 라인;
    상기 유전체 기판의 양면에서 상기 급전 라인과 연결되며, 상기 유전체 기판을 기준으로 대향되게 수직 방향으로 배치되는 제1 및 제2 다이폴 방사 소자; 및
    상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터는
    상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되며, 내부에 각각 상부가 개방된 제1 및 제2 공간을 구비하는 제1 및 제2 조립체를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 조립체의 결합에 따른 상기 제1 및 제2 공간의 결합으로 형성된 상기 캐비티를 통해, 상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자로부터 출력된 방사 신호의 게인(gain)을 향상시키는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조립체는
    상기 유전체 기판의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍을 통해 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조립체 중 적어도 하나는
    상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자에 전력을 공급하는 급전 라인을 위한 급전 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는
    사각형 또는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자는
    상단부 각각이 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 다이폴 방사 소자는
    상단부 각각이 서로 반대 방향으로 45도 각도로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나.
  8. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판에 수직 방향으로 서로 떨어져 배치되어 전력을 공급하는 복수의 급전 라인;
    상기 유전체 기판의 앞면에서 상기 복수의 급전 라인 각각과 수직 방향으로 연결되며, 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제1 다이폴 방사 소자와, 상기 유전체 기판의 뒷면에서 상기 유전체 기판을 기준으로 상기 복수의 제1 다이폴 방사 소자 각각과 수직 방향으로 대향된 상태로 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 복수의 제2 다이폴 방사 소자로 구성되는 다이폴 방사 소자 어레이; 및
    상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되고, 상기 다이폴 방사 소자 어레이에 대응되는 위치의 내부에 상부가 개방된 공간으로 형성된 복수의 캐비티(cavity)를 구비하는 리플렉터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 급전 라인은
    상기 다이폴 안테나 어레이의 빔 포밍이 가능하도록, 상기 다이폴 방사 소자 어레이의 제1 및 제2 다이폴 방사 소자로 구성되는 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 급전 라인은
    상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 급전 경로의 길이 조절을 통해 상기 위상 차이를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 급전 라인은
    상기 다이폴 세트 각각에 공급되는 전력이 120도의 위상 차이를 가지도록, 상기 다이폴 세트 각각에 연결되는 상기 급전 경로의 일부가 굴절되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 급전 라인은
    페이즈 시프터(phase shifter)와 연결되어, 상기 다이폴 세트 각각에 위상 차이를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 리플렉터는
    상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되며, 내부에 각각 상부가 개방된 복수의 제1 및 제2 공간을 구비하는 제1 및 제2 조립체를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 조립체의 결합에 따른 상기 복수의 제1 및 제2 공간의 결합으로 형성된 상기 복수의 캐비티를 통해, 상기 다이폴 방사 소자 어레이로부터 출력된 방사 신호의 게인을 향상시키는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조립체는
    상기 유전체 기판의 상단 좌우측에 각각 형성된 구멍을 통해 상기 유전체 기판의 앞뒤에서 조립식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조립체 중 적어도 하나는
    상기 복수의 급전 라인을 위해 형성된 복수의 급전 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 캐비티는
    사각형 또는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 다이폴 방사 소자 어레이는
    상기 복수의 제1 다이폴 방사 소자의 상단부 각각이 상기 복수의 제2 다이폴 방사 소자의 상단부 각각과 서로 반대 방향으로 동일 각도 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 각도는
    45도인 것을 특징으로 하는 방사 이득 향상을 위한 다이폴 안테나 어레이.
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