KR101831432B1 - 기지국 안테나 - Google Patents

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KR101831432B1
KR101831432B1 KR1020160120314A KR20160120314A KR101831432B1 KR 101831432 B1 KR101831432 B1 KR 101831432B1 KR 1020160120314 A KR1020160120314 A KR 1020160120314A KR 20160120314 A KR20160120314 A KR 20160120314A KR 101831432 B1 KR101831432 B1 KR 101831432B1
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dipole antenna
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phase
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이용희
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(주)에이티앤에스
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Abstract

본 발명에 따른 기지국 안테나는, 장방형의 반사판; 상기 반사판 상에서 길이방향으로 배열되며 제 1 주파수대역에서 동작하는 복수의 제 1 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 1 다이폴 안테나 어레이; 및 상기 제 1 다이폴 안테나 어레이를 사이에 두고 일정한 간격으로 교차하여 상기 반사판 상에서 지그재그 형상으로 배치되는 복수의 제 2 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 2 다이폴 안테나 어레이;를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 제한된 공간 내에서 공간 전력 결합방식의 안테나 구조를 적용시켜 특정 빔폭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 페이즈 쉬프터에 슬라이더 결합구조를 적용시켜 전력 분할 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 기지국 안테나를 제공하는 효과가 있다.

Description

기지국 안테나{Base-station Antenna}
본 발명은 기지국 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 제한된 안테나 공간 내에서 이중대역 이중편파를 구현하는 어레이 안테나의 저주파대역에 대한 특정 빔폭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 전력 분할 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 기지국 안테나에 관한 것이다.
이동통신용 기지국 안테나는 일반적으로 RF신호를 공급하는 피더부와 RF신호를 자유공간으로 전파시키는 방사소자와 위상을 조절하여 방사패턴을 제어하는 페이즈 쉬프터와 사이드로브를 줄이는 전력분배기 등을 구비하고 있다.
이때, 기지국 안테나의 방사소자는 통상적으로 다중경로 페이딩 문제를 해결하기 위하여 +45도 편파와 -45도 편파를 갖는 다이폴 소자가 상호 90도를 이루도록 배열된 이중편파 안테나 형태로 제공되고 있으며, 이중대역에서 동작하는 기지국 안테나의 경우 서로 다른 주파수대역에서 동작하는 다이폴 안테나가 각각 상호교차하면서 기지국 안테나의 길이방향으로 배열되기 때문에 안테나의 전체크기가 과도하게 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래기술에 따른 기지국 안테나의 경우 고주파대역에서 동작하는 다이폴 안테나 소자 주위를 저주파대역에서 동작하는 안테나 소자로 배치하여 제한된 공간 내에서 이중대역 이중편파 안테나를 구현하기 위한 시도가 있었으나 이와 같이 구현할 경우에 고주파대역에서 요구되는 특정 빔폭의 안테나 패턴을 만족하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 기지국 안테나의 페이즈 쉬프터는 안테나 소자와 연결되어 안테나 소자로 전송되는 RF 신호의 위상을 가변시키는 소자로서, 기지국 안테나에서는 다양한 위상의 신호를 안테나에 공급하기 위해 사용된다.
페이즈 쉬프터는 RF 신호의 위상을 변화시키게 되는데, 기존의 페이즈 쉬프터는 RF 신호를 분할하는 전력 분배기와 위상을 변화시키는 위상 가변기 부분이 통합된 구조로 제작되므로 설계상의 수정 및 변경이 있을 경우 전력 분배기나 위상 가변기 각 부분만을 독립적으로 수정하기가 어려워 위상 가변 정도를 조절하거나 전력 분배 정도를 조절하기 위해서는 페이즈 쉬프터 전체를 수정하여야 하는 문제점이 있었다.
한국등록특허 10-0883408호 (2005.01.10)
본 발명은 제한된 공간 내에서 공간 전력 결합방식의 안테나 구조를 적용시켜 이중대역에서 동작하는 기지국 안테나의 고주파대역에 대한 특정 빔폭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 페이즈 쉬프터에 슬라이더 결합구조를 적용시켜 전력 분할 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 기지국 안테나를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장방형의 반사판; 상기 반사판 상에서 길이방향으로 배열되며 제 1 주파수대역에서 동작하는 복수의 제 1 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 1 다이폴 안테나 어레이; 및 상기 제 1 다이폴 안테나 어레이를 사이에 두고 일정한 간격으로 교차하여 상기 반사판 상에서 지그재그 형상으로 배치되는 복수의 제 2 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 2 다이폴 안테나 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 기지국 안테나가 제공된다.
상기 복수개의 제 1 다이폴 안테나모듈은, 상기 반사판의 폭방향 중심부를 기준으로 두 개씩 쌍을 이루어 지그재그 형상으로 교차하여 반사판의 길이방향에 대해 전체적으로 비선형구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈은, 상기 쌍을 이루는 두 개의 제 1 다이폴 안테나모듈 사이 외측으로 하나씩 대응되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈 각각은, 이중편파를 발생시키면서 동시에 대각선으로 인접하게 배치되는 각각의 제 2 다이폴 안테나모듈과 쌍을 이루는 공간전력결합 방식을 통해 60도 내지 65도의 수평빔폭을 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 반사판상의 상기 제 1 다이폴 안테나모듈과 상기 제 2 다이폴 안테나모듈 사이에서, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈 각각을 일정한 간격으로 둘러싸며 상기 제 2 다이폴 안테나모듈과 일정한 거리를 유지한 채 인접하게 위치하고 전체적으로 평면이 원형으로 형성되는 복수개의 초크부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 다이폴 안테나모듈은, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈에 비해 상대적으로 동작하는 주파수대역이 낮은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈의 격리도 향상을 위하여 'I'자 형상을 갖는 커플링 엘리먼트를 상기 초크부재상의 상기 제 2 다이폴 안테나가 인접한 위치에 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 다이폴 안테나모듈은 각각, 평면이 부채꼴 형상을 가지며 ±45도의 이중편파를 발생시키는 네 개의 다이폴 소자를 상부에 구비하고, 상기 네 개의 다이폴 소자를 급전시키는 피더부를 내측으로 지지하기 위한 복수개의 지지홀을 구비하며 반사판의 전면 상부수직방향으로 형성되는 정방형의 일체형 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 다이폴 안테나모듈은, 적어도 하나 이상의 방사소자 끝단에 절곡부가 형성되어 평면상 전체적으로 비대칭 구조의 십자형상을 형성하는 네 개의 다이폴 소자를 상부에 구비하고, 상기 각각의 다이폴 소자를 급전시키는 피더부를 각각 독립적으로 지지하기 위한 지지홈을 측면에 구비하며 반사판의 전면 상부수직방향으로 형성되는 네 개의 분리형 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사판의 제 1 내지 제 2 다이폴 안테나 어레이가 형성된 면과 반대되는 후면에 전력분배 및 위상가변을 독립적으로 실시 할 수 있는 페이즈 쉬프터가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 페이즈 쉬프터는, RF 신호의 위상을 가변하기 위한 페이즈 쉬프터로서,접지면; 유전체 재질의 제1 기판; 유전체 재질의 제2 기판; 상기 제2 기판의 위에서 슬라이딩 형태로 이동 가능한 유전체 재질의 제3 기판; 상기 제3 기판이 삽입되며 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 관통하는 전도체 재질의 프레임; 상기 제1 기판 위에 형성되는 도체인 제1 선로; 상기 제2 기판 위에 형성되는 도체인 제2 선로; 및 상기 제3 기판 위에 형성되는 도체인 제3 선로를 포함하되, 상기 접지면의 일면은 상기 제1 기판의 하면에 부착되며, 상기 접지면의 타면은 상기 제2 기판의 하면에 부착되고, 상기 제1 선로는 상기 RF 신호의 전력을 분할할 수 있도록 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 선로는 상기 제2 선로와 커플링을 통하여 상기 RF 신호를 전달할 수있도록 형성되며, 상기 제3 기판의 이동에 따라 상기 RF 신호의 위상이 가변되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 기판 위에 형성되는 출력 선로를 더 포함하되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제1 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로 및 상기 출력 선로 각각은 상기 제1 비아 홀을 관통하여 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임은 접지 전위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판에는 제2 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 비아
홀을 관통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 선로의 일단은 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되며, 상
기 제2 선로의 타단은 상기 제1 선로 또는 상기 출력 선로와 전기적으로 연결되거나 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 선로의 양단은 상기 제2 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임에 삽입되는 슬라이딩 부재를 더 포함하며, 상기 슬라이딩 부재에는 돌출부 및 손잡이부가 형성되고, 상기 제3 기판에는 결합 홀이 형성되며, 상기 돌출부는 상기 결합 홀에 삽입되어 고정되고, 상기 손잡 이부는 프레임 외부로 돌출되어 상기 손잡이부의 이동에 따라 상기 제3 기판이 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제3 비아 홀이 형성되며, 상기 제3 비아 홀은 상기 접지면과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 선로의 양단은 테이퍼링 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 선로는 주파수 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 페이즈 쉬프터는, RF 신호의 위상을 가변하기 위한 페이즈 쉬프터로서,제1 페이즈 쉬프터 유닛; 제2 페이즈 쉬프터 유닛; 및 일면에는 상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛이 장착되며, 타면에는 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛이 장착되는 전도체 재질의 프레임을 포함하되, 상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은, 접지면; 유전체 재질의 제1 기판; 유전체 재질의 제2 기판; 상기 제2 기판의 위에서 슬라이딩 형태로 이동 가능한 유전체 재질의 제3 기판; 상기 제1 기판 위에 형성되는 도체인 제1 선로; 상기 제2 기판 위에 형성되는 도체인 제2 선로; 및 상기 제3 기판 위에 형성되는 도체인 제3 선로를 포함하되, 상기 접지면의 일면은 상기 제1 기판의 하면에 부착되며, 상기 접지면의 타면은 상기 제2 기판의 하면에 부착되고, 상기 제1 선로는 상기 RF 신호의 전력을 분할할 수 있도록 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 선로는 상기 제2 선로와 커플링을 통하여 상기 RF 신호를 전달할 수 있도록 형성되며, 상기 제3 기판의 이동에 따라 상기 RF 신호의 위상이 가변되고, 상기 프레임에는 상기 제3 기판이 삽입되며 상기 프레임은 상기 제1 기판 및상기 제2 기판을 관통하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은, 상기 제1 기판 위에 형성되는 출력 선로를 더 포함하되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제1 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로 및 상기 출력 선로 각각은 상기 제1 비아 홀을 관통하여 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임은 접지 전위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판에는 제2 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 비아
홀을 관통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 선로의 일단은 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되며, 상기 제2 선로의 타단은 상기 제1 선로 또는 상기 출력 선로와 전기적으로 연결되거나 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 선로의 양단은 상기 제2 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은, 상기 프레임에 삽입되는 슬라이딩 부재를 더 포함하며, 상기 슬라이딩 부재에는 돌출부 및 손잡이부가 형성되고, 상기 제3 기판에는 결합 홀이 형성되며, 상기 돌출부는 상기 결합 홀에 삽입되어 고정되고, 상기 손잡이부는 프레임 외부로 돌출되어 상기 손잡이부의 이동에 따라 상기 제3 기판이 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제3 비아 홀이 형성되며, 상기 제3 비아 홀은 상기 접지면과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 선로의 양단은 테이퍼링 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 선로는 주파수 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 제한된 공간 내에서 공간 전력 결합방식의 안테나 구조를 적용시켜 특정 빔폭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 페이즈 쉬프터에 슬라이더 결합구조를 적용시켜 전력 분할 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 기지국 안테나를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력 분할과 위상 가변이 독립적으로 이루어지므로, 설계변화에 용이한 장점이 있다. 또한, 소형화가 가능하며, 광대역 설계에 용이하고 프린징 필드(fringing field)의 발생을 억제하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기지국 안테나의 전체구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 다이폴 안테나모듈과 제 2 다이폴 안테나모듈의 인접한 구성을 세부적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 제 1 다이폴 안테나모듈의 전체구성 및 피더부를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈의 전체구성을 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈의 방사소자에 결합되는 피더부를 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 경사지게 쌍을 이루는 제 2 다이폴안테나의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 도 5에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈에 의한 저주파대역에서의 수평빔폭을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제1 기판과 제2 기판 및 제3 기판을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제1 기판이 보이도록 도시한 도면이다.
도 10은 도 8에서 제3 기판을 제거하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제2 기판이 보이도록 도시한 도면이다.
도 11는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판을 도시한 도면이다.
도 12는 도 1에서 제3 기판을 제거하고 제3 선로가 보이도록 도시한
도면이다.
도 13은 도 12에서 제3 기판의 이동에 의해 제3 선로가 이동한 모습을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 슬라이딩 부재를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판과슬라이딩 부재의 결합을 도시한 도면이다.
도 16은 도 8에서 슬라이딩 부재가 장착된 형상을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 프레임의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 프레임의 저면 사시도이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 사시도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 자세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기지국 안테나의 전체구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 반사판(1), 제 1 다이폴 안테나 어레이(2), 및 제 2 다이폴 안테나 어레이(3)를 구비할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 반사판(1)은 장방형의 도체로 형성되며 전면에는 복수의 다이폴 안테나가 배열될 수 있는 공간을 제공하고, 후면상에 상기 다이폴 안테나의 위상 가변 및 전력분배를 하기 위한 페이즈 쉬프터(4)가 배치될 수 있다.
이때, 반사판(1)은 복수의 다이폴 안테나에 대한 급전부(피더부)가 설치되는 장소를 제공하며, 복수의 다이폴 안테나에서 방사되는 신호를 반사하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 반사판(1)의 전면 및 후면에는 상기 복수의 다이폴 안테나를 통하여 송수신하고자 하는 신호의 전달을 위한 신호라인이 형성되고, 이러한 신호라인과 연결되는 상기 페이즈 쉬프터(4)가 배치될 수 있다.
상기 제 1 다이폴 안테나 어레이(2)는, 상기 반사판(1)상의 전면에서 길이방향으로 배열되며 제 1 주파수대역에서 동작하는 복수의 제 1 다이폴 안테나모듈(20)을 구비할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20)은 각각 고주파대역을 지원할 수 있다.
또한, 상기 제 2 다이폴 안테나 어레이(3)는, 반사판(1)상의 전면에서 상기 제 1 다이폴 안테나 어레이(20)를 사이에 두고 일정한 간격으로 교차하여 상기 반사판 상에서 지그재그 형상으로 배치되는 복수의 제 2 다이폴 안테나모듈(30)을 구비할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 상기 제 2 다이폴 안테나모듈(30)은 각각 저주파대역을 지원할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 상기 복수개의 제 1 다이폴 안테나모듈(20)은, 상기 반사판(1)의 폭방향 중심부를 기준으로 두 개씩 쌍을 이루어 지그재그 형상으로 교차하여 반사판(1)의 길이방향에 대해 전체적으로 비선형구조로 배치될 수 있다.
이때, 상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈(30)은, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 쌍을 이루는 두 개의 제 1 다이폴 안테나모듈(20) 사이 외측으로 하나씩 대응되게 배치될 수 있다.
이와 같은 구조로 인하여, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 안테나에서, 상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈(30) 각각은, 다이폴 소자에 의한 이중편파를 발생시키면서 동시에 대각선으로 인접하게 배치되는 각각의 제 2 다이폴 안테나모듈(30)과 쌍을 이루는 공간전력결합 방식을 통해 60도 내지 65도의 수평빔폭을 유지할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 다이폴 안테나모듈과 제 2 다이폴 안테나모듈의 인접한 구성을 세부적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 안테나는, 반사판(1)상의 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20)과 상기 제 2 다이폴 안테나모듈(30) 사이에서, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20) 각각을 일정한 간격으로 둘러싸며 상기 제 2 다이폴 안테나모듈(30)과 일정한 거리를 유지한 채 인접하게 위치하고 전체적으로 평면이 원형으로 형성되는 복수개의 초크부재(40)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 도 1에서 상술한 바와 같이, 상기 제 2 다이폴 안테나모듈(30)은 저주파대역에서 동작하는 안테나모듈로 고주파대역에서 동작하는 제 1 다이폴 안테나모듈(20)에 비해 상대적으로 동작하는 주파수대역이 낮기 때문에 전체적인 안테나의 길이가 크게 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 초크부재(40)는, 빔의 특성을 가변하기 위한 것으로 일반적으로 빔폭, 전후방비 등과 같은 빔특성을 제어할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20)로부터 복사된 복사 에너지를 반사시켜 안테나로부터 방사되는 빔의 폭을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20)의 격리도 향상을 위하여 'I'자 형상을 갖는 커플링 엘리먼트(50)를 상기 초크부재(40)상의 상기 제 2 다이폴 안테나(30)가 인접한 위치에 형성할 수 있다.
도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 제 1 다이폴 안테나모듈의 전체구성 및 피더부를 나타내기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈(20)은 각각, 평면이 부채꼴 형상을 가지며 ±45도의 이중편파를 발생시키는 네 개의 다이폴 소자(21,22,23,24)를 상부에 구비할 수 있다.
여기서, 상기 네 개의 다이폴 소자(21,22,23,24)를 급전시키는 피더부(25,26)는 스페이서(27)를 구비하고, 상기 피더부(25,26) 및 스페이서(27)를 내측으로 지지하기 위한 복수개의 지지홀(28)을 구비하며 반사판의 전면 상부수직방향으로 형성되는 정방형의 일체형 지지대(60)를 구비할 수 있다.
도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈의 전체구성을 나타내기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈의 방사소자에 결합되는 피더부를 나타내기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 상기 제 2 다이폴 안테나모듈(30)은, 적어도 하나 이상의 방사소자 끝단에 절곡부(80)가 형성되어 평면상 전체적으로 비대칭 구조의 십자형상을 갖게 하는 네 개의 다이폴 소자(31,32,33,34)를 상부에 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 절곡부(80)로 인해 제한된 기지국 안테나의 내부공간에서 안테나 소자의 크기를 줄일 수 있다.
이때, 상기 각각의 다이폴 소자(31,32,33,34)를 급전시키는 피더부를(35,36)를 각각 독립적으로 지지하기 위한 지지홈(38)을 측면에 구비하며 반사판(1)의 전면 상부수직방향으로 형성되는 네 개의 분리형 지지대(70)를 구비할 수 있다.
여기서, 도 5를 참조하면, 상기 피더부(35,36)의 상측 및 하측으로 스페이서(37)가 형성되는 것을 알 수 있으며, 상기 분리형 지지대(70)의 하측으로 절연물질로 형성되는 서포터(90)가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 다이폴 안테나모듈(30)은 상기 다이폴 소자(31,32,33,24)의 각 하부면상에 안테나소자의 무게를 줄이기 위한 목적으로 홈부를 형성할 수 있으며 상기 분리형 지지대(70)의 지지홈(38)에 별도의 마감재를 구비하지 않아 전체적으로 안테나 무게를 최소화 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 경사지게 쌍을 이루는 제 2 다이폴 안테나의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 도 5에 도시된 제 2 다이폴 안테나모듈에 의한 저주파대역에서의 수평빔폭을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 다이폴 안테나(20)는, 상술한 바와 같이, 대각선으로 인접하게 배치되는 각각의 제 2 다이폴 안테나모듈(20) 간에 쌍을 이루는 공간전력 결합방식을 통해 60도 내지 65도의 수평빔폭을 유지할 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 대각선으로 인접하게 배치된 복수의 제 2 다이폴 안테나모듈(30)이 서로 쌍을 이루며 결합하는 것을 알 수 있으며, 반사판(1)의 길이방향 일측(right direction) 및 타측 방향(left direction)에 대해 모두 적용되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 저주파대역을 지원하는 제 2 다이폴 안테나모듈의 저주파 방사패턴이 60도 내지 65도의 수평빔폭을 유지하는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 반사판(1)의 제 1 내지 제 2 다이폴 안테나 어레이가 형성된 면과 반대되는 후면에 전력분배 및 위상가변을 독립적으로 실시 할 수 있는 페이즈 쉬프터(4)가 형성될 수 있으며, 도 8 내지 도 20을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제1기판과 제2 기판 및 제3 기판을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 기본적으로 제1 기판(100), 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)을 포함한다.
제1 기판(100)과 제2 기판(200)사이에는 접지면(10)이 형성되며, 제3 기판(300)은 제2 기판(200) 위에서 화살표 방향으로 슬라이딩 가능한 형태로 장착된다. 제1 기판과 제2 기판 및 제3 기판은 소정 두께를 가지며, 유전체 재질로 형성될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 페이저 쉬프터를 구성하는 각 기판의 구성과 그 기능에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 9는 도 8에서 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제1 기판이 보이도록 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 기판(100)위에는 제1 선로(110) 및 출력 선로(120, 130, 140, 150)가 형성된다. 제1 선로(110) 및 출력 선로(120, 130, 140,150)는 도체로 형성되며, RF 신호를 전송하는 통로로 이용된다. 또한, 제1 기판(100)에는 다수의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128)이 형성될 수 있다. 제1 기판(100)에 형성된 다수의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118, 122,124, 126, 128)은 후술하는 제2 기판의 제1 비아 홀들과 대응된다. 제1 선로(110)의 입력단(160)에는 RF 신호가 입력될 수 있으며, 제1 선로(110)는 입력된 RF 신호의 전력을 분할할 수 있도록 여러 갈래로 구성될 수 있다. 제1 선로(110)는 제1 기판(100)에 형성된 다수의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118)을 통하여 제2 기판의 제2 선로와 연결될 수 있다. 또한, 입력된 RF 신호의 일부는 제1 선로(110)의 출력단(170)으로 바로 출력될 수도 있다. 또한, 제1 기판(100)에는 제2 비아 홀(180)이 형성될 수 있으며, 제1 선로(110)는 제2 비아 홀(180)을 통하여 접지면(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 선로(110)에는 주파수 필터(185)가 포함될 수 있다. 주파수 필터(185)는 제1 선로(110)에서 연장되어 형성될 수 있으며, 일정한 주파수 대역을 위한 필터 역할을 할 수 있다. 일례로, 주파수 필터(185)는 해당 주파수 대역을 벗어나는 고대역 및 저대역 주파수의 RF 신호를 제거할 수 있다.
한편, 출력 선로(120, 130, 140, 150)는 제1 비아 홀(122, 124, 126, 128)을 통하여 제2 기판의 제2 선로들과 전기적으로 연결된다. 출력 선로(120, 130, 140, 150)는 제1 비아 홀(122, 124, 126, 128)을 통하여 위상이 가변된 RF 신호를 전송받아 각 출력단(162, 164, 166, 168)으로 위상이 가변된 RF 신호를 출력하게 된다.
도 10은 도 8에서 제3 기판을 제거하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제2 기판이 보이도록 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제2 기판(200)에는 제2 선로(232, 234, 236, 238,242, 244, 246, 248, 254, 258)가 형성된다. 또한, 제2 기판(200)에는 다수의 제1비아 홀(212, 214, 216, 218, 222, 224, 226, 228)이 형성되는데, 제1 기판(100)의 다수의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128)의 위치와 상응하게 형성되어 제2 기판(200)의 제1 비아 홀(212, 214, 216, 218, 222, 224, 226, 228)과 제1 기판(100)의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128)은 각각 연결되어 각 제1 비아 홀들을 통하여 제1 기판(100)의 제1 선로(110) 및 출력 선로(120, 130, 140, 150)는 제2 기판(200)의 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244,246, 248)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여 보다 자세하게 설명하면, 제1 기판(100)의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128)은 제2 기판(200)의 제1 비아 홀(212, 214, 216, 218, 222, 224, 226, 228)과 각각 연결되므로, 제1 기판(100)의 제1 선로(110)는 제1 기판(100)의 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118) 및 제2 기판(200)의 제1 비아 홀(212, 214, 216, 218)을 통해 제2 기판(200)의 제2 선로(232, 234, 236, 238)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 출력 선로(120, 130,140, 150)는 제1 기판(100)의 제1 비아 홀(122, 124, 126, 128) 및 제2 기판(200)의 제1 비아 홀(222, 224, 226, 228)을 통해 제2 기판(200)의 제2 선로(242, 244, 246, 248)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 제1 기판(100)의 제1 선로(110)와 제2 기판(200)의 제2선로(242, 244, 246, 248)가 제1 비아 홀을 통해 연결되기 위해서는 제1 기판(100)과 제2 기판(200)이 적층되어 있는 구조를 가지는 것이 바람직할 것이다. 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 하면에는 접지면(10)이 형성되며, 제1 기판(100)과 제2기판(200)은 접지면(10)을 사이에 두고 결합되므로, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)은 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 적층 구조로 인해, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 접지면(10)을 공유할 수 있다.
한편, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에는 다수의 제3 비아 홀(195, 295)이 형성될 수 있다. 제3 비아 홀(195, 295)는 접지면(10)과 연결되어 접지면(10)을 확장하는 역할을 할 수 있다. 제3 비아 홀(195, 295)이 접지면(10)을 확장함으로 인해, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 적층으로 발생할 수 있는 프린징 필드(fringing field) 및 특정 주파수에서의 공진을 억제할 수 있다.
또한, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)은 프레임에 고정될 수 있는데, 고정 방법은 다양할 수 있다. 일례로, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에는 프레임 홀(190, 290)이 형성될 수 있으며, 해당 프레임 홀(190, 290)에 프레임이 삽입되며, 납땜을 하여 프레임에 고정시키는 방법이 바람직할 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판을 도시한 도면이며, 도 12는 도 8에서 제3 기판을 제거하고 제3 선로가 보이도록 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 제3 기판(300)에는 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)가 형성될 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 제3 기판(300)은 제2 기판(200)위에서 화살표 방향으로 슬라이딩 가능한 형태로 장착될 수 있다. 제3 기판(300)에는 결합 홀(370)이 형성될 수 있는데, 결합 홀(370)에는 슬라이딩 부재가 결합되며, 슬라이딩 부재를 이동시켜 제3 기판(300)을 슬라이딩 형태로 움직일 수 있게 된다.
도 8과 도 11 및 도 12를 참조하면, 제3 기판(300)에 형성되는 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 제2 기판(200)에 형성되는 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 상응하는 위치에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 직접적으로 연결되지는 않지만, 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)에서 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)로 커플링이 발생할 수 있도록 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)의 끝단은 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)의 끝단의 상부에 위치하도록 형성될 수 있다.
특히, 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)간에 커플링이 발생하기 위해서는 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 전기적으로 연결되지 않아야 한다. 그러므로 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242,244, 246, 248) 및 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)가 형성되는 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)에 코팅처리, 일례로 PSR(Photo Solder Resist) 처리를 하여 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 제3 선로(310, 320, 330,340, 350, 360)가 전기적으로 연결되지 않도록 할 수 있다.
또한, 도면을 참조하면 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 양단의 형상이 테이퍼링 되도록 형성될 수 있다. 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)의 양단이 테이퍼링 됨으로 인해, 제2 선로(232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248)와 제3 선로(310, 320, 330, 340, 350, 360)간에 커플링이 발생될 때 제3 기판(300)이 슬라이딩 형태로 이동하여도 커플링 계수가 일정하게 유지될 수 있으며, 제3 기판(300)의 이동으로 인한 위상 가변이 선형적인 특성을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터가 입력되는 RF 신호의 위상을 가변하여 출력하는 과정을 보다 상세히 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 선로(110)의 입력단(160)으로 RF 신호가 입력된다. 입력된 RF 신호는 제1 선로(110)를 통해 각각 제2 선로(232, 234, 236, 238)로 분배되는데, 제1 기판(100)에 형성된 제1 비아 홀(112, 114, 116, 118) 및 제2 기판(200)에 형성된 제1 비아 홀(212, 214, 216, 218)을 관통하여 각각 제2 선로(232, 234, 236, 238)로 전달된다. 각 제2 선로(232, 234, 236, 238)로 도달하는 RF 신호의 전압은 각각 다를 수 있다. 제1 선로(110)의 모양 및 형상에 따라 각 제2 선로(232, 234, 236, 238)로 분배되는 RF 신호의 전압의 비는 조절될 수 있다. 또한, 입력된 RF 신호의 일부는 제1 선로(110)의 출력단(170)을 통해 출력될 수도 있다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 제2 기판(200)의 제2 선로(232, 234, 236, 238)로 분배된 RF 신호는 제2 선로(232, 234, 236, 238)를 따라 진행하며, 제2 기판(200) 위에 위치하는 제3 기판(300)의 제3 선로(310, 320, 340, 350)로 커플링되게 된다. 각각의 제2 선로(232, 234, 236, 238)를 진행하는 RF 신호는 각 제2선로(232, 234, 236, 238)의 상측에 위치하는 제3 선로(310, 320, 340, 350)로 커플링된다. 예를 들어, 제2 선로(232)를 진행하는 RF 신호는 제3 선로(310)로 커플링되며, 제2 선로(234)를 진행하는 RF 신호는 제3 선로(320)로 커플링된다.
제3 선로(310, 320, 340, 350)로 커플링된 RF 신호는 제3 선로(310,320, 340, 350)를 따라 진행하며, 제3 선로(310, 320, 340, 350)의 커플링된 지점의 반대편 끝단에서 다시 제2 선로(242, 254, 246, 258)로 커플링된다. 이와 같은 커플링은 수 회 반복하여 일어날 수도 있다. 예를 들어, 제2 선로(254, 258)로 커플링된 RF 신호는 다시 제3 선로(330, 360)로 커플링 될 수 있으며, 제3 선로(330,360)로 커플링된 RF 신호는 다시 제2 선로(244, 248)로 커플링될 수 있다.
이처럼 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 분배된 각 RF 신호들이 서로 다른 횟수의 커플링을 거치므로, 진행 경로의 길이가 다양해지고, 따라서 다양한 위상 변화를 가지는 RF 신호들의 출력이 가능하다.
이제, 제2 선로(242, 244, 246, 248)를 진행하는 RF 신호들은 제2기판(200)에 형성된 제1 비아 홀(222, 224, 226, 228) 및 제1 기판(100)에 형성된 제1 비아 홀(122, 124, 126, 128)을 각각 관통하여 제1 기판(100)의 출력 선로(120, 130, 140, 150)로 진행할 수 있다. 출력 선로(120, 130, 140, 150)로 진행한 각 RF 신호는 각 출력단(162, 164, 166, 168)으로 출력된다.
설명한 바와 같이, 제2 선로(212, 216)로 분배되어 진행한 RF 신호는 제3 선로(310, 340)로 커플링 된 후, 다시 제2 선로(222, 226)로 커플링 된다.
한편, 제2 선로(214, 218)로 분배되어 진행한 RF 신호는 제3 선로(320, 350)로 커플링 된 후, 제2 선로(254, 258)로 커플링 되며, 다시 제3 선로(330, 360)로 커플링 된 후, 제2 선로(244, 248)로 커플링 되게 된다. 따라서, 제2 선로(212, 216)로 분배되어 진행한 RF 신호에 비해 제2 선로(214, 218)로 분배되어 진행한 RF 신호는 위상이 더욱 지연되는 효과를 가지게 된다.
또한, 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판(300)은 도 8에 표시된 화살표 방향으로 슬라이딩 형태로 이동하여 위치가 변경될 수 있다.
도 13은 도 12에서 제3 기판의 이동에 의해 제3 선로가 이동한 모습을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제3 기판(300)은 다양한 방법으로 도시된 화살표 방향으로 이동 가능하도록 제작될 수 있다. 일례로, 제3 기판(300)에 형성된 결합 홀(370)에 슬라이딩 부재가 결합되고, 슬라이딩 부재가 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 외부에 돌출될 수 있다. 외부에서 상기 슬라이딩 부재를 움직여서 제3 기판(300)을 이동시킬 수 있다.
도 12와 도 13을 비교하면, 제3 기판(300)은 제2 기판(200)위에서 슬라이딩 방식으로 이동될 수 있다. 제3 기판(300)은 도 12 및 도 13의 위치뿐만 아니라, 다양한 위치로 이동될 수 있다. 제3 기판(300)의 위치에 따라서, RF 신호의 위상은 가변되게 된다.
도 12에서 도 13의 위치로 제3 기판(300)이 이동되는 경우, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 입력된 RF 신호의 위상을 가변시킨다.
일례로, 제2 선로(212)로 분배된 RF 신호의 위상이 도 12의 형태에서는 θ만큼 지연되었다면, 도 13의 형태에서는 θ+α만큼 지연될 수 있다. 따라서 제3 기판의 이동에 의해 제2 선로(212)로 분배된 RF 신호의 위상은 α만큼 가변된다. 한편, 제2 선로(214)로 분배된 RF 신호는 제2 선로(212)로 분배된 RF 신호에 비해 두 배의 위상가변이 일어날 수 있으므로, 제2 선로(214)로 분배된 RF 신호의 위상은 2α만큼 가변될 수 있다. 또한, 제2 선로(216)로 분배된 RF 신호의 위상은 -α만큼 가변될 수 있으며, 제2 선로(218)로 분배된 RF 신호의 위상은 -2α만큼 가변될 수 있다.
제3 기판(300)은 도 12 및 도 13의 위치뿐만 아니라 다양한 위치로 이동할 수 있다. 설명한 바와 같이, 제3 기판(300)의 이동 정도에 따라 입력된 RF신호의 위상 가변의 정도는 달라질 수 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 슬라이딩 부재를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 슬라이딩 부재(500)는 몸체부(510), 핸들부(520) 및 돌기(530)를 포함할 수 있다.
몸체부(510)의 형상은 다양할 수 있으며, 몸체부(510)에는 핸들부(520)가 연장되어 형성될 수 있다. 한편, 몸체부(510)에는 일방향으로 돌출되는 돌기(530)가 형성될 수 있는데, 돌기(530)의 위치 및 형상은 제3 기판(300)의 결합홀(370)의 위치 및 형상에 대응될 수 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판과 슬라이딩 부재의 결합을 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 슬라이딩 부재(500)는 유전체로 형성되며, 제3 기판(300)과 결합될 수 있다. 슬라이딩 부재(500)의 돌기(530)가 제3 기판(300)의 결합 홀(370)에 삽입되어 슬라이딩 부재(500)와 제3 기판(300)이 결합될 수 있다.
도 16은 도 15에서 슬라이딩 부재가 장착된 형상을 도시한 도면이다.
도 15 및 도 16를 참조하면, 슬라이딩 부재(500)는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제3 기판(300)과 결합하며, 도 16에 도시된 화살표 방향으로 제3 기판(300)을 움직이게 할 수 있다. 즉, 돌출된 슬라이딩 부재(500)의 핸들부(520)를 도시된 화살표 방향대로 움직여서 제3 기판(300)의 위치를 이동시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 프레임에 장착되어 사용될 수도 있다. 특히, 프레임에는 두 개의 페이즈 쉬프터가 장착될 수 있는데, 프레임은 두 페이즈 쉬프터의 격리도를 개선시키기 위해 도파관 모드를 발생시킨다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 프레임의 사시도이고, 도 18은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 프레임의 저면 사시도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 프레임(400)에는 기판 고정부(410) 및 반사판 고정부(440)가 돌출되어 형성될 수 있으며, 기판 고정부(410)에는 기판 고정홀(420)이 형성될 수 있고, 반사판 고정부(440)에는 반사판 고정홀(450)이 형성될 수 있다. 한편, 프레임(400)에는 캐비티(430)가 형성될 수 있는데, 캐비티(430)에는 제3 기판(300) 및 슬라이딩 부재(500)가 수용될 수 있다. 또한, 프레임(400)은 프린징 필드(fringing field)를 억제하기 위해 도체로 형성될 수 있으며, 접지 전위를 가질 수 있다.
도 19는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 사시도이다.
도 16 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)의 프레임 홀(190, 290)에는 프레임(400)의 기판 고정부(410)가 삽입될 수 있다. 기판 고정부(410)는 프레임 홀(190, 290)에 납땜으로 고정될 수 있으며, 기판 고정홀(420)에 다른 고정부재가 삽입되어 고정될 수도 있다. 한편, 캐비티(430)에는 제3 기판(300) 및 슬라이딩 부재(500)가 수용되며, 슬라이딩 부재(500)의 핸들부(520)는 프레임(400) 외부로 돌출하여 핸들부(520)를 움직여 제3 기판(300)을 슬라이딩 형태로 이동시킬 수 있다.
한편, 프레임(400)의 반사판 고정부(440)는 반사판(1)에 고정될 수 있다. 반사판 고정부(440)는 반사판(1)에 납땜으로 고정될 수도 있으며, 반사판 고정부(440)에 형성된 반사판 고정홀(450)에 볼트와 같은 고정부재가 반사판(1)을 관통하며 삽입되는 방법으로 반사판 고정부(440)가 반사판(1)에 고정될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 전력 분배를 위한 제1 기판과 위상 가변을 위한 제2 기판 및 제3 기판이 적층된 구조로써, 페이즈 쉬프터의 사이즈가 축소될 수 있으며, 전력 분배 및 위상가변의 설계를 수정하기가 용이한 장점이 있다. 한편, 프레임이 각 기판을 관통하며, 제3 비아 홀이 접지면과 전기적으로 연결되어 접지면이 확장되므로, 제1 기판 및 제2 기판의 적층으로 인한 프린징 필드(fringing field)의 발생이 억제되고 특정 주파수에서의 공진을 방어할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 두 쌍의 기판 및 슬라이딩 부재가 하나의 프레임에 장착될 수도 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 사시도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 프레임(400)의 상측 및 하측에 각각 제1 기판(100), 제2 기판(200), 제3 기판(300) 및 슬라이딩 부재(500)가 장착될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 두 쌍의 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)을 하나의 프레임(400)에 장착함으로, 페이즈 쉬프터의 사이즈를 더욱 축소시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 적층된 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)간에 발생하는 프린징 필드를 억제할 수 있다. 게다가, 프레임(400)의 양측에 두 쌍의 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)이 적층됨에 따라 독립된 두 쌍의 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)간에 발생하는 프린징 필드 또한 억제시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은, 본 발명은 제한된 공간 내에서 공간 전력 결합방식의 안테나 구조를 적용시켜 특정 빔폭을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 페이즈 쉬프터에 슬라이더 결합구조를 적용시켜 전력 분할 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 기지국 안테나를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력 분할과 위상 가변이 독립적으로 이루어지므로, 설계변화에 용이한 장점이 있다. 또한, 소형화가 가능하며, 광대역 설계에 용이하고 프린징 필드(fringing field)의 발생을 억제하는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 반사판 2 : 제 1 다이폴 안테나 어레이
3 : 제 2 다이폴 안테나 어레이 4 : 페이즈 쉬프터
10 : 접지면 20 : 제 1 다이폴 안테나모듈
21,22,23,24 : 다이폴소자(제1 다이폴 안테나모듈)
25,26: 피더부(제1 다이폴 안테나모듈)
27 : 스페이서(제1 다이폴 안테나모듈)
28 : 지지홀 30 : 제 2 다이폴 안테나모듈
31,32,33,34 : 다이폴소자(제2 다이폴 안테나모듈)
35,36: 피더부(제2 다이폴 안테나모듈)
37 : 스페이서(제2 다이폴 안테나모듈)
38 : 지지홈 40 : 초크부재
50 : 커플링 엘리먼트 60 : 일체형 지지대
70 : 분리형 지지대 80 : 절곡부
90 : 서포터 100: 제1 기판
110: 제1 선로
112, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128: 제1 비아 홀
120, 130, 140, 150: 출력 선로 160: 입력단
162, 164, 166, 168, 170: 출력단 180: 제2 비아 홀
185: 주파수 필터 190: 프레임 홀
195: 제3 비아 홀 200: 제2 기판
212, 214, 216, 218, 222, 224, 226, 228: 제1 비아 홀
232, 234, 236, 238, 242, 244, 246, 248, 254, 258: 제2 선로
290: 프레임 홀 295: 제3 비아 홀
300: 제3 기판
310, 320, 330, 340, 350, 360: 제3 선로
370: 결합 홀 400: 프레임
410: 기판 고정부 420: 기판 고정홀
430: 캐비티 440: 반사판 고정부
450: 반사판 고정홀 500: 슬라이딩 부재
510: 몸체부 520: 핸들부
530: 돌기

Claims (30)

  1. 장방형의 반사판;
    상기 반사판 상에서 길이방향으로 배열되며 제 1 주파수대역에서 동작하는 복수의 제 1 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 1 다이폴 안테나 어레이;
    상기 제 1 다이폴 안테나 어레이를 사이에 두고 일정한 간격으로 교차하여 상기 반사판 상에서 지그재그 형상으로 배치되는 복수의 제 2 다이폴 안테나모듈을 구비하는 제 2 다이폴 안테나 어레이; 및
    상기 반사판의 제 1 내지 제 2 다이폴 안테나 어레이가 형성된 면과 반대되는 후면에 전력분배 및 위상가변을 독립적으로 실시할 수 있는 페이즈 쉬프터; 를 포함하며,
    상기 페이즈 쉬프터는, RF 신호의 위상을 가변하기 위한 페이즈 쉬프터로서, 접지면;, 유전체 재질의 제1 기판;, 유전체 재질의 제2 기판; 상기 제2 기판의 위에서 슬라이딩 형태로 이동 가능한 유전체 재질의 제3 기판;, 상기 제3 기판이 삽입되며 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 관통하는 전도체 재질의 프레임;, 상기 제1 기판 위에 형성되는 도체인 제1 선로;. 상기 제2 기판 위에 형성되는 도체인 제2 선로; 및 상기 제3 기판 위에 형성되는 도체인 제3 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 다이폴 안테나모듈은,
    상기 반사판의 폭방향 중심부를 기준으로 두 개씩 쌍을 이루어 지그재그 형상으로 교차하여 반사판의 길이방향에 대해 전체적으로 비선형구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈은,
    상기 쌍을 이루는 두 개의 제 1 다이폴 안테나모듈 사이 외측으로 하나씩 대응되게 배치되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수개의 제 2 다이폴 안테나모듈 각각은,
    이중편파를 발생시키면서 동시에 대각선으로 인접하게 배치되는 각각의 제 2 다이폴 안테나모듈과 쌍을 이루는 공간전력 결합방식을 통해 60도 내지 65도의 수평빔폭을 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  5. 제 3항에 있어서,
    반사판상의 상기 제 1 다이폴 안테나모듈과 상기 제 2 다이폴 안테나모듈 사이에서, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈 각각을 일정한 간격으로 둘러싸며 상기 제 2 다이폴 안테나모듈과 일정한 거리를 유지한 채 인접하게 위치하고 전체적으로 평면이 원형으로 형성되는 복수개의 초크부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 다이폴 안테나모듈은,
    상기 제 1 다이폴 안테나모듈에 비해 상대적으로 동작하는 주파수대역이 낮은 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 다이폴 안테나모듈의 격리도 향상을 위하여 'I'자 형상을 갖는 커플링 엘리먼트를 상기 초크부재상의 상기 제 2 다이폴 안테나가 인접한 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 다이폴 안테나모듈은 각각,
    평면이 부채꼴 형상을 가지며 ±45도의 이중편파를 발생시키는 네 개의 다이폴 소자를 상부에 구비하고,
    상기 네 개의 다이폴 소자를 급전시키는 피더부를 내측으로 지지하기 위한 복수개의 지지홀을 구비하며 반사판의 전면 상부수직방향으로 형성되는 정방형의 일체형 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 다이폴 안테나모듈은,
    적어도 하나 이상의 방사소자 끝단에 절곡부가 형성되어 평면상 전체적으로 비대칭 구조의 십자형상을 형성하는 네 개의 다이폴 소자를 상부에 구비하고,
    상기 각각의 다이폴 소자를 급전시키는 피더부를 각각 독립적으로 지지하기 위한 지지홈을 측면에 구비하며 반사판의 전면 상부수직방향으로 형성되는 네 개의 분리형 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 페이즈 쉬프터의 접지면의 일면은, 상기 제1 기판의 하면에 부착되며, 상기 접지면의 타면은 상기 제2 기판의 하면에 부착되고, 상기 제1 선로는 상기 RF 신호의 전력을 분할할 수 있도록 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 선로는 상기 제2 선로와 커플링을 통하여 상기 RF 신호를 전달할 수있도록 형성되며, 상기 제3 기판의 이동에 따라 상기 RF 신호의 위상이 가변되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 기판 위에 형성되는 출력 선로를 더 포함하되,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제1 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로 및 상기 출력 선로 각각은 상기 제1 비아 홀을 관통하여 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 프레임은, 접지 전위를 가지는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 기판에는 제2 비아 홀이 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 비아홀을 관통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제2 선로의 일단은 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되며, 상기 제2 선로의 타단은 상기 제1 선로 또는 상기 출력 선로와 전기적으로 연결되거나 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제3 선로의 양단은 상기 제2 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 프레임에 삽입되는 슬라이딩 부재를 더 포함하며,
    상기 슬라이딩 부재에는 돌출부 및 손잡이부가 형성되고, 상기 제3 기판에는 결합홀이 형성되며, 상기 돌출부는 상기 결합홀에 삽입되어 고정되고, 상기 손잡이부는 프레임 외부로 돌출되어 상기 손잡이부의 이동에 따라 상기 제3 기판이 이동하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제3 비아홀이 형성되며, 상기 제3 비아홀은 상기 접지면과 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제3 선로의 양단은 테이퍼링 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제1 선로는 주파수 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 페이즈 쉬프터는,
    RF 신호의 위상을 가변하기 위한 페이즈 쉬프터로서,
    제1 페이즈 쉬프터 유닛;
    제2 페이즈 쉬프터 유닛; 및
    일면에는 상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛이 장착되며, 타면에는 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛이 장착되는 전도체 재질의 프레임을 포함하되,
    상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은,
    접지면;
    유전체 재질의 제1 기판;
    유전체 재질의 제2 기판;
    상기 제2 기판의 위에서 슬라이딩 형태로 이동 가능한 유전체 재질의 제3 기판;
    상기 제1 기판 위에 형성되는 도체인 제1 선로;
    상기 제2 기판 위에 형성되는 도체인 제2 선로; 및
    상기 제3 기판 위에 형성되는 도체인 제3 선로를 포함하되,
    상기 접지면의 일면은 상기 제1 기판의 하면에 부착되며, 상기 접지면의 타면은 상기 제2 기판의 하면에 부착되고, 상기 제1 선로는 상기 RF 신호의 전력을 분할할 수 있도록 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 선로는 상기 제2 선로와 커플링을 통하여 상기 RF 신호를 전달할 수 있도록 형성되며, 상기 제3 기판의 이동에 따라 상기 RF 신호의 위상이 가변되고,
    상기 프레임에는 상기 제3 기판이 삽입되며 상기 프레임은 상기 제1 기판 및상기 제2 기판을 관통하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은,
    상기 제1 기판 위에 형성되는 출력 선로를 더 포함하되,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제1 비아홀이 형성되며, 상기제1 선로 및 상기 출력 선로 각각은 상기 제1 비아홀을 관통하여 상기 제2 선로와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 프레임은, 접지 전위를 가지는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제1 기판에는 제2 비아홀이 형성되며, 상기 제1 선로는 상기 제2 비아홀을 관통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제2 선로의 일단은 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되며, 상기 제2 선로의 타단은 상기 제1 선로 또는 상기 출력 선로와 전기적으로 연결되거나 상기 제3 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 제3 선로의 양단은 상기 제2 선로와 커플링이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 쉬프터 유닛 및 상기 제2 페이즈 쉬프터 유닛 각각은,
    상기 프레임에 삽입되는 슬라이딩 부재를 더 포함하며,
    상기 슬라이딩 부재에는 돌출부 및 손잡이부가 형성되고, 상기 제3 기판에는 결합 홀이 형성되며, 상기 돌출부는 상기 결합 홀에 삽입되어 고정되고, 상기 손잡이부는 프레임 외부로 돌출되어 상기 손잡이부의 이동에 따라 상기 제3 기판이 이동하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 다수의 제3 비아홀이 형성되며,
    상기 제3 비아홀은 상기 접지면과 연결되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제3 선로의 양단은 테이퍼링 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 제1 선로는 주파수 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
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