KR101847133B1 - 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치는, 단일의 이중편파 복사소자; 및 상기 단일의 이중편파 복사소자에 급전신호를 인가하는 급전매트릭스부;를 포함하고, 상기 급전매트릭스부는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트로 이루어진 네 개의 입력포트(P1, P2, P3, P4)와; 제 1 출력포트 내지 제 2 출력포트로 이루어진 두 개의 출력포트(P5, P6)와; 제 2 입력포트 및 제 3 입력포트를 입력 단자로 하며 두 개의 출력단자(A,B)를 갖는 180도 랫-레이스 커플러와; 제 1 입력포트(P1) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(A)를 입력단자로 하며 제 1 출력포트(P5)를 출력단자로 갖는 제 1 90도 하이브리드 커플러; 및 제 4 입력포트(P4) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(B)를 입력단자로 하며 제 2 출력포트(P6)를 출력단자로 갖는 제 2 90도 하이브리드 커플러;를 구비한다.
따라서, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 4중편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 결합하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치를 제공하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 4중편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 결합하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치를 제공하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 단일의 이중편파 복사소자에 급전신호용 4중 편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 결합하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치에 관한 것이다.
현재, 이동통신기술의 표준이라 할 수 있는 LTE 이동통신 시스템은 대부분의 나라에서 4세대 이동통신 표준으로 채택하여 사용하고 있다.
이러한 LTE 이동통신 시스템은 대체로 기존의 음성통화만을 위한 것이 아니라 데이터 서비스를 위한 시스템으로서, LTE 이동통신 기술은 데이터 용량이 증가하는 경우에 고속으로 데이터 교환을 처리하기 위해 다수의 안테나를 이용하여 데이터를 여러 경로로 전송하는 MIMO(Multiple input Multipl out)기술이 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래기술에 따라 다이폴 소자를 사용하는 MIMO 안테나 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 안테나 장치는 두 개의 직교편파를 사용하는 단일의 이중편파 복사소자로 2Tx/2Rx의 MIMO 안테나를 구성할 수 있었으나 4Tx/4Rx로 확장할 경우에는 두 개의 이중편파 복사소자를 필요로 하기 때문에 안테나의 물리적인 크기가 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, MIMO 안테나 기술을 적용하더라도 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 현실적이면서도 구현이 가능한 기술이 절실한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 4중편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 결합하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 4개의 입력포트를 통해 입력되는 급전신호에 따라 서로 다른 네 가지 형태의 편파를 발생시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 90도 하이브리드 커플러 및 180도 랫-레이스 커플러를 조합하여 급전매트릭스부를 구현함으로써 4중 편파를 발생시키는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치는, 단일의 이중편파 복사소자; 및 상기 단일의 이중편파 복사소자에 급전신호를 인가하는 급전매트릭스부;를 포함하고, 상기 급전매트릭스부는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트로 이루어진 네 개의 입력포트(P1,P2,P3,P4)와; 제 1 출력포트 내지 제 2 출력포트로 이루어진 두 개의 출력포트(P5, P6)와; 제 2 입력포트(P2) 및 제 3 입력포트(P3)를 갖는 입력단자와 두 개의 출력단자(A,B)를 갖는 180도 랫-레이스 커플러와; 제 1 입력포트(P1) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(A)를 입력단자로 하며 제 1 출력포트(P5)를 출력단자로 갖는 제 1 90도 하이브리드 커플러; 및 제 4 입력포트(P4) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(B)를 입력단자로 하며 제 2 출력포트(P6)를 출력단자로 갖는 제 2 90도 하이브리드 커플러;를 구비할 수 있다.
상기 두 개의 출력포트(P5, P6)는, 상기 단일의 이중편파 복사소자에 급전단자로 연결될 수 있다.
상기 단일의 이중편파 복사소자는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트에 인가되는 신호에 따라 상기 두 개의 출력포트에 4가지 형태의 전력분배가 선택적으로 이루어짐으로써 4중편파가 발생할 수 있다.
상기 단일의 이중편파 복사소자는, 상기 제 1 입력포트에 신호가 인가되면 제 1 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB 전력이 전달되어 +45도 편파를 형성할 수 있다.
상기 단일의 이중편파 복사소자는, 상기 제 2 입력포트에 신호가 인가되면 180도 랫-레이스 커플러의 두 개 출력단자(A,B)를 통해 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 동위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수직편파를 발생시킬 수 있다.
상기 단일의 이중편파 복사소자는, 상기 제 3 입력포트에 신호가 인가되면 180도 랫-레이스 커플러의 두 개 출력단자(A, B)를 통해 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 역위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수평편파를 발생시킬 수 있다.
상기 단일의 이중편파 복사소자는, 상기 제 4 입력포트에 신호가 인가되면 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB 전력이 전달되어 -45도 편파를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 4중 편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 구현하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 4개의 입력포트를 통해 입력되는 급전신호에 따라 서로 다른 네 가지 형태의 편파를 발생시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 90도 하이브리드 커플러 및 180도 랫-레이스 커플러를 조합한 급전매트릭스부를 연결하여 4중편파를 발생시키는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래기술에 따른 다이폴 소자를 사용하는 MIMO 안테나장치이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치의 전체구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 90도 하이브리드 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 180도 랫-레이스 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 구성하는 급전매트릭스부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 90도 하이브리드 커플러와 180도 랫-레이스커플러의 조합으로 이루어진 급전매트릭스부의 전력분배와 상대 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 대응되어 나타나는 편파발생 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부를 마이크로스트립 패치안테나에 적용한 경우의 표면전류를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나장치의 편파방향에 따른 방사패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치의 전체구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 90도 하이브리드 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 180도 랫-레이스 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 구성하는 급전매트릭스부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 90도 하이브리드 커플러와 180도 랫-레이스커플러의 조합으로 이루어진 급전매트릭스부의 전력분배와 상대 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 대응되어 나타나는 편파발생 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부를 마이크로스트립 패치안테나에 적용한 경우의 표면전류를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나장치의 편파방향에 따른 방사패턴을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 경우에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 경우에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치의 전체구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치는, 단일의 이중편파 복사소자(100), 및 상기 단일의 이중편파 복사소자에 급전신호를 인가하는 급전매트릭스부(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 이중편파 복사소자(100)는, 통상적인 다이폴 소자일 수 있으며, 도면상에서는 직교편파를 발생시키는 형태로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 상기 이중편파 복사소자(100)에 인가되는 급전신호는 후술하는 도 3 내지 도 4에 도시된 90도 하이브리드 커플러(410, 420)와 180도 랫-레이스 커플러(300)를 조합한 급전매트릭스(200)를 이용하여 네 개의 편파를 발생시킬 수 있으며, 그에 따라 종래기술과 달리 추가적인 이중편파 복사소자를 필요로 하지 않으면서, 단일의 이중편파 복사소자를 이용하여 4중편파를 발생시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 90도 하이브리드 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부(200)를 구성하는 하이브리드 커플러에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.
하이브리드 커플러는, 무선통신회로에 광범위하게 응용되어 사용하고 있는 수동소자로서, 입력전력을 두 개의 균등한 전력으로 출력하는 방향성 커플러의 일종이다.
본 발명의 실시예에 사용된 하이브리드 커플러에 의해 분리되는 복수 개의 신호는 -3dB의 동일한 크기의 전력을 가지면서 90도의 위상차이를 갖는 90도 하이브리드 커플러이다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 적용된 90도 하이브리드 커플러를 설명하면, 도 3은 90도 하이브리 커플러의 입력신호에 대한 출력신호의 위상관계를 나타내는 것이다.
도 3을 참조하여 90도 하이브리드 커플러의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 90도 하이브리드 커플러의 입력포트(H1)에 신호가 인가될 경우에는 출력포트(H3, H4)에 각각 90도 및 180도 위상을 갖는 신호가 출력된다.
이때, 출력포트(H3, H4)에 출력된 신호는 각각, 입력된 신호전력의 절반 크기로 동일하게 -3dB 크기의 전력을 갖게 된다.
반대의 경우를 참조하면, 90도 하이브리드 커플러의 입력포트(H2)에 신호가 인가될 경우에는 출력포트(H3, H4)에 각각 180도 및 90도 위상을 갖는 신호가 출력되고, 이와 같은 경우에도 각각 동일한 크기의 전력으로 배분된다.
즉, 본 발명의 실시예에서 적용된 90도 하이브리드 커플러는, 입력포트(H1, H2)에 신호가 인가되면 입력포트를 기준으로 서로 교차하는 출력포트(H3, H4)에 90도의 위상차이를 갖는 신호가 출력된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 180도 랫-레이스 커플러의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부(200)를 구성하는 랫-레이스 커플러에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.
랫-레이스 커플러는, 앞서 상술한 하이브리드 커플러와 같은 반전력배분기로써 차이점은 분배되는 신호전력이 180도의 위상차를 나타내는 점이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 랫-레이스 커플러를 통과한 이후에 하이브리드 커플러에 의해 분리되는 복수 개의 신호는 최초 입력신호에 대해 반전력분배기를 2회 통과되어 -6dB의 크기를 갖게 된다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 적용된 180도 랫-레이스 커플러를 설명하면, 도 4는 180도 랫-레이스 커플러의 입력신호에 대한 출력신호의 위상관계를 나타내는 것이다.
도 4를 참조하여 180도 랫-레이스 커플러의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 180도 랫-레이스 커플러의 입력포트(R1)에 신호가 인가될 경우에는 출력포트(R3, R4)에 각각 90도의 동위상을 갖는 신호가 출력된다.
이때, 출력포트(R3, R4)에 출력된 신호는 각각, 입력된 신호전력의 절반 크기로 동일하게 -3dB 크기의 전력을 갖게 된다.
반면에, 180도 랫-레이스 커플러의(R2)에 신호가 인가될 경우에는 출력포트(R3, R4)에 각각 90도 및 270도의 역위상으로 180도의 위상차를 갖는 신호가 출력되고, 이와같은 경우에도 각각 동일한 -3dB 크기의 전력으로 배분된다.
다음으로, 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치를 구성하는 주요구성에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 구성하는 급전매트릭스부를 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 급전매트릭스부는, 네 개의 입력포트(P1, P2, P3, P4)와 두 개의 출력포트(P5, P6)를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 두 개의 출력포트(P5, P6)가 상기 단일의 이중편파 복사소자(100)의 급전단자로 연결되어 상이한 4개의 편파를 발생시키는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 네 개의 입력포트(P1, P2, P3, P4)는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트로 이루어지고, 상기 두 개의 출력포트(P5, P6)는, 제 1 출력포트 및 제 2 출력포트로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부(200)는, 단일의 180도 랫-레이스 커플러(300)와 두 개의 제1 및 제2 90도 하이브리드 커플러(410, 420)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 180도 랫-레이스 커플러(300)는, 제 2 입력포트(P2) 및 제 3 입력포트(P3)를 입력단자로 하며 두 개의 출력단자(A, B)를 갖는다.
또한, 제 1 90도 하이브리드 커플러(410)는, 제 1 입력포트(P1) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(A)가 입력단자이며, 제 1 출력포트(P5)가 출력단자이다.
아울러, 제 2 90도 하이브리드 커플러(420)는, 제 4 입력포트(P4) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(B)가 입력단자이며, 제 2 출력포트(P6)가 출력단자이다.
이때, 상기 제 1 90도 하이브리드 커플러의 상기 제 1 출력포트(P5)에 연결된 출력단자 이외의 또 다른 출력단자는 터미네이션되고, 또한, 상기 제 2 90도 하이브리드 커플러의 상기 제 2 출력포트(P6)에 연결된 출력단자 이외의 또 다른 출력단자도 터미네이션된다.
본 발명의 실시예에서, 단일의 이중편파 복사소자는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트(P1, P2, P3, P4)에 인가되는 신호에 따라 상기 두 개의 출력포트(P5, P6)에 4가지 형태의 전력분배가 선택적으로 이루어짐으로써 4중편파가 발생할 수 있다.
즉, 4개의 입력포트(P1, P2, P3, P4)에 대하여 각기 서로 다른 형태의 편파를 발생시켜 단일의 이중편파 복사소자를 이용하여 서로 상이한 4중편파를 발생시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 90도 하이브리드 커플러와 180도 랫-레이스커플러의 조합으로 이루어진 급전매트릭스부의 전력분배와 상대 위상특성을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6에 대응되어 나타나는 편파발생 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 상술한 내용과 도 6 내지 도 7을 참조하여 각 입력포트(P1, P2, P3, P4)에 신호를 인가하였을 때의 편파 발생형태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 입력포트(P1)에 신호가 인가되면 제 1 90도 하이브리드 커플러에 의해 -3dB 크기의 두 가지 신호로 분리되지만 제 2 출력포트방향의 출력포트는 종단되어 제 1 출력포트(P5)만 출력단자로 사용되어 -3dB의 신호가 전달되고 +45도의 편파가 발생하는 것을 알 수 있다.
즉, 단일의 이중편파 복사소자(100)는, 상기 제 1 입력포트(P1)에 신호가 인가되면 제 1 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB의 전력이 전달되어 +45도 편파를 형성할 수 있다.
다음으로, 입력포트(P2)에 신호가 인가되면, 도 4에서 상술한 바와 같이, 180도 랫-레이스(300)의 출력단자(A, B)에 각각 90도의 동위상을 갖는 -3dB크기의 반전력분배신호가 출력되고, 출력단자(A, B)에서 출력되는 90도의 위상을 갖는 신호가 다시 제 1 90도 하이브리드 커플러 및 제 2 90도 하이브리드 커플러에 입력되면 도 3에서 상술한 바와 같이 제 1 출력포트(P5)와 제 2 출력포트(P6)로 0도의 위상을 가지는 -6dB의 반전력분배신호가 출력되고, 결과적으로 수직편파가 발생하는 것을 알 수 있다.
즉, 단일의 이중편파 복사소자(100)는, 상기 제 2 입력포트(P2)에 신호가 인가되면 180도 랫-레이스 커플러(300)의 두 개 출력단자(A, B)를 통해 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 동위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수직편파를 발생시킬 수 있다.
다음으로, 입력포트(P3)에 신호가 인가되면, 도 4에서 상술한 바와 같이, 180도 랫-레이스(300)의 출력단자(A, B)에 각각 90도 및 270도의 역위상을 가지며 180도의 위상차를 갖는 -3dB 크기의 반전력분배신호가 출력되고, 출력단자(A, B)에서 출력되는 신호가 다시 제 1 90도 하이브리드 커플러 및 제 2 90도 하이브리드 커플러에 입력되면 앞서 상술한 예와 같이 제 1 출력포트(P5)와 제 2 출력포트(P6)으로 0 도 및 180도의 위상을 가지며 -6dB의 반전력분배신호가 출력되고, 결과적으로 수평편파가 발생하는 것을 알 수 있다.
즉, 단일의 이중편파 복사소자(100)는, 상기 제 3 입력포트(P3)에 신호가 인가되면 180도 랫-레이스 커플러(300)의 두 개 출력단자(A, B)를 통해 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 역위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수평편파를 발생시킬 수 있다.
마지막으로, 입력포트(P4)에 신호가 인가되면, 제 1 90도 하이브리드 커플러에 의해 -3dB 크기의 두 가지 신호로 분리되지만 제 1 출력포트방향의 출력포트는 종단되어 제 2 출력포트(P6)만 출력단자로 사용되어 -3dB의 신호가 전달되고 -45도 편파가 발생하는 것을 알 수 있다.
즉, 단일의 이중편파 복사소자(100)는, 상기 제 4 입력포트(P4)에 신호가 인가되면 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB 전력이 전달되어 -45도 편파를 형성할 수 있다.
이와 같은 원리에 의하여, 본 발명에 따른 급전매트릭스부(200)는, 각 입력포트(P1, P2, P3, P4)를 통한 신호입력에 따라 서로 다른 형태의 편파(+45도편파, 수직편파, 수평편파, -45도 편파)를 발생시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급전매트릭스부를 마이크로스트립 패치안테나에 적용한 경우의 표면전류를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나장치의 편파방향에 따른 방사패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 4개의 입력포트(P1, P2, P3, P4) 중 어느 하나를 선택하여 신호를 인가함으로써 편파특성이 각각 변화하는 것을 알 수 있으며, 따라서, 4가지 형태의 상이한 편파를 얻을 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 4중편파 안테나 장치는, 모든 편파에서 방사패턴의 지향방향이 동일한 것을 알 수 있기 때문에 MIMO안테나로의 적용이 가능함을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자에 4중편파를 발생시키는 급전매트릭스부를 결합하여 안테나의 물리적인 크기를 감소시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 4개의 입력포트를 통해 입력되는 급전신호에 따라 각기 서로 다른 네 가지 형태의 편파를 발생시킬 수 있는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 단일의 이중편파 복사소자의 급전단자에 90도 하이브리드 커플러 및 180도 랫-레이스 커플러를 조합한 급전매트릭스부를 결합하여 서로 상이한 4중편파를 발생시키는 4중편파 안테나 장치를 제공하는데 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
100 : 이중편파 복사소자
200 : 급전매트릭스부
300 : 180도 랫-레이스 커플러
410 : 제 1 90도 하이브리드 커플러
420 : 제 2 90도 하이브리드 커플러
200 : 급전매트릭스부
300 : 180도 랫-레이스 커플러
410 : 제 1 90도 하이브리드 커플러
420 : 제 2 90도 하이브리드 커플러
Claims (8)
- 단일의 이중편파 복사소자와, 상기 단일의 이중편파 복사소자에 급전신호를 인가하는 급전매트릭스부를 포함하고,
상기 급전매트릭스부는, 제 1 입력포트 내지 제 4 입력포트로 이루어진 네 개의 입력포트(P1, P2, P3, P4)와, 제 1 출력포트 내지 제 2 출력포트로 이루어진 두 개의 출력포트(P5, P6)를 포함하여 이루어지며,
상기 제 2 입력포트 및 상기 제 3 입력포트가 입력단자로 형성되며, 두 개의 출력단자(A, B)로 형성되는 180도 랫-레이스 커플러와;
상기 제 1 입력포트(P1) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(A)가 입력단자로 형성되며, 상기 제 1 출력포트(P5)가 출력단자로 형성되는 제 1 90도 하이브리드 커플러; 및
상기 제 4 입력포트(P4) 및 상기 180도 랫-레이스 커플러의 출력단자(B)가 입력단자로 형성되며, 제 2 출력포트(P6)가 출력단자로 형성되는 제 2 90도 하이브리드 커플러; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 급전매트릭스부의 두 개의 출력포트(P5, P6)는,
상기 단일의 이중편파 복사소자의 급전단자로 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 단일의 이중편파 복사소자는,
+45도와 -45도의 편파를 발생하는 이중편파 소자인 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 단일의 이중편파 복사소자는,
상기 제 1 입력포트에 신호가 인가되면, 상기 제 1 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB 전력이 전달되어 +45도의 편파를 형성하는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 3에 있어서,상기 단일의 이중편파 복사소자는,
상기 제 2 입력포트에 신호가 인가되면, 상기 180도 랫-레이스 커플러의 두 개 출력단자(A, B)를 통하여 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 동위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수직편파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 단일의 이중편파 복사소자는,
상기 제 3 입력포트에 신호가 인가되면, 상기 180도 랫-레이스 커플러의 두 개 출력단자(A, B)를 통하여 상기 제 1 내지 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 역위상의 -6dB 전력이 동시에 전달되어 수평편파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 단일의 이중편파 복사소자는,
상기 제 4 입력포트에 신호가 인가되면, 상기 제 2 90도 하이브리드 커플러의 출력단자에 -3dB 전력이 전달되어 -45도의 편파를 형성하는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 90도 하이브리드 커플러의 상기 제 1 출력포트(P5)에 연결된 출력단자 이외의 또 다른 출력단자는 터미네이션되고,
상기 제 2 90도 하이브리드 커플러의 상기 제 2 출력포트(P6)에 연결된 출력단자 이외의 또 다른 출력단자도 터미네이션되는 것을 특징으로 하는 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치
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| KR1020170068332A KR101847133B1 (ko) | 2017-06-01 | 2017-06-01 | 단일의 이중편파 복사소자에 의한 4중편파 안테나 장치 |
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- 2017-06-01 KR KR1020170068332A patent/KR101847133B1/ko active IP Right Grant
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