KR102017499B1 - 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기 - Google Patents

이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 위상 가변기는 입력 포트와 복수의 출력 포트를 구비하는 제1 전송 패턴이 형성된 메인 기판 위에 중심축을 매개로 회전 가능하게 제2 전송 패턴이 형성된 회전 기판이 설치되어 입력 포트와 출력 포드들 간의 거리 분배로 위상을 가변한다. 제1 전송 패턴은 중심축을 중심으로 상부와 하부에 각각 제2 전송 패턴에 커플링되는 아크형 패턴이 형성된다. 입력 포트와 복수의 출력 포트의 연결에 있어서, 신호 분기가 이루어지는 부분을 윌킨슨 분배기로 연결함으로써, 각 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있고, 이를 통하여 복수의 출력 포트 뒷단에 설치되는 각각의 복사 소자에 신호를 안정적으로 공급할 수 있다.

Description

이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기{Arc type phase shifter for mobile communication antenna}
본 발명은 위상 가변기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력 포트 간의 분리도를 확보하여 각각의 복사 소자에 안정적으로 신호를 공급할 수 있는 이동통신 안테나용 아크 타입의 위상 가변기에 관한 것이다.
이동통신 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.
반면에 전기적 빔 틸트 방식은 원격으로 안테나의 빔 틸트를 조정하기 때문에, 안테나가 설치된 높은 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 기반하는 메인 기판에 대해서 회전 기판이 회전하는 구조를 가지고 있다. 이러한 위상 가변기를 아크형(arc type) 위상 가변기라고 한다.
이러한 아크형 위상 가변기는 티-정션(T-junction)을 기본으로 설계되어 있기 때문에, 출력 포트 간의 분리도(isolation)를 확보하는 데 어려움이 있다. 예컨대 아크형 위상 가변기에 있어서, 입력 포트를 P1, 출력 포트를 P2, P3라고 정의할 때, 에스-파라미터(S-parameter) 특성 중 S22, S23 특성이 각각 -6dB 정도 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이것은 P2로 반사되는 신호의 크기가 크고, P2와 P3간 분리도가 확보되고 있지 않다는 의미이다. 이러한 특성으로 인하여 출력 포트 뒷단에 복사소자나 다른 컴포넌트가 존재 할 경우, 출력 포트 간의 간섭으로 인하여 출력 포트 뒷단에 설치되는 컴포넌트에 적절한 신호를 공급하기가 어려워진다.
이러한 아크형 위상 가변기의 특성은 어레이 안테나에 적용할 경우, 각 복사소자에 공급되는 진폭과 위상을 왜곡시켜 원하는 복사 패턴을 얻기가 쉽지 않다.
등록특허공보 제10-1586424호 (2016.01.19. 공고)
따라서 본 발명의 목적은 출력 포트 간의 분리도를 확보하여 각각의 복사 소자에 안정적으로 신호를 공급할 수 있는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중심축; 상기 중심축에 결합되며, 상기 중심축 주위의 상부면에 형성된 제1 전송 패턴을 포함하고, 상기 제1 전송 패턴은 상기 중심축이 결합되는 제1 홀 패턴과, 상기 제1 홀 패턴을 중심으로 상하로 형성되며 양단부에 출력 포트가 형성된 아크형 패턴과, 상기 아크형 패턴 사이에 형성되며 일단이 상기 제1 홀 패턴에 연결되고 타단에 입력 포트가 형성된 급전 패턴과, 상기 급전 패턴에 제1 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 매개로 연결되며 단부에 출력 포트가 형성된 고정형 패턴을 구비하는 메인 기판; 및 상기 중심축을 통하여 상기 메인 기판의 상부면에 밀착되게 설치되며, 상기 메인 기판에 대해서 상기 중심축을 축으로 회전 가능하게 결합되며, 상기 메인 기판의 상부면과 마주보는 하부면에 형성되는 제2 전송 패턴을 포함하고, 상기 제2 전송 패턴은 상기 급전 패턴 및 상기 아크형 패턴에 연결되어 회전에 따라 상기 입력 포트와 상기 출력 포트들 간의 거리 분배로 위상을 가변하는 회전 기판;을 포함하는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기를 제공한다.
상기 아크형 패턴은, 상기 중심축을 중심으로 상부에 형성되며, 상기 중심축을 중심으로 상부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트가 형성된 제1 아크형 패턴; 및 상기 중심축을 중심으로 하부에 형성되며, 상기 중심축을 중심으로 하부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트가 형성된 제2 아크형 패턴;을 포함할 수 있다.
상기 제1 홀 패턴, 상기 급전 패턴, 상기 제1 윌킨슨 분배기 및 상기 고정형 패턴은 상기 제1 아크형 패턴과 상기 제2 아크형 패턴 사이에 형성된다.
상기 제1 윌킨슨 분배기는, 상기 입력 포트에 연결되는 제1 배선; 상기 제1 배선에서 두 가지로 분기되어 하나는 상기 중심축을 향하는 상기 급전 패턴 부분에 연결되고, 다른 하나는 상기 고정형 패턴의 출력 포트를 향하는 상기 고정형 패턴 부분에 연결되는 한 쌍의 제1 분기 배선; 및 상기 한 쌍의 제1 분기 배선을 연결하는 제1 저항기;를 포함할 수 있다.
상기 제2 전송 패턴은, 상기 중심축에 결합되며, 상기 제1 홀 패턴에 밀착되는 제2 홀 패턴; 상기 제2 홀 패턴과 일체로 형성되어 상기 제1 아크형 패턴 상부로 뻗어 있으며, 상기 제1 아크형 패턴에 커플링되는 제2-1 전송 패턴; 상기 제2 홀 패턴과 일체로 형성되어 상기 제2 아크형 패턴의 상부로 뻗어 있으며, 상기 제2 아크형 패턴에 커플링되는 제2-2 전송 패턴; 및 상기 제2 홀 패턴과, 상기 제2-1 전송 패턴 및 제2-2 전송 패턴을 연결하는 제2 윌킨슨 분배기;를 포함할 수 있다.
상기 제2 윌킨슨 분배기는, 상기 제2 홀 패턴에 연결되는 제2 배선; 상기 제2 배선에서 두 가지로 분기되어 하나는 제2-1 전송 패턴에 연결되고, 다른 하나는 제2-2 전송 패턴에 연결되는 한 쌍의 제2 분기 배선; 및 상기 한 쌍의 제2 분기 배선을 연결하는 제2 저항기;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제2 저항기는 상기 회전 기판의 상부면에 실장되어 상기 회전 기판의 하부면에 형성된 상기 한 쌍의 제2 분기 배선을 비아 홀을 통해 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 아크형 위상 가변기는 입력 포트와 복수의 출력 포트의 연결에 있어서, 신호 분기가 이루어지는 부분에 윌킨슨 분배기가 연결되기 때문에, 티-정션을 기반으로 하는 호 타입의 위상 가변기가 갖는 문제점을 해소할 수 있다. 즉 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 이용하여 각 출력 포트 간의 분리도를 확보할 수 있고, 이를 통하여 복수의 출력 포트 뒷단에 설치되는 각각의 복사 소자에 신호를 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 아크형 위상 가변기의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 메인 기판을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 1의 회전 기판을 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 4의 5-5선 단면도이다.
도 6은 비교예에 따른 아크형 위상 가변기를 보여주는 개략도이다.
도 7 및 도 8은 비교예 및 실시예에 따른 위상 가변기의 파워 편차를 보여주는 그래프이다.
도 9 및 도 10은 비교예 및 실시예에 따른 위상 가변기의 위상 편차를 보여주는 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기를 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 2는 도 1의 아크형 위상 가변기의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기(100; 이하, '위상 가변기'라 함)는 중심축(10)과, 중심축(10)에 순차적으로 적층 결합된 메인 기판(20)과 회전 기판(60)을 포함한다. 메인 기판(20)에는 입력 포트(35)와 복수의 출력 포트(51,53,55,57,59)를 포함하고, 중심축(10)을 중심으로 상하로 형성된 아크형 패턴(27)을 구비하는 제1 전송 패턴(23)이 형성되어 있다. 회전 기판(60)에는 복수의 아크형 패턴(27)에 기계적인 접촉에 의해 전기적으로 연결되는 제2 전송 패턴(63)이 형성되어 있다. 메인 기판(20)의 상부면에 회전 기판(60)이 밀착되게 설치된다. 메인 기판(20)은 중심축(10)에 고정되고, 회전 기판(60)은 중심축(10)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서 중심축(10)에 고정된 메인 기판(20)에 대해서 중심축(10)을 회전축으로 회전 기판(60)이 회전하면서, 입력 포트(35)와 출력 포트들(51,53,55,57,59) 간의 거리 분배로 위상을 가변한다.
이때 본 실시예에 따른 위상 가변기(100)는 입력 포트(35)와 복수의 출력 포트(51,53,55,57,59)의 연결에 있어서, 신호 분기가 이루어지는 부분에 윌킨슨 분배기(40,70;Wilkinson divider)가 연결되어 있다. 윌킨슨 분배기(40,70)를 이용하여 신호를 분기하기 때문에, 각 출력 포트(51,53,55,57,59) 간의 분리도를 확보할 수 있고, 이를 통하여 복수의 출력 포트(51,53,55,57,59) 뒷단에 설치되는 각각의 복사 소자에 신호를 안정적으로 공급할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 위상 가변기(100)에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 1의 메인 기판(20)을 보여주는 평면도이다. 도 4는 도 1의 회전 기판(60)을 보여주는 평면도이다. 그리고 도 5는 도 4의 5-5선 단면도이다.
메인 기판(20)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 베이스 기판(21), 접지면(도시안됨), 및 제1 전송 패턴(23)을 포함한다.
제1 베이스 기판(21)은 하부면과, 하부면에 반대되는 상부면을 갖는 절연성 소재의 기판이다. 제1 베이스 기판(21)은 중심에 중심축(10)이 설치되는 제1 관통 홀(22)이 형성되어 있다. 제1 베이스 기판(21)은 중심축(10)에 결합된다.
접지면은 제1 베이스 기판(21)의 하부면에 형성된다.
제1 전송 패턴(23)은 제1 베이스 기판(21)의 상부면에 형성된 배선 패턴이다. 제1 전송 패턴(23)은 마이크로스트립 선로이다. 이러한 제1 전송 패턴(23)은 제1 홀 패턴(25), 아크형 패턴(27), 급전 패턴(33) 및 고정형 패턴(37)을 구비한다. 제1 홀 패턴(25)은 중심축(10)이 결합되는 제1 관통 홀(22)의 주위에 링 형태로 형성된다. 아크형 패턴(27)은 제1 홀 패턴(25)을 중심으로 상하로 형성되며 양단부에 출력 포트(51,53,57,59)가 형성된다. 급전 패턴(33)은 아크형 패턴(27) 사이에 형성되며 일단이 제1 홀 패턴(25)에 연결되고 타단에 입력 포트(35)가 형성된다. 그리고 고정형 패턴(37)은 급전 패턴(33)에 제1 윌킨슨 분배기(40)를 매개로 연결되며 단부에 출력 포트(55)가 형성된다.
이때 아크형 패턴(27)은 제1 아크형 패턴(29)과 제2 아크형 패턴(31)을 포함할 수 있다. 제1 아크형 패턴(29)은 중심축(10)을 중심으로 상부에 형성되며, 중심축(10)을 중심으로 상부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트(51,59)가 형성된다. 그리고 제2 아크형 패턴(31)은 중심축(10)을 중심으로 하부에 형성되며, 중심축(10)을 중심으로 하부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트(53,57)가 형성된다.
본 실시예에서는 하나의 입력 포트(35)와 5개의 출력 포트(51,53,55,57,59)를 구비하는 예를 개시하였다. 5개의 출력 포트(51,53,55,57,59)는 제1 아크형 패턴(29)에 형성된 제1 및 제5 출력 포트(51,59)와, 제2 아크형 패턴(31)에 형성된 제2 및 제5 출력 포트(53,57)와, 고정형 패턴(37)에 형성된 제3 출력 포트(55)를 포함한다. 중심축(10)을 중심으로 왼쪽에 제1 출력 포트(51)와 제4 출력 포트(57)가 배치되고, 오른쪽에 입력 포트(35), 제2 출력 포트(53), 제3 출력 포트(55) 및 제5 출력 포트(59)가 배치될 수 있다.
5개의 출력 포트(51,53,55,57,59)는 각각 제1 내지 제5 복사 소자에 연결될 수 있다. 제1 내지 제5 복사 소자가 순차적으로 배열된다고 가정했을 때, 제1 내지 제5 복사 소자에 각각 대응되게 제1 내지 제5 출력 포트(51,53,55,57,59)가 연결된다.
제1 홀 패턴(25), 급전 패턴(33), 제1 윌킨슨 분배기(40) 및 고정형 패턴(37)은 제1 아크형 패턴(29)과 제2 아크형 패턴(31) 사이에 형성될 수 있다.
제1 윌킨슨 분배기(40)는 제1 배선(41), 한 쌍의 제1 분기 배선(43) 및 제1 저항기(45)를 포함한다. 제1 배선(41)은 입력 포트(35)에 연결된다. 한 쌍의 제1 분기 배선(43)은 제1 배선(41)에서 두 가지로 분기되어, 하나는 중심축(10)을 향하는 급전 패턴(33) 부분에 연결되고, 다른 하나는 제3 출력 포트(55)를 향하는 고정형 패턴(37) 부분에 연결된다. 제1 저항기(45)는 한 쌍의 제1 분기 배선(43)을 연결한다.
여기서 제1 저항기(45)는 회전하는 회전 기판(60)과 물리적으로 간섭하지 않도록, 회전 기판(60)이 회전하는 구역의 외측에 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 윌킨슨 분배기(40)는 한 쌍의 제1 분기 배선(43)을 제1 저항기(45)로 연결하기 때문에, 한 쌍의 제1 분기 배선(43)에 연결된 제3 출력 포트(55)와 나머지 출력 포트(51,53,57,59) 간의 임피던스 매칭 및 분리도(isolation) 확보에 관계되어 있다. 즉, 제1 윌킨슨 분배기(40)를 통하여 제3 출력포트(55)와 나머지 출력 포트(51,53,57,59) 간의 분리도를 확보할 수 있다.
회전 기판(60)은, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 베이스 기판(61)과 제2 전송 패턴(63)을 포함한다.
제2 베이스 기판(61)은 하부면과, 하부면에 반대되는 상부면을 갖는 절연성 소재의 기판이다. 제2 베이스 기판(61)은 중심에 중심축(10)이 설치되는 제2 관통 홀(62)이 형성되어 있다. 제2 베이스 기판(61)은 중심축(10)에 회전 가능하게 결합된다.
제2 전송 패턴(63)은 제2 베이스 기판(61)의 하부면에 형성된 배선 패턴이다. 제2 전송 패턴(63)은 제1 전송 패턴(23)과 다르게 제2 베이스 기판(61)의 상부면에 접지면이 없다. 제1 전송 패턴(23)과 제2 전송 패턴(63)이 밀착될 경우 메인 기판(20)의 접지면을 공용하며 마이크로스트립 선로로 동작한다. 이러한 제2 전송 패턴(63)은 제2 홀 패턴(65), 제2-1 전송 패턴(67), 제2-2 전송 패턴(69) 및 제2 윌킨슨 분배기(70)를 포함한다. 제2 홀 패턴(65)은 중심축(10)이 결합되는 제2 관통 홀(62)의 주위에 링 형태로 되며, 제1 홀 패턴(25)에 밀착되어 전기적으로 연결된다. 제2-1 전송 패턴(67)은 제2 홀 패턴(65)과 일체로 형성되어 제1 아크형 패턴(29) 상부로 뻗어 있으며, 제1 아크형 패턴(29)에 커플링되어 전력을 전달한다. 제2-2 전송 패턴(69)은 제2 홀 패턴(65)과 일체로 형성되어 제2 아크형 패턴(31)의 상부로 뻗어 있으며, 제2 아크형 패턴(31)에 커플링되어 전력을 전달한다. 그리고 제2 윌킨슨 분배기(70)는 제2 홀 패턴(65)과, 제2-1 전송 패턴(67) 및 제2-2 전송 패턴(69)을 연결한다.
이때 제2-1 전송 패턴(67)은 일부 굴곡진 형태를 갖지만 제1 아크형 패턴(29)을 향하여 뻗어 있다. 제2-2 전송 패턴(69)은 제2 윌킨슨 분배기(70)를 매개로 연결하기 위해서, 제1 아크형 패턴(29)을 향하여 뻗어 있다가 유턴하여 최종적으로는 제2 아크형 패턴(31)을 향하여 뻗어 있다. 중심축(10)에서 제2-1 전송 패턴(67)의 단부가 형성하는 반경은 제1 아크형 패턴(29)의 반경과 동일하다. 중심축(10)에서 제2-2 전송 패턴(69)의 단부가 형성하는 반경은 제2 아크형 패턴(31)의 반경과 동일하다
이로 인해 회전 기판(60)이 중심축(10)을 회전축으로 회전하는 경우, 제2-1 전송 패턴(67)의 단부는 제1 아크형 패턴(29)에 접촉하여 회전하고, 제2-2 전송 패턴(69)의 단부는 제2 아크형 패턴(31)에 접촉하여 회전하면서 입력 포트(35)와 제1 내지 제5 출력 포트(51,53,55,57,59) 간의 거리 분배로 위상을 가변한다.
제2 윌킨슨 분배기(70)는 제2 배선(71), 한 쌍의 제2 분기 배선(73) 및 제2 저항기(75)를 포함한다. 제2 배선(71)은 제2 홀 패턴(65)에 연결된다. 한 쌍의 제2 분기 배선(73)은 제2 배선(71)에서 두 가지로 분기되어, 제2-1 전송 패턴(67)에 연결되고, 다른 하나는 제2-2 전송 패턴(69)에 연결된다. 제2 저항기(75)는 한 쌍의 제2 분기 배선(73)을 연결한다.
여기서 제2 저항기(75)는 메인 기판(20)의 상부면과 물리적으로 간섭하지 않도록, 회전 기판(60)의 상부면에 형성될 수 있다. 즉 제2 저항기(75)는 제2 베이스 기판(61)의 상부면에 실장되어 제2 베이스 기판(61)의 하부면에 형성된 한 쌍의 제2 분기 배선(73)을 연결된다. 제2 베이스 기판(61)의 상부면에 실장된 제2 저항기(75)는 비아 홀(77)을 통하여 제2 베이스 기판(61)의 하부면에 형성된 한 쌍의 제2 분기 배선(73)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이 제2 윌킨슨 분배기(70)는 한 쌍의 제2 분기 배선(43)을 제2 저항기(75)로 연결하기 때문에, 한 쌍의 제2 분기 배선(73)에 연결된 제1,5 출력 포트(51,59)와 제2,4 출력 포트(53,57) 간의 임피던스 매칭 및 분리도(isolation) 확보에 관계되어 있다. 즉, 제2 윌킨슨 분배기(70)를 통하여 제1,5 출력 포트(51,59)와 제2,4 출력 포트(53,57) 간의 분리도를 확보할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 윌킨슨 분배기(40)를 통하여 제3 출력포트(55) 와 나머지 출력 포트(51,53,57,59) 간의 분리도를 확보할 수 있고, 제2 윌킨슨 분배기(70)를 통하여 제1,5 출력 포트(51,59)와 제2,4 출력 포트(53,57) 간의 분리도를 확보할 수 있다. 즉 본 실시예에 따른 위상 가변기(100)는 입력 포트(35)와 복수의 출력 포트(51,53,55,57,59) 간에 신호 분기가 이루어지는 부분을 각각 윌킨슨 분배기(40,70)로 연결함으로써, 각 출력 포트(51,53,55,57,59) 간의 분리도를 확보할 수 있고, 이를 통하여 복수의 출력 포트(51,53,55,57,59) 뒷단에 설치되는 각각의 복사 소자에 신호를 안정적으로 공급할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 위상 가변기(100)의 전파 특성을 확인하기 위해서 비교예에 따른 위상 가변기(200)와 함께 파워 편차와 위상 편차를 측정하였다.
비교예에 따른 위상 가변기(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 윌킨슨 분배기를 포함하지 않는다. 위상 가변기(200)는 아크형 패턴(127)을 구비하는 제1 전송 패턴(123)을 포함하는 메인 기판(120)과, 메인 기판(120)의 상부면에 중심축(110)을 매개로 회전 가능하게 결합된 회전 기판(160)을 포함한다. 회전 기판(160)은 하부면에 제2 전송 패턴(163)이 형성되어 있다. 급전 패턴(133)에 대해서 입력 포트(135)와 제3 출력 포트(155)로 분기되어 있다. 제2 전송 패턴(163)은 제2 홀 패턴(165)에 대해서 제2-1 전송 패턴(167)과 제2-2 전송 패턴(169)으로 분기되어 있다.
도 7 및 도 8은 비교예 및 실시예에 따른 위상 가변기의 파워 편차를 보여주는 그래프이다. 그래프에서 0, 2.5, 5, 7.5, 10은 위상 가변기의 빔 틸트 위치(Beam tilt position)를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 파워 편차는 윌킨슨 분배기 적용 전/후를 비교하기 위한 데이터로서, 위상 가변기의 출력 포트에서 측정된 power(S21,[dB]) 값이 주파수에 따라 또는 위상 가변기의 빔 틸트 위치에 따라 이상적인 설계치인 0 [dB]로부터 벗어난 수치를 도시한 그래프이다.
비교예에 따른 위상 가변기는, 도 7에 도시된 바와 같이, 0 [dB]를 기준으로 상하로 넓게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
반면에 실시예에 따른 위상 가변기는, 도 8에 도시된 바와 같이, 비교예와 비교하여 0 [dB]의 주위에 상하로 좁게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 실시예에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 적용함으로써, 파워 편차가 개선된 것을 확인할 수 있다.
도 9 및 도 10은 비교예 및 실시예에 따른 위상 가변기의 위상 편차를 보여주는 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 위상 편차는 위상 가변기의 출력 포트에서 측정된 phase(S21,[deg]) 값이 주파수에 따라 또는 위상가변기의 빔 틸트 위치에 따라 이상적인 설계치인 0 [dB]로부터 벗어난 수치를 도시한 그래프이다.
비교예에 따른 위상 가변기는, 도 9에 도시된 바와 같이, 0 [dB]를 기준으로 상하로 넓게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
반면에 실시예에 따른 위상 가변기는, 도 10에 도시된 바와 같이, 비교예와 비교하여 0 [dB]의 주위에 상하로 좁게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 실시예에 따른 위상 가변기는 윌킨슨 분배기를 적용함으로써, 위상 편차가 개선된 것을 확인할 수 있다.
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 : 중심축
20 : 메인 기판
21 : 제1 베이스 기판
22 : 제1 관통 홀
23 : 제1 전송 패턴
25 : 제1 홀 패턴
27 : 아크형 패턴
29 : 제1 아크형 패턴
31 : 제2 아크형 패턴
33 : 급전 패턴
35 : 입력 포트
37 : 고정형 패턴
40 : 제1 윌킨슨 분배기
41 : 제1 배선
43 : 제1 분기 배선
45 : 제1 저항기
51, 53, 55, 57, 59 : 출력 포트
60 : 회전 기판
61 : 제2 베이스 기판
62 : 제2 관통 홀
63 : 제2 전송 패턴
65 : 제2 홀 패턴
67 : 제2-1 전송 패턴
69 : 제2-2 전송 패턴
70 : 제2 윌킨슨 분배기
71 : 제2 배선
73 : 제2 분기 배선
75 : 제2 저항기
77 : 비아 홀
100 : 위상 가변기

Claims (7)

  1. 중심축;
    상기 중심축에 결합되며, 상기 중심축 주위의 상부면에 형성된 제1 전송 패턴을 포함하고, 상기 제1 전송 패턴은 상기 중심축이 결합되는 제1 홀 패턴과, 상기 제1 홀 패턴을 중심으로 상하로 형성되며 양단부에 출력 포트가 형성된 아크형 패턴과, 상기 아크형 패턴 사이에 형성되며 일단이 상기 제1 홀 패턴에 연결되고 타단에 입력 포트가 형성된 급전 패턴과, 상기 급전 패턴에 제1 윌킨슨 분배기(Wilkinson divider)를 매개로 연결되며 단부에 출력 포트가 형성된 고정형 패턴을 구비하는 메인 기판; 및
    상기 중심축을 통하여 상기 메인 기판의 상부면에 밀착되게 설치되며, 상기 메인 기판에 대해서 상기 중심축을 축으로 회전 가능하게 결합되며, 상기 메인 기판의 상부면과 마주보는 하부면에 형성되는 제2 전송 패턴을 포함하고, 상기 제2 전송 패턴은 상기 급전 패턴 및 상기 아크형 패턴에 연결되어 회전에 따라 상기 입력 포트와 상기 출력 포트들 간의 거리 분배로 위상을 가변하는 회전 기판;를 포함하고,
    상기 아크형 패턴은,
    상기 중심축을 중심으로 상부에 형성되며, 상기 중심축을 중심으로 상부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트가 형성된 제1 아크형 패턴; 및
    상기 중심축을 중심으로 하부에 형성되며, 상기 중심축을 중심으로 하부로 볼록한 아크 형태로 형성되고, 양단부에 출력 포트가 형성된 제2 아크형 패턴;을 포함하고,
    상기 제2 전송 패턴은,
    상기 중심축에 결합되며, 상기 제1 홀 패턴에 밀착되는 제2 홀 패턴;
    상기 제2 홀 패턴과 일체로 형성되어 상기 제1 아크형 패턴 상부로 뻗어 있으며, 상기 제1 아크형 패턴에 커플링되는 제2-1 전송 패턴;
    상기 제2 홀 패턴과 일체로 형성되어 상기 제2 아크형 패턴의 상부로 뻗어 있으며, 상기 제2 아크형 패턴에 커플링되는 제2-2 전송 패턴; 및
    상기 제2 홀 패턴과, 상기 제2-1 전송 패턴 및 제2-2 전송 패턴을 연결하는 제2 윌킨슨 분배기;를 포함하고,
    상기 제2 윌킨슨 분배기는,
    상기 제2 홀 패턴에 연결되는 제2 배선;
    상기 제2 배선에서 두 가지로 분기되어 하나는 제2-1 전송 패턴에 연결되고, 다른 하나는 제2-2 전송 패턴에 연결되는 한 쌍의 제2 분기 배선; 및
    상기 한 쌍의 제2 분기 배선을 연결하는 제2 저항기;를 포함하고,
    상기 제2 저항기는 상기 회전 기판의 상부면에 실장되어 상기 회전 기판의 하부면에 형성된 상기 한 쌍의 제2 분기 배선을 비아 홀을 통해 연결하는 것을 특징으로 하는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀 패턴, 상기 급전 패턴, 상기 제1 윌킨슨 분배기 및 상기 고정형 패턴은 상기 제1 아크형 패턴과 상기 제2 아크형 패턴 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 윌킨슨 분배기는,
    상기 입력 포트에 연결되는 제1 배선;
    상기 제1 배선에서 두 가지로 분기되어 하나는 상기 중심축을 향하는 상기 급전 패턴 부분에 연결되고, 다른 하나는 상기 고정형 패턴의 출력 포트를 향하는 상기 고정형 패턴 부분에 연결되는 한 쌍의 제1 분기 배선; 및
    상기 한 쌍의 제1 분기 배선을 연결하는 제1 저항기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기.
  5. 제4항에 있어서,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 안테나용 아크형 위상 가변기.
  6. 삭제
  7. 삭제
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