KR102072010B1 - 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치가 개시된다. 개시된 장치는, 원형으로 배열되는 다수의 안테나; 및 상기 다수의 안테나의 상부에 결합되는 상부 기판을 포함하되, 상기 다수의 안테나 각각은 반사판 및 상기 반사판에 결합되는 적어도 하나의 방사체를 포함하고, 상기 다수의 안테나 중 인접한 제1 안테나 및 제2 안테나의 반사판들과 결합되는 적어도 하나의 FPCB를 더 포함한다. 개시된 장치에 의하면, 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치에서 협소한 반사판으로 인해 발생하는 성능 열화를 개선할 수 있으며, 원형 배열 구조를 안테나 장치에서 각 안테나의 반사판이 실질적으로 확장된 것과 같은 방사 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치{Antenna Device Having Circular Array Structure}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기지국 또는 중계기용 안테나로서 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치에 관한 것이다.

안테나는 RF 신호를 방사하거나 수신하는 장치로서 이동통신 시스템의 기지국, 기지국과 통신하는 다수의 단말기 및 중계기에 필수적으로 사용되는 장치이다.

기지국용 안테나는 기지국을 중심으로 전 영역에 신호를 제공할 수 있어야 하므로 전방향성 특성이 필수적으로 요구된다. 전 방향에 대해 양호한 성능 확보를 위해 방사체가 형성된 다수의 안테나를 지면에 대해 수직으로 원형 배열 시키고 다수의 안테나 상단에 별도의 상부 기판을 설치하여 급전 신호를 제공하는 안테나 장치가 사용되고 있다.

원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치의 안테나 각각은 반사판에 적어도 하나의 방사체가 설치되는 구조를 가진다. 또한, 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치에서 적어도 5-6개의 안테나가 원형 배열을 이루면서 배치되는데, 이와 같이 다수의 안테나가 배치되므로 각 안테나의 반사판의 사이즈에는 제약이 있을 수 밖에 없다.

안테나의 방사체는 소자 외각면에서 최소 방사 주파수의 λ/4 이상의 그라운드 사이즈가 확보되어야 한다. 따라서, 그라운드 전위를 제공하는 반사판이 방사체를 기준으로 적어도 λ/4 이상의 사이즈를 가져야 하나 다수의 안테나가 배열되는 원형 배열 안테나에는 이러한 반사판 사이즈를 제공하기 어려운 측면이 있었다.

반사판의 사이즈가 충분히 크지 않기에 기존의 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치는 반사 손실 및 격리도 특성이 열화되어 양호한 방사 특성을 제공하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치에서 협소한 반사판으로 인해 발생하는 성능 열화를 개선한 안테나 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원형 배열 구조를 안테나 장치에서 각 안테나의 반사판이 실질적으로 확장된 것과 같은 방사 특성을 제공하는 안테나 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 원형으로 배열되는 다수의 안테나; 및 상기 다수의 안테나의 상부에 결합되는 상부 기판을 포함하되, 상기 다수의 안테나 각각은 반사판 및 상기 반사판에 결합되는 적어도 하나의 방사체를 포함하고, 상기 다수의 안테나 중 인접한 제1 안테나 및 제2 안테나의 반사판들과 결합되는 적어도 하나의 FPCB를 더 포함하는 원형 배열 안테나 장치가 제공된다.

상기 FPCB는 금속면 및 상기 금속면 상부의 PSR층을 포함하고, 상기 PSR층이 상기 제1 안테나의 반사판 및 상기 제2 안테나의 반사판에 결합된다.

상기 제1 안테나의 반사판 및 상기 제2 안테나의 반사판 중 어느 하나에 초크 부재가 형성되어 있을 경우, 상기 FPCB는 상기 초크 부재에 결합된다.

상기 FPCB는 플라스틱 리벳을 이용하여 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 반사판에 결합된다.

상기 기판에는 상기 다수의 안테나 각각의 방사체 급전 신호를 제공하기 위한 급전 선로 및 상기 다수의 안테나 각각의 반사판에 접지 전위를 제공하기 위한 접지면이 형성된다.

본 발명에 의하면, 원형 배열 구조를 가지는 안테나 장치에서 협소한 반사판으로 인해 발생하는 성능 열화를 개선할 수 있으며, 원형 배열 구조를 안테나 장치에서 각 안테나의 반사판이 실질적으로 확장된 것과 같은 방사 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 사시도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 안테나 장치에 구비되는 안테나의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 안테나 장치에 구비되는 안테나의 다른 예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FPCB를 이용한 인접하는 안테나간 반사판 연결 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사판과 FPCB의 결합 방법의 일례를 나타낸 도면.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명을 설명하기에 앞서 일반적인 다이폴 안테나의 구조에 대해 먼저 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는 다수의 안테나(100), 상단 기판(110) 및 하부 플레이트(120)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 다수의 안테나(100)가 원형으로 배열된 구조를 가진다. 원형으로 배열되는 안테나의 수는 자유롭게 설정될 수 있으며, 도 1에는 일례로 6개의 안테나가 원형으로 배열된 경우가 도시되어 있다.

배열되는 안테나(100)의 종류 역시 필요에 따라 자유롭게 설정될 수 있다. 일례로, 배열되는 안테나는 모두 동일한 종류의 안테나일 수 있다. 이와 달리, 일부의 안테나는 제1 대역을 방사하기 위한 안테나들이고, 다른 안테나들은 제2 대역은 안테나들일 수도 있다.

도 1 및 도 2와 같이 다수의 안테나가 원형으로 배열되는 구조에서는 서로 다른 두 종류 또는 세 종류의 안테나가 주로 사용된다. 예를 들어, 제1, 제3 및 제5 안테나(100-1, 100-3, 100-5)는 제1 대역을 방사하기 위한 안테나이고 제2, 제4 및 제6 안테나(100-2, 100-4, 100-6)는 제2 대역을 방사하기 위한 안테나일 수 있다.

이와 같이, 두 종류의 안테나가 사용될 경우, 제1, 제3 및 제5 안테나(100-1, 100-3, 100-5)는 각각 전방 120도 영역에 대해 신호를 방사하여 제1 대역에 대해 360도 방사를 수행하고, 제2, 제4, 제6 안테나(100-2, 100-4, 100-6)는 각각 전방 120도 영역에 대해 신호를 방사하여 제2 대역에 대해 360도 방사를 수행할 수 있을 것이다.

이와 같이 두 종류의 안테나가 사용될 경우, 특정 안테나와 인접한 다른 두 개의 안테나는 서로 다른 종류의 안테나이다. 예를 들어, 제1 대역을 방사하는 제1 안테나(100-1)는 제2 대역을 방사하는 제2 안테나(100-2) 및 제6 안테나(100-6)와 인접하여 위치한다.

도 1에 도시된 바와 같은 원형 배열 안테나는 다수의 안테나가 촘촘한 간격으로 배치된 구조이기 때문에 각각의 안테나들은 넓은 폭을 가질 수 없는 구조이다. 특히, 5개 이상의 다수의 안테나가 촘촘히 배치되는 구조에서는 그 폭이 제한될 수 밖에 없다.

도 3은 본 발명의 안테나 장치에 구비되는 안테나의 일례를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 안테나 장치를 구성하는 안테나는 반사판(200) 및 다수의 방사체(202)를 포함한다. 도 2에 도시된 안테나는 제1 대역을 방사하기 위한 안테나(제1 안테나, 제3 안테나 및 제5 안테나)일 수 있다.

반사판(200)은 금속 재질로 이루어지고 전기적으로 접지 전위를 가진다. 반사판(200)은 방사체(202)에서 방사되는 RF 신호가 반사판의 반대 방향으로 방사되도록 한다.

다수의 방사체(202)는 급전 신호를 제공받아 RF 신호를 외부로 방사하거나 RF 신호를 수신한다. 도 2에는 다수의 방사체(202)가 반사판(200)에 배열되는 예가 도시되어 있으나, 방사체는 하나만 존재할 수도 있을 것이다.

방사체(202)에 급전 신호를 제공하기 위한 급전 선로 및 반사판(200)에 접지 전위를 제공하기 위한 접지면은 상부 기판(100)에 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 안테나 장치에 구비되는 안테나의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 안테나는 제2 대역을 방사하기 위한 안테나(제2 안테나, 제4 안테나 및 제6 안테나)일 수 있다. 도 4를 참조하면, 제2 대역을 방사하기 위한 안테나는 반사판(300), 다수의 방사체(302) 및 초크 부재(304)를 포함할 수 있다.

반사판(300) 및 다수의 방사체(302)의 기능은 도 3에 도시된 제1 대역을 방사하기 위한 안테나와 동일하다. 다만, 방사체(302)의 형태는 제1 대역을 방사하기 위한 방사체(202)와 상이하며, 방사 대역이 다르기 때문에 형태와 사이즈가 상이하다.

제2 대역을 방사하기 위한 안테나는 제1 대역을 방사하기 위한 안테나와는 달리 초크 부재(304)를 포함할 수 있다. 초크 부재(304)는 반사판(302)의 양 측부에서 반사판(302)과 수직으로 형성된다.

초크 부재(304)는 안테나의 전후방비를 향상시킬 필요가 있을 경우 형성된다. 초크 부재(304)의 높이는 전후방비에 기초하여 결정될 수 있으나 방사체(302)보다는 낮은 높이를 가지는 것이 바람직하다.

초크 부재(304)는 반사판(302)과 일체화된 구조를 가질 수 있으며 이 경우 반사판(302)의 양 측부를 접어서 초크 부재(304)를 형성할 수 있다. 이와 달리, 초크 부재(304)는 반사판(302)과는 별개의 부재를 반사판(302)에 결합하여 형성될 수도 있을 것이다. 물론, 초크 부재(304)는 제1 및 제2 안테나 모두에 형성될 수도 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상부 기판(110)에는 다수의 안테나로 급전 신호 및 접지 전위를 제공하기 위한 급전 선로와 접지면이 형성되며, 상부 기판(110)에 형성되는 급전 선로는 본 발명의 본질이 아니므로 도시되어 있지 않다.

상부 기판(110)의 상부에는 다수의 안테나 각각으로 급전 신호를 제공하기 위한 급전 선로가 형성되며, 일례로, 급전 선로는 금속 패턴의 형태로 형성될 수 있다. 상부 기판(110)의 하부에는 접지면이 형성되며, 상부 기판(100)의 하부 전 영역에 대해 접지면이 형성될 수 있다.

다수의 안테나(100) 각각은 상부 기판(110)과 결합되어 조정되며, 상부 기판(110)과 다수의 안테나(100) 각각의 결합 부위에서 급전 선로 및 접지면과의 전기적 결합이 이루어질 수 있다.

일례로, 상부 기판(110)은 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

하부 플레이트(120)는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 베이스로 기능한다. 다수의 안테나(100) 각각은 하부 플레이트(120)와 결합한다. 필요에 따라, 하부 플레이트(120)에도 전기 또는 RF 회로가 형성될 수 있을 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 다수의 안테나(100)가 원형으로 배열될 경우, 반사판의 사이즈는 제한될 수 밖에 없으며, 특히 반사판의 폭은 협소해질 수 밖에 없다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 방사체가 사용되는 배열 안테나는 충분한 그라운드 사이즈가 확보되어야 적절한 방사를 실현할 수 있다. 충분한 그라운드 사이즈가 확보되지 않으면 반사 손실 특성 및 포트간 격리도 특성이 열화되어 적절한 방사가 이루어질 수 없게 된다.

이와 같은 문제 해결을 위해 인접하는 안테나간 반사판을 물리적으로 연결하는 구조가 채용되기도 하였다. 그러나, 인접하는 안테나들을 물리적으로 연결하게 될 경우 금속 부재를 이용하여 물리적 연결을 도모하게 되는데, 금속 부재를 두 개의 반사판에 연결하게 될 경우 금속간 접촉이 이루어지기에 PIMD 성능이 필연적으로 열화되는 문제점이 있었다.

또한, 인접하는 안테나들의 반사판을 물리적으로 연결하는 방식에 의한 방사 효율의 개선은 극히 미비하였으며, 이는 단지 반사판들을 물리적으로 연결하는 것에 의해 실질적으로 그라운드 사이즈가 확장되지는 않기 때문이다.

본 발명은 이와 같은 FPCB를 이용하여 원형 배열 안테나가 가지는 구조적 문제를 해결한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FPCB를 이용한 인접하는 안테나간 반사판 연결 구조를 나타낸 도면이다.

도 5을 참조하면, 인접하는 제1 안테나(100-1) 및 제2 안테나(100-2)의 FPCB(500)를 이용한 연결 구조가 도시되어 있다. 알려진 바와 같이 FPCB는 연성 특성이 있는 기판이다.

FPCB(500)는 제1 안테나(100-1)의 반사판과 제2 안테나(100-2)의 반사판에 각각 결합된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FPCB는 금속면을 포함하고, 금속면의 상부에는 PSR(Photo Imageable Solder Resist)처리에 의한 PSR층이 존재한다.

제1 안테나(100-1)의 반사판과 제2 안테나(100-2)의 반사판에는 FPCB의 PSR층이 접촉하도록 반사판과 FPCB간 결합이 이루어진다. 즉, FPCB의 금속면과 반사판간에는 직접적인 접촉이 이루어지지 않는 것이다.

이와 같은 결합 구조는 FPCB의 금속면과 반사판은 RF 커플링 방식으로 결합된다는 것을 의미하며, 금속과 금속간의 직접적인 접촉이 이루어지지 않으므로 PIMD에 의한 성능 열화를 방지할 수 있는 장점이 있다. 제1 안테나 반사판과 FPCB 사이의 커플링 연결 및 제2 안테나 반사판과 FPCB 커플링 연결을 통해 제1 안테나 반사판-FPCB 금속면-제2 안테나 반사판이 실질적으로 연결되는 구조를 가지는 것이다.

또한, FPCB의 금속면이 추가되기에 기존의 방식과는 달리 실질적인 그라운드의 확장 효과를 실현할 수 있으며, 기존의 방식에 비해 반사 손실과 격리도 특성이 현저히 개선될 수 있다.

나아가, FPCB의 연성 특성으로 인해 협소한 공간에서도 비교적 넓은 금속면을 가지는 FPCB를 사용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 1에는 FPCB가 제1 안테나(100-1)에는 반사판에 결합되어 잇으나 제2 안테나(100-2)에는 초크 부재(304)에 결합되어 있는 경우가 도시되어 있다. FPCB를 통해 연결되는 두 개의 안테나 중 어느 하나의 반사판에 초크 부재가 형성되어 있는 경우, FPCB는 초크 부재에 결합될 때 보다 높은 방사 특성 개선 효과를 실현할 수 있다.

도 5에 도시된 FPCB를 이용한 반사판 연결 구조는 원형 배열을 이루는 모든 안테나들에 대해 적용될 수 있다. 즉, 제1 안테나(100-1)와 제2 안테나(100-2)뿐만 아니라 인접한 모든 안테나들이 도 5와 같은 방식에 의해 연결되어 실질적인 그라운드 확장 효과를 도모할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사판과 FPCB의 결합 방법의 일례를 나타낸 도면이다.

FPCB와 반사판과의 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있을 것이나 결합으로 인한 방사 특성의 영향이 최소화되는 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 플라스틱 리벳(600)을 이용하여 FPCB를 반사판에 결합한다. 플라스틱 재질의 리벳으로 FPCB를 반사판에 결합하기에 금속으로 인한 방사 특성의 변화 및 PIMD 성능 열화를 방지할 수 있다.

물론, 플라스틱 리벳 이외에도 본딩 등과 같은 결합 방식이 채용될 수도 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 원형으로 배열되는 다수의 안테나; 및
   상기 다수의 안테나의 상부에 결합되는 상부 기판을 포함하되,
   상기 다수의 안테나 각각은 반사판 및 상기 반사판에 결합되는 적어도 하나의 방사체를 포함하고,
   상기 다수의 안테나 중 인접한 제1 안테나 및 제2 안테나의 반사판들과 결합되는 적어도 하나의 FPCB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 배열 안테나 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 FPCB는 금속면 및 상기 금속면 상부의 PSR(Photo Imageable Solder Resist)층을 포함하고, 상기 PSR층이 상기 제1 안테나의 반사판 및 상기 제2 안테나의 반사판에 결합되는 것을 특징으로 하는 원형 배열 안테나 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 안테나의 반사판 및 상기 제2 안테나의 반사판 중 어느 하나에 초크 부재가 형성되어 있을 경우, 상기 FPCB는 상기 초크 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 원형 배열 안테나 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 FPCB는 플라스틱 리벳을 이용하여 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 반사판에 결합되는 것을 특징으로 하는 원형 배열 안테나 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 기판에는 상기 다수의 안테나 각각의 방사체 급전 신호를 제공하기 위한 급전 선로 및 상기 다수의 안테나 각각의 반사판에 접지 전위를 제공하기 위한 접지면이 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 배열 안테나 장치.
   
   

Images