KR20010000224A - 광대역 모노폴 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 모노폴 안테나에 관한 것이다. 본 발명은, 접지판과, 상기 접지판에 유전체를 사이에 두고 그 일단이 수직으로 설치되는 제1내심 도체와, 상기 제1내심 도체의 타단에 형성되며 상기 제1내심 도체의 직경보다 큰 직경을 가지는 제2내심 도체와, 상기 제1 및 제2내심 도체를 외부에서 감싸는 형태로 이들과 동축으로 설치되는 원통패치와, 상기 원통패치의 하단부와 상기 접지판의 상면 사이에 개재되어 이들 사이에 공극을 유지시키는 폼과, 상기 접지판의 하면에 위치되며 상기 제1내심 도체의 일단과 유전체를 사이에 두고 설치되는 외심 도체를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 구조가 간단하여 제작이 간편하고, 안테나 공진을 위한 튜닝 작업이 용이하며, 주파수 대역폭을 종래 모노폴 안테나의 약 2배인 40% 이상으로 향상시킬 수 있는 등의 효과를 제공한다.

Description

광대역 모노폴 안테나{BROADBAND MONOPOLE ANTENNA}

본 발명은 광대역 모노폴 안테나에 관한 것으로서, 특히 제작이 간편하고, 안테나 공진을 위한 튜닝 작업이 용이하며, 주파수 대역폭을 증대시킬 수 있도록 한 광대역 모노폴 안테나에 관한 것이다.

현재 이동통신서비스를 위한 중계기 및 단말기용 안테나는, 기지국이나 외부에서 전파를 수신하거나 통신기기에서 발생한 전기적인 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다.

이러한 안테나 중 대표적인 모델은 모노폴(monopole) 형태가 있으며, 도 1에는 일 예로서 2000년 3월 7일 등록된 미국특허 제6,034,648호로 개시된 종래의 광대역 모노폴 안테나가 도시되어 있다.

이러한 종래의 광대역 모노폴 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1안테나 소자(3)와, 이 제1안테나 소자(3)의 하부 일부를 감싸고 있는 원통형 제2안테나 소자(5)와, 제1안테나 소자(3)와 제2안테나 소자(5) 사이에 개재되는 원통형 유전체(12)로 이루어져 있으며, 주파수에 대한 반사손실 특성이 -10dB(VSWR≒2) 범위에서 주파수 대역폭이 고르지 못하고, -15dB를 만족하는 주파수 대역이 존재하지 않는 단점을 가지고 있다.

따라서 이러한 종래의 광대역 모노폴 안테나는, 주파수 대역폭이 고르지 못하고 좁기 때문에 앞으로 넓은 주파수 대역폭을 요하는 통신서비스 뿐만 아니라 다양한 통신서비스를 동시에 제공하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다.

즉, 곧 상용화가 될 IMT-2000과 같은 서비스는 사용주파수 대역이 1920 MHz∼2170 MHz로 약 13% 정도의 대역폭이 필요하다. 그러나, 기존의 PCS 서비스까지를 동시에 커버할 경우 1750∼2170 MHz로 24% 정도 대역폭을 가지고 있어야 한다.

또한, 상용화되고 있는 안테나의 설계사양은 VSWR〈 2 지만, 점차 그 사양이 VSWR〈 1.5를 요구하고 있으므로 사실상 대역폭은 VSWR≒2인 범위에서는 30% 이상이 되어야 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 간단하여 제작이 간편하고, 안테나 공진을 위한 튜닝 작업이 용이하며, 주파수 대역폭을 증대시킬 수 있는 광대역 모노폴 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 접지판과, 상기 접지판에 유전체를 사이에 두고 그 일단이 수직으로 설치되는 제1내심 도체와, 상기 제1내심 도체의 타단에 형성되며 상기 제1내심 도체의 직경보다 큰 직경을 가지는 제2내심 도체와, 상기 제1 및 제2내심 도체를 외부에서 감싸는 형태로 이들과 동축으로 설치되는 원통패치와, 상기 원통패치의 하단부와 상기 접지판의 상면 사이에 개재되어 이들 사이에 공극을 유지시키는 폼과, 상기 접지판의 하면에 위치되며 상기 제1내심 도체의 일단과 유전체를 사이에 두고 설치되는 외심 도체를 구비하는 광대역 모노폴 안테나를 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1은 종래의 모노폴 안테나를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나를 도시한 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나의 실험치와 상용프로그램을 사용한 반사손실 계산치의 비교 특성도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나의 방사패턴에 대한 계산치를 나타낸 특성도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

2 : 접지판 3 : 제1내심 도체

4 : 유전체 5 : 제2내심 도체

6 : 원통패치 7 : 폼(form)

8 : 외부도체

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나를 도시한 평면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나의 실험치와 상용프로그램을 사용한 반사손실 계산치의 비교 특성도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나의 방사패턴에 대한 계산치를 나타낸 특성도이다.

본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나(1)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 접지판(2)에 제1내심 도체(3)의 일단이 유전체(4)를 사이에 두고 수직으로 설치되고, 제1내심 도체(3)의 타단에는 제1내심 도체(3)의 직경보다 큰 직경을 가지는 제2내심 도체(5)가 연결된다.

그리고 제1내심 도체(3)와 제2내심 도체(5)를 원통패치(6)가 외부에서 감싸는 형태로 이들과 동축으로 설치되고, 원통패치(6)의 하단부와 접지판(2)의 상면 사이에는 이들 사이에 공극을 유지시키는 폼(form : 7)이 개재된다.

그리고 접지판(2)의 하면에는 접지판(2)을 관통한 제1내심 도체(3)의 일단과 유전체(4)를 사이에 두고 외심 도체(8)가 설치되어 급전부를 형성한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나(1)는, 먼저, 제1내심 도체(3)와 제2내심 도체(5)에서 파장의 1/4 정도를 만족하는 공진주파수에서 1차 공진이 발생한다.

그리고 이와 동시에 중앙의 제1내심 도체(3)와 제2내심 도체(5)에서 흐르는 전류가 원통패치(6)에 유도 전류를 발생시키며, 파장의 1/4 정도를 만족하는 원통패치(6)의 높이와 직경에 따라 2차 공진을 일으켜 방사하는 이중 공진 원리를 이용한다.

이때, 중앙의 제1내심 도체(3)와 제2내심 도체(5) 및 이들을 둘러싼 원통패치(6)가 접지면(2)과 수직인 방향으로 가지는 높이는 안테나의 공진주파수와 직접적인 연관을 가지고 있으며, 원통패치(6)의 직경과 원통패치(6)와 접지면(2)간의 공극의 길이는 광대역 폭과 안테나 전체 임피던스 매칭을 조절하는 요소로 작용하게 된다.

본 출원인의 실험 결과, 제1내심 도체(3)의 직경(a)을 1.3mm, 제2내심 도체(5)의 직경(b)을 2.56mm, 원통패치(6)의 직경(c)을 13.6mm, 원통패치(6)의 높이(Hc)를 35.3mm로 하였을 때, 도 4와 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 반사손실의 경우 실험치와 계산치가 대체로 양호한 수렴을 나타내고, 일반적인 모노폴 안테나와 마찬가지로 전 방향(omni-direction) 특성을 나타내며, 최대 3.4dBi의 방사이득으로 계산되었다.

그리고 측정된 주파수 대역특성은 VSWR〈 2에서 40.7%(1.653∼2.504 GHz), VSWR〈 1.5에서 29.28%(1.734∼2.329 GHz)로서 기존의 모노폴 안테나보다 2배이상의 대역폭을 가진다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 광대역 모노폴 안테나에 의하면, 구조가 간단하여 제작이 간편하고, 안테나 공진을 위한 튜닝 작업이 용이하며, 주파수 대역폭을 종래 모노폴 안테나의 약 2배인 40% 이상으로 향상시킬 수 있는 등의 효과를제공한다.

Claims (1)

1. 접지판과, 상기 접지판에 유전체를 사이에 두고 그 일단이 수직으로 설치되는 제1내심 도체와,

   상기 제1내심 도체의 타단에 형성되며 상기 제1내심 도체의 직경보다 큰 직경을 가지는 제2내심 도체와,

   상기 제1 및 제2내심 도체를 외부에서 감싸는 형태로 이들과 동축으로 설치되는 원통패치와,

   상기 원통패치의 하단부와 상기 접지판의 상면 사이에 개재되어 이들 사이에 공극을 유지시키는 폼과,

   상기 접지판의 하면에 위치되며 상기 제1내심 도체의 일단과 유전체를 사이에 두고 설치되는 외심 도체를, 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.