KR20010042251A - 다중중첩배열 1차안테나-모듈 - Google Patents

Abstract

개선된 안테나는 적어도 반사기(5)앞에 위치한 2개의 수직으로 중첩되어 있는 1차반사기모듈(1,3)을 포함하며 다음과 같은 특징을 가진다: 제1타입의 적어도 한 개의 1차반사기모듈(1)과 제2타입의 적어도 한 개의 제1의 1차반사기모듈(3)이 구비되어 있으며 이들은 일정한 거리를 두고 수직으로 중첩되어 있다; 제1타입의 1차반사기모듈(들)(1)은 제2타입의 1차반사기모듈(들)(3)에 대하여 수평1/2대역폭을 가지고 있음으로 전체 안테나의 한가지 상이한 수평의 전체 1/2대역폭값을 얻을 수 있으며 제1타입의 1차반사기모듈들(1)은 제2타입의 1차반사기모듈(3)에 대하여 상이한 구조형태를 가지고 있다.

Description

다중중첩배열 1차안테나-모듈{ANTENNA ARRAY WITH SEVERAL VERTICALLY SUPERPOSED PRIMARY RADIATOR MODULES}

도 1: 발명에 따르는 안테나배열의 투시약도;

도 2: 도 1에 따르는 실시 예의 측면도;

도 3: 직선안테나형의 수정된 발명에 따른 안테나배열의 투시약도;

도 4: 도 3에 따르는 실시 예의 측면도; 및

도 5: 발명에 따르는 패치안테나형 안테나배열의 투시약도.

본 발명은 청구제1항의 상위개념에 따르는 다수의 수직으로 서로 중첩배열되어 있는 1차안테나-모듈(first antenna-module)을 가진 안테나배열(antenna array)에 관한 것이다.

이와 같은 수직으로 서로 인접해 배열되어 있는 1차안테나를 가진 안테나배열을 공지되어 있다. 2중편파(重偏波)안테나의 경우 이러한 서로 중첩되어 배열되어 있는 1차안테나는 2개의 직교하는 편파를 방사 또는 수신할 수 있다. 또한 하나의 배열로 배치된 이러한 1차 안테나는 2개의 직교하는 편파를 방사 또는 수신할 수 있다. 또한 하나의 배열로 배치된 이러한 1차안테나는 1차안테나-모듈이라고 할 수 있다. 이러한 성질의 모듈은 예컨대 EP 0685 900A1 또는 선원공개안테나(2편 장서각 만하임/비엔나/츄리히 1970. 47 내지 50페지 참조)에 공지되어 있는 바와 같이 예컨대 간단한 다이폴(dipole), 홈(groove), 평면안테나요소 또는 소위 패치안테나(patch antenna)로 구성될 수 있다. 다이폴배치에 있어서는 평면에서 보아 정방형구조(다이폴정방형)를 가지고 있는 특히 크로스형(cross form)으로 배치된 다이폴(크로스다이폴) 또는 2중다이폴이 사용된다.

2중편파안테나 또한 예컨대 WO 90/01923에도 공지되어 있다.

상기 선행기술의 경우에 각각의 1차안테나-모듈은 동일한 안테나특성을 가진 배열로 통합되어 있다. 이에 반하여 상이한 안테나특성을 가진 안테나의 상호접속은 상이한 영역의 전원을 공급하기 위하여 적용된다. 이 때에 양 방사전자계패턴 (radiated field pattern)의 중첩영역에는 미정의 위상위치가 존재하는 데 교대로 소멸 또는 추가 중복되는 단점이 실증된다. 이러한 결과의 방사전자계패턴은 이 경우 중첩영역에서 공지되어 있지 않다.

끝으로 또한 다영역안테나가 공지되어 있는 데 여기에는 다양한 주파수범위에 대한 다양한 1차안테나가 안테나의 주파수범위 목적으로 상호접속이 된다. 여기에서 그러나 각 안테나는 다른 주파수로 작동된다.

끝으로 주파수확장(예컨대 대칭구지안테나 또는 누설파안테나(leakage antenna) 목적을 위한 연속적인 크기확장에 의한 상이한 1차안테나의 상호접속이 공지되어 있다.

특히 이동무선범위에서 안테나가 그의 방사전자계패턴이 원하는 설정 1/2대역폭에 상당하도록 고안 조정되는 것이 필요하다. 선형, 수직정지안테나의 수평1/2대역폭조정은 이동무선에 대한 그러한 유형의 기지-안테나의 대표적인 유형에 해당되며 이때 1차안테나의 1/2대역폭 및 반사기와의 당해 변조(modulation)에 의하여 공지된 수단과 조치에 따라서 행한다. 이와 동시에 재차 동일한 형의 1차안테나가 사용된다.

현재까지 공지되어 있는 유형의 단점을 들면 1차안테나의 미지정 위상위치가 존재하며 더욱이 반사특성등의 정해진 특성을 보이기 위한 배열된 상이한 1차안테나의 정해진 상호접속은 이러한 문제점에 대하여 공지되어 있지 않다.

최종 언급한 선행기술을 끝으로 이에 따른 발명에 의하여 한가지 안테나배열을 제공하기 위한 과제를 기본으로 하고 있으며 이는 적어도 2개의 수직으로 서로 배열되어 있는 1차안테나모듈을 포함하고 이 경우 비교적 간단한 수단으로 안테나배열의 원하는 수평1/2대역폭이 개선되어 실현이 가능하다.

본 과제는 청구항 1 또는 2 에 부여된 특징에 의한 발명에 따라서 해결된다. 본 발명의 유리한 형태들은 종속청구항들에 부여되어 있다. 상이한 1차안테나-모듈의 이러한 선택으로 안테나배열의 대역폭 변조를 실행하는 것이 본 발명에 따르는 해결에 의하여 가능하다는 것은 대단히 의외임이 틀림없다. 이와 동시에 급전회로망의 이러한 설계에 의하여 정해진 위상위치와 상호접속이 가능한 것도 강조할 수 있다.

더욱이 의외인 점은 수직패턴의 최적화를 위한 예컨대 사이드로브(side lobe)의 지정 목표의 감소를 위한 발명에 따르는 모듈의 결합적용이 가능하다는 것이다. 발명에 따라서 이것은 적어도 2개의 적용 1차안테나-모듈이 상이한 수평 및 수직 1/2대역폭을 가짐으로서 가능하다. 이러한 선형, 수직정지배열에 대한 적어도 2개의 상이한 1차안테나-모듈의 상호접속에 의하여 전체 안테나의 수평 1/2대역폭의 조정이 가능하다.

본 발명에 따르는 안테나는 2중다이폴과 개별다이폴로 구성되어 있는 1차안테나-모듈의 사용에 의하여 이루어진다.

본 발명은 예컨대 +/-45°편파방향으로 작용하는 2중편파안테나의 경우에 바로 적용이 가능하다(소위 X-배열).

예컨대 90°의 대표적인 1/2대역폭을 가진 3개의 단일다이폴과 65°의 대표적인 1/2대역폭을 가진 3개의 2중다이폴과의 조합이 본 발명에 따라서 수직으로 연이어 배치되어 있으면(환언하면 즉, 소위 선형, 수직정지안테나배열로 연결)이로 인하여 75°의 합성수평1/2대역폭이 나타난다.

예컨대 +/-45°의 편파안테나 이 경우에 편파방향은 크로스다이폴(예컨대 약 85°의 수평1/2대역폭)과 다이폴정방향(예컨대 약 65°의 수평1/2대역폭)의 이러한 유형의 결합에 의하여 약 75°의 합성수평1/2대역폭을 얻어서 활용된다.

본 발명의 한가지 선택된 유형에서 이 때 1차안테나-모듈의 상이한 그룹들은 명백히 상이한 수평1/2대역폭을 가지고 있으며 즉 5°이상 특히 10°, 15° 또는 20°로 서로 구분이 된다.

그러나 또한 발명에 따르는 안테나배열은 명백히 상이한 1/2대역폭을 가진 패치안테나의 형태로 구성하는 것 또한 가능하다.

1차안테나는 본 발명이 선택한 한가지 유형에서 2중편파안테나로 구성이 가능하다. 1차안테나는 다이폴정방형 크로스다이폴로 구성이 가능하다.

본 발명에 따르는 안테나는 상이한 주파수범위의 송수신을 위하여 사용이 가능하다. 이동방송범위에서는 일반적으로 주파수범위가 1.71 내지 1.90GHz 즉 평균주파수가 약 1.8GHz인 유형의 그러한 안테나가 사용된다.

본 발명은 다음의 실시 예에 의하여 보다 상세히 설명한다. 동시에 개별도면의 내용은 다음과 같다:

도 1과 2에는 평면투시약도 또는 수평측면도에서 다수의 수직으로 서로 중첩배열된 1차안테나모듈의 발명에 따르는 제1실시 예가 도시되어 있으며 이러한 안테나배열을 다음에 부분적으로 직선, 수직 정체안테나 배열이라고 칭한다.

이러한 안테나배열은 즉 안테나모듈 (1)과 (3)을 포함하는데 이는 도시되어 있는 실시예에서 정방형의 반사기(5)내에 배치되어 있어서 그의 보다 긴 종방향과 수직방향으로 설정되어 있다.

본 반사기는 전기도체이다. 반사기의 배면에는 급전회로망(給電回路網)이 있을 수 있으며 이에 의하여 제1 및 제2의 안테나모듈이 전기적으로 접속되어 있다. 그밖에도 일반적으로 공유의 급전회로가 배치되어 있으며 이에 의하여 안테나모듈 (1,3)의 제1 및 또한 제2그룹은 수직안테나특성의 외형을 위한 일정한 출력과 위상으로 급전된다. 이와 동시에 이 경우에 급전회로망은 추가로 또한 상이한 1차안테나-모듈의 상이한 위상위치에 대한 특상보상(compensation)을 취한다. 1차안테나 모듈(1)은 이와 동시에 하나의 다이폴정방형 유형에 따라서 배열되어 있는 다수의 다이폴(1a), 즉 도시되어 있는 실시예에서는 4개의 다이폴(1a)로 구성되어 있다. 다이폴(1a)은 반사기 또는 그 뒤에 있는 판에 의하여 기계적으로 지지되어 급전이 된다.

2개의 이웃한 안테나모듈 (1 및 3)은 반드시 2개의 안테나모듈(1) 또는 2개의 안테나모듈(3)간 거리의 1/2과 일치한다. 환언하면 한 그룹의 안테나모듈은 반드시 다른 그룹의 2개 안테나모듈의 수직거리의 중간에 위치한다.

안테나모듈(1 및 3)의 양 그룹은 공유급전회로망에 의하여 수직안테나특성의 형성을 위한 일정한 출력과 위상으로 급전된다. 환언하면 양 안테나모듈은 동일한 주파수범위내에서 작동한다. 다이폴요소 예컨대 크로스다이폴의 다이폴정방형등의 다이폴요소를 사용함으로서 즉 일반적으로 대략 동일한 길이를 가지고 있다.

특히 도 2에 따르는 측면도에 나타난 바와 같이 개별다이폴요소들(1a, 3a)은 같은 높이에 있지 않다. 특히 반사기(5)와 다이폴(1a, 3a)면사이의 거리는 파장보다 길지 않으며 파장의 1/20보다 짧지 않다. 특히 유리한 범위는 반사기(5)와 다이폴(1a, 3a)면간의 거리가 파장의 40%를 상회하지 않을 때 그 중에서도 특히 파장이 30%이상이 아닐 경우에 나타난다.

파장이라 함은 안테나의 사용파장 또는 여기에서 사용된 주파수범위에 대한 사용파장으로 간주된다. 도시되어 있는 실시예에서 안테나는 1.71GHz 내지 약 1.90GHz 범위 내에서 사용되며 즉 약 1.80GHz의 평균주파수를 가지고 있다. 이러한 안테나들은 이동방송주파수범위에서 사용된다. 유리한 하한치로서는 다이폴과 반사기면사이의 문제의 거리에 대하여 파장(사용파장)의 10% 또는 그 이상 특히 20% 또는 1/4이 되어야 하는 것으로 나타나 있다. 이와 동시에 다이폴(1a)은 도 2에 나타나 있는 바와 같이 다이폴(3a)처럼 반사기에 대하여 동일한 평면 내에서 있어서는 안된다.

도 1 및 2에 따르는 실시 예에 있어서 또한 알 수 있는 것은 다이폴을 지지하고 있는 대칭(7)은 예컨대 다이폴정방형에 대하여 1차안테나-모듈의 제2그룹에 대한 다이폴(3a)을 지지하고 있는 대칭(9)과 같이 반사면에 대하여 수직이 아니고 이에 대하여 경사져 있을 수 있다는 점이다. 반사기(50)의 평면에 대한 다이폴요소의 간격은 파장의 1/4보다 짧을 수 있으며 예컨대 파장의 0.2보다 짧을 수 있다. 그러나 또한 대칭에 대하여 동시에 작용해서는 안되는 다이폴에 대한 또 다른 홀더(holder)를 배치할 수 있다.

도시되어 있는 실시예에서 즉 선형수직정지안테내배열은 각각 2쌍의 안테나모듈(1)과 (3)으로 구성되어 있으며 안테나모듈(1)은 다이폴정방형으로 안테나모듈 (3)은 크로스다이폴로 되어 있다.

예컨대 +/-45°의 편파방향을 가진 2중편파안테나의 도시된 실시예에 있어서 예컨대 약 85°의 수평1/2대역폭을 가진 크로스폴의 형태인 안테나모듈(1)의 조합은 약 65°의 수평1/2대역폭을 가진 상기 다이폴정방형의 유형인 안테나모듈(3)과 약 75°의 전체 2중편파안테나의 합성수평1/2대역폭이 된다.

다음에 도3과 4에 따르는 변형된 실시예를 참조하면 이 경우 안테나모듈의 제1 및 제2그룹은 2중편파1차안테나모듈(1,3)이 아니고 선형편파안테나모듈(1,3)로 되어 있다.

안테나모듈(1)은 그 때 수평방향에서 측방향편위로 이중으로 중첩 배열되어 있는 수직방향으로 향한 다이폴(1a)로 구성되어 있다.

2개의 각각 이와 같이 구성되어 있는 2중의 간단히 편파된 1차안테나모듈(1)은 그 사이에 각각의 선형편파안테나모듈(3)이 배치되어 있으며 이는 각각 수직방향을 취한 다이폴로 구성되어 있다.

또한 도 3에서 다시 안테나모듈(1)에 대한 대칭(7)과 안테나모듈(3)에 대한 대칭(9)을 볼 수 있다.

도 3과 4에 따르는 이러한 실시예에 의하여 또한 볼 수 있는 것은 안테나구조가 수평면에 대하여 대칭, 즉 안테나모듈(3)의 수량은 짝수이며 (이러한 실시예에서는 3개의 모듈로 구성되어 있음) 이 방향으로 안테나모듈(1)은 그 사이의 거리에서 2회만이 나타난다.

도 5에 따르는 실시예에 의하여 패치안테나의 수정이 도시되어 있는 데 이는 동시에 당해 홀더(7), 또는 (9)에 의하여 고정되어 있다.

안테나모듈(1)은 이 때 2중의 측편위와 수평으로 중첩 배열되어 있는 패치안테나로 구성되어 있으며 이에 대하여 제2그룹에 속하는 패치안테나는 간단한 구조로만 되어 있다. 또한 기타 이와 같이 구성된 안테나배열의 구조는 선행 실시예와 비교가능하며 반사기(5)면과 패치안테나-요소면간의 거리는 공지된 대로 보다 작다.

실시예에서 볼 수 있는 바와 같이 제1타입의 동일한 다수의 1차안테나모듈 (1)과 제2타입의 1차안테나모듈(3)이 배열되어 있거나 또는 이러한 수량이 하나만큼 차이가 남으로서 대칭안테나구조는 또한 수평면에 대해서도 이루어진다.

Claims (12)

1. 적어도 2개의 수직으로 중첩 배열되어 있는 안테나모듈 또는 안테나(1, 3)로 구성되어 있는 안테나배열은 하나의 반사기(5)앞에 있으며 특히 공유급전회로망에 의하여 일정한 출력과 위상으로 급전되어 다음의 특징을 가진 안테나배열:

   -적어도 제1타입의 제1의 1차안테나모듈 또는 1차안테나(1)와 적어도 제2타입의 제2의 1차안테나모듈 또는 제2안테나(3)가 거리를 두고 수직으로 중첩 배치되어 있으며,

   - 적어도 다수의 1차안테나모듈 또는 적어도 하나의 제1타입의 1차안테나(1)는 적어도 하나 또는 다수의 1차안테나모듈 또는 적어도 제2타입의 2차안테나(3)에 대하여 상이한 수평1/2대역폭을 가짐으로서 이와 다른 전체안테나의 상이한 수평의 전체1/2대역폭을 가질 수 있으며,

   -적어도 하나 또는 다수의 1차안테나모듈 또는 적어도 제1타입의 1차안테나 (1)는 적어도 하나 또는 다수의 1차안테나모듈 또는 적어도 제2타입의 2차안테나 (3)에 대하여 상이한 구조형태를 가지고 있다.
2. 2차 및 2차안테나(1, 3)로 구성되어 있는 안테나배열은 반사기(5)앞에서 수직으로 중첩 배열되어 있으며 동일한 방향으로 방사하는 데 다음의 특징을 가지는 안테나 배열:

   -1차안테나(1)는 2차안테나(3)와 구조적인 면에서 다르며,

   -1차안테나(1)는 2차안테나에 대하여 상이한 수평1/2대역폭을 가지며,

   -1차안테나(1)와 2차안테나의 공동작용에서 이것은 총 1/2대역폭을 이루며 이는 1차안테나(1)의 1/2대역폭에 대해서는 물론이고 2차안테나(3)의 1/2대역폭에 대해서도 단독작용시와 다르다.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 1차안테나모듈 또는 1 및 2차안테나(1,3)의 1/2대역폭은 적어도 10°특히 적어도 20°, 25° 또는 30°만큼 상호 차이가 나는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
4. 제1, 2 또는 3항에 있어서, 다수의 1차안테나모듈 또는 1차안테나(1) 및 다수의 제2의 1차안테나모듈 또는 2차안테나(3)는 교대로 수직중첩배열로 되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
5. 제1 내지 4항중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제1의 1차안테나모듈 또는 적어도 1차안테나(1) 및 적어도 제2의 1차안테나모듈 또는 적어도 2차안테나(3)는 성형편파안테나인 것을 특징으로 하는 안테나배열.
6. 제1 내지 5항중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 제1의 1차안테나모듈 또는 적어도 1차안테나(1)는 2중다이폴로 되어 있으며 적어도 제2의 1차안테나모듈 또는 적어도 2차안테나(3)는 단일폴로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
7. 제1 내지 6항중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 1차 및 적어도 제2의 l차안테나모듈 또는 적어도 1차 및 적어도 2차안테나(1, 3)는 2중편파안테나로 되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
8. 제1 내지 7항중의 어느 한 항에 있어서, 2중편파안테나모듈인 경우에 제1의 1차안테나모듈 또는 1차안테나(1)는 2중정방형(1a)으로 구성되고 제2의 1차안테나모듈 또는 2차안테나(3)는 크로스다이폴(3a)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
9. 제1 내지 7항중의 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2의 1차안테나모듈 또는 1차 및 2차안테나(1,3)는 패치안테나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
10. 제1 내지 8항중의 어느 한 항에 있어서, 제1의 1차안테나모듈 또는 안테나 (1)는 다이폴(1a, 3a)로 구성되고 제2의 1차안테나모듈 또는 안테나(3)는 패치안테나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
11. 제1 내지 10항중의 어느 한 항에 있어서, 안테나배열은 하나의 조합으로 되어 있으며 2개이상의 다수의 다양한 구조적인 측면에서 상이한 타입을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 안테나배열.
12. 제1 내지 11항중의 어느 한 항에 있어서, 제1의 1차안테나모듈 또는 안테나 (1)의 전체 수는 짝수이며 제2의 1차안테나모듈 또는 안테나(3)의 전체수는 홀수 또는 이와 반대인 것을 특징으로 하는 안테나배열.