KR200171342Y1 - 도파관 구조를 이용한 이중 극성 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이중 극성 안테나(Dual Polarization Antenna)에 관한 것으로, 특히 도파관 구조를 이용하여 다이폴 안테나(Dipole Antenna)의 수직 편파 성분과 도파관 형태의 마이크로스트립 패치(Micro-strip Patch)에서 생성된 수평 편파의 성분을 모두 이용하도록 한 도파관을 이용한 이중 극성 안테나에 관한 것이다.

본 고안의 실시예에 따른 도파관을 이용한 이중 극성 안테나는 마이크로스트립 패치를 이용하여 도파관 형태를 가지는 상단 및 하단의 구조체를 형성하며, 해당 형성된 각 구조체의 길이 'λ/4'인 패치면 위에 급전점을 각각 형성시켜 제1급전선에 연결하며, 해당 형성된 각 구조체의 한 측면을 각각 제2급전선에 연결하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

도파관 구조를 이용한 이중 극성 안테나{a Dual Polarization Antenna of Waveguide Structure}

본 고안은 이중 극성 안테나에 관한 것으로, 특히 도파관 구조를 이용하여 다이폴 안테나(Dipole Antenna)의 수직 편파 성분과 도파관 형태의 마이크로스트립 패치(Micro-strip Patch)에서 생성된 수평 편파의 성분을 모두 이용하도록 한 도파관을 이용한 이중 극성 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 기지국의 수신 다이버시티에 구비되어 있는 패치형 안테나의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 일정한 유전율을 가지고 있는 PCB(Printed Circuit Board; 11)가 있고 한 면은 넓게 그라운드 판(Ground Panel; 12)이 있고 해당 그라운드 판(12) 위에 사각의 마이크로스트립 패치(13)가 있으며, 해당 마이크로스트립 패치(13) 위에는 급전점(14, 15)이 두 군데 이상 있으며, 해당 급전점(14, 15)에 고주파의 신호를 입출력시키기 위한 신호선(16)으로 이루어져 있다.

상술한 바와 같은 구성된 종래 패치형 안테나의 동작을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 동축선 등과 같은 신호선(16)을 통해 사각 모양의 마이크로스트립 패치(13) 위에 구비되어 있는 두 개의 급전점(14, 15)으로 급전시켜 주게 되면, 해당 마이크로스트립 패치(13)에 전류가 유기되어지고 해당 유기된 전류에 의해 복사가 일어나며, 해당 복사된 전자파에 의해 그라운드 판(12)에 전류가 재유기되어지고 해당 그라운드 판(12)에 유기된 전류에 의해 다시 복사가 일어남으로써, 해당 그라운드 판(12)과 마이크로스트립 패치(13)는 복사 소자로 사용되어지게 된다.

이렇게 하여, 어느 급전점(14, 15)으로 급전시키느냐에 따라 수직 편파와 수평 편파가 발생하게 되는데, 즉 상기 마이크로스트립 패치(13) 위에 구비되어 있는 제1급전점(14)으로 급전시켜 주면 상기 마이크로스트립 패치(13)의 가장자리에서 'Ea' 성분의 수직 편파가 생성되며, 상기 마이크로스트립 패치(13) 위에 구비되어 있는 제2급전점(15)으로 급전시켜 주면 상기 마이크로스트립 패치(13)의 다른 측의 가장자리 두 곳에서 'Eb' 성분의 수평 편파가 생성되어진다.

따라서, 사각 모양의 마이크로스트립 패치(13) 위에 구비되어 있는 서로 다른 위치의 급전점(14, 15)으로 급전시켜 서로 다른 편파를 얻어낼 수가 있다.

그런데, 종래의 기술에서 사각 모양의 마이크로스트립 패치의 경우에 두 군데에서 급전하여 수직 편파와 수평 편파의 성분을 얻을 수 있으나, 해당 에너지가 안테나를 통하여 방사하는 부분이 패치의 전면 방향이므로 해당 후면 방향으로는 전력(Power)이 방사되지 못하는 단점이 있었다.

전술한 바와 같은 단점 내지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안은 기지국의 수신 다이버시티에 필요한 안테나를 제공하기 위하여 도파관 구조를 이용한 이중 극성 안테나를 제공하는데 그 목적이 있는데, 즉 도파관 구조를 이용하여 다이폴 안테나의 수직 편파의 성분과 마이크로스트립 패치의 도파관 형태에서 생성되는 수평 편파 성분을 모두 이용하는 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기지국의 수신 다이버시티(Diversity)에 구비된 패치형 안테나(Patch Antenna)의 구조를 나타낸 도면.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 도파관을 이용한 이중 극성(Dual Polarization) 안테나의 구조를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20, 30 : 도파관 구조체

21, 31 : 급전점

40 : 제1급전선

50 : 제2급전선

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예에 따른 도파관을 이용한 이중 극성 안테나는 마이크로스트립 패치를 이용하여 도파관 형태를 가지는 상단 및 하단의 구조체를 형성하며, 해당 형성된 각 구조체의 길이 'λ/4'인 패치면 위에 급전점을 각각 형성시켜 제1급전선에 연결하며, 해당 형성된 각 구조체의 한 측면을 각각 제2급전선에 연결하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각 구조체는 한 쪽 방향으로 개방된 면을 각각 가지며, 해당 두 개구면은 서로 상반되는 방향으로 위치되어 있는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 제1급전선을 통해 상기 급전점에 급전시켜 수평 편파를 생성시켜 주며, 상기 제2급전선을 통해 상기 각 구조체의 한 측면에 급전시켜 수직 편파를 생성시키는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 마이크로스트립 패치, 도금한 유전체 등 모든 도파관 구조를 이용한 수직 편파 및 수평 편파를 생성하도록 해 주며, 방사 패턴(Pattern)의 효율성을 위하여 도파관의 개구면의 방향을 서로 다르게 조정해 주도록 한다. 이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 실시예에 따른 도파관을 이용한 이중 극성 안테나는 도 2에 도시한 바와 같이, 마이크로스트립 패치를 이용한 두 개의 도파관 구조체(20, 30)와, 해당 각 도파관 구조체(20, 30)의 패치면 위에 각각 구비된 급전점(21, 31)과, 해당 각 급전점(21, 31)에 급전시켜 주는 제1급전선(40)과, 해당 각 도파관 구조체(20, 30)의 한 측면에 각각 급전시켜 주는 제2급전선(50)을 구비하여 이루어진다.

여기서, 상기 도파관 구조체(20, 30)의 각 패치면은 'λ/4'의 길이를 가지고 하단 도파관 구조체(20)의 한 측면에 상기 제2급전선(50)의 한 쪽을 연결하고 상단 도파관 구조체(20)의 한 측면에 상기 제2급전선(50)의 다른 쪽을 연결함으로써, 반파장 다이폴 안테나의 기본 구조와 유사한 구조로 형성시켜 준다.

그리고, 상기 도파관 구조체(20, 30)는 한 쪽 방향으로 개방되어 있는데, 상기 하단 도파관 구조체(20)의 개구면은 상기 상단 도파관 구조체(20)의 개구면에 상반되는 방향으로 위치시켜 효율적인 안테나 패턴을 가질 수 있도록 해 준다.

그리고, 상기 하단 도파관 구조체(20)의 패치면 위에 하단 급전점(21)을 두고 상기 상단 도파관 구조체(30)의 패치면 위에 상단 급전점(31)을 두어 두고 상기 제1급전선(40)에 연결해 준다.

상술한 바와 같이 구성된 본 고안의 실시예에 따른 도파관을 이용한 이중 극성 안테나의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 하단 도파관 구조체(20)의 한 측면이 기본 반파장 다이폴 안테나의 하단 'λ/4'에 해당하는 것과 유사하고 상기 상단 도파관 구조체(30)의 한 측면이 기본 반파장 다이폴 안테나의 상단 'λ/4'에 해당하는 것과 유사함으로써, 제2급전선(50)을 통해 해당 하단 도파관 구조체(20)와 상단 도파관 구조체(20)의 각 한 측면으로 급전시켜 주게 되면, 전류가 해당 하단 도파관 구조체(20)와 상단 도파관 구조체(20)의 각 한 측면에 유기되어 반파장 다이폴 안테나와 유사하게 'Ec'와 같은 수직 전계를 생성하게 된다.

그리고, 상기 하단 도파관 구조체(20)와 상단 도파관 구조체(20)는 각각 한 쪽 방향만 개구면으로 처리되어 있으므로, 제1급전선(40)을 통해 상기 하단 도파관 구조체(20)와 상단 도파관 구조체(20)의 각 패치면에 구비되어 있는 급전점(21, 31)으로 급전시켜 주게 되면, 전류가 상기 하단 도파관 구조체(20)와 상단 도파관 구조체(20)의 각 패치면에 유기되어 'Ea'와 'Eb'와 같은 수평 편파가 생성하게 된다.

따라서, 상기 하단 도파관 구조체(20)의 한 측면과 상기 상단 도파관 구조체(30)의 한 측면이 기본 반파장 다이폴 안테나의 구조와 유사하여 수직 전계(Ec)를 얻을 수 있으며, 상기 하단 도파관 구조체(20)의 패치면과 상기 상단 도파관 구조체(20)의 패치면이 마이크로스트립 패치의 도파관 형태로 수평 전계(Ea, Eb)를 얻을 수 있다.

다르게는, 작은 공간에서 기지국의 수신 다이버시티를 위하여 본 고안의 안테나를 여러 개 형성하여 구현할 수도 있다.

이상과 같이, 본 고안에 의해 도파관 구조를 이용하여 반파장 다이폴 안테나의 형태로부터 수직 편파의 성분을 얻고 마이크로스트립 패치의 도파관 형태로부터 수평 편파 성분을 얻을 수 있으므로 기지국의 수신 다이버시티에 적합한 안테나로 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 마이크로스트립 패치를 이용하여 도파관 형태를 가지는 상단 및 하단의 구조체(20, 30)를 형성하며, 해당 형성된 각 구조체(20, 30)의 길이 'λ/4'인 패치면 위에 급전점(21, 31)을 각각 형성시켜 제1급전선(40)에 연결하며, 해당 형성된 각 구조체(20, 30)의 한 측면을 각각 제2급전선(50)에 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 도파관을 이용한 이중 극성 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각 구조체(20, 30)는 한 쪽 방향으로 개방된 면을 각각 가지며, 해당 두 개구면은 서로 상반되는 방향으로 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관을 이용한 이중 극성 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1급전선(40)을 통해 상기 급전점(21, 31)에 급전시켜 수평 편파를 생성시켜 주며, 상기 제2급전선(50)을 통해 상기 각 구조체(20, 30)의 한 측면에 급전시켜 수직 편파를 생성시키는 것을 특징으로 하는 도파관을 이용한 이중 극성 안테나.