KR20020052041A - 7소자 원형 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형 배열 안테나에 있어서, 특히 배열형 안테나 소자 7개를 벌집 형태로 우너형 배열하여 HPBW과 높은 이득 및 작은 부엽으로 효율을 높여 줄 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 따른 7소자 원형 배열 안테나는, 등간격()으로 배열된 7개의 안테나 소자가 반지름(a)을 따라 벌집 형상으로 단일 원형 배열하고, 각 원형 배열 소자가 원형 배열 안테나의 전계 강도 내에서, 소자간의 거리()를 변화시킬 때 0.5일 경우 약 -20dB의 방사패턴을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이 같은 본 발명에 의하면, 7개의 안테나 소자를 벌집 형태와 같이 원형 배열하여, 고전력대역폭(HPBW)의 넓은 빔폭과 낮은 부엽으로 인해 원거리 전송, 넓은 지역을 커버할 수 있도록 함과 아울러, IS-95C와 IMT-2000 기지국 안테나로의 사용과 좁은 지역을 커버하고 시스템 전력을 절약하도록 함에 있다.

Description

7소자 원형 배열 안테나{CIRCULAR ARRAY ANTENNA OF SEVEN ELEMENT}

본 발명은 7개의 안테나 소자를 원형 배열한 것으로, 특히 HPBW(High Power Bandwidth)과 높은 이득을 갖으면 부엽을 작게하여 효율이 높은 안테나를 설계할 수 있도록 한 7소자 원형 배열 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 부엽(side lobe)준위의 억압을 위해서 안테나 소자를 비균일(non-uniforn) 선형 배열한다. 비균일 배열의 형태로 이항전개(binominal) 배열과 Dolph-Tschebycsheff 배열 방법이 있다.

안테나 구조가 각도적으로 대칭되는 원형 배열 안테나는 Duhamel에 의해 제안되었으며, 그 안테나는 다이폴 안테나들을 단일 배열하여 적은 면적에 많은 안테나를 배열함으로써 고이득 안테나를 실현하였다. 어레이라는 말은 정렬한다는 의미가 있는데, 이것은 같은 형상의 안테나가 정연하게 배열 되어 있는 것이 어레이 안테나이다. 배열되어 있는 개개의 안테나를 소자 안테나 또는 간단히 소자 라고 하며, 배열하는 간격을 소자 간격 이라고 부른다. 반파장 다이폴은 가장 간단한 어레이 안테나이다.

또 Tighe는 Taylor급수 형태의 방사 패턴을 갖는 비 선형 배열 안테나를 제안하였다.

상기와 같은 이항 전개 배열과 Dolph-Tschebyscheff 배열은 안테나의 각 소자에 따른 전력 공급을 공급하여 부엽 준위를 억압하며, 일반적으로 배열 안테나는 선영 배열하여 설계한다.

그러나, 이항 전개 배열은 부엽준위가 매우 작은 반면 -3dB빔폭이 매우 큰 특성을 가지며, 배열인자 사이의 구동 계수가 급격하기 변하기 때문에 안테나 제작 결과 이론적으로 복사 특성과 큰 차이를 보이는 단점이 있다.

그리고, Dolph-Tschebyscheff 배열은 이항 전개 배열에 주엽(main lobe)특성이 좋고 이득이 큰 장점을 가지고 있으나, 비균등 전력 분배기를 사용해야 하므로 매우 정밀한 제작을 필요로 한다.

또한, 선형배열은 소자의 배열과 급전선의 제작이 용이한 장점이 있으나, H-평면과 E-평면에서의 빔의 형태를 동일하게 설계하기 위해서는 항상 소자의 계수를 한 열의 제곱배로 해야만 하며, 이로 인해 소요면적이 커지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 7개의 원형 소자를 등 간격으로 배열하고, 그 피딩 포인트를 가변시켜 넓은고전력대역폭(HPBW)과 낮은 부엽을 갖도록 하고, 낮은 부엽특성을 갖는 비교적 높은 이득을 갖는 안테나를 설계할 수 있도록 한 7소자 원형 배열 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 7소자 원형 배열 안테나를 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 7소자 원형 배형 안테나의 방사 패턴 변화를 나타낸 도면.

상기한 목적 달성을 위한, 본 발명에 따른 7소자 원형 배열 안테나는,

등간격()으로 배열된 7개의 안테나 소자가 반지름(a)을 따라 단일 원형 배열로 위치하고, 상기 원형 배열 소자가특성을 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 원형 배열 안테나의 방사 패턴은 소자간의 거리()를 변화시킬 때 0.5일 경우 약 -20dB의 방사패턴을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

등 간격으로 배열된 7소자의 안테나 소자(100)가 반지름을 따라 단일 원형 배열을 위치하고, 그 중심의 피딩 포인트를 달리하여 줄 수 있는 구성이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 7소자 원형 배열 안테나에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, N개(7개)의 등방성 소자(100)가 x-y평면에 등간격으로 피딩 포인트를중심으로 반지름이 a인 원을 따라 위치하는 원형 배열 안테나의 전계(En)는 수학식 1과 같다. 즉, 7개의 안테나 소자가 벌집 형태와 같이 원형 배열된 구조이다.

여기서, Rn은 n번째 소자에서부터 관측점까지의 거리이다. 즉, Rn은 수학식 2와 같다.

, 여기서, r≫a인 경우 수학식 3과 같다.

으로 된다.

따라서, 진폭 변화에 대해서, n번째 소자의 여긱 계수를으로 하고, 수학식 3을 수학식 1에 대입하면 수학식 4과 같이 된다.

여기서, I_n은 n번째 소자에 여기된 전류의 진폭, φn은 x-y평면에서의 n번째 소자의 각도이며, an은 n번째 소자에 여기된 전류의 위상이다.은 등방성 소자를 나타내므로 N개의 소자를 갖는 단일 원형 배열의 인자는 수학식 5와 같다.

그리고, 각 소자에 급전하는 전류의 크기와 위상이 동일하다고 가정하면 수학식 5는 수학식 6과 같이 된다.

중심에 하나의 소자를 갖는 원형 배열의 안테나 구조의 배열 인자는 내부에 반지름이 0인 원과 외부에 반지름이인 원이 함께 동시에 존재한다고 볼 수 있으므로, 상기 수학식 6으로부터 수학식 7을 얻을 수 있다.

여기서,=0이므로 수학식 7은 수학식 8과 같이 쓸수 있다.

여기서, I는 각 소자에 여기된 전류의 진폭이고,은 x-y평면에서의 n번째 소자의 각도이다.

상기 식에 의거하여, 소자간의 거리()를 변화시켜 가며 시뮬레이션하였을 경우, 도 2와 같은 방사패턴이 나오며, 0.5일 경우에 부엽이 약 -20dB로 가장 양호하다. 즉 도 2는 각 안테나 소자(antenna element)를 무 지향성으로 보고 소자간의 거리()의 변화에 따른 방사패턴 변화를 보인 도면이다.

상기와 같은 구조로 안테나를 설계할 경우 도 2에서 보는 바와 같이, 넓은 HPBW와 낮은 부엽을 갖고, 낮은 부엽특성으로 인해 비교적 높은 이득을 갖는 안테나를 설계할 수 있다.

상기 HPBW는 High Power Bandwidth로서, 파 필드(far field)로 방사되는 안테나 방사패턴 특성에서 주엽 3dB이내의 방사 전력을 의미하며, 방사되는 모든 전력의 HPBW에서 99%를 차지한다.

상기 수학식 8과 같은 특성을 갖는 원형 배열 안테나의 소자를 7소자로 함으로써, 고전력대역폭(HPBW)의 넓은 빔폭과 낮은 부엽으로 인해 원거리 전송, 넓은 지역을 커버할 수 있다. 또한 안테나의 급전점(Feeding Point)를 다르게 해 줌으로써 좁은 지역을 커버해 줄 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 7소자 원형 배열 안테나를 사용함으로써, 고전력대역폭(HPBW)의 넓은 빔폭과 낮은 부엽으로 인해 원거리 전송, 넓은 지역을 커버할 수 있는 장점이 있으며, IS-95C와 IMT-2000 기지국 안테나로 효과적으로 사용이 가능하다.

또한, 안테나의 급전점를 다르게 해줌으로써 좁은 지역을 커버하는데 유리하며 기지국 시스템의 전력을 절약할 수 있다.

Claims (2)

1. 등간격()으로 배열된 7개의 안테나 소자가 반지름(a)을 따라 단일 원형 배열로 위치하고, 상기 원형 배열 소자가특성을 만족하는 것을 특징으로 하는 7소자 원형 배열 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원형 배열 안테나의 방사 패턴은 소자간의 거리()를 변화시킬 때 0.5일 경우 약 -20dB의 방사패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 7소자 원형 배열 안테나.