KR20020085105A - Short-ended coaxial slot-coupled strip array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명에서는 기존의 전자기 결합 동축 다이폴 어레이에서 필요한 반파장 임피던스 변환기를 두지 않고도 높은 안테나 효율과 안테나 이득을 얻고, 제작도 용이한 구조를 제시하였다. 본 구조는 동축도파관의 단락종단을 통해 투과파를 없애고 단락 종단의 길이를 최적화하여 슬롯을 통한 스트립과의 전자기적 결합을 통해 복사효율이 극대화되도록 하였다.In the present invention, a high antenna efficiency and antenna gain are obtained without the half-wave impedance converter required in the conventional electromagnetic coupled coaxial dipole array, and a structure that is easy to manufacture has been proposed. This structure eliminates the transmission wave through the short end of the coaxial waveguide and optimizes the length of the short end so that the radiation efficiency is maximized through the electromagnetic coupling with the strip through the slot.
급전구조가 간단하고 구조적 단순함으로 2차원 다이폴 어레이를 대체하는 동축 collinear 안테나는 기지국 안테나로 고려되어져 왔고, 최근에도 동축 collinear 안테나와 동축 슬롯 안테나에 대한 등가선로 해석을 통해 PCS 기지국 안테나로서의 유용성을 제시하였다.The coaxial collinear antenna, which replaces the two-dimensional dipole array due to its simple feeding structure and structural simplicity, has been considered as a base station antenna, and has recently proved its usefulness as a PCS base station antenna through equivalent line analysis for coaxial collinear antennas and coaxial slot antennas. .
또한 급전 동축선로의 외부 도체의 환형 슬롯에 의해 전자기적으로 급전되어지는 반파장 도체 원형 파이프로 구성된 전자기 결합 동축 다이폴 어레이 안테나를 제시하여 기지국 안테나로서 의 가능성을 제시하였다.In addition, an electromagnetic coupled coaxial dipole array antenna composed of a half-wave conductor circular pipe, which is electromagnetically fed by an annular slot of an outer conductor of a feed coaxial line, is presented, suggesting the possibility as a base station antenna.
기존의 구조의 단점으로 동축 collinear 안테나는 내부 도체와 외부 도체로 본딩해야 하므로 본딩의 정밀 및 소자간 정렬이 요구되며, 전자기 결합 동축 다이폴 어레이 안테나는 급전부에 임피던스 매칭을 위한 다이폴 길이와 반경의 변화를 주어야하는 단점이 있다.As a disadvantage of the conventional structure, the coaxial collinear antenna needs to be bonded with an inner conductor and an outer conductor, so that the bonding precision and element-to-element alignment are required, and the electromagnetically coupled coaxial dipole array antenna has a change in the dipole length and radius for impedance matching at the feeder. There are disadvantages to be given.
본 발명은 동축 collinear 안테나는 내부 도체와 외부 도체로 본딩해야 하므로 본딩시의 정밀함과 소자간 정렬의 어려움이 존재하며, 전자기 결합 동축 다이폴 어레이 안테나는 급전부에 임피던스 매칭을 위한 1/4λ 변환기 설계가 요구되며 다이폴 길이와 반경의 변화를 주어야 한다.In the present invention, the coaxial collinear antenna needs to be bonded to the inner conductor and the outer conductor, so there is precision in bonding and difficulty in element alignment, and the electromagnetic coupled coaxial dipole array antenna has a 1 / 4λ converter design for impedance matching at the feeder. Required and must vary in dipole length and radius.
도 1 은 본 발명의 단락 종단된 동축 슬롯을 통한 전자기 결합된 스트립 배열 안테나의 예시도1 is an illustration of an electromagnetically coupled strip array antenna through a short-ended coaxial slot of the present invention.
종래의 동축 collinear 안테나는 급전 구조가 간단하여 2차원 다이폴 어레이를 대체하는 어레이 요소들로 여겨져 왔다. 저비용과 구조적 단순함 때문에 개인휴대통신을 위한 기지국 안테나로 고려되어졌다.Conventional coaxial collinear antennas have been considered as array elements replacing the two-dimensional dipole array because of their simple feeding structure. Due to its low cost and structural simplicity, it was considered as a base station antenna for personal mobile communication.
그것은 몇 개의 반파장 동축선로로 구성되어 있으며 한 선로의 내부 도체가 이웃하는 선로의 외부 도체에 전기적으로 연결되어 있는데 이는 동축 선로의 외부 표면에 동위상의 전류 분포가 유도되도록 모든 슬롯을 가로질러 여기 전압이 동위상 및 같은 크기를 가지도록 하여 브로드 사이드로 높은 이득을 얻게 하였다.It consists of several half-wave coaxial lines, with the inner conductor of one line electrically connected to the outer conductor of the neighboring line, which excites voltage across all slots to induce an in-phase current distribution on the outer surface of the coaxial line. This in-phase and the same size allow for broad side gains.
또 다른 형태의 안테나 구조는 급전 동축선로의 외부 도체의 환형 슬롯에 의해 전자기적으로 급전되어지는 반파장 도체 원형 파이프로 구성된 전자기 결합 동축 다이폴 어레이 안테나로 Wiener-Hopf 해석과 등가선로 해석을 통해 안테나 특성을 해석하였다. 여기서는 동축 도파관 종단을 개방하고 매칭이 되도록 개방 길이를 설정하고 급전부에 반파장 임피던스 변환기를 달아서 임피던스 매칭을 하여 안테나 특성을 얻었다.Another type of antenna structure is an electromagnetically coupled coaxial dipole array antenna consisting of a half-wave conductor circular pipe that is electromagnetically fed by an annular slot on an outer conductor of a feed coaxial line. Interpreted. Here, the antenna characteristics were obtained by impedance matching by opening the coaxial waveguide terminal and setting the open length to be matched, and attaching a half-wave impedance converter to the feeder.
안테나 복사효율을 높이도록 설계된 단락 종단된 동축 슬롯을 통한 전자기 결합된 스트립 배열 안테나 구조를 그림 1도와 같이 발명하였다.An electromagnetically coupled strip array antenna structure through a short-ended coaxial slot designed to increase antenna radiation efficiency is invented as shown in Figure 1.
안테나의 복사 효율을 높이기 위해 동축도파관의 종단을 전기적으로 단락(short)하였다.In order to increase the radiation efficiency of the antenna, the end of the coaxial waveguide is electrically shorted.
동축도파관의 외부도체에 주기적인 슬롯을 두고 슬롯 외부에 유전체를 코팅하고 주기적인 도체 스트립을 두어 스트립과의 전자기 결합을 통해 자유공간으로 복사 효율을 높이도록 하였다.Periodic slots are placed on the outer conductor of the coaxial waveguide, and dielectrics are coated on the outside of the slots, and periodical conductor strips are placed to increase the radiation efficiency to free space through electromagnetic coupling with the strips.
안테나 급전부가 동축선으로 되어 있어 별도의 급전 변환장치가 필요없으며 보편적으로 사용되는 동축선 급전이 가능하도록 하였다.The antenna feed part is made of coaxial line, so it does not need a separate feed conversion device, and it is possible to use commonly used coaxial feed.
안테나 제작 과정이 기존의 내부 및 외부 도체를 연결 및 정렬이 필요한 동축 collinear 안테나보다도 휠씬 더 간단하게 이루어지도록 하였다.The antenna fabrication process is much simpler than coaxial collinear antennas that require connection and alignment of existing internal and external conductors.
슬롯과 스트립 사이의 강한 전자기 결합에 의해 대다수의 입사전력(Pinc)이 공간전력(Pspace)으로 복사되기 때문에 표면파 형태로 유전체 코팅 영역을 통해 손실되는 표면파 전력(Psurf)은 거의 무시할 수 있으며 실제로 Terminator를 설계하지 않고도 사용 가능하도록 하였다.Since the majority of incident power (Pinc) is radiated into the space power by the strong electromagnetic coupling between the slot and the strip, the surface wave power (Psurf) lost through the dielectric coating area in the form of surface wave is almost negligible and actually the terminator It can be used without design.
동축도파관의 단락 종단 길이, 동축도파관 슬롯의 폭, 도체스트립의 폭, 코팅 유전체의 상대 유전율, 유전체 코팅 두께 등과 같은 다양한 설계 파라미터 조정에 의해 원하는 안테나 패턴 및 특성들을 얻을 수 있도록 하였다.Various design parameters such as the short end length of the coaxial waveguide, the width of the coaxial waveguide slot, the width of the conductor strip, the relative permittivity of the coated dielectric, the thickness of the dielectric coating, and the like make it possible to obtain desired antenna patterns and characteristics.
단락 종단된 동축 슬롯을 통한 전자기 결합된 스트립 배열 안테나의 동작 원리는 다음과 같다.The principle of operation of an electromagnetically coupled strip array antenna via a short-ended coaxial slot is as follows.
안테나 급전원 Generator에 의해 동축도파관의 기본 모드인 TEM(Transverse Electromagnetic) 파가 입사된다.The TEM (Transverse Electromagnetic) wave, which is the basic mode of the coaxial waveguide, is incident by the antenna power supply generator.
입사파(Incident wave)는 각 슬롯을 통과하면서 도체 스트립과의 강한 전자기적인 결합을 통해 공간파(Space wave)로 복사되고 일부는 코팅 영역에 갇혀 나가는 표면파(Surface wave) 형태로 빠져나간다.Incident waves pass through each slot and are radiated into the space wave through strong electromagnetic coupling with the conductor strip, and some exit in the form of surface waves trapped in the coating area.
전자기 결합되어 빠져나가고 남은 투과파는 안테나의 종단부의 전기적인 종단에 의해 반사되어 다시 슬롯을 통해 도체스트립과의 전자기적인 결합을 통해 재복사된다.The remaining transmitted wave, which has been electromagnetically coupled, is reflected by the electrical termination of the antenna's termination and is again radiated through the electromagnetic coupling with the conductor strip through the slot.
종단기(Terminator)에 의해 극소에 해당되는 표면파로 빠져나가는 것을 정합하여 반사를 없앤다. 실제로 입사전력의 1%미만이기에 종단기를 두지 않아도 문제는 없다.Match the exiting with the surface wave corresponding to the minimum by Terminator and eliminate the reflection. In fact, less than 1% of the incident power, there is no problem if you do not have a terminator.
본 발명은 기존의 동축도파관 내부도체와 외부도체와의 연결 및 정렬이 필요한 동축 collinear 안테나보다 제작이 용이하다.The present invention is easier to fabricate than a coaxial collinear antenna that requires the connection and alignment of existing coaxial waveguide inner and outer conductors.
급전구조는 기존의 동축 collinear와 같은 동축 급전 구조를 갖고 있어 급전구조의 변화없이 사용이 가능하다.The feeding structure has the same coaxial feeding structure as the existing coaxial collinear, and thus can be used without changing the feeding structure.
외부도체 외부에 유전체 코팅은 슬롯 내부의 전기적 특성을 외부환경으로부터 보호하는 Radome 기능을 대체하게 한다.The dielectric coating on the outside of the outer conductor replaces Radome's ability to protect the electrical properties inside the slot from the outside environment.
기존의 것보다 다양한 설계 파라미터들이 있어 요구되는 성능을 만족하게 하는 다양한 인자들이 존재한다.There are more design parameters than conventional ones, so there are various factors to meet the required performance.
본 발명의 안테나는 상용의 기지국용 안테나 특성 이상으로 나와 기존의 것을 대체할 수 있으며, 향후 밀리미터파 대역의 안테나로도 충분히 사용할 수 있는 장점이 있다.The antenna of the present invention can be replaced with the conventional one out of the characteristics of the antenna for commercial base stations, there is an advantage that can be sufficiently used as an antenna of the millimeter wave band in the future.
본 발명의 안테나를 사용하게 되면, 급전구조가 간단하고 제작이 용이할 뿐 아니라 안테나 복사특성도 우수하여 기존의 이동통신용 기지국 안테나를 대체하여 사용할 수 있다.When the antenna of the present invention is used, the feeding structure is simple and easy to manufacture, and also has excellent antenna radiation characteristics, so that it can be used to replace the existing base station antenna for mobile communication.
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KR1020010024387A KR20020085105A (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Short-ended coaxial slot-coupled strip array antenna |
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2001
- 2001-05-04 KR KR1020010024387A patent/KR20020085105A/en not_active Application Discontinuation
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