KR20030014363A - 이중편파 다이폴 배열안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이폴정방형(3, 5)의 2개 직교병렬다이폴(113, 115)에 대한 안테나 전원(電源)(33, 35)은 전원케블(27)이 다이폴(13", 15")의 전원점(電源点)(feedr point)(33)에 연결되며, 상기 전원점(33)에서 출발하여 다이폴정방형(3, 5)의 각 직교병렬다이폴(13', 15')의 전원점(35)에 대한 연결케블(37)이 설치되며 거기에서 다이폴정방형(3, 5)의 다이폴1/2(13', 15')에 전기적으로 연결되도록 구비되어 있는 특징을 가진 개선 안테나에 관한 것이다.

Description

이중편파 다이폴 배열안테나{DUAL-POLARIZED DIPOLE ARRAY ANTENNA}
공지된 형태의 이중편파안테나의 경우에는 이에 대하여 ±45°편파장치를 사용한다. 반사기(反射器)앞의 공유안테나 하우징내에는 수직방향에서 하나의 주파수대역(周波數帶域)에서 전송(傳送)을 위한 일반적인 다수의 이러한 다이폴정방형과 예를들면 각각 2개의 이러한 수직으로 서로 겹쳐 배열된 다이폴정방형사이에 다른 주파수대역에서 전송을 위하여 추가로 다른 다이폴정방형이 배열된다.
주로 적용되는 수평 안테나의 반가폭(半價幅)은 65°이다. 안테나를 가급적 조밀하게 하기 위하여 편파당 65°반가폭을 얻자면 동일한 위산을 가진 2개의 개별 다이폴이 상호 접속된다. 다이폴배열은 이 때 +45°나 -45°이다. 이 결과 소위 다이폴정방형이 된다.
+45°와 -45°양 수평방사 다이어그램(horizontal radiation diagram)은 이 때 가급적 동일하게 배열되어야 한다. 편차는 트래킹(tracking)(單一調整)으로 표시한다.
보다 좁은수직 반가폭을 얻어 안테나이득(利得)을 증가시키기 위해서는 다중다이폴정방형을 수직방향으로 상호 접속시킨다. 이것이 동일한 위상으로 발생하면 2개의 +45°와 -45°편파안테나는 전기강하가 이루어지지 않는다.
이토록 양호한 치수의 안테나에 있어서는 또한 전혀 트랙킹이 발생하지 않거나 다만 최소로 표시된다. 교차편파반사패턴(pattern)부분도 동시에 최소이다.
이동통신분야에 대하여 현재 우선적으로 ±60°원호가 중요하다. 최근 몇 년간에 걸쳐서 이동 통신의 커다란 성과로 인하여 통신망의 조밀화가 계속 강화되었다. 이와 동시에 기존주파수를 경제적으로 항상 보다 짧은 공간거리내에서 사용하여야 한다. 공간의 점유밀도가 과도한 경우에는 소위 간섭장애가 일어난다. 이에 대한 조치수단은 보다 강력한 전기강하 안테나를 사용함으로서 예를 들면 15°에 이르는 강하각도에 의하여 이루어 질 수 있다.
물론 이것은 강하 각도가 증가함에 따라서 이중편파안테나의 양 수평패턴(horizontal pattern)이 서로 편류(偏流) 즉 +45°편파 수평패턴이 정(+)방향으로 한편 -45°편파 수평패턴은 부(-)의 방향으로 편류 하는 바람직하지 않은 부작용을 가지고 있다. 이로 인하여 강하각도가 클 경우에는 트랙 킹이 현저하게 일어난다. 또한 이 트랙 킹은 주파수에 따른다. 이와 같이 교차편파방사 패턴부분은 수평패턴을 따르며 ±60°원호에서 편파다이버시티(polarization diversity)-특성의 현저한 악화를 유도한다.
본 발명은 청구제1항의 상위개념에 따른 이중편파다이폴배열안테나에 관한 것이다.
DE 198 23 749 A1에는 이중편파다이폴배열안테나가 공지되어 있는데 이에 의하면 그 중에서도 특히 범세계적으로 적용되는 이동통신망 그 중에서도 특히 900MHZ또는 1.800MHZ-영역에서 전파를 위한 GSM900-이나 GSM1800-망에 대하여 적합하다.
본 발명의 기타 장점과 상세는 다음과 같이 도면에 의하여 설명된 예를 들어 전개한다. 동시에 도면의 내용은 다음과 같다
도 1은 다중다이폴정방형의 이중편파다이폴배열안테나
도 2는 선행기술에 따른 배선에 의하여 도1의 화살표방향A에 따르는 다이폴정방형의 측면도
도 3은 선행기술에 따른 도2에 의한 다이폴정방형의 평면도
도 4는 발명에 따른 해결에 의한 도2의 당해 도시도
도 5는 도4에 따른 실시예의 평면도
도 6은 상이한 전원위치를 가진 8개의 수직으로 겹쳐 배열된 45°경사로 뒤틀린 다이폴정방형의 약도
도 7은 상이한 전원위치를 가진 6개의 겹쳐배열된 다이폴정방형의 재차 약간 다른 실시예
본 발명의 과제는 따라서 선행기술에 의한 단점을 극복하고 개선이중편파안테나를 제공하는 데 있다.
본 예외적인 발명에 따른 해결방안은 동일한 편파로 병렬로 방사 또는 수신하지 않는 각각 다이폴정방형의 양 대향병렬다이폴이 평행하지 않거나 또는 대칭케블 또는 별도케블에 의하여 급전(給電)되지 않고 전원(電源)이 한 개의 다이폴에대하여만이 이루어지고 하나의 다이폴의 전원으로부터 그 다음 전원을 위하여 제2의 대향병렬다이폴에 연결케블이 구비되어 있다는 점에 기인한다.
이미터(emitter)를 +/-45°로 배열함으로서 본 발명에 따른 급전에 의하여 다이폴정방형의 주파수에 따른 스퀸트(squint)와 이에 의하여 또한 수평방향은 물론 수직방향에서도 드리프트(drift)의 원인이 된다. 이제 이것은 이로 인하여 대역폭에서 한편 전기강하의 악화 없이 트랙킹의 개선을 기록하게되고 추가로 교차편파구성요소가 감소되도록 하는 것이 아주 의외의 성과라고 간주되어야 한다. 이것은 당업자의 견지에서 다이폴의 본 발명에 따른 상호접속이 안테나의 아주 바람직하지 않은 결과를 초래하며 또한 경사각도의 불리한 주파수의 종속성을 예상하는 데 비하여 그만큼 의외적인 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 동시에 감안한 점은 연결케블의 전기장(電氣長)은 전송할 중간주파수에 대한 파장나 그의 정수배에 대응하는 것이다.
범용의 이러한 안테나는 다이폴정방형 뿐 아니라 다수의 일반적으로 상호수직설치방향으로 배열되고 수직배열다이폴정방형에 대하여 45°각도내에 포함함으로 이제 트랙킹은 요구에 따라서 상이하게 설정이 가능하다. 이것은 본 발명의 바람직한 실시예에서 예를 들면 전원은 전원케블에서 나와 각각 동일 측에서만이 대응 편파로 배열된 다이폴에 의하여 이루어지며 모든 다이폴에 대해서도 동일한 방법으로 거기에서 나와 연결케블이 각각 대향다이폴에 이르도록 함으로서 이루어질 수 있다.
트랙킹 크기의 변경은 한편 예를 들면 4개의 서로겹쳐 배열된 다이폴정방형중에서 3개의 다이폴정방형의 병렬로 연속적으로 배열된 다이폴에 대한 전원은 각각 좌측다이폴에서 이루어지고 다만 한 개의 다이폴정방형에 대하여서는 이에 병렬인 우측다이폴에 대해서만 이루어지게 함으로서 실현 가능하다.
예를 들면 4개의 다이폴정방형에 대하여 다만 2개의 다이폴의 경우 전원은 좌측다이폴에서만이 취해지고 전원의 다른 1/2은 우측다이폴에서만이 취해지면(여기에서 각각의 제2병렬다이폴에 대한 전원은 연결케블에 의하여 이루어진다.) 트랙킹의 다른 값이 생긴다.
환언하면 각각의 2개병렬 대향배열 다이폴에 의하여 1차-전원이 이루어지고 다이폴은 여기에서 분기한 연결도선에 의하여 급전되는 상이한 부분에 의하여 상호드리프트에 대한 각도와 크기는 +45°와 -45°편파수평 패턴부분이 대응하여 미세하게 조정과 보정이 된다.
상기 2중편파안테나나 교차편파 안테나 분야에서는 이에 따라서 전적으로 예외적이며 불분명한 방사패턴의 주파수 종속성의 보정과 트랙킹의 보정을 위하여 경우에 따라 상이하게 선택 가능한 직렬전원이 이용된다.
본 발명에 따른 해결방안은 한편으로 기타의 장점도 제공하는 데 이에 의하면 큰 단면에 따른 구비된 전원케블이 각각 2개의 90°로 편위된 다이폴에 설치되며 이러한 양 다이폴로부터 각각 작은 케블단면으로 된 연결케블만이 각각 다이폴정방형의 대향다이폴에 제공되어야 한다는 것이다. 이로 인하여 총케블비용이 현저히 저하된다.
도 1에는 평면 약도로 다중의 제1 다이폴정방형(3)과 다중의 제2 다이폴정방형(5)을 가진 이중편파다이폴배열안테나(1)가 도시되어 있다. 제1 다이폴정방형(1)은 예를들면 900MHz-영역에서 전송을 위하여 사용한다. 이에 반대로 보다 작은 제2 의 다이폴정방형(5)은 예를들면 1,800MHz영역에서 전송을 위하여 조정되어 있다. 모든 다이폴정방형(3 및 5)은 수직과 수평에 대하여 45°배열되고 수직설치배열(7)에 따라서 반사기(9)전면에서 반사기판(9')과 적당한 거리를 두고 서로 겹쳐 배열된다.
기본적인 구조와 작용방법은 그의 내용에 있어서 전범위에 걸쳐 관계가 있으며 본 출원의 내용에 적합한 DE 198 23 749 A1에 의한 선 공개선행기술의 경우에서 입증되었다.
이러한 기본적인 선행 공지된 다이폴정방형은 본 출원의 도 2와 3에 따른 구조와 전원을 가지고 있다.
본 다이폴정방형은 이 경우에 각각 도4의 평면도에서 다이폴정방형종류에 따라 배열된 각각 2개 대우의 병렬다이폴(13 및 15)을 포함한다. 양 다이폴대우(13' 및 13") 및 양 다이폴대우(15' 및 15")는 평형회로(balance of circuit)(113' 및 113" 또는 115' 및 115")에 의하여 지지 고정되어 있는데, 도시된 실시예에서는 수직이며 각각 외향구성요소를 가진 반사기(9)상의 푸트(foot)영역과 고정영역(21)으로부터 반사기(9) 앞에서 떨어져 있는 다이폴1/2로 뻗어 있다. 일반적으로 반사기(9)의 구멍(23)에 의하여 푸트점(foot point)영역 즉 고정영역(21)에서 반사기(9)뒤로 나오는 전원케블(27)로부터 분기점(29)을 거쳐서 제1접속케블(31)(동축케블)은 평형회로(113)의 브래킷(bracket)을 따라서 급전점(33)에 이르며 여기에서 외선(31a)은 예를 들면 브래킷(113')에 전기적으로 접속되며 그의 내선(31b)은 거기서 제2의 다이폴1/2과 연결되는 접속점 또는 엘보우(elbow)(35)에 전기적인 접속을 위하여 근소한 크기로 축길이방향에 따라 연장되어 구성된다.
동일한 단자회로는 대향다이폴에 대하여 이루어진다. 별도 제2급전케블과 2개의 추가별도연결도선에 의하여 급전이 도2와 3의 개요로 인하여 도시되어 있지 않은 양 90°편위다이폴 대우에 이루어진다.
이와 반대로 이제 발명에 따라서 도 4와 5에 따른 급전이 정해지며 이 경우에 급전케블(27)(동축케블)은 직접 다이폴의 급전점(33)에까지 이른다. 거기서 급전케블(27)은 그의 내선과 다시 급전점(33')(다이폴1/2과 연결되는)에서 접속되며 외선(31b)은 급전점(33')에서 다른 다이폴1/2과 전기적으로 접속된다.
이 급전점(33)으로부터 이제 대향다이폴1/2의 급전점(35)에 이르는 접속 케블(37)이 갈라진다. 내선은 이와 동시에 접점(35')에 의하여 다이폴1/2과 연결되고 외선은 제2다이폴1/2과 (35")에서 전기적으로 접속된다.
실제에 있어서는 이 경우에도 급전케블은 구멍(23)에 의하여 브래킷 또는 평형회로(113' 또는 113")에서 (이것이 예를 들면 중공선(hollow line)이나 중공캐리어(hollow carrier)로 구성된다) 내부에 배열되며 급전점(33)에까지 이르며 외선은 다이폴1/2과 전기적으로 연결되며 내선은 제2다이폴1/2의 접점에서 접속된다. 동축연결케블(37)은 또한 대응 평형회로(113)의 제2브래킷(113' 또는 113")에서 급전점(33)으로부터 다이폴에 다시 반사기판(9') 방향으로 되돌려지며,대향다이폴(13')의 대향평형회로(113)의 경우에 따르는 중공브래킷에서 이의 상부에 위치한 급전점(35)에 이른다.
또한 한편으로는 평형회로의 배열이나 기타의 방법으로 이루어질 수 있다. 도1, 4 및 5에 따른 회로 원리만을 도시되어 있음으로 여기에서 각각의 급전케블(27)은 실제로는 평형회로를 따라 중간구멍(23)을 거쳐 나와 급전점(33)에 이름에도 불구하고 말하자면 외부로부터 나와 급전점으로 아래로 이끌어 도시된다.
연결케블 길이는 이와 동시에 전속주파수영역, 그 중에서도 특히 중간주파수영역에 대하여또는 그의 4배정수여야 한다.
이에 따라서 별도 급전케블이나 또는 이에 대한 별도연결케블에 의하여 급전은 2개의 도4 및 5에 따른 실시예에서 90°편위된 다이폴(15 및 115)에서 정해진다. 또한 거기에서 이에 따라 급전은 별도의 급전케블에 의하여 우선적으로 거기에서 형성된 급전점의 한 다이폴(15')에서 이루어지며, 거기에서 별도의 연결케블이 그 다음 대향다이폴(15")에 이르며 당해 급전점에 접속된다.
도1에 의하여 예를 들면 거기서 2개의 분리된 급전케블(27)에 의하여 각각 좌측배열다이폴1/2(13', 15')은 대응 급전점(35)에 급전되며 거기에서 각각 대향다이폴(13" 또는 15")에 이르는 연결케블(31)은 거기에 위치한 급전점에 이른다.
그래서 예를 들면 모든 도1의 큰 다이폴정방형(3)은 한편으로 또한 모든 작은 다이폴정방형(5)은 동일항 방법으로 급전 가능하다.
그러나 또한 예를 들면 개별다이폴정방형이나 또는 다중수직중첩배열다이폴정방형의 경우 예를 들면 다이폴정방형의 1/2 또는 임의의 기타 결합은 달리 급전이 된다. 이래서 예를 들면 도1의 최하부의 다이폴정방형(3)에 대하여 거기서 급전은 2개의 분리된 급전케블에 의하여 다이폴정방형의 우측배열다이폴 즉 다이폴(13")과 다이폴(15")에서, 즉 상기 급전점에서 이루어진다.
2개의 분리된 결선(31)에 의하여 이제 각각 제1급전점에서 분기하면서 대향병렬다이폴에서의 급전이 취해진다. 이에 따라서 각각 처음에 제1급전이 이루어지고 다이폴정방형의 각각 대우방법의 병력다이폴은 결선에 의하여 제1다이폴에서 분기하여 전기적으로 접속되며 트랙킹의 상이한 크기가 발생한다.
도 6과 7에 의하여 45°배열의 한번에 8개가 서로 중첩되는 다이폴정방형의 2가지 예를 도시하고 있으며, 이것은 트랙킹에 대한 일정한 값을 얻기 위하여 좌측배역 또는 우측배열다이폴에 대하여 한번 상이한 급전을 도시한다. 6개의 45°배열의 중첩배열다이폴정방형을 도시한 도7에 따른 실시예에 대하여서도 이에 따라 적용한다. 이와 동시에 각각 주급전선(27)으로부터 다음의 분배기(distributor)와 스플리터(splitter)에 의하여 분기하면서, 다양한 이중편파다이폴정방형의 급전이 이루어진다. 도 6과 7에서 이 때 반사기판은 함께 도시되어 있지 않다.
본 과제는 발명에 따라서 제1항에 의하여 제공된 특징에 따라서 해결된다. 본 발명의 유리한 형태를 종속청구항에 제시한다.
비교적 간단한 수단으로 이제 가급적 이러한 형태를 구성하는 이중편파안테나에 있어서 비교적 현저한 강하의 경우에도 수평패턴이 서로 편류 되지 않는 즉 최소한 상호편류가 선행기술에 비하여 현저히 감소되며 이에 의하여 개선되도록 보장이 가능하도록 한 것은 전적으로 예외적으로 보아야 한다. 다른 측면에서 본 발명에 따른 해결방안은 한편 예를 들면 강하되지 않은 방사패턴의 경우에 이것은 그럼에도 불구하고 일정한 트랙킹을 얻기 위하여 필요로 한 경우에 대하여도 가능성을 제공한다. 동시에 예외적인 것은 트랙킹의 이에 의하여 얻어진 개선된 보정은 주파수에 따른다.
발명에 따라서 트랙킹은 제거되거나 최소한도로 감소됨으로서 교차편파방사패턴은 현저히 개선된다. 이에 따라서 편파다이퍼시티-특성도 향상된다.
기타 장점은 이와 동시에 또한 총케블경비가 재래식 안테나장치에 비하여 감쇠 되는 점이다.

Claims (8)

  1. 한 개 또는 다중 다이폴정방형(3, 5)의 형상인 이중편파다이폴배열안테나에 있어서 한 개 또는 다중 다이폴정방형(3, 5)은 수직 또는 수평에 대하여 45°각도로 틀어져 배열되며 급전(33, 35)은 다이폴정방형(3, 5)의 각각 양 대향배열병렬다이폴(113, 115)에 대하여 급전케블(27)이 다이폴(13", 15")의 급전점(33)에 이르며 이 급전점(33)으로부터 분기하여 연결케블(37)이 다이폴정방형(3, 5)의 각각 대향병렬다이폴(13', 15')의 급전점(35)에 배열되고 거기에서 다이폴정방형(3, 5)의 다이폴1/2(13', 15')에 의하여 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  2. 제1항에 있어서 다이폴정방형(3, 5)마다 2개의 별도 급전캐블(27)이 설치되며 양 급전케블(27)은 각각 2개의 90°편위 배열한 다이폴(13", 15")의 급전점(33)에 이르며, 이러한 급전점(33)으로부터 각각의 대향병렬다이폴(13', 15')에 대한 각각 한 개의 별도 결선(37)이 거기에서 구성된 급전점(35)에 이르는 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  3. 제1 또는 2항에 있어서 결선 즉 결선(31)의 전기 유효 장은 최소한 전송주파수영역 그 중에서도 특히 중간주파수에 대하여에 근접 또는 그의 4배정수인 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  4. 제1 내지 3항중의 어느 한 항에 있어서 다중의 조립방향(7)에 따른 중첩배열다이폴정방형(3, 5) 및/또는 인접배열다이폴정방형(3, 5)인 경우에 있어서 모든 다이폴정방형(3, 5)의 급전케블(27)과 연결된 급전점(33)은 대응하는 동일점 또는 배열에 위치함을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  5. 제1 내지 3항중의 어느 한 항에 있어서 다중의 조립방향(7)에 따라 중첩배열다이폴정방형(3, 5) 및/또는 인전배열다이폴정방형(3, 5)의 경우에 있어서 급전케블(27)에 의하여 연결된 급전점(33)은 최소한 다이폴정방형(3, 5)중의 어느 하나 또는 모든 정방형(3, 5)의 일부에 있어서 다이폴정방형(3, 5)의 각각의 대우서로병렬인 다이폴(13, 15)의 각각 다른 부분에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  6. 제1 내지 5항중의 어느한 항에 있어서 결선(27)은 한 다이폴(13", 15")의 제1 급전점(33)으로부터 이에 대하여 병렬인 다이폴(13', 15') 또는 다이폴(13, 15)의 평형회로(113, 115)의 경우에 따라 공동구성브래킷에 또는 내에 위치함을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  7. 제1 내지 6항중의 어느 한 항에 있어서 결선(37)은 내선 및/또는 외선의 다는 도선 단면 그 중에서도 특히 작은 도선 단면은 제1급전점(33)에 이르는급전선(27)으로서 가지는 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
  8. 제1항 내지 7항중의 어느 한 항에 있어서 각 다이폴정방형에 대한 급전에 따라서 혼성- 및 / 또는 교차편파방사패턴(트랙킹)의 주파수의존도의 감소를 실시 가능한 것을 특징으로 하는 이중편파다이폴배열안테나.
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