KR200320101Y1

KR200320101Y1 - 삼중 편파 안테나

Info

Publication number: KR200320101Y1
Application number: KR20-2003-0011737U
Authority: KR
Inventors: 배기형; 주영달
Original assignee: (주)하이게인안테나
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2003-07-12

Abstract

본 고안은 마이크로 스트립 안테나 소자로 이루어진 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나를 병렬로 배치하여 구성된 삼중 편파 안테나에 관한 것이다. 이중 편파 안테나와 수직 편파 안테나로부터 반사판까지의 거리를 각각 동일하게 유지하고, 각 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자의 방사 패치와 슬릿 소자의 거리를 동일하게 유지함으로써, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나 사이의 분리도가 향상된다. 이와 더불어 각 급전선로와 연결되는 분배기 및 외부 단자와 연결되는 선로를 케이블 선로로 구성하고, 각 편파별로 별도의 분배기 및 급전 케이블 선로를 사용함으로써 분리도를 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

삼중 편파 안테나{TRIPLE POLARIZATION ANTENNA}

수신된 전파의 상태가 송신 전파의 상태와는 다르게 되는 경우가 있는데 이를 페이딩(fading)이라 한다. 페이딩의 원인은 전파가 전달되는 매질의 전기적 상수가 시간적으로 변해서 전파의 손실을 가져오거나, 통로의 굴곡에 의해 생기는 수도 있다. 또한, 이동 통신에 있어서 여러 개의 송신 신호가 공중에서 여러 갈래의 경로를 거쳐 수신 안테나에 수신되는 다중 경로가 이용되는데, 여러 신호들이 서로 다른 경로를 거쳐 수신되면서 서로 다른 진폭 감쇄와 위상 변화를 겪게 됨으로 인해 페이딩이 발생할 수 있다.

이러한 페이딩의 대책으로서 다이버시티 기법이 주로 사용된다. 다이버시티 기법은 서로 독립적으로 페이딩의 영향을 받는 여러 개의 신호를 수신하여 적절히 결합하여 페이딩을 극복하는 방법이다.

동일 전파를 서로 충분히 떨어진 두 지점에서 수신하면 공간파는 그 경로를 달리하며, 수신 전계 강도의 페이딩 상태가 다르므로, 두 개의 수신 출력을 적당히 합성하거나 선택하여 페이딩의 영향을 경감 시킬수 있는데, 이러한 방식을 공간 다이버시티라 기법이라 한다. 그렇지만, 송신 안테나 1기와 수신 안테나 2기는 서로상당한 거리를 두고 떨어져야 하므로, 설비의 규모가 커지는 문제점이 있었다.

공간 다이버시티 기법 이외에, 전파의 편파에 따라 페이딩을 받는 형태가 달라지는 성질을 이용한 편파 다이버시티 기법이 페이딩을 극복하기 위해 많이 사용된다. 편파 다이버시티용으로 ±45°편파를 사용하는 이중 편파 안테나가 주로 사용되는데, 한 쪽 편파의 입출력 단자가 송·수신단 겸용으로 사용되기 때문에, 송·수신단의 분리도를 향상시키는데 한계가 있었다.

본원은 상술한 문제점을 극복하여 향상된 송·수신단 분리도를 가지며, 수직편파와 이중편파를 이용하는 삼중 편파 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나의 상부 평면도이다.

도 2는 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나에 있어서 수직 편파 안테나의 구조를 자세하게 도시한 평면도이다.

도 3은 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나에 있어서 이중 편파 안테나의 구조를 자세하게 도시한 평면도이다.

도 4는 도 3의 A-A'에 따른 단면을 도시하는 단면도이다.

도 5는 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나의 수직 구조를 도시하고 있는 단면도이다.

도 6은 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나의 후면을 도시하고 있는 하부 평면도이다.

도 7은 본 고안에 따른 삼중 편파 안테나에 있어서, 이중 편파 안테나와 수직 편파 안테나에 전파 흡수체가 배치된 실시예를 도시하고 있다.

101a, 101b, 101c: 급전부 102a, 102b, 102c: 급전 선로

103: 수직 편파 안테나 104: 이중 편파 안테나

105a, 105b: 마이크로 스트립 안테나 소자 121a, 121b: 방사 패치

122a, 122b: 슬릿 소자 131, 133: 유전체 층

135: 반사판 112a, 112b, 112c: 외부 단자

113a, 113b, 113c: 급전 케이블 111c, 111b, 111c: 분배기

120: 전파 흡수체

상기한 목적을 위해 본 고안은 반사판, 상기 반사판 위에 형성된 수직 편파 안테나, 그리고 상기 반사판 위에 형성된 이중 편파 안테나를 포함한 구성 삼중 편파 안테나를 제시한다.

상기 수직 편파 안테나는 일자형 슬롯 소자 및 방사 패치를 포함하는 적어도 하나의 마이크로 스트립 안테나 소자 및 상기 마이크로 안테나 소자에 연결된 급전 선로로 구성되고, 상기 반사판으로부터 소정의 거리를 두고 형성된다.

그리고 상기 이중 편파 안테나는 십자형 슬롯 소자 및 방사 패치를 포함하는 적어도 하나의 마이크로 스트립 안테나 소자 및 상기 마이크로 안테나 소자에 연결된 급전 선로로 구성되고, 상기 반사판으로부터 소정의 거리를 두고 형성된다.

상기 수직 편파 안테나와 상기 이중 편파 안테나의 간섭을 최소화 하기 위하여, 상기 수직 편파 안테나의 상기 일자형 슬롯 소자와 상기 방사 패치 간의 거리가 상기 이중 편파 안테나의 상기 십자형 슬롯 소자와 상기 방사 패치 간의 거리와 동일하게 형성되며, 상기 반사판에서 상기 수직 편파 안테나의 상기 일자형 슬롯 소자까지의 거리와 상기 반사판에서 상기 이중 편파 안테나의 상기 십자형 슬롯 소자까지의 거리가 동일하게 형성된다.

더 나아가 본발명에 따른 삼중 편파 안테나는 상기 수직 편파 안테나와 상기 이중 편파 안테나의 입출력 단자간 분리도를 더욱 향상시키기 위하여, 각각의 안테나의 급전선이 케이블 선로에 의해 외부 단자와 연결되는 구성을 가진다.

자세히 설명하면, 상기 수직 편파 안테나는 수직 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 수직 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 연결된 수직 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고, 상기 수직 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 선로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 각각 상기 수직 편파 안테나용 분배기에 연결되며, 상기 이중 편파 안테나는 이중 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 이중 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 연결된 이중 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고, 상기 이중 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 선로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 상기 이중 편파 안테나용 분배기에 각각 연결되는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 이중 편파 안테나는 각 편파별로 구분된 2개의 이중 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 2개의 이중 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 각각 분리되어 연결된 2개의 이중 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고,상기 이중 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 서로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 각 편파별로 구분되어 상기 2개의 이중 편파 안테나용 분배기에 각각 연결될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 고안에 따른 삼중편파 안테나를 구성하는 상기 이중 편파 안테나는 ±45° 편파를 이용한다. 더 나아가 전파 흡수체를 상기 이중 편파 안테나와 상기 수직 편파 안테나의 사이에 끼워 넣음으로서 분리도를 더욱 향상시틸 수 있다.

또한, 슬롯 소자 대신 다이폴 안테나를 사용하여 삼중 편파 안테나를 구성하는 것도 가능하다.

첨부된 도면을 참고하여, 본원발명의 구체적인 실시예를 설명하고자 한다.

도 1은 본원발명에 따른 삼중 편파 안테나의 평면을 도시하고 있다. 도 1에 개시되어 있는 안테나(100)는 슬롯형 마이크로 스트립 안테나로서, 개별적인 마이크로 스트립 안테나의 구성은 추후에 설명될 것이다.

도 1에 따른 본원발명의 구성을 살펴보면, 복수개의 마이크로 스트립 안테나소자(105a)로 이루어진 수직 편파 안테나(103)와 복수개의 마이크로 스트립 안테나소자(105b)로 이루어진 이중 편파 안테나(104)가 병렬로 배치되어 구성된다. 도 1에 개시된 상기 수직 편파용 안테나는 90°편파를 이용하도록 구성되며, 이중 편파용 안테나는 ±45°편파를 가지도록 구성된다. 상기 수직 편파용 안테나는 보통 송신용으로, 상기 이중 편파용 안테나는 보통 수신용으로 이용된다. 그렇지만, 상기 안테나들을 광대역으로 구성할 경우에는 안테나 구성의 변경 없이 입.출력 단자만을 바꾸어 줌으로써 수직 편파로 수신하고, 이중 편파로 송신하는 것도 가능하다.

수직 편파 안테나(103)를 이루는 각각의 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105a)는 하나의 슬롯을 가지는 슬롯 소자로 이루어져 있고, 수직 편파용 급전선(102a)이 각각의 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105a)에 연결된다. 그리고 수직 편파용 급전선(102a)의 맞은 쪽 끝은 수직 편파용 급전부(101a)에 연결된다.

이중 편파 안테나를 이루는 개개의 마이크로 스트립 안테나 소자(105b)를 살펴보면, 십자형의 ±45°방향의 슬롯을 가지는 슬롯 소자로 구성되어 있고, 각각의 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105b)에는 두 개의 이중 편파용 급전선(102b, 102c)이 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(104)에 연결되고, 맞은 쪽 끝은 각각 이중 편파용 급전부(101b,101c)에 연결된다.

도 2는 도 1에 개시된 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(15a)를 자세하게 묘사한 평면도이다. 수직 편파용 급전부(101a)와 연결된 수직 편파용 급전선(102a)은 일자형 슬롯(122a) 및 방사 패치(121a)로 이루어진 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자 (105a)에 연결된다. 본 실시예에서는 도 2에서 도시된 것과 같이, 하나의 급전부(101a)에 연결된 급전선(102a)이 중간에 갈라져 2개의 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105a)에 연결된다.

도 3는 도 1에 개시된 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105b)를 자세하게 묘사한 평면도이다. 이중 편파용 급전부(101b, 101c)와 연결된 이중 편파용급전선(102b, 102c)은 ±45°십자형 슬롯(122b) 및 방사 패치(121b)로 이루어진 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105b)에 연결된다. 본 실시예에서는 도 3에서 도시된 것과 같이, 급전부(101b, 101c)에 각각 연결된 급전선(102a,102b)이 중간에 갈라져 각각 2개의 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105b)에 연결된다.

도 4는 본원발명에 따른 마이크로 스트립 안테나의 단면 구조를 도시하고 있는 단면도이다. 도 2의 A-A'를 기준으로 한 단면이지만, 도 3의 B-B'를 기준으로 한 단면 형태도 도 5와 동일하다. 도 5에 개시된 것과 같이, 유전체 층(131) 상에는 금속으로 형성된 방사 패치(121a)가 배치되고, 상기 유전체 층(131)의 아래쪽에 일정 간격을 두고 슬롯(122a)이 형성된 금속판(132)이 배치된다. 상기 금속판(132)은 유전체 층(133)에 의해 지지되고, 상기 유전체 층(133)의 이면에는 급전선(102a)이 형성되어 마이크로 스트립 안테나(103)를 형성하게 된다. 상술한 구성은 수직 편파 안테나의 단면구조에 관한 것이지만, 이중 편파 안테나에 있어서의 구성에 있어서도 이와 동일하다.

도 5는 본원발명의 특징적인 구성을 도시하고 있는 3중 편파 안테나의 단면도이다. 좌측은 수직 편파 안테나 소자 (103)가 우측에는 이중 편파 안테나 (104)가 형성되어 있다. 수직 편파용 안테나(103)의 슬롯(122a)과 이중 편파용 안테나(104)의 슬롯(122b), 그리고 수직 편파용 안테나(103)의 급전선(102a)과 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나(104)의 급전선(102b)의 각도는 45°이루고 있어서, 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나(103)의 슬롯(122a)과 이중 편파용안테나(104)의 슬롯(122b)은 하나의 단면에서는 동일한 형상으로 표현될 수 없지만, 본원 발명의 특징부 중 하나인 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나(103)와 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나(104)의 수직 구조를 설명하기 위하여, 편의상 양 안테나에서의 슬롯 형상이 동일하게 표시되었다.

도 5에 도시된 것과 같이, 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나(103)와 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나(104)는 반사판(135)으로부터 거의 동일한 높이에 형성된다. 그리고 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나(103)에 있어서 슬롯(122a)과 방사 패치(121a)의 거리와 이중 편파용 마이크로 스트립(104)에 있어서 슬롯(122b)과 방사 패치(121b)의 거리를 동일하게 함으로써, 실질적으로 각각의 안테나의 높이가 동일하도록 구성하였다. 상술한 것과 같이 수직 편파용 마이크로 스트립 안테나(103)와 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나(104)의 구조적 높이를 실질적으로 동일하게 형성함으로써, 양 마이크로 스트립 안테나(103,104) 간의 분리도 및 안테나 패턴의 일그러짐 현상이 개선될 수 있다.

도 6은 도 1에 개시된 3중 편파 안테나의 이면을 도시하고 있다. 수직 편파용 외부 접속 단자(112a)에 연결된 수직 편파용 급전 케이블(113a)은 수직 편파용 분배기(111a)를 거쳐 복수의 분배 급전 케이블(110a)을 통하여 수직 편파용 안테나의 급전부(101a)에 연결된다. 이중 편파용 외부 접속 단자(112b,112c)에 연결된 이중 편파용 급전 케이블(113b, 113c)은 각각 분배기(111b, 111c)를 거쳐 복수의 분배 급전 케이블(110b, 110c)을 거쳐 복수의 이중 편파용 급전부(101b, 101c)에 연결된다. 수직 편파용 급전부(101a)는 수직 편파용 급전 선로(102a)에 의해 각각의수직 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자(105a)에 전기적으로 연결되고, 이중 편파용 급전부(102b, 102c)는 이중 편파용 급전 선로(102b, 102c)에 의해 각각의 이중 편파용 마이크로 스트립 안테나 소자 (105b)에 전기적으로 연결되기 때문에, 결과적으로 각각의 마이크로 스트립 안테나들(103,104)들은 외부 접속 단자(212a,212b,212c)에 각각 연결되게 된다.

수직 편파용 급전 케이블(113a) 및 이중 편파용 급전 케이블(113b, 113c)을 각각 분리하고, 수직 편파용 분배기(111a) 및 이중 편파용 급전 케이블(113b, 113c)을 각각 분리함으로써, 2개의 이중 편파용 안테나의 입.출력 단자간에는 -35dB 이상의 분리도가 얻어질 수 있고, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나 간에는 최소 -40dB에서 최대 -70dB의 분리도가 얻어질 수 있다. 더 나아가, 도 7에 도시된 것과 같이, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나의 사이에 스폰지 등과 같은 물질로 만들어진 전파 흡수체(120)를 입출력 단자와 떨어진 부분에 소정의 부분에 배치시킴으로써, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나의 분리도를 -5db이상 향상시킬 수 있다.

상기 실시예에서 수직 편파 안테나 및 이중 편파 안테나는 슬롯 소자를 이용하여 구성되었지만, 다이폴 안테나를 사용해서도 삼중 편파 안테나를 구성하는 것이 가능하다. 이 때 반사판과 다이폴 안테나 간의 거리를 동일하게 유지함으로써 양 안테나 간의 분리도를 향상시킬 수 있다.

상술한 것과 같이, 수직 편파형 안테나와 이중 편파형 안테나로 구성된 3중편파형 안테나를 사용함으로써, 송·수신단간의 분리도를 향상시킬 수 있다. 더 나아가, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나의 슬롯과 방사 패치의 거리를 동일하게 하고, 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나의 높이를 동일하게 함으로써, 분리도 및 안테나 패턴의 일그러짐 현상을 개선시킬 수 있다. 또한, 수직 편파용 급전 케이블 및 이중 편파 안테나의 각 편파에 해당하는 급전 케이블을 각각 별개로 형성하고, 별도의 분배기를 사용함으로써 수직 편파 안테나와 이중 편파 안테나 간의 분리도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims

반사판;

상기 반사판 위에 형성된 수직 편파 안테나; 및

상기 반사판 위에 형성되고, 상기 수직 편파 안테나와 병렬로 배치된 이중 편파 안테나를 포함하고,

상기 반사판과 상기 수직 편파 안테나간의 거리와 상기 반사판과 상기 이중 편파 안테나 간의 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제1항에 있어서, 상기 수직 편파 안테나는 일자형 슬롯 소자 및 방사 패치를 포함하는 적어도 하나의 마이크로 스트립 안테나 소자 및 상기 마이크로 안테나 소자에 연결된 급전 선로로 구성되고, 상기 반사판으로부터 소정의 거리를 두고 형성되며,

상기 이중 편파 안테나는 십자형 슬롯 소자 및 방사 패치를 포함하는 적어도 하나의 마이크로 스트립 안테나 소자 및 상기 마이크로 안테나 소자에 연결된 급전 선로로 구성되고, 상기 반사판으로부터 소정의 거리를 두고 형성되는데,

상기 수직 편파 안테나의 상기 일자형 슬롯 소자와 상기 방사 패치 간의 거리가, 상기 이중 편파 안테나의 상기 십자형 슬롯 소자와 상기 방사 패치 간의 거리와 동일하고,

상기 반사판에서 상기 수직 편파 안테나의 상기 일자형 슬롯 소자까지의 거리와 상기 반사판에서 상기 이중 편파 안테나의 상기 십자형 슬롯 소자까지의 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제2항에 있어서, 상기 수직 편파 안테나는 수직 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 수직 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 연결된 수직 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고, 상기 수직 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 선로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 각각 상기 수직 편파 안테나용 분배기에 연결되며,

상기 이중 편파 안테나는 이중 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 이중 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 연결된 이중 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고, 상기 이중 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 선로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 상기 이중 편파 안테나용 분배기에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제3항에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 각 편파별로 구분된 2개의 이중 편파 안테나용 외부 단자 및 상기 2개의 이중 편파 안테나용 외부 단자와 케이블 선로에 의해 각각 분리되어 연결된 2개의 이중 편파 안테나용 분배기를 더 포함하고, 상기 이중 편파 안테나의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결된 급전 서로의 맞은쪽 단부가 케이블 선로에 의해 각 편파별로 구분되어 상기 2개의 이중 편파 안테나용 분배기에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제1항에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 ±45°편파를 이용하는 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제1항에 있어서, 상기 이중 편파 안테나와 상기 수직 편파 안테나의 사이에 전파 흡수체가 배치되는 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제2항에 있어서, 상기 급전 선로는 소정 부분에서 복수개로 갈라져 복수개의 마이크로 스트립 안테나 소자에 연결되는 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.
제1항에 있어서, 상기 수직 편파 안테나 및 상기 이중 편파 안테나는 다이폴 안테나인 것을 특징으로 하는 삼중 편파 안테나.