KR200334062Y1 - Dipole antenna using dielectric board - Google Patents
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Abstract
본 고안은 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)에 사용되는 지향성 안테나의 방사 소자와 급전부의 연결에 관한 것이다.The present invention relates to the connection of the radiating element and the feeder of the directional antenna used in the mobile communication base station (TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band).
본 고안은 반사판에 수직으로 설치되는 유전체 기판형태의 다이폴과 반사판에 수평으로 설치되는 급전부의 연결구조에 관한 것으로 종래의 기술은 케이블을 이용하여 급전부와 다이폴을 연결하였으나, 본 고안에서는 수평으로 설치되는 급전부의 연결 부분에 홈을 생성하여, 수직으로 설치되는 유전체 기판으로 이루어진 다이폴을 끼워 넣고 납땜으로 고정시켜 연결하는 구조를 제시하고 있다.The present invention relates to a connection structure of a dipole in the form of a dielectric substrate installed vertically on a reflector and a feeder installed horizontally on a reflector. In the prior art, the feeder and the dipole are connected using a cable. A groove is formed in a connection portion of a feeder to be installed, and a dipole formed of a dielectric substrate installed vertically is inserted and fixed by soldering to connect the structure.
본 고안에 의하면 유전체 기판을 이용함으로써 제작 공정이 단순해짐에 따라, 균일한 특성의 안테나를 대량 생산할 수 있으며, 안테나를 소형 경량화 할 수 있다.According to the present invention, as the fabrication process is simplified by using a dielectric substrate, it is possible to mass-produce an antenna with uniform characteristics, and to reduce the size and weight of the antenna.
Description
본 고안은 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)에 사용되는 지향성 안테나의 방사 소자와 급전부의 연결 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a connection structure of a radiating element and a feeder of a directional antenna used in a mobile communication base station (TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band).
방사 소자의 종류는 크게 개구면(Aperture), 패치(Patch), 다이폴(Dipole) 등으로 대별되어진다.Radiation element types are roughly classified into apertures, patches, dipoles, and the like.
도 1은 종래에 사용되어지던 개구면(Aperture) 안테나의 일실시도로서, 급전라인(Feeding Line), 상층부에 전파를 방사하는 개구면(Aperture)으로 구성되며, 전파의 지향특성 및 정합 특성을 조절하기 위해 기생소자(Parasitic Element)를 두기도 한다.FIG. 1 is a view illustrating an aperture antenna that is conventionally used, and includes a feeding line and an aperture that radiates radio waves in an upper layer. Parasitic elements may be placed to control them.
도 2는 유전체 기판을 이용한 패치(Patch) 안테나의 일실시도인데, 그 구조는 급전라인(Feeding Line), 전파를 복사하는 패치(Patch)로 구성되며, 전파의 지향특성 및 정합 특성을 조절하기 위해 기생소자(Parasitic Element)를 두기도 한다.Figure 2 is an embodiment of a patch antenna using a dielectric substrate, the structure is composed of a feeding line (Feeding Line), the patch (Patch) for radiating radio waves, to adjust the directivity characteristics and matching characteristics of the radio waves Parasitic elements may be placed for this purpose.
도 3은 종래에 사용되어지던 0.5λ의 길이를 가지는 다이폴 안테나의 일실시도이다. 안테나 제작은 동이나 알루미늄과 같은 금속재질을 가공한 후, 다수의 방사 소자를 급전선으로 연결하여 복사소자 및 급전부를 구성하였다.Figure 3 is an embodiment of a dipole antenna having a length of 0.5 lambda used in the prior art. In the antenna fabrication, after processing metal materials such as copper or aluminum, a plurality of radiating elements were connected by a feed line to form a radiating element and a feeding part.
개구면(Aperture) 안테나는 전송 선로의 전송에너지가 개구면을 통하여 자유공간으로 방사되어지는 안테나이다. 개구면 안테나는 안테나의 효율 및 정합특성을 조절하기 위하여 개구면 전면에 기생소자(Parasitic Element)를 설치하기도 한다. 이렇게 설치된 유전체 기판은 반사판으로부터 일정거리와, 개구면으로부터 일정거리를 이격시킨 상태에서 동작하게 되어 있다. 개구면 안테나는 작은 크기로 제작 할 때에는 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)과 같이 안테나의 특성이 고 이득을 요구할 경우 배열 안테나를 필요로 하며, 이로 인해 안테나의 크기가 커짐으로써 유전체 기판의 처짐이 발생하여 안테나의 특성이 많이 변하게 된다. 이에 처짐을 방지하기 위하여 유전체 기판에 다수의 기둥을 설치하여야만 하는 제작상의 문제점이 발생한다. 이러한 문제는 패치(Patch)안테나에서도 동일하게 발생된다.An aperture antenna is an antenna in which transmission energy of a transmission line is radiated to free space through the aperture. The aperture antenna may be provided with a parasitic element in front of the aperture to adjust the efficiency and matching characteristics of the antenna. The dielectric substrate provided in this manner operates in a state where the predetermined distance is separated from the reflecting plate and the predetermined distance from the opening surface. Aperture antennas do not have problems when manufactured in small sizes. However, when the characteristics of the antenna require high gains, such as mobile communication base stations (TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, and ISM-Band), an array antenna is required. This occurs and the characteristics of the antenna are changed a lot. In order to prevent sag, a manufacturing problem that requires the installation of a plurality of pillars on the dielectric substrate occurs. The same problem occurs with patch antennas.
다이폴 안테나의 경우 안테나 방사 소자인 다이폴을 기계 가공하고 가공된제품에 케이블을 납땜하여 제작하므로 많은 인력과 시간이 소요되며, 또한 수작업에 의하여 제작되므로 안테나의 특성이 균일하지 못하다는 문제점이 있다. 그밖에 주파수에 따라 제품의 크기가 변화되고, 가공의 난이도에 따라 부품 제작이 어려워질 수 있으며, 복사소자의 조립을 모두 수작업으로 진행해야 하기 때문에, 조립에 많은 시간이 소요된다는 점 등이 문제시 된다.In the case of a dipole antenna, a dipole, which is an antenna radiating element, is manufactured by soldering a cable to a processed product, which requires a lot of manpower and time, and is also manufactured by manual labor, which causes a problem that the characteristics of the antenna are not uniform. In addition, the size of the product changes according to the frequency, the manufacturing of parts may be difficult according to the difficulty of processing, and the assembly of the radiation elements must be performed manually, which requires a lot of time to assemble. .
본 고안은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산하고, 안테나를 소형, 경량화 하여 고효율과 저가의 안테나를 제작하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the purpose is to simplify the manufacturing process to mass-produce the antenna having uniform characteristics, and to manufacture the antenna with high efficiency and low cost by miniaturizing and reducing the antenna.
도 1은 종래의 개구면(Aperture) 안테나의 일실시도.1 is an embodiment of a conventional aperture antenna.
도 2는 종래의 패치(Patch) 안테나의 일실시도.Figure 2 is an embodiment of a conventional patch (Patch) antenna.
도 3은 종래의 다이폴(Dipole) 안테나의 일실시도.Figure 3 is an embodiment of a conventional dipole antenna.
도 4는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴과 급전부의 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view of the dipole and the feeder using a dielectric substrate according to the present invention.
도 5는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴 안테나에 있어서 다이폴과 급전부가 연결된 구성도.5 is a configuration diagram in which a dipole and a feed unit are connected in a dipole antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
도 6a는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 제 1 다이폴의 구성도.Figure 6a is a block diagram of a first dipole using a dielectric substrate according to the present invention.
도 6b는 도 6a의 표면도 및 이면도.6B is a front and back view of FIG. 6A.
도 7a는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 제 2 다이폴의 구성도.Figure 7a is a block diagram of a second dipole using a dielectric substrate according to the present invention.
도 7b는 도 7a의 표면도 및 이면도.FIG. 7B is a front and back view of FIG. 7A;
도 8a는 본 고안에 따른 유전체 기판으로 이루어진 급전부의 구성도.Figure 8a is a block diagram of a feeder made of a dielectric substrate according to the present invention.
도 8b는 도 8a에서 연결 홈 부분을 확대한 도면.FIG. 8B is an enlarged view of the connecting groove part in FIG. 8A; FIG.
도 9는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴과 급전부의 일실시도.Figure 9 is an embodiment of the dipole and the feeder using a dielectric substrate according to the present invention.
도 10은 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴 안테나의 정재파비(VSWR)를 나타낸 도면(+45˚).10 is a view showing a standing wave ratio (VSWR) of a dipole antenna using a dielectric substrate according to the present invention (+ 45 °).
도 11은 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴 안테나의 정재파비(VSWR)를 나타낸 도면(-45˚).11 is a view showing a standing wave ratio (VSWR) of a dipole antenna using a dielectric substrate according to the present invention (-45 °).
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10 : 유전체 기판 11 : 크로스 다이폴 연결 홈10: dielectric substrate 11: cross dipole connection groove
12 : -극성 다이폴 13 : +극성 다이폴12: -polar dipole 13: + polar dipole
20 : 유전체 기판 21 : 크로스 다이폴 연결 홈20: dielectric substrate 21: cross dipole connection groove
22 : -극성 다이폴 23 : +극성 다이폴22: -polar dipole 23: + polar dipole
30 : 유전체 기판 31 : 입력 임피던스30 dielectric substrate 31 input impedance
32,33 : 전력 분배부 34,35 : 임피던스 정합부32,33: power distribution section 34,35: impedance matching section
36 : 다이폴 설치 홈 37,38 : 납땜부 접지면36: dipole mounting groove 37,38: soldering ground
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 장치는 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고, 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 적어도 한 개의 방사 소자부, 입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부 및 상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된다.The apparatus of the present invention for achieving the above object is at least one radiating element unit for receiving an external signal generated from the terminal, and propagating the signal generated from the base station equipment or repeater to free space, transmission and output of the input and output signals, impedance And an input / output connector which performs a function of inputting / outputting energy transmitted through the feeder to the base station equipment or the repeater.
방사소자부는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판 위에 형성된 방사소자를 포함하여 구성되며, 상기 방사 소자부는 상단 중앙부에 홈이 형성된 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 앞면과 뒷면에 형성된 서로 다른 극을 갖는 한 쌍의 방사소자로 이루어진 제 1 다이폴과 하단 중앙부에 홈이 형성된 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 앞면과 뒷면에 형성된 서로 다른 극을 갖는 한 쌍의 방사소자로 이루어진 제 2 다이폴을 포함하여 구성되는데, 상기 제 1 다이폴과 상기 제 2 다이폴은 상기 각각의 유전체 기판 위에 형성된 상단 홈과 하단 홈을 교차시킴으로써 체결되어 크로스 다이폴을 형성하도록 할 수 있다. 급전부는 상기 방사 소자부를 부착시키기 위한 연결 홈이 형성된 유전체 기판과 상기 유전체 기판 위에 형성된 배선회로를 포함하여 구성되며, 상기 방사소자부는 상기 급전부에 형성된 연결 홈에 부착되어 납땜 방식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.The radiating element portion includes a dielectric substrate and a radiating element formed on the dielectric substrate, wherein the radiating element portion has a dielectric substrate having a groove formed in the upper center portion thereof, and a pair of radiating elements having different poles formed on the front and back surfaces of the dielectric substrate. A first dipole composed of a device and a dielectric substrate having a groove formed at a lower center portion thereof, and a second dipole composed of a pair of radiating elements having different poles formed at front and rear surfaces of the dielectric substrate. And the second dipole may be fastened by intersecting an upper groove and a lower groove formed on each of the dielectric substrates to form a cross dipole. The feeding part comprises a dielectric substrate having a connection groove for attaching the radiating element part and a wiring circuit formed on the dielectric substrate, wherein the radiating element part is attached to the connection groove formed in the feeding part and connected by soldering. It is done.
상기 방사 소자부와 상기 급전부의 연결에 있어서, 상기 제 1 다이폴에 연결되는 급전라인과 상기 제 2 다이폴에 연결되는 급전라인의 위치를 상, 하로 구분하여 2중 급전하는 것이 바람직하다.In the connection between the radiating element unit and the feed unit, it is preferable to double feed the position of the feed line connected to the first dipole and the feed line connected to the second dipole divided into upper and lower positions.
상기 방사소자부는 상기 급전부의 유전체 기판 위에 형성된 X자 형태의 연결 홈에 체결되며, 상기 방사소자부의 -극성 부분을 접지면에 납땜 방식으로 연결하여 고정한다.The radiating element portion is fastened to an X-shaped connecting groove formed on the dielectric substrate of the feeding portion, and is fixed by connecting the -polar portion of the radiating element portion to the ground plane by soldering.
이하에서는 본 고안에 의한 유전체 기판을 사용한 다이폴 안테나에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a dipole antenna using a dielectric substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 지향성 이중편파 안테나의 제작도이이다. 상, 하의 도면은 다이폴을 나타낸 것이고 중간의 도면은 급전부를 나타낸 것이다.4 is a manufacturing diagram of a directional dual polarization antenna using a dielectric substrate according to the present invention. The upper and lower drawings show a dipole and the middle drawing shows a feeder.
도 5는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 지향성 이중편파 안테나의 평면도이다. 입출력 단자인 급전 컨넥터(50)를 통하여 전송된 에너지는 전송케이블(60)을 통하여 마이크로스트립라인(31)과 연결된다. 입출력 단자인 급전 컨넥터(50)와 전송 선로인 마이크로스트립라인(31)은 프렉시블(Flexible) 케이블(60)로 연결되고, 입출력 단자인 급전 컨넥터(50)는 안테나 지지 클램프에 설치되어진다. 50Ω특성임피던스 마이크로스트립라인(31)에 인가된 신호는 1차 임피던스 정합회로(34,35)에 의해 임피던스정합이 되며, 전력분배기(32, 33)를 통해 각 방사 소자인 다이폴(70)에 급전된다.5 is a plan view of a directional dual polarization antenna using a dielectric substrate according to the present invention. Energy transmitted through the power supply connector 50, which is an input / output terminal, is connected to the microstrip line 31 through the transmission cable 60. The power supply connector 50, which is an input / output terminal, and the microstrip line 31, which is a transmission line, are connected by a flexible cable 60, and the power supply connector 50, which is an input / output terminal, is installed in an antenna support clamp. The signal applied to the 50Ω characteristic impedance microstrip line 31 is impedance matched by the primary impedance matching circuits 34 and 35, and is fed to the dipoles 70, which are radiating elements, through the power dividers 32 and 33. do.
도 6a와 도 7b는 유전체 기판을 이용한 다이폴 안테나의 정면도인데, 각각 -극성부(12, 22)와 +극성부(13, 23)로 구성되어 있다. 안테나의 제작 시 도 7a의 홈(21)이 도 6a의 홈(11)으로 체결된다. Ｘ자 형태로 다이폴이 설치될 때 급전라인이 서로 교차되는 것을 피하기 위하여 도 6a에서는 급전라인을 하단부에 형성하였고, 도 7a에서는 급전라인을 상단부에 형성하였다. 도 6b와 도 7b의 하단 돌출부(14,21)가 도 8의 홈(36)에 설치된다.6A and 7B are front views of a dipole antenna using a dielectric substrate, and are composed of -polar portions 12 and 22 and + polar portions 13 and 23, respectively. In manufacturing the antenna, the groove 21 of FIG. 7A is fastened to the groove 11 of FIG. 6A. In order to avoid the feeding lines intersecting with each other when the dipoles are installed in a U-shape, the feeding line is formed at the lower end in FIG. 6A, and the feeding line is formed at the upper end in FIG. 7A. The lower protrusions 14 and 21 of FIGS. 6B and 7B are installed in the grooves 36 of FIG. 8.
도 8은 지향성 이중 편파 안테나의 급전부를 도시한 도면이다, 유전체 기판과(30) 급전라인(31), 다이폴 설치 홈(36), 그리고 -극성 다이폴과 납땜 되어지는 접지면(37,38) 등으로 구성되어진다. 그림 도 8b는 그림 도 8a의 지향성 이중 편파 안테나의 급전부를 확대한 도면이다.FIG. 8 shows a feed section of a directional dual polarization antenna, a dielectric substrate 30, a feed line 31, a dipole mounting groove 36, and ground planes 37 and 38 soldered with a -polar dipole. And the like. FIG. 8B is an enlarged view of a feeder of the directional dual polarization antenna of FIG. 8A.
도 9는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴과 급전부의 일실시도이다.9 is an embodiment of the dipole and the feeder using a dielectric substrate according to the present invention.
도 10과 도 11은 각각 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 다이폴 안테나의 +45˚와 -45˚편파에 대한 정재파 비를 나타낸다. 도 10에서는 1.75㎓에서 정재파비 1.1767을 1.87㎓에서 정재파비 1.2162를 나타내고 있으며, 도 11에서는 1.75㎓에서 정재파비 1.2183을 1.87㎓에서 정재파비 1.2169를 나타내고 있다. 실험 결과에서 나타나듯이 측정 주파수 범위에서 정재파비 값이 1.5를 넘지 않으므로 안테나의 성능은 비교적 양호하다 할 수 있다. 정재파비가 1.5일 때 출력의 96% 정도가 방사된다.10 and 11 show standing wave ratios for +45 degrees and -45 degrees polarization of a dipole antenna using a dielectric substrate according to the present invention, respectively. In Fig. 10, the standing wave ratio 1.1767 is shown at 1.75 Hz, and the standing wave ratio is 1.2162 at 1.87 Hz. In Fig. 11, the standing wave ratio 1.2183 is shown at 1.75 Hz and the standing wave ratio is 1.2169 at 1.87 Hz. As shown in the experimental results, the performance of the antenna is relatively good since the standing wave ratio value does not exceed 1.5 in the measurement frequency range. When the standing wave ratio is 1.5, about 96% of the output is radiated.
이상의 본 고안은 상기한 실시 예들에 한정되지 않고 당 업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져 올 수 있으며, 이는 첨부된 청구 항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.The present invention as described above is not limited to the embodiments described above can be various modifications and changes by those skilled in the art, which is included in the spirit and scope of the present invention defined in the appended claims.
본 고안에 의하면 유전체 기판에 다이폴의 형상을 패턴한 후 그 다이폴을 반사판에 설치되어 있는 급전부에 직접 납땜하여 제작함으로써 개구면(Aperture) 안테나와 패치(Patch)안테나와 같이 처짐이 발생하지 않게 되므로, 기둥이 필요 없고, 종래의 다이폴 안테나와 같이 기계가공을 하지 않아도 되고, 케이블에 의한 연결이 아니므로 많은 인력과 시간이 필요 없는 대량 생산에 적합한 안테나의 제조가 가능해진다.According to the present invention, since the shape of the dipole is patterned on the dielectric substrate, the dipole is directly soldered to the feeder installed on the reflector plate, so that sag does not occur, such as an aperture antenna and a patch antenna. Since it does not require a pillar, does not need to be machined like a conventional dipole antenna, and is not connected by a cable, it is possible to manufacture an antenna suitable for mass production that does not require much manpower and time.
또한 본 고안은 유전체 기판을 이용해 제작 공정을 단순하게 함으로써 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산할 수 있고, 안테나를 소형 경량화 할 수 있으며, 아울러 다중경로(multi path)에 의한 회절현상을 편파 다이버시티 기법 중 이중 편파방식을 이용하여 해결함으로써 통화 품질 향상을 도모하였다.In addition, the present invention makes it possible to mass-produce an antenna having uniform characteristics by simplifying the manufacturing process using a dielectric substrate, to reduce the size and weight of the antenna, and to polarize the diffraction phenomenon by multipath. By using the dual polarization method, the call quality was improved.
Claims (4)
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2003
- 2003-08-22 KR KR20-2003-0027037U patent/KR200334062Y1/en not_active IP Right Cessation
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| KR20160008401A (en) * | 2014-07-14 | 2016-01-22 | 주식회사 에이티앤에스 | Multi Polarization Dipole Antenna |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| U107 | Dual application of utility model | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |