KR200354255Y1 - 원편파형 고효율 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안은 주로 디지탈 방송용, 통신용 서비스를 목적으로 사용하는 안테나로 수직으로 배열된 복사기들에 급전되는 전력비와 위상비(phase ratio)를 조절하여 저앙각으로 원편파를 방사하도록 된 고효율 원편파 안테나에 관한 것이다. 이러한 본 고안의 안테나는 주급전부; 주급전부로부터 입사된 전력을 수직 전력과 수평 전력으로 분리하는 하이브리드; 수직으로 배열된 다수개의 복사기; 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판; 하이브리드로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수직 전력분배기; 및 하이브리드로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수평 전력분배기를 포함하여 전력분배기에 의해 각 복사기에 인가되는 전력비와 위상비를 조절하여 급전함으로써 안테나 전체의 전파복사 패턴이 원편파를 구성하고, 고앙각 복사를 억제하며 저앙각 복사를 증가시켜서 통신효율이 높도록 된 것이다.

Description

원편파형 고효율 안테나 { A High Efficient Antenna For Circular Polarization }

본 고안은 무선통신 또는 방송에 사용되는 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직으로 배열된 복사기들에 급전되는 전력비(power ratio)와 위상비(phase ratio)를 조절하여 저앙각으로 원편파를 방사하도록 된 고효율 원편파 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 안테나는 무선전파를 자유공간으로 방사하거나 수신하기 위한 것으로, 다양한 분류기준이 있으나 통상적으로 선형 안테나, 개구면 안테나, 마이크로 스트립 안테나, 배열 안테나, 반사기 안테나, 렌즈 안테나 등으로 구분할 수 있다. 그리고 안테나에서 방사되는 전파는 일정한 패턴을 갖는데, 방사되는 전파의 편파는 전계나 자계가 진동하는 방향과 파동이 진행하는 방향에 따라 직선편파, 원편파, 타원편파 등으로 구분된다.

한편, 이동통신이나 고정통신에 사용되고 있는 기지국이나 중계기 등에는 송신기 및 수신기와 함께 안테나가 설치되어 있다. 그러나 현재 범용으로 사용되고 있는 종래의 안테나들은 전파를 복사함에 있어 저앙각 복사 뿐 아니라 고앙각으로 복사하여 안테나의 복사효율이 저하되는 문제점이 있고, 복사 편파도 직선편파 또는 복편파를 사용함으로 반사 전파에 장애가 커서 통신효율이 낮은 문제점이 있다. 즉, 도 1a에 도시된 바와 같이 종래의 안테나에서 전파 복사에 따른 복사패턴(11)은 실제 고객(단말기:M)이 있는 하측방향보다 높게 방사되어 직접파 A가 건물(B)에 의해 반사될 경우 반사파 A'가 되고, 직접파 A가 대지(H)에 의해 반사될 경우 반사파 A"가 된다. 따라서 수직 복사패턴의 널 포인트(Null Point) N 지역에서는 직접파 A에 의한 전력 P1과 반사파 A'에 의한 전력 P2가 합성되는데, 경우에 따라서는 P2≥ P1이 되어 반사파에 의한 간섭이 심하여 막대한 통신 장애가 일어나는 문제점이 있다.

또한 사용자의 단말기 M으로 수신되는 전파는 직접파 A와 건물(B)에서 반사된 반사파 A', 대지(H)에서 반사된 반사파 A"가 함께 존재하게 된다. 즉, 사용자의 단말기(M)에는 송신 안테나로부터 단말기(M)로 전파되는 전파경로에 따라 직접 전파되는 직접파 A와, 서로 다른 경로에서 반사되어 전달되는 반사파 A', A"가 각기 위상이 다른 상태로 수신 안테나에 진입한다. 이러한 경우 수신신호는 반사파의 경로가 달라서 도 1b에 도시된 바와 같이, 직접파 A와 건물(B)에서 반사된 반사파 A', 대지에서 반사된 반사파 A"가 모두 수신된다. 따라서 예를들면, 단위시간당 전송속도가 10Kbps인 신호 A가 있을 경우, 종래에는 도 1b에 도시된 바와 같이 위상이 0도(∠0°)인 직접파 A에 의한 10Kbps의 디지털 수신신호와, 위상이 θ° 지연된 반사파 A'에 의한 10Kbps의 디지털 수신신호, 위상이 α°지연된 반사파 A"에 의한 10Kbps의 디지털 수신신호가 모두 존재하여 도합 30 Kbps가 되어 허용된 용량을 벗어나 통신신호가 깨지는 경우가 생긴다.

특히, 현재 상용 서비스 중인 이동통신과 같이 음성신호 위주의 양방향 통신은 통신중단에 대한 대처가 다소 용이하나 IMT-2000과 같이 고속 디지털 위주의 통신일 경우 또는 디지털 방송은 통신중단으로 인한 복원이 어려우므로 보다 강화된 전파환경이 요구된다. 따라서 기존의 안테나에 비해서 서비스 지역으로 보다 강한 전파를 복사시켜줄 수 있는 개선된 방사패턴이 요구되고, 원형 편파를 사용함으로써 전자파 손실과 페이딩을 줄일 필요가 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 저앙각으로 원편파를 방사할 수 있는 고효율 원편파 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a,1b는 종래 선형편파 안테나의 문제점을 도시한 도면,

도 2a,2b는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제1 실시예를 도시한 도면,

도 3은 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제2 실시예를 도시한 도면,

도 4는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제3 실시예를 도시한 도면,

도 5는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제4 실시예를 도시한 도면,

도 6a~6d는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제5 실시예를 도시한 도면,

도 7은 본 고안에 따른 원편파 안테나의 수직복사 패턴을 도시한 도면,

도 8은 본 고안에 따른 원편파 안테나의 수평복사 패턴을 도시한 도면,

도 9는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 복사 패턴과 종래의 복사패턴을 비교하기 위한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 반사판 2: 하이브리드

3: 방설커버 4: 체결구

5: 절연체 6: 분기급전선

A1~An: 복사기

P_V1~P_Vn-1: 수직 전력분기기 P_H1~P_Hn-1: 수평 전력분기기

PV: 수직 병렬 전력분배기 PH: 수평 병렬 전력분배기

A_HD: 하단 수평 복사소자 A_HU: 상단 수평 복사소자

A_VR: 우측 수직 복사소자 A_VL: 좌측 수직 복사소자

B_V: 수직복사소자 주 급전선(동축 또는 마이크로스트립형)

B_R,B_L: 주급전부

B_H: 수직복사소자 주 급전선(동축 또는 마이크로스트립형)

C_R: 우회전 복사 급전 커넥터

C_L: 좌회전복사 급전 커넥터

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 안테나는, 주급전부; 상기 주급전부로부터 입사된 전력을 수직 전력과 수평 전력으로 분리하는 하이브리드; 수직으로 배열된 다수개의 복사기; 상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판; 상기 하이브리드로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수직 전력분기기; 및 상기 하이브리드로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수평 전력분기기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 방설커버를 부착하여 우설에 의한 피해를 방지한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 고안에 따라 고앙각 전파복사를 억제하고, 저앙각 전파복사를 증가시켜서 지상, 및 건물에서 복사 전력을 증가시킬 수 있는 고효율 원편파 안테나는 다양한 형태의 복사기를 다양한 방식으로 배열하여 구현될 수 있다. 예컨대, 원형 복사기와, 다이폴 복사기, 이중 다이폴 복사기 등을 사용할 수 있고, 복사기들의 배열 형태로 다수의 수직 열로 배열할 수 있으나 본 고안의 실시예에서는 다이폴 복사기를 사용한 수직 1열의 예를 복사기의 배치각도와 하이브리드 사용 여부에 따라 5개의 실시예로 구분하여 설명한다.

[제 1 실시예]

도 2는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제1 실시예로서, (가)는 정면도이고, (나)는 측면도이며, (다)는 저면도이다.

본 고안에 따른 제 1 실시예의 안테나는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 2개의 급전 커넥터(C_R,C_L)와, 주급전부(B_L,B_R), 주급전부(B_L,B_R)로 입사된 전력을 수직 복사전력(B_V)과 수평 복사전력(B_H)으로 분리하는 하이브리드(2), 수직 1열로 배열된 n개의 복사기(A₁∼An)와, 각 복사기(A₁∼An)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판(1), 하이브리드(2)로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 복사기의 수직 다이폴에 분기하기 위한 (n-1)개의 수직 전력분기기(Pv₁∼Pv_n-1)와, 하이브리드(2)로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 복사기의 수평 다이폴에 분기하기 위한 (n-1)개의 수평 전력분기기(P_H1∼P_Hn-1)로 구성된다. 여기서, 수직 전력분배기(Pv₁∼Pv_n-1)와 수평 전력분배기(P_H1∼P_Hn-1)는 T형 급전소자나 동축형 또는 마이크로 스트립형으로 구성될 수 있다.

제1 실시예의 각 복사기(A1∼An)는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 수평 다이폴(A_HU,A_HD)이 상측과 하측에 나란히 배열되고, 한 쌍의 수직 다이폴(A_VL,A_VR)이 우측과 좌측에 배열되어 전체적으로 사각형 모양으로 배치되어 있다. 그리고 수평 다이폴(A_HU,A_HD)에는 하이브리드(2)에서 분기된 수평 전력이 수평 전력분기기(P_H1~P_Hn-1)를 거쳐 분기급전선(6)을 통해 급전되고, 수직 다이폴(A_VL,A_VR)에는 하이브리드(2)에서 분기된 수직 전력이 수직 전력분기기(P_V1~P_Vn-1)를 거쳐 분기급전선(6)을 통해 급전된다. 이렇게 하여 각각의 수평 복사소자군들과 수직 복사소자군들 사이는 전기적으로 90°의 위상차 급전을 하게 된다. 즉, 기계적으로 90도의 각, 전기적으로 90도의 위상차 급전을 하여 원편파를 구성한다. 또한 각 수평복사소자와 각 수직복사소자들은 절연체(5)에 의해 기구적으로 보강된다.

이러한 제1 실시예의 안테나 구성들은 기구적인 체결구(4)에 의해 지지되는데, 통상의 안테나에서와 같이 복사기(A₁~An)의 후면에 반사판(1)이 설치되어 있고, 안테나 전면에는 방설커버(3)가 설치되어 내부 소자들을 보호하며, 안테나 체결구(4)는 기구부재들에 의해 지지봉(미도시)에 부착되어 있다. 통상적으로 복사기와 반사판간의 거리는 약 λ/4가 바람직하며, 안테나 기구적인 부분에 대한 설명은 통상의 안테나와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 제1 실시예의 안테나 구성에서 송신동작은 다음과 같다.

먼저, 본 고안의 제1 실시예에 사용된 하이브리드(2)는 4개의 입출력 포트가 있는데, 이들 입출력에 따른 안테나의 동작 가능 모드는 다음 표1과 같다.

BR포트	BL포트	BV포트	BH포트	안테나 동작모드
우회전 원편파 입력	-	우회전 편파의 수직 전력 출력	우회전 편파의 수평 전력 출력	우회전 원편파 방사
-	좌회전 원편파 입력	좌회전 편파의 수직 전력 출력	좌회전 편파의 수평 전력 출력	좌회전 원편파 방사
우회전 원편파 입력	좌회전 원편파 입력	좌,우회전 편파의 수직 전력 출력	좌,우회전 편파의 수평 전력 출력	편파 다이버스티
우회전 원편파 입력(주파수 다름)	좌회전 원편파 입력(주파수 다름)	좌,우회전 편파의 수직 전력 출력	좌,우회전 편파의 수평 전력 출력	주파수, 편파 다이버스티

표1에서와 같이, 2개의 주급전부(B_L,B_R)에 연결된 2개의 급전 커넥터 C_R과 C_L중 어느 하나만을 사용할 경우에는 해당 포트로 입력되는 급전신호에 따라 안테나는 우회전 원편파를 방사하거나 좌회전 원편파를 방사하고, 2개의 주급전부(B_L,B_R)를 모두 사용할 경우에는 안테나는 좌회전 원편파와 우회전 원편파를 동시에 수신하여 2중 주파수 편파 다이버스티로 동작할 수 있다. 또한 2개의 주급전부(B_L,B_R)를 모두 사용하면서 서로 사용하는 주파수를 다르게 하면, 서로 주파수가 다른 좌회전 원편파와 우회전 원편파를 동시에 방사하여 주파수 다이버스티 및 편파 다이버스티로 동작할 수 있다. 이때 하이브리드(2)에서 출력되는 수직 전력과 수평 전력은 서로 90°의 위상차를 갖도록 되어 있고, 주파수 다이버시티와 편파 다이버시티의 2중 다이버시티을 사용하면 통신 효율을 4배 이상 높일 수 있다.

그리고 표1에는 기재하지 않았으나 2개의 주급전부 중 어느 하나는 송신으로 사용하고, 다른 하나는 수신으로 사용함으로써 송수신을 동시에 가능하게 하는 안테나로서도 사용할 수 있다.

도 2a를 참조하면, 급전 커넥터(C_R,C_L)로 급전된 고주파신호는 입력조건에따라 상기 표1에서와 같이 B_V포트로 수직 전력을 출력하고, B_H포트로 수평전력을 출력한다.

하이브리드(2)의 수직 전력은 제1 수직 전력분배기(P_V1)로 입력되어 크기와 위상이 가변된 후 제1 복사기(A₁)의 좌측 수직 다이폴(A_VL)과 우측 수직 다이폴(A_VR)로 급전되고, 제1 수직 전력분기기(P_V1)의 다른 출력은 제2 수직 전력분기기(P_V2)로 입력된다. 제2 수직 전력분기기(P_V2)로 입력된 수직 전력은 제2 수직 전력분기기(P_V2)에서 가변 크기 및 위상으로 분기되어 한 출력은 제2 복사기(A₂)의 수직 다이폴(A_VL,A_VR)로 급전되고, 제2 수직 전력분기기(P_V2)의 다른 출력은 제3 수직 전력 분기기(P_V3)로 입력된다. 동일한 방식으로, 각 수직 전력 분기기에서 분기된 수직 전력은 해당 복사기의 수직 다이폴로 급전됨과 아울러 이웃하는 수직 전력분기기로 전달된다.

그리고 하이브리드(2)의 수평 전력은 제1 수평 전력분기기(P_H1)로 입력되어 크기와 위상 가변된 후 제1 복사기(A₁)의 상측 수평 다이폴(A_HU)과 하측 수평 다이폴(A_HD)로 급전되고, 제1 수평 전력분기기(P_H1)의 다른 출력은 제2 수평 전력분기기(P_H2)로 입력된다. 제2 수평 전력분기기(P_H2)로 입력된 수평 전력은 제2 수평 전력분기기(P_H2)에서 분기되어 한 출력은 제2 복사기(A₂)의 수평다이폴(A_HU,A_HD)로 급전되고, 제2 수평 전력분기기(P_H2)의 다른 출력은 제3 수평 전력 분기기(P_H3)로 입력된다. 동일한 방식으로, 각 수평 전력 분기기에서 분기된 수평 전력은 해당 복사기의 수평 다이폴로 급전됨과 아울러 이웃하는 수평 전력분기기로 전달된다.

각 안테나 복사기(A₁~An)의 수직 다이폴(A_VL,A_VR)과 수평 다이폴(A_HU,A_HD)은 수직방향과 수평방향으로 배열되어 있고, 각 수직 다이폴(A_VL,A_VR)과 수평 다이폴(A_HL,A_HR)에는 서로 위상차가 약 90도가 되는 수직 전력과 수평 전력이 급전됨으로써 원편파(타원편파)를 구성하게 하여 전체 복사기에서 원편파가 복사되고, 반사판(1)에 의해 반사되어 후술하는 바와 같은 복사패턴으로 전방으로 복사된다.

이와 같이 도 2a에서는 직렬 분기형 분기방식을 사용 하였으나 다른 방법으로는 도 2b에 도시된 바와 같이 하이브리드 출력을 수직 병렬 분배기(PV)와 수평 병렬 분배기(PH)를 사용하여 분기 케이블로 각각 안테나(A₁~A_n)에 급전할 수도 있다.

이와 같은 구성에서 본 고안은 전력분배기들을 통하여 수직 배열 소자들의 전력비율을 각기 다르게 분배 급전함과 아울러 각각 다른 위상으로 급전하여 고앙각 전파복사 억제하고, 저앙각 복사를 증가시켜서 지상, 및 건물에 복사 전력을 대폭 증가시켜서 고효율로 복사하게 한다. 즉, 본 고안은 전력분배기들을 통하여 수직 배열 소자들의 전력비율과 위상을 각기 다르게 분배 급전하여 고앙각 전파복사를 억제하고, 저앙각 복사를 증가시켜서 지상, 및 건물에 복사 전력을 대폭 증가시켜서 고효율로 복사하게 한다. 이와 같이 하여 지상 가입자들의 송,수신율을 높임과 동시에 인근 타 기지국 서비스 영역에 까지 전파가 도달하는 것을 대폭 억제하여 전파 간섭을 억압할 수 있다.

[제 2 실시예]

도 3은 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제2 실시예로서, (가)는 정면도이고, (나)는 측면도, (다)는 저면도이며, 도 1의 반사판은 그대로 두고 복사소자군 A1∼An만 반시계 방향으로 45도 회전한 상태의 안테나이다.

본 고안에 따른 제 2 실시예의 안테나는 도 3에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 2개의 주급전부(B_L,B_R)와, 주급전부(B_L,B_R)로 입사된 전력을 수직 전력과 수평 전력으로 분리하는 하이브리드(2), 수직 1열로 배열된 n개의 복사기(A₁~An)와, 각 복사기(A₁~An)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판(1), 하이브리드(2)로부터 급전된 수직 전력을 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 수직 전력분배기(Pv₁~Pv_n-1)와, 하이브리드(2)로부터 급전된 수평 전력을 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 수평 전력분배기(P_H1~P_Hn-1)로 구성된다.

제2 실시예의 각 복사기(A₁~An)는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 제1 대각선 다이폴(A_VL,A_VR)이 나란히 배열되고, 한 쌍의 제2 대각선 다이폴(A_HU,A_HD)이 나란히 배열되어 전체적으로 마름모 꼴로 배치되어 있다. 그리고 제1 대각선 다이폴(A_VL,A_VR)에는 하이브리드(2)에서 분기된 수직 전력이 수직 전력분배기(P_V1~P_Vn-1)를 거쳐 급전되고, 제2 대각선 다이폴(A_HU,A_HD)에는 하이브리드(2)에서 분기된 수평 전력이 수평 전력분배기(P_H1~P_Hn-1)를 거쳐 급전된다.

이와 같이 제2 실시예의 구성은 제1 실시예의 수평, 수직 다이폴이 약 45°의 기울기를 갖고 마름모 꼴로 배치된 것을 제외하고는 제1 실시예의 구성과 동일하고 그 동작 또한 유사하므로 반복을 피하기 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

[제 3 실시예]

도 4는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제3 실시예이다.

본 고안에 따른 제 3 실시예의 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 2개의 주급전 커넥터(C_L,C_R)와, 수직 1열로 배열된 n개의 복사기(A₁~An)와, 각 복사기(A₁~An)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판(1), 제1 주급전 케넉터(C_R)로부터 급전된 수직 전력(B_V)을 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 전력분배기(Pv₁~Pv_n-1)와, 제2 주급전 커넥터(C_L)로부터 급전된 수평 전력(B_H)을 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 전력분배기(P_H1~P_Hn-1)로 구성된다.

제3 실시예의 구성을 제1 실시예의 구성과 대비해 볼 때, 제3 실시예에서는 하이브리드(2)를 사용하지 않고, 2개의 주급전부(B_V,B_H) 중 어느 하나에 서로 90°의 위상차를 갖도록 지연급전(B₉)를 삽입하여 수평전력과 수직전력을 각각 입력받아 해당 전력분배기를 거쳐 해당 복사기로 급전하는 점을 제외하고는 전체적으로 동일하다. 즉, 제1 실시예에서는 하이브리드를 사용하여 다양한 입력에 대해 다양한 방식으로 동작할 수 있도록 하였으나 제3 실시예의 경우에는 2개의 주급전부(B_V,B_H)로부터 직접 우회전 원편파나 좌회전 원편파의 수평, 수직 전력을 입력받아 각 복사기로 급전함으로써 좌회전 원편파나 우회전 원편파만을 방사할 수 있도록 한 것이다.

[제 4 실시예]

도 5는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제4 실시예이다.

본 고안에 따른 제 4 실시예의 안테나는 도 5에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 2개의 주급전 커넥터(C_L,C_R)와, 수직 1열로 배열된 n개의 복사기(A₁~An)와, 각 복사기(A₁~An)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판(1), 제1 주급전 커넥터(C_R)로부터 급전된 수직 전력(B_V)을 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 수직 전력분배기(Pv₁~Pv_n)와, 제2 주급전 커넥터(C_L)로부터 급전된수평 전력(B_H)을 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 (n-1)개의 수평 전력분배기(P_H1~P_Hn)로 구성된다.

제4 실시예의 구성을 제2 실시예의 구성과 대비해 볼 때, 제4 실시예에서는 하이브리드(2)를 사용하지 않고, 2개의 주급전부(B_V,B_H) 중 어느 하나에 서로 90°의 위상차를 갖는 지연급전(B₉)를 삽입하여 수평전력과 수직전력을 각각 입력받아 해당 전력분배기를 거쳐 해당 복사기로 급전하는 점을 제외하고는 전체적으로 동일하다. 즉, 제2 실시예에서는 하이브리드를 사용하여 다양한 입력에 대해 다양한 방식으로 동작할 수 있도록 하였으나 제3 실시예의 경우에는 2개의 주급전부로부터 직접 우회전 원편파나 좌회전 원편파의 수평, 수직 전력을 입력받아 각 복사기로 급전함으로써 좌회전 원편파나 우회전 원편파만을 방사할 수 있도록 한 것이다.

[제 5 실시예]

이상에서 살펴본 네가지 종류의 실시예(제1 내지 제4 실시예)는 고이득으로 전파복사 서비스하기 위하여 복사소자를 각 단마다 수직 2쌍, 수평 2쌍으로 구성하였으나 제5 실시예는 수평 수직으로 각각 한쌍으로 하되 십자형으로 구성하여 저이득의 저렴한 안테나로 넓은 서비스 영역으로 서비스가 가능하게 한 것이다.

도 6a는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 제5 실시예를 도시한 도면으로서, (가)는 정면도이고, (나)는 측면도이며, (다)는 저면도이다.

제5 실시예의 안테나는 n개의 복사기(A₁~An)가 수직으로 배열되어 있고, 복사기의 후면에는 반사판(1)이 설치되어 있으며, 전면에는 방설 커버(3)가 설치된 것으로, 각 복사기(A₁~An)는 복사소자를 각 단마다 수평, 수직으로 각각 한쌍으로 하되 십자형으로 구성한 것이다.

도 6a를 참조하면, 제5 실시예의 안테나는 반사판(1)의 전면에 십자로 교차된 형태의 서로 직각인 2개 복사소자(A_H,A_V)로 구성하여 1쌍의 다이폴을 구성하되, 긴 소자(A_H) 부분은 약 1/2 파장(λ) 길이로 수평 복사되게 하고, 이 소자(A_H)의 길이(1/2 파장)보다 약간 짧게 구성한 복사소자(A_V)는 수직방향으로 복사되게 하되 수평, 수직 복사소자(A_V,A_H)가 각각 중앙 급전부에서 급전하게 구성하여 수직분은 유도 복사소자로 하여 전파복사가 짧은 소자(A_V) 쪽으로 회전하면서 원편파 구성하여 전파 복사한다.

따라서 제5 실시예의 안테나는 수평분 주복사소자(A_H)와 수직 유도소자(A_V)의 길이 차이에 따라 원편파 축비가 달라지며, 일반적으로 타원편파에 유사하게 동작한다. 복사 급전부는 반사판(1)에서 약 1/4 파장 간격이지만 복사기 끝단은 반사판(1)에 매우 근접하여 사각 원추형 모서리 형으로 구성하여 넓은 수평복사 패턴을 구성하게 한다. 또한, 급전 커넥터 C에서 급전한 고주파 신호는 분기형 전력분배기(P₁~P_n-1)에서 차등분배, 차등위상 가변하여 복사기(A₁~An)에 급전하여 원편파 (타원편파)로 고앙각을 억제하고, 저앙각을 강화시켜 복사하게 한다.

도 6a의 (나)는 제5 실시예 안테나의 측면도로서, 복사기(A₁~An)의 복사소자(A_H,A_V)가 급전선에 대하여 ± θ각으로 경사지게 된 것을 알 수 있고, 또한 방설커버(3)를 부착하여 우설 피해를 방지하도록 되어 있다.

도 6b는 본 고안에 따라 복사소자를 각 단마다 수평, 수직으로 각각 한쌍으로 하되 도 6a의 복사소자를 +45도 혹은 -45도로 회전시킨 예로서, (가)는 정면도이고, (나)는 측면도이며, (다)는 저면도이다.

도 6b를 참조하면, 도 6b의 복사소자가 도 6a의 복사소자에 비해 +45도 혹은 -45도로 회전된 것을 제외하고는 모두 동일한 것을 알 수 있고, 전체 동작은 동일하므로 반복을 피하기 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 2쌍의 복사소자를 수직,수평 모두 동일 길이로 하고, 서로 90°위상차의 2개 급전선으로 수평,수직 급전하여 원편파를 구성할 수도 있다.

이와 같이 제5 실시예의 안테나는 제1 내지 제4 실시예의 안테나보다 수평 복사각이 넓어서 ±60도(120도) 이상 넓은 범위에 서비스가 가능하고, 복사소자 구성이 간단하여 저렴한 가격으론 근거리 인구 밀집지역에 서비스 가능한 경제적인 안테나이다. 즉, 제1 내지 제4 실시예는 15~18dB 고이득이지만 수평 복사패턴이 좁아서 원거리 좁은 지역에 좋고, 본 고안에 따른 제5 실시예의 안테나는 저이득(일반적으로 13dB 이하) 안테나로서 120도 이상 넓은 서비스 지역에서 사용된다.

위 실시예1 내지 실시예5는 급전선을 주로 직렬 분기형으로 설명했으나 도 2b에 도시된 바와 같이 병렬급전형으로도 가능하다.

도 7은 본 고안에 따른 원편파 안테나의 수직복사 패턴을 도시한 도면이다.

본 고안의 안테나는 수직방향으로 배열한 복사 소자(A₁~An)에 전력분배 비율 및 위상차 등을 차등 분배하여 전파 복사 방향이 앙각 위 방향으로는 억제되고 앙각 아래방향 즉, 지하방향으로는 강화하여 상향 앙각 복사는 억제하고 아래방향으로만 복사를 강화하여 전파 복사효율을 대폭 개선함과 동시에 수직 널 포인트(Null Point)도 개선하여 불감지대를 없애도록 한다.

도 7을 참조하면, 본 고안에 따른 수직 복사패턴(61)은 전파 복사함에 있어서 수평(H₀) 방향으로의 복사를 억제하고, H₂, H₃, H₄, H₅방향으로 전파강도를 강하게 복사하여 D점에 있어서도 직접 도달파(A)의 전력 P1이 건물(B)에서 반사된 반사파(A')의 전력 P2보다 매우 크게(P1 ≫ P2) 된다. 또한, 직접 도달파(A)는 우회전 편파이고, 반사파 (A')는 반사후 역회전 한 좌회전 편파여서 D점에서 수신되는 전파는 직접파 A의 일부와 반사파 A'는 서로 상쇄되어 직접파 A만이 수신되고, 반사파 A'는 상쇄되어 반사파 A'의 간섭파가 영향을 주지 않아 양질의 통신이 가능하다. 즉, 직접 도달파 A의 전력 P1이 100 pW이고, 반사파 A'의 전력 P2가 10 pW 일 경우에는 실제 수신된 전파의 크기는 "P1-P2 = 90 pW"로 되어 90 pW의 직접 도달파 A만이 수신된다.

도 8은 본 고안에 따른 안테나의 수평복사 패턴을 도시한 도면으로서, (가)는 제1 내지 제4 실시예(4다이폴형)의 수평 복사패턴의 예로서, ±30도, 약 60도 패턴의 고이득 실시예를 나타내고, (나)는 제5 실시예(+형 다이폴)의 수평 복사패턴의 예로서 ±60도 즉, 120도 이상 광각 저이득 패턴의 예를 보인 것이다.

도 9는 본 고안에 따른 원편파 안테나의 복사 패턴과 종래의 복사패턴을 비교하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 제1 복사패턴(11)은 종래방식의 안테나 즉, 수평방향으로 최대 복사되게 설치한 것의 수직 복사패턴이고, 제2 복사패턴(12)은 종래방식의 안테나를 수평방향에서 α 각도만큼 아래방향으로 숙여서 설치한 것의 수직 복사패턴이다. 그리고 제3 복사패턴(61)은 본 고안에 따라 수직방향으로 배열한 복사 소자(A1~An)에 전력분배 비율 및 위상차 등을 차등 분배하여 전파 복사 방향이 앙각 위 방향으로는 억제되고 앙각 아래방향 즉, 지하방향으로는 강화한 것이다.

종래방식의 안테나에서 최대 복사 방향을 하향으로 한 제2 패턴도(12)의 경우에는 제1 패턴도(11)의 널 포인트(Null Point) "Q"가 "Q1"으로 옮겨지는 역할만을 하며, θ방향에서 간섭주던 것이 θ₁방향(θ₁>θ)으로 이동할 따름이다. 또한 아래 방향의 전파 복사강도가 2~3dB 정도 증가한 정도이다.

그러나 본 고안에 따른 안테나 복사패턴(61)은 종래의 널 포인트 "Q"점이 발생되지 아니할 뿐더러 수평 앙각 아래 θ, θ₁방향을 포함한 아래 쪽의 전파강도 R₀, R₁이 종래의 안테나에 비하여 10dB 이상 대폭 증가하여 원거리 복사를 억제한다. 도 9에서 R₀는 수평 앙각 아래 θ방향에서 본 고안에 따른 수신 전력강도이고, R₂는 θ방향에서 종래의 안테나를 α각도 만큼 숙인 경우 수신 전력강도이며, R₃는 θ방향에서 종래의 안테나를 숙이지 않은 경우 수신 전력강도이다. 이때 각 전력를 비교해 보면 R₀>>R₂>>R₃인 것을 알 수 있다.

따라서 본 고안에 따르면 종래의 안테나에 비하여 원거리 복사를 억제하여 인접지역에 대한 통신장애를 대폭으로 억제할 수 있고, 근거리 서비스 지역은 전파강도가 대폭 증가되어 장애물이 많은 지하까지 통신 소통이 대폭 향상되어 좋은 통신품질을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 안테나는 수직으로 배열된 복사기들에 급전되는 전력이 90도 위상차게 되게 하여 원편파를 방사하고, 전력 분배기를 이용하여 각 복사기에 인가되는 전력비와 위상비를 조절하여 고앙각 전파복사를 억제하고 저앙각으로 방사하도록 하여 고효율의 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 하이브리드로 입력되는 신호에 따라 편파 다이버스티 및 주파수 다이버스티가 가능하여 통신효율을 증가시킬 수 있으며, 다양한 방식의 통신이 가능한 효과가 있다.

Claims (13)

1. 주급전부;

   상기 주급전부로부터 입사된 전력을 수직 전력과 수평 전력으로 분리하는 하이브리드;

   수직으로 배열된 다수개의 복사기;

   상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판;

   상기 하이브리드로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수직 다이폴에 각각 병렬로 분배하기 위한 수직 병렬 전력분배기; 및

   상기 하이브리드로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수평 다이폴에 각각 병렬로 분배하기 위한 수평 병렬 전력분배기를 포함하여

   고앙각 복사를 억압하고 저앙각 복사를 증가시킨 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
2. 주급전부;

   상기 주급전부로부터 입사된 전력을 수직 전력과 수평 전력으로 분리하는 하이브리드;

   수직으로 배열된 다수개의 복사기;

   상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판;

   상기 하이브리드로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수직 전력분기기; 및

   상기 하이브리드로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 각 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수평 전력분기기를 포함하여

   고앙각 복사를 억압하고 저앙각 복사를 증가시킨 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복사기는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 수평 다이폴이 상측과 하측에 나란히 배열되고, 한 쌍의 수직 다이폴이 우측과 좌측에 배열되어 전체적으로 사각형 모양으로 배치된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복사기는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 제1 대각선 다이폴이 나란히 배열되고, 한 쌍의 제2 대각선 다이폴이 나란히 배열되어 전체적으로 마름모 꼴로 배치된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이브리드는

   상기 주급전부로부터 우회전 원편파의 전력을 입력받으면 우회전 원편파의 수평출력과 우회전 원편파의 수직출력을 출력하고, 상기 주급전부로부터 좌회전 원편파의 전력을 입력받으면 좌회전 원편파의 수평출력과 좌회전 원편파의 수직출력을 출력하는 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이브리드는

   상기 주급전부로부터 우회전 원편파의 전력과 좌회전 원편파의 전력을 동시에 각각 입력받아 우,좌 회전 원편파의 수평출력과 우,좌 회전 원편파의 수직출력을 동시에 출력하여 편파 다이버스티가 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
7. 제6항에 있어서, 상기 안테나는

   우회전 원편파와 좌회전 원편파의 주파수를 다르게 하여 주파수 다이버스티 및 편파 다이버스티가 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
8. 수평 주급전부;

   수직 주급전부;

   수직으로 배열된 다수개의 복사기;

   상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판;

   상기 수직 주급전부로부터 급전된 수직 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 수직 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수직 전력분배기; 및

   상기 수평 주급전부로부터 급전된 수평 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 수평 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 수평 전력분배기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
9. 제8항에 있어서, 상기 복사기는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 수평 다이폴이 상측과 하측에 나란히 배열되고, 한 쌍의 수직 다이폴이 우측과 좌측에 배열되어 전체적으로 사각형 모양으로 배치된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
10. 제8항에 있어서, 상기 복사기는 모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 한 쌍의 제1 대각선 다이폴이 나란히 배열되고, 한 쌍의 제2 대각선 다이폴이 나란히 배열되어 전체적으로 마름모 꼴로 배치된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
11. 수직으로 배열된 다수개의 복사기와, 상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판과, 급전된 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 전력분배기를 갖는 안테나에 있어서,

    상기 복사기가

    모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 수평, 수직으로 한쌍의 복사소자를 십자형으로 배치하되 어느 한쪽의 복사소자를 1/2λ보다 약간 짧게 하여 유도 복사되게 하고, 급전점에서 θ도 숙여서 복사소자 끝이 반사판에 근접하게구성하여 4각뿔 모서리 대각선형으로 구성된 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
12. 수직으로 배열된 다수개의 복사기와, 상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판과, 급전된 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 전력분배기를 갖는 안테나에 있어서,

    상기 복사기가

    모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 수평, 수직으로 한쌍의 복사소자를 십자형으로 배치하되 수직수평소자를 급전점에서 합치고 1개 급전선으로 급전하며

    어느 한쪽의 복사소자를 1/2λ보다 약간 짧게 하여 유도 복사되게 하고, 급전점에서 θ도 숙여서 복사소자 끝이 반사판에 근접하게 구성하여 4각뿔 모서리 대각선형으로 구성하여 원편파 안테나를 구성한 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.
13. 수직으로 배열된 다수개의 복사기와, 상기 각 복사기에서 방사되는 전파를 전방으로 반사하기 위한 반사판과, 급전된 전력의 크기 및 위상을 변화시켜 상기 복사기의 다이폴에 분배하기 위한 다수개의 전력분배기를 갖는 안테나에 있어서,

    상기 복사기가

    모두 동일한 구조로 이루어지는데, 하나의 복사기는 수평, 수직으로 한쌍의복사소자를 십자형으로 배치하되 수평, 수직 복사소자의 길이를 동일 길이로 하고 2개의 90°위상차를 유지하는 급전선으로 급전 복사하여 원편파를 구성하는 것을 특징으로 하는 원편파형 고효율 안테나.