KR200370996Y1 - 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기부(基部)와, 방송 신호를 수신하여 급전선 케이블을 통해 텔레비전 수상기로 입력하는 평면 안테나와, 일 측면이 기부와 연결되고 타 측면이 평면 안테나의 일 부분과 결합되어 평면 안테나를 지표면과 평행하게 유지하는 지지대를 포함하는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나에 관한 것으로, 평면 안테나가 지표면에서 일정 간격으로 이격하여 위치되도록 함으로써 우수한 안테나 성능을 유지할 수 있고, 전파 유입 방향으로의 안테나 지향이 용이하다.

Description

거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나{Indoor LP antenna having printed antenna array and supporter}

본 고안은 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나에 관한 것으로, 특히 전파 비임 방향으로 용이하게 안테나를 지향할 수 있는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 텔레비전 방송 신호의 수신을 위해 실외 안테나 또는 실내 안테나가 사용되고 있다. 실외 안테나로는 주로 야기 안테나(Yagi Antenna)가 사용되며, 실내 안테나로는 루프 또는 플래너 안테나가 사용된다.

실외 안테나로 많이 사용되는 야기 안테나는 급전 소자와 무급전 소자로 구성되어, 급전선에 연결되는 투사기는 반파 다이폴 등이 사용되며, 투사기를 기준으로 전방에 한 개 이상의 도파기와 후방에 한 개의 반사기로 구성되는 안테나이다.

그러나, 야기 안테나는 1기의 안테나로 지상파 디지털 방송 주파수 470~870 MHz 전체를 커버하는데 무리가 있어, 상용화된 야기 안테나는 남산형(750~800 MHz 대역)과 관악산형(470~500 MHz 대역)으로 분리되어 생산되고 있다. 따라서 사용이 불편한 단점과 사용자는 어느 것을 구입해야 하는지 판단이 어려운 문제점도 있다.다만, 본 고안은 실내 안테나에 관한 것이므로, 실외 안테나인 야기 안테나에 대한 추가 설명은 생략한다.

실내 안테나의 경우, 아날로그일 경우에는 루프안테나 또는 로드 안테나가 사용된다. 그러나, 지상파 디지털 텔레비전 방송 수신을 위해서 광대역 안테나가 필요하며 다중경로(Multi Path) 전파에 의해 신호의 열화를 최소화해야 한다. 즉, 다중 경로(즉, 반사파)에 의해 아날로그 텔레비전에서는 텔레비전 수상기의 화상에 고스트 현상이 발생된다. 그러나, 디지털 텔레비전 수상기의 경우 신호의 겹침과 시간지연상의 문제로 인해 디지털 심볼의 열화(즉, 신호간 간섭)가 발생되어 최악의 경우 데이터를 복구하지 못할 수 있다. 실제의 실험 결과에서도 다중경로가 많이 발생하는 지역의 경우 신호레벨이 높아도 화상데이터를 복구하지 못해 화상의 끊김 현상이 발생되고 있었다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 안테나 주 비임(Main Beam) 이외의 다중경로 및 반사파에 의한 신호는 최소화할 필요가 있다.

또한, 현재의 아파트에 거주하는 가구에서는 아날로그 방송 수신용 공청안테나를 사용하고 있으나, 디지털 텔레비전의 경우에는 현재의 공청 안테나 사용이 불가하므로 새롭게 공청안테나 케이블과 분배기를 포설하거나, 개별적으로 실외 또는 실내 안테나 사용이 요구되고 있다. 그러나 현실적으로 아파트에서 개별적으로 실외안테나 설치는 어려움이 있으므로 고효율의 실내 안테나가 더 필요한 실정에 있다.

종래의 실내 안테나의 유형으로는 마우스 패드형 실내 안테나와 창문 취부형 안테나가 존재한다.

도 1은 종래 기술에 따른 평판 마우스 패드형 실내 안테나를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 평판 마우스 패드형 실내 안테나의 내부 패턴(120)은 대수주기 안테나(LP Antenna) 타입과 루프 안테나 타입이 복합된 형태로 구성된다. 마우스 패드형의 경우 특성 임피던스 매칭(Impedance Matching)의 최적화와 사용의 편리성은 우수한 장점을 가지고 있다. 그러나, 내부 패턴이 매우 복잡할 뿐 아니라, 안테나 주비임의 특성과 거치대가 없어 안테나를 취부하는 위치 인근에 금속물질 또는 전파의 특성을 방해하는 내장재 등이 있을 경우 목표로 하는 안테나 특성을 얻는데 어려움이 있으며, 특히 중요한 것은 전파가 유입되는 주 비임 방향으로 안테나 주 비임 방향과 일치시키는데 많은 어려움이 예상되고 있다.

또한, LNA 증폭기를 내장한 창문 취부형 안테나는 평면안테나에 저잡음 고주파 증폭기(LNA)를 취부하고 유리창에 접촉되어 설치되는 형태로 형성된다. 그러나, 수평 편파(즉, 전계 강도가 기준면에 대해 수평인 방향에 있는 전파)를 방송 신호로 이용하고 있는 국내 현실에서는 유리창 방향으로 전파 비임이 지향될 확률이 매우 낮아 수직 편파에 의한 방송 신호 수신을 위한 창문 취부형 안테나는 적합하지 않다. 이는 편파 방향이 틀어지면 수신 성능이 저하되며 또한, 창문 취부형 안테나는 배터리를 내장한 구조로서 지속적이고 안정적인 사용이 용이하지 않은 문제점도 있었다.

상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 마우스 패드형 또는 창문 취부형 안테나는 유입되는 전파 방향으로 설치가 어렵고 안테나 거치대가 없어 실내의 다중 경로전파를 효과적으로 수신할 수 없는 한계가 있었다.

이외에도 종래 기술에 따른 배열된 소자형 안테나(Array Antenna)의 경우에는 외부 충격 또는 부딪힘에 의해 배열 안테나 소자의 파손, 구부러짐 등이 발생하며, 이로 인한 수신 안테나의 특성 변화가 발생할 수 있고, 생산, 운송 및 설치 운용상 균일한 특성 확보가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 디지털 방송 수신기에 사용되는 실내 안테나로서 극초단파(UHF : Ultra High Frequency) 대역의 광대역 주파수를 수신할 수 있는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 디지털 텔레비전 방송의 주파수 대역인 470 ~ 870 MHz의 광대역 수신과 방송 수신에 있어 실내의 다중 경로 반사에 효과적으로 대처할 수 있는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 안테나 소자의 배열을 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 프린트화하여 외부 충격이나 부딪힘에 따른 소자의 변화를 방지할 수 있어 안정적인 특성의 유지가 가능하고, 제조의 편리성 및 경제성 실현이 가능한 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 급전선 연결부와 안테나 급전부(Feed Line)를 세미 리지드(Semi-Rigid) 케이블을 통해 연결함으로써 잡음 감소 및 깨끗한 표면 처리가 이루어진 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 안테나 거치대를 이용하여 평면 안테나가 지표면에서 일정 간격으로 이격하여 위치되도록 함으로써 우수한 안테나 성능을 유지할 수 있고, 전파 유입 방향으로의 안테나 지향이 용이하게 이루어질 수 있는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 평판 마우스 패드형 실내 안테나를 나타낸 도면.

도 2는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 평면 안테나의 저면도.

도 3은 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 외형을 나타낸 도면.

도 4는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 실내 안테나를 이용한 이득 실험 결과를 나타낸 그래프.

도 5는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 평면 안테나만일 이용한 이득 실험 결과를 나타낸 그래프.

도 6은 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 외형을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 평면 안테나

210 : 안테나 소자

220 : 안테나 급전부

230 : 케이블 연결부

240 : 세미 리지드 케이블

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 고안의 일 측면에 따르면, 기부(基部); 방송 신호를 수신하여 급전선 케이블을 통해 텔레비전 수상기로 입력하는 평면 안테나; 및 일 측면이 상기 기부와 연결되고, 타 측면이 상기 평면 안테나의 일 부분과 결합되어 상기 평면 안테나를 지표면과 평행하게 유지하는 지지대를 포함하는 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나가 제공된다.

상기 평면 안테나는 PCB 기판으로 형성되고, 안테나 소자(Antenna Array)는 대수주기 다이폴 배열(Log Periodic Dipole Array)에 따라 상기 PCB 기판의 양 측면에 대칭적으로 프린트되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 평면 안테나의 외형은 상기 안테나 소자의 배열 형태에 상응하여 오각형 형태 또는 유사 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.

상기 평면 안테나에 배열된 안테나 소자 중 상기 안테나 소자의 길이가 짧은 영역에 안테나 급전부가 구비되고, 상기 안테나 소자의 길이가 긴 영역에 상기 급전선 케이블과의 연결을 위한 케이블 연결부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 안테나 급전부와 상기 케이블 연결부는 세미 리지드(Semi-Rigid) 케이블을 통해 결합될 수 있다.

또한, 상기 지지대는 지름을 달리하는 두 개의 원통이 인출 가능한 형태로 형성되며, 제1 원통의 일 측면은 상기 기부와 연결되고, 제2 원통의 일 측면은 상기 평면 안테나의 일 부분과 결합되며, 상기 제1 원통과 상기 제2 원통의 인출 상태는 고정부를 통해 고정될 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 고안을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 2는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 평면 안테나의 저면도이고, 도 3은 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 외형을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 평면 안테나(200)는 대수주기 안테나(Log Periodic Antenna)로서 임피던스와 방사 특성이 대수(log) 주기적으로 반복 구조를 가지는 안테나이다. 평면 안테나(200)를 통해 수신된 방송 신호는 케이블 연결부(230)에 연결된 급전선 케이블을 통해 텔레비전 수상기로 입력된다.

평면 안테나(200)의 양측 평면에는 안테나 소자(Antenna Array, 210)가 대칭적으로 인쇄되어진다. PCB 패턴에 의한 안테나 소자 구조에서 소자 길이가 긴 쪽(즉, 케이블 연결부(230) 방향)은 낮은 주파수 대역(예를 들어, 450 MHz 대역)을 커버하고, 소자 길이가 짧은 쪽(즉, 안테나 급전부(220) 영역)은 높은 주파수 대역(예를 들어, 870 MHz 대역)을 커버한다.

여기서, 안테나의 주 비임의 방향은 안테나 소자가 짧은 쪽이므로 종래 기술에 따른 안테나 구조에서는 급전선 케이블이 연결되기 위한 결합부가 안테나 소자 길이가 짧은 안테나 급전부(220)에 위치하고 있었다. 그러나, 이와 같이 안테나 급전부(220)쪽에 케이블 연결부(230)를 구비하는 경우 연결된 케이블에 의해 안테나의 방향 설정이 용이하지 않을 뿐 아니라 케이블에 의해 안테나 비임 패턴이 변화될 수도 있는 문제점이 있었다. 이외에, 일부의 종래 기술에 따른 안테나 설계 구조에서도 도 2에서와 유사하게 안테나 급전부(220)의 반대쪽에 케이블 연결부(230)를 구비하기 위한 시도가 있었으나, 안테나 급전부(220)와 케이블 연결부(230)를 동축 케이블로 연결함으로써 과도한 잡음이 발생하는 문제점과 안테나 내부에 별도의 구성 요소(예를 들어, 증폭기, 배터리 등)를 부가하여야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나는 평면 안테나(200)에서 안테나 소자가 짧은 쪽에 안테나 급전부(220)를 구비하고, 안테나 소자가 긴 쪽에 케이블 연결부(230)를 구비함으로써 평면 안테나(200)의 지향 방향을 용이하게 안테나 지향 방향을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 안테나 급전부(220)와 케이블 연결부(230)를 세미 리지드 케이블(240)로 연결함으로써 평면 안테나 내부에서 발생되는 잡음을 최소화하도록 구성되어 있다.

본 고안에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 평면안테나로서 PCB 기반에 프린트되는 안테나 소자(210)의 배열(Log Periodic Dipole Array)은 정점의 급전점(Feed Point)에서 바깥으로 그 길이가 연속 증가되는 평행 도선의 다이폴(dipole)들의 직렬 급전 배열로 이루어진다.

일반적인 대수주기 안테나 설계 이론에서 안테나 소자의 길이와 개수를 결정하기 위한 디자인 상수(design constant, τ)와 안테나 소자간의 간격 및 붐(boom) 길이를 결정하기 위한 상대 이격값(relative spacing, σ)이 이용된다. 디자인 상수(τ)와 상대 이격값(σ)을 산출하기 위한 공식이나 이를 이용한 안테나 소자 배열 방법은 당업자에게 일반적인 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그러나, 종래 기술에 따른 대수주기 안테나 설계시 이용되는 금속 파이프보다 본 고안에서 이용되는 PCB 패턴에서의 전파 지연이 크므로 안테나 소자의 길이는 다소 짧아질 수 있음은 자명하다.

또한, 도 2에서 보여지는 바와 같이 본 고안에 따른 평면 안테나(200)의 외곽을 안테나 소자의 배열 형태와 유사하게 형성(예를 들어, 오각형 형태, 사다리꼴과 유사한 형태)함으로써 평면 안테나 제작시 사용되는 기판의 양을 최소화할 수 있는 장점도 있다.

도 3에는 평면 안테나가 거치대에 의해 지표면으로부터 일정 거리만큼 이격된 상태로 설치된 상태의 도면이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 실내 안테나는 평면 안테나(200)의 일 부분이 지지대(310)의 일 측면과 결합되고, 지지대(310)의 타 측면은 기부(基部, 320)와 결합되어 바닥면 또는 설치 기기(예를 들어, 텔레비전)의 상부면에서 일정 높이(예를 들어, 10 ~ 25cm)만큼 이격되어 평면 안테나(200)가 위치하도록 형성되어 있다. 도 3에는 지지대(310)가 2개인 경우를 가정하여 도시하였으나, 세미 리지드 케이블(240)의 배열 상태를 저해하지 않는 형태라면 지지대(310)의 수량은 다양하게 구성할 수 있음은 자명하다.

도 4는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 실내 안테나를 이용한 이득 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 평면 안테나를 이용한 이득 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이득 실험이란 한 지점에서의 신호 레벨을 각각 측정하여 비교함으로써 대수주기 안테나의 이득을 간접적으로 측정하기 위한 실험이다.

도 4는 평면 안테나(200)가 지지대(310)와 연결되어 바닥면에서 일정 높이만큼 이격되어 위치한 경우의 이득 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 평면 안테나(200)가 지지대(310)와 연결되지않고 바닥면 위에 직접 위치한 경우의 이득 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4 및 도 5에 각각 도시된 그래프를 참조하면, 평면 안테나(200)가 바닥면 위에 직접 위치한 경우의 피크값(peak value)이 -81.52dBm임에 비해 평면 안테나(200)가 지지대(310)와 연결되어 일정 높이 위치에 존재하는 경우의 피크값이 -74.80dBm임을 알 수 있다. 즉, 지지대(310)와 결합되어 평면 안테나(200)가 일정 높이 위치에 존재하는 경우의 효율이 더 우수함을 알 수 있다. 물론 상술한 피크값들은 실험 환경에 따라 변경될 수 있음은 자명하다.

도 6은 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 외형을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나의 구성 요소 중 평면 안테나(200)를 바닥면 또는 설치 기기(예를 들어, 텔레비전)의 상부면에서 일정 높이(예를 들어, 10 ~ 25cm)만큼 이격되도록 하는 지지대(310)는 각각의 지름을 달리하는 2개의 봉 형태로 구현될 수도 있다.

즉, 짧은 지름을 가지는 제1 지지대(610)가 넓은 지름을 가지는 제2 지지대(620)의 내부로 삽입될 수 있도록 구성되어, 사용자가 필요에 따라 제1 지지대(610)의 길이를 제2 지지대(620)의 상방으로 인출함으로써 전체 지지대(310)의 길이를 확장할 수 있다.

이후, 전체 지지대(310)의 길이가 적정한 길이(예를 들어, 지표면에서 약 1.2m)인 것으로 결정되면 사용자는 고정부(630)를 이용하여 제1 지지대(610)와 제2 지지대(620)를 고정할 수 있다. 고정부(630)는 회전 나사의 형태 등으로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 거치대를 구비한 프린트된 실내용 대수주기 안테나는 디지털 방송 수신기에 사용되는 실내 안테나로서 극초단파(UHF : Ultra High Frequency) 대역의 광대역 주파수를 수신할 수 있다.

또한, 본 고안은 디지털 텔레비전 방송의 주파수 대역인 470 ~ 870 MHz의 광대역 수신과 방송 수신에 있어 실내의 다중 경로 반사에 효과적으로 대처할 수 있다.

또한, 본 고안은 안테나 소자의 배열을 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 프린트화하여 외부 충격이나 부딪힘에 따른 소자의 변화를 방지할 수 있어 안정적인 특성의 유지가 가능하고, 제조의 편리성 및 경제성 실현이 가능하다.

또한, 본 고안은 급전선 연결부와 안테나 급전부(Feed Line)를 세미 리지드(Semi-Rigid) 케이블을 통해 연결함으로써 잠음 감소 및 깨끗한 표면 처리가 이루어질 수 있다.

또한, 본 고안은 안테나 거치대를 이용하여 평면 안테나가 지표면에서 일정 간격으로 이격하여 위치되도록 함으로써 우수한 안테나 성능을 유지할 수 있고, 전파 유입 방향으로의 안테나 지향이 용이하게 이루어질 수 있다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 실용신안등록청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 기부(基部);

   방송 신호를 수신하여 급전선 케이블을 통해 텔레비전 수상기로 입력하는 평면 안테나; 및

   일 측면이 상기 기부와 연결되고, 타 측면이 상기 평면 안테나의 일 부분과 결합되어 상기 평면 안테나를 지표면과 평행하게 유지하는 지지대를 포함하는 실내 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 평면 안테나는 PCB 기판으로 형성되고, 안테나 소자(Antenna Array)는 대수주기 다이폴 배열(Log Periodic Dipole Array)로 상기 PCB 기판의 양 측면에 대칭적으로 프린트되어 형성되는 실내 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 평면 안테나의 외형은 상기 안테나 소자의 배열 형태에 상응하여 오각형 형태로 형성되는 실내 안테나.
4. 제2항 또는 3항에 있어서,

   상기 안테나 소자의 길이가 짧은 영역에 안테나 급전부가 구비되고, 상기 안테나 소자의 길이가 긴 영역에 상기 급전선 케이블과의 연결을 위한 케이블 연결부가 구비되는 실내 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 안테나 급전부와 상기 케이블 연결부는 세미 리지드(Semi-Rigid) 케이블을 통해 결합되는 실내 안테나.
6. 제1항에 있어서,

   상기 지지대는 지름을 달리하여 인출 가능하도록 결합된 제1 원통 및 제2 원통과 상기 제2 원통이 인출된 상태를 유지할 수 있는 고정부를 포함하며, 상기 제1 원통의 일 측면은 상기 기부와 연결되고, 상기 제2 원통의 일 측면은 상기 평면 안테나의 일 부분과 결합되는 실내 안테나.