KR20040002481A - 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나 - Google Patents

단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나 Download PDF

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KR20040002481A
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짐머만마틴엘
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앤드류 코포레이션
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Abstract

전자기판 신호를 송수신하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나가 제공된다. 상기 안테나는 접지면 근처까지 45도 각도로 연장된 V자형상의 도전체를 포함한다. 상기 도전체는 급전영역, 복사기 입력부, 및 복사부를 포함한다. 상기 복사기 입력부는 제1 복사기 입력영역과 제2 복사기 입력영역을 포함하며, 상기 복사기 입력영역들은 상기 복사부와 일체로 형성된다. 상기 복사부는 평행하게 결합된 제1 복사영역과 제2 복사영역을 포함하고, 각각의 복사영역은 급전 다이폴과 수동 다이폴을 포함한다.

Description

단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나 {Single piece twin folded dipole antenna}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에 사용되는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에 사용되는 기지국 안테나는 전자기파 신호를 송수신하는 기능을 한다. 기지국에서 수신된 신호는 수신기에 의해 처리되며, 통신망으로 보내어진다. 송신되는 신호는 수신된 신호와 다른 주파수로 송신된다.
기지국 안테나의 증가로 인해, 제조사들은 각 안테나의 크기를 최소화하고 제조 원가를 줄이기 위한 노력을 기울이고 있다. 나아가, 시각적인 면에 있어서 기지국 안테나 타워가 사회환경에 미치는 영향은 문제가 되고 있다. 따라서, 이러한 타워의 크기를 줄여서 타워가 시각적으로 사회환경에 미치는 영향을 줄이는 것이 바람직하다. 더욱 소형의 기지국 안테나를 사용하게 되면 안테나 타워의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 자체 밴드폭에 걸쳐 안정된 원방패턴(far-field pattern)을 보여주는 넓은 임피던스 밴드폭을 가진 안테나에 대한 필요성이 있다. 아울러, 기존의 단일 극성(single-polarization) 안테나의 밴드폭을 증가시켜, 셀룰러, 지구적 이동통신시스템(GSM), 개인휴대통신시스템(PCS), 개인휴대통신망(PCN), 범용이동통신 시스템(UMTS)의 주파수 밴드에서도 작동하도록 할 필요가 있다.
본 발명은 두 개의 일체로 된 복사영역을 형성하는 도전체를 포함하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제공함으로써 종래의 안테나가 가진 문제점을 극복하고자 한다. 이러한 디자인은 넓은 임피던스 밴드폭을 가지며, 제조 비용이 저렴하고, 기존의 단일 극성 안테나 구조에 결합될 수 있다.
본 발명의 목적과 장점들은 아래 도면들을 참조로 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나의 대칭적 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 트윈 접힘 다이폴 안테나의 측면도이다.
도 1c는 도 1a의 트윈 접힘 다이폴 안테나가 접히기 전의 도전체를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나의 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 대칭도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 트윈 접힘 다이폴 안테나가 접히기 전의 도전체를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도로서, 전송매체가 에어라인인 경우를 나타낸다.
도 6a는 1/4 파장 스터브에 의해 종단된 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 대칭도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 트윈 접힘 다이폴 안테나에 있어서 도전체를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나를 나타낸 측면도이다.
본 발명은 무선통신, 방송, 군사적으로 또는 다른 통신 시스템에 유용한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 북미 셀룰러(North American Cellular) 시스템의 824∼896 MHz 주파수 밴드, 북미 트렁킹 시스템(North American Trunking System)의 806∼869 MHz 주파수 밴드, 지구적 이동통신시스템(GSM)의 870∼960 MHz 주파수 밴드와 같은 다양한 주파스 밴드에 걸쳐 동작한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 개인휴대통신(PCS)의 1850∼1990 MHz 주파수 밴드, 개인휴대통신망(PCN)의 1710∼1880 MHz 주파수 밴드, 범용이동통신시스템(UMTS)의 1885∼2170 MHz 주파수 밴드와 같은 각기 다른 여러개의 무선통신 밴드에 걸쳐서 동작한다. 본 실시예에서, 무선전화의 사용자는 전자기파 신호를 기지국 타워에 송신하는데, 상기 타워는 무선전화 사용자에 의해 송신된 신호를 수신하는 복수개의 안테나를 구비한다. 비록 본 발명이 기지국에 유용하기는 하지만, 모든 통신 시스템에 사용될 수 있는 것은 물론이다.
도시된 도 1a 내지 도 11은 전자기파 신호를 송수신하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)를 나타낸다. 도 1a 내지 도 11에서, 동일한 참조부호로 표시된 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 각 부분은 동일한 구성요소를 가리킨다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 단일 도전체 시트 소재로부터 성형된 도전체(14)를 포함한다. 상기 도전체(14)는 세 개의 영역으로 구성되는데, 급전(feed)영역(20), 복사기(radiator) 입력영역(40) 및/또는 (44)을 포함하는 복사기 입력부, 그리고 복사영역(21) 및/또는 (22)을 포함하는 복사부가 그것이다.
일 실시예에서, 상기 급전영역(20)은 도 1b에 도시된 바와 같이 접지면(12) 가까이까지 연장되며, 공기, 발포수지 등과 같은 유전체에 의해 접지면으로부터 이격되도록 설치된다. 상기 복사영역(21)(22)은 접지면(12)으로부터 각도를 이룬 채로 상호 이격되어 있는데, 이것은 넓은 밴드폭의 동작이 가능하면서도 크기가 소형화된 안테나를 제공하기 위한 것이다.
상기 복사기 입력부는 두 개의 복사기 입력영역(40)(44)을 가진다. 상기 도시된 복사기 입력영역(40)(44)은 구조적으로 동일하므로, 일측의 복사기 입력영역 (40)에 대해서만 상세히 설명하기로 한다. 상기 복사기 입력영역(40)은 틈(29)에 의해 분리된 두 개의 도전체 영역(41)(42)으로 구성된다. 상기 두 개의 도전체 영역(41)(42)은 그 사이에 일정한 틈을 두고 이상적으로 평행하도록 되어 있다. 이상적이든지 아니든지, 상기 두 개의 도전체 영역(41)(42)은 동일한 평면 상에 놓인 평행한 도전체가 된다. 상기 도전체 영역(41)은 복사영역(22)의 일 부분을 급전영역(20)에 연결시키고, 상기 도전체 영역(42)은 복사영역(22)의 또 다른 일부를 접지면(12)으로 연결시킨다. 상기 복사기 입력영역(40)은 복사영역(22)을 급전영역 (20)에 정합시키기 위해 조정되는 고유 임피던스를 가진다. 이러한 임피던스는 도전체 영역(41)(42) 및 틈(29)의 폭을 변경함으로써 조정된다.
도 1a 내지 도 11에 도시된 실시예에서, 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)은 두 개의 복사영역(21)(22)을 포함한다. 상기 두 개의 복사영역(21)(22)은 상호 평행하게 결합되어 있다. 도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, 도전체(14)는 일 지점(16)에서 기계적으로 그리고 전기적으로 접지면(12)에 결합된다. 복사영역(21)(22)은접지면(12)으로부터 거리(d)만큼 상부에 위치하도록 지지된다. 예를 들어, 무선주파수 밴드가 1710∼2170 MHz 인 경우에, 상기 거리(d)는 d = 1.22"이다. 상기 도전체(14)는 접힘부(15a)(15b)에서 구부러져 도 1b에 도시된 바와 같이 급전영역(20)이 접지면(12)으로부터 이격되어 지지된다. 결과적으로, 상기 급전영역(20)은 접지면(12)에 대해서 대체적으로 평행하다. 상기 급전영역(20)은 RF 입력영역(미도시)을 포함하는데, 이것은 전송라인에 전기적으로 접속되어 있다. 일반적으로 상기 전송라인은 송신기 또는 수신기와 같은 RF 장치에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 상기 RF 입력영역은 RF 장치에 접속된다.
위에서 설명된 두 개의 복사영역(21)(22)은 구조적으로 동일하므로 하나의 복사영역(22)에 대해서만 상세히 설명하기로 한다. 복사영역(22)은 급전다이폴 (fed dipole)(24)과 수동다이폴(passive dipole)(26)을 포함한다. 상기 급전다이폴(24)은 제1 ¼파장 모노폴(28)과 제2 ¼파장 모노폴(30)을 가진다. 일 실시예에서, 상기 제1 ¼파장 모노폴(28)은 도전체 영역(41)의 일단에 결합된다. 상기 도전체 영역(41)의 타단은 급전영역(20)에 결합된다. 상기 제2 ¼파장 모노폴(30)은 상기 도전체 영역(42)의 일단에 결합되고, 도전체 영역(42)의 타단은 지점(16)에서 접지면(12)에 결합된다.
상기 도전체 영역(42)은 너트, 볼트, 스크류, 리벳과 같은 적당한 체결수단에 의해, 그리고 납땜, 용접, 브레이징 및 냉간성형 등과 같은 적절한 체결방법에 의해 접지면(12)에 결합될 수 있다. 이와 같은 적절한 결합은 도전체(14)와 접지면(12) 사이에 전기적인 그리고 기계적인 결합을 제공하게 된다. 따라서, 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 번개와 같은 과도현상에 의해 야기되는 과전압과 과전류 상태로부터 보호된다. 전기적으로 그리고 기계적으로 양호한 결합의 한 방법은 독일의 바인가르텐(Weingarten)의 톡스프레소테크닉사(Tox Pressotechnik GmbH)로부터 입수가능한 냉간성형공정이다. 상기 냉간성형공정은 일 금속 표면을 타 금속 표면에 대해 변형 압연함으로써 톡스(Tox) 버튼을 성형한다. 상기 냉간성형공정은 두 금속 표면을 함께 고정하기 위해 압력을 사용한다. 이 공정은 두 금속표면을 함께 고정시키기 위한 기계적인 체결기구를 별도로 필요치 않는다. 따라서, 상기 냉간성형공정에 의해 복사영역(21)(22)이 접지면(12)에 부착된 실시예에서는, 지점(16)에서 톡스 버튼이 복사영역(21)(22)에 대한 구조적 지지체를 제공하는 동시에, 접지면에 대한 전기적인 접속을 제공한다. 냉간성형공정에 의해 상기 도전체(14)를 접지면(12)에 부착하는 것은 안테나(10)의 상호변조왜곡(IMD)을 최소화하는 것이다. 용접과 같은 또 다른 방식의 전기적 접속 또한 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 IMD를 최소화한다.
상기 틈(32)은 틈(32)의 일측에 제1 ¼파장 다이폴(수동 다이폴26)을 형성하고, 틈(32)의 타측에 제2 ¼파장 다이폴(급전 다이폴24)을 형성한다. 중앙에 위치하는 틈(29)은 상기 급전 다이폴(24)을 제1 ¼파장 모노폴(28)과 제2 ¼파장 모노폴(30)로 분리한다. 상기 틈(32)의 대향단부(34)(36)에 있는 도전체(14) 부분은 상기 급전 다이폴(24)을 수동 다이폴(26)에 결합시킨다. 상기 틈(29)은 도전체 영역(41)(42)이 에지-결합된 스트립라인 전송라인을 형성하도록 한다. 이러한 전송라인은 평형을 이루므로, 급전영역(20)으로부터 복사영역(22)으로 EM 전력을 효율적으로 전달한다. 도 1a의 실시예에서, 접지면(12)과 급전영역(20)은 상기 복사영역(21)(22)에 대해 대략 45도로 경사져 있다.
도 1c를 참조하면, 도 1a에 도시된 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)로 접혀지기 전의 도전체(14)에 대한 평면도가 도시되어 있다. 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)를 전송라인 또는 RF 장치의 도전체에 결합시키기 위해 구멍(42)이 구비된다. 상기 급전영역(20)과 접지면(12) 사이에 하나 또는 그 이상의 유전체 서포트를 용이하게 부착하기 위해 하나 또는 그 이상의 구멍(44)이 마련된다. 상기 유전체 서포트는 스페이서, 유전체 와셔를 가진 너트 및 볼트, 또는 유전체 와셔를 가진 스크류를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 또 다른 실시예에서, 도전체(14)는 접혀져 복사영역 (21')(22')을 형성한다. 본 실시예에서, 각 복사영역(21')(22')의 수동 다이폴이 접지면(12)과 평행하도록 도전체(14)가 접히게 된다.
또 다른 실시예를 나타낸 도 3에서, 도전체(14)는 복사영역(21")(22")을 형성하도록 접힌다. 본 실시예에서, 각 복사영역(21")(22")의 수동 다이폴이 접지면 (12)과 직각이 되도록 도전체(14)가 접히게 된다.
상기와 같은 실시예에서, 도전체(14)가 어떻게 접히는가에 상관없이 수동 다이폴(26)은 급전 다이폴(24)과 평행을 유지한 채로 이격되어 틈(32)을 형성한다. 상기 수동 다이폴은 급전 다이폴(24)과 틈(32)의 대향단부(34)(36)에서 단락된다. 상기 틈(32)은 길이(L)과 폭(W)을 가지며, 길이(L)는 폭(W)보다 크다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)가 UMTS 주파수 밴드에서 사용되는 실시예의 경우, 상기 틈의 길이는 L=2.24" 이고 틈의 폭은 W=0.20" 인 반면, 급전 다이폴(24)의 길이는 2.64"이고 폭은 0.60"이다.
도 4a에 도시된 또 다른 실시예에서, 복사영역(421)(422)은 접지면(412) 위에 지지되며, 접지면과 대략 45도의 경사각을 이룬다. 도전체(414)는 접힘부(415a)(415b)에서 접혀서, 급전영역(420)이 접지면(412)에 대해 이격되어 위치하도록 설치된다. 복사영역(421)(422)의 단부(432)(436)는 접지면(412)을 향해 하방으로 구부러져 있다. 이러한 구성은 트윈 접힘 다이폴 안테나의 크기를 최소화시킨다. 덧붙여, 상기 복사영역(421)(422)을 구부리는 것은 트윈 접힘 다이폴 안테나의 원방패턴(far-field pattern)의 E-면 반치빔폭(E-plane Half Power Beamwidth)을 증가시킨다. 본 실시예는 특히 원방(far-field)에 있어서 거의 동일한 E-면 및 H-면 공통극성 패턴을 생성하는데 효과적이다. 덧붙여, 하나 또는 그 이상의 복사영역이 45도-경사 복사에 사용될 수 있는데, 여기서 상기 복사영역은 수직열로 배열되고, 각각의 복사영역은 상기 수직열의 중심축에 대해 45도 각도로 경사져 공통 극성을 가지도록 회전될 수 있다. 아래로 구부러진 복사영역에 대한 실시예에서, 수직 및 수평 극성을 위한 수평면에서 패턴이 단절될 때, 상기 패턴은 넓은 범위의 감시각에 걸쳐 매우 유사할 것이다.
도 4b는 도전체(414)가 도 4a에 도시된 트윈 접힘 다이폴 안테나로 접히기 전의 상태를 나타낸 평면도이다. 도 4a 및 4b의 실시예에서, 수동 다이폴(426)은 급전 다이폴(424)과 이격되어 틈(432)을 형성한다. 상기 수동 다이폴(426)은 단부(434)(436)에서 급전 다이폴(424)과 단락된다. 상기 틈(432)은 틈(432)의 일측에 제1 반파장 다이폴(수동 다이폴 426)을 형성하고, 틈(432)의 타측에 제2 반파장 다이폴(급전 다이폴 424)을 형성한다. 급전 다이폴(424)은 상기 제1 ¼파장 모노폴(428)과 제2 ¼파장 모노폴(430)을 형성하는 중심에 위치한 틈(429)을 포함한다. 상기 안테나가 824∼896 MHz의 셀룰러 밴드와 870∼960 MHz의 GSM 밴드에 사용될 경우, 상기 급전 다이폴(424)의 길이(L)는 약 6.52"이고, 급전 다이폴(424)의 폭(W)은 약 0.48"이다. 본 실시예에서, 상기 급전 다이폴(424)의 가장 내측 영역은 접지면(412)의 정점으로부터 거리(d)만큼 유지되고, 상기 거리(d)는 약 2.89"이다.
아래 실시예는 도 1a 내지 도 4b에 도시된 트윈 접힘 안테나(10)의 종단(termination)에 대한 것이다. 종단에 대한 각각의 실시예는 본 명세서에서 설명된 어떠한 트윈 접힘 다이폴 안테나에도 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 예는 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 에어라인(Airline) 실시예이다. 종래에 알려진 바와 같이, "에어라인"이란 주된 유전체가 공기가 되는 전송라인 시스템을 말한다. 그와 같은 실시예에서, 도전체 영역(42)은 결합지점(16)에서 접지면(12)에 결합된다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 접지면(12) 위에 유전체 서포트(66)로 지지되며, 상기 유전체 서포트(66)는 급전 영역(20)과 접지면(12) 양측에 접합된다. 임의의 적절한 체결장치에 의해 상기 도전체 영역(42)을 접지면(12)에 결합시킬 수 있다. 적절한 체결장치는 도전체(14)와 접지면(12) 사이에 전기적이고도 기계적인 결합을 제공한다.
도 6a는 ¼ 파장 스터브(50)를 가진 에어라인 실시예를 보여준다. 상기 예에서, 도전체(42)는 접지면(12)에 전기적으로 접속되지 않은 개방단 전송라인 스터브(50)에 종단된다. 오히려, 상기 스터브(50)는 유전체 스페이서(54)에 의해 접지면(12) 위에 지지되는데, 상기 유전체 스페이서는 예를 들어 스터브(50)와 접지면(12) 양측에 접합된다. 나아가, 유전체 스페이서(52)는 급전영역(20)을 접지면(12) 위에 지지한다. 도 6b는 유전체 스페이서(52)(54)를 포함하는 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
대안으로서, 상기 스터브(50)는 도 7에 도시된 것처럼 지점(16)에서 스터브(50)를 관통해 접지면(12)까지 연장되는 유전체 체결도구에 의해 접지면(12)에 고착될 수 있다. 스터브(50)의 길이는 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 동작주파수에서 ¼파장이다. 상기 스터브(50)의 단부는 개방회로를 형성하므로, 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)가 그 동작 주파수로 여기되면, 도전체 영역(42)의 단부에서 지표에 대한 전기적인 단락이 있는 것처럼 될 것이다. 이것은 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)로 하여금 마치 도전체 영역(42)이 접지면(12)에 전기적으로 접속된 것과 같은 방식으로 동작하도록 한다. 이러한 구성에서는, 복사 엘리먼트 구조에 있어서 지표에 대한 전기적인 접속이 없다. 나아가, 급전영역(20)에 대한 ¼파장 단락 전송라인(미도시)의 일단이 전기적으로 접속됨에 의해 안테나 배열에 대한 DC 접지가 제공될 수 있다.
이러한 개방단부 스터브 실시예의 장점은 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)와 접지면 사이의 전기적인 접속수가, 두 개의 복사영역마다 한 개의 접속에서 트윈 접힘 다이폴 안테나 열마다 한 개의 접속으로 감소될 수 있다는 점이다. 이러한 실시예는 실질적으로 제조시간을 단축시키며, 조립용 부품수를 줄이며, 제조되는 트윈 접힘 다이폴 안테나 열의 단가를 줄일 수 있다. 이러한 장점들은 트윈 접힘 다이폴 안테나 열이 많은 수의 복사영역들을 포함한다는 점에서 매우 고무적인 것이다. 상기 개방단부 스터브는 도 1a 내지 도 11에 도시된 어떠한 실시예에도 채용될 수 있다.
상기 예들은 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)를 에어라인으로 구현한 예에 관한 것이다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)은 또한 에어라인에 비해 우수한 신뢰성과 결합 강도를 제공하는 PCB로 구현될 수 있다. 도 8은 도 1a와 유사한 도면으로서 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)가 전기적으로 기계적으로 PCB에 접합된 상태를 보여준다. 그러한 실시예에서, 상기 도전체 영역(42)은 인쇄된 쓰루홀(72)에 의해 접지면(12)에 결합된다. 종래기술에서와 같이, 인쇄된 쓰루홀은 상층 패드를 PCB 바닥면과 접속하기 위해 보통 구리로 도금되고 땜납으로 도포된 터널이다.
도 9는 PCB 구현의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 탭(62)이 도전체 영역(42)과 접지면(12)을 접속시킨다. 상기 탭(62)은 단일 금속 도전체(14)와 일체로 형성되어, 접지면(12)과 전기적으로 그리고 기계적으로 결합하기 위해 구부러지게 된다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 단일체 구성은 실질적으로 제조시간을 단축시키고, 조립에 요구되는 부품수를 줄인다. 따라서, 도 9의 실시예를 채용함으로써 생산되는 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 가격을 낮출 수 있다.
도 10은 PCB 구현의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 도전부품(64)이 도전체 영역(42)을 접지면(12)에 접속시킨다. 상기 도전부품(64)은 도전체(14)와 별개로 분리되며, 접지면(12)에 대한 전기적인 그리고 기계적인 결합을 제공한다. 상기 도전부품(64)은 금속 도전체, 분리 와이어, 또는 다른 유사한 종류의 도전성 부품일 수 있다.
도 11은 도 4와 유사한 도면으로서 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)가 PCB에 전기적으로 기계적으로 접합된 실시예를 보여준다. 상기 도전체 영역(42)은 접지면(12)과 전기적으로 기계적으로 접속되지 않은 전송라인 스터브(50)에서 종단된다. 도 6에서 보는 바와 같이, 도 11의 스터브(50)의 길이는 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 동작 주파수에서 ¼파장이다.
비록 상기 실시예들이 두 개의 복사영역(21)(22)을 형성하는 도전체(14)를 예시하지만, 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 한 개의 복사영역 또는 다중 복사영역으로도 동작할 것이다.
본 발명에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 도전체(14)와 일체로 형성된 하나 또는 그 이상의 복사영역을 제공한다. 각각의 복사영역은 도전체(14)와 일체로 된 부분이다. 따라서, 별도의 복사 엘리먼트(예를 들어, 도전체(14)와 일체화 되지 않은 복사 엘리먼트) 또는 별도의 복사 엘리먼트를 도전체(14) 및/또는 접지면(12)에 접속하기 위한 체결도구가 필요치 않다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 도전체(14) 전체는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 황동 또는 그들의 합금으로 구성되는 금속 시트와 같은 단일 도전소재로부터 제조될 수 있다. 이것은 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 신뢰성을 높이고, 제조단가를 줄이며, 제조효율을 향상시킨다. 굽힘 가능한 단일 도전체 구성의 실시예는 유전체 기판 마이크로스트립을 사용한 안테나에 비해 우수하다. 그 이유는, 상기 마이크로스트립은 도 1a 내지 도 11에 도시된 복사영역을 형성하기 위해 굽힐 수가 없기 때문이다.
도 1a의 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 복사영역(21)(22)과 같은 각각의 복사영역은 도 1a의 도전체 영역(41)(42)과 같은 한 쌍의 도전체 영역에 의해 급전되는데, 이것은 평형 에지-결합 스트립라인 전송라인을 형성한다. 상기 전송라인은 평형을 이루기 때문에, 밸룬(balun)을 구비할 필요가 없다. 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 넓은 임피던스 밴드폭(예를 들어, 24%)를 가진다, 상기 임피던스 밴드폭은 안테나가 수용할 수 있는 최저 주파수에서 최고 주파수를 빼고, 안테나의 중심 주파수로 나누기함으로써 계산된다. 일 실시예에서, 상기 트윈 접힙 다이폴 안테나(10)는 PCS, PCN 및 UMTS 주파수 밴드에서 동작한다. 따라서, 본 실시예에 따른 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)의 임피던스 밴드폭은 다음과 같다.
(2170 MHz - 1710 MHz) / 1940 MHz = 24%
게다가, 넓은 임피던스 밴드폭을 가진 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 상기 임피던스에 걸쳐 안정된 원방패턴(far-field pattern)을 보여준다. 무선주파수 밴드 1710 ∼ 2170 MHZ에서, 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 90도 방위각의 반치빔폭(half power beam width;HPBW) 안테나, 즉 90도의 3 dB 빔폭을 구현하는 안테나이다. 이와 같은 HPBW를 가진 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)를 제조하는 것은 측벽(sidewall)을 가진 접지면을 요구한다. 상기 측벽의 높이는 0.5"이고 측벽 사이의 폭은 6.1"이다. 본 실시예의 접지면은 0.06" 두께의 알루미늄이다. 또 다른 무선주파수 밴드 1710 ∼ 2170 MHz의 실시예에서, 상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 65도 방위각의 HPBW 안테나, 즉 65도의 3 dB 빔폭을 구현하는 안테나이다. 이러한 HPBW를 가진 안테나를 제조하기 위해서는 역시 측벽을 가진 접지면이 요구된다. 상기 측벽의 높이는 1.4"이고 측벽 사이의 폭은 6.1"이다. 본 실시예에서 상기 접지면 또한 0.06"의 두께를 가진 알루미늄이다.
상기 트윈 접힘 다이폴 안테나(10)는 기존의 단일 극성(single-polarization) 안테나에 결합될 수 있는데, 이것은 비용을 줄임과 동시에 셀룰러, GSM, PCS, PCN 및 UMTS 주파수 밴드를 커버할 수 있도록 기존 안테나의 임피던스 밴드폭을 증가시키게 된다.
본 발명은 비록 구체적인 도면과 실시예에 따라 설명되었으나, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위에 기재된 발명의 사상 내에서 다양한 변형물과 균등물이 존재하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (40)

  1. 전자기파 신호를 송수신하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나에 있어서,
    V자 형상을 가지며, 그 길이가 접지면 가까이까지 대략 45도 각도로 연장되고, 급전영역, 복사기 입력부, 및 복사부를 가지는 도전체를 포함하고;
    상기 복사기 입력부는 상기 복사부와 상호 일체로 형성된 제1 복사기 입력영역과 제2 복사기 입력영역을 포함하며,
    상기 복사부는 평행하게 결합된 제1 복사영역과 제2 복사영역을 가지고, 각각의 복사영역은 상기 복사기 입력부에 접속되어 있는 급전 다이폴과 상기 급전 다이폴에 대해 이격되도록 위치하여 틈을 형성하는 수동 다이폴을 포함하고,
    상기 도전체, 복사기 입력부 및 복사부가 시트 소재로부터 성형된 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은 상기 도전체에 전기적으로 기계적으로 접속된 인쇄회로기판 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은 에어라인 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복사기 입력부는 상기 도전체와 일체로 형성된 탭에 의해 접지면에 전기적으로 기계적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급전영역은 급전형성망(feed forming network)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급전영역은 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 기계적으로 접속되며, 상기 인쇄회로기판이 급전형성망을 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 접지면에 전기적으로 접속된 스터브에서 종단되는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는 동작 주파수를 가지고, 상기 스터브의 길이는 상기 동작 주파수에서 ¼파장인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 종단 스터브는 접지면으로부터 떨어져 그것으로부터 절연된 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복사입력부는 접지면 근처에 지지되고, 유전체에 의해 절연된 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유전체는 스페이서인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유전체는 발포수지인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 급전영역과 접지면 사이에 전기적으로 접속된 ¼파장 전송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복사영역과 제2 복사영역은 상기 접지면을 향해 하방으로 구부러진 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  15. 제14항에 있어서.
    상기 제1 복사영역과 제2 복사영역은 상기 접지면을 향해 상호 평행하도록 구부러진 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 수동 다이폴은 상기 급전 다이폴과 평행하도록 된 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 틈은 길이와 폭은 가지며, 상기 길이가 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 RF 장치에 전기적으로 접속하도록 된 RF 입력영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 소재는 금속인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나.
  20. 전자기파 신호를 송수신하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법에 있어서,
    급전영역, 복사기 입력부 및 복사부의 세 영역을 포함하고, 상기 복사기 입력부는 상기 복사부 및 급전영역과 일체로 형성되고, 상기 복사부는 각각 급전 다이폴과 수동 다이폴을 가진 제1 복사영역과 제2 복사영역을 포함하는 도전체를 제공하는 단계;
    상기 복사기 입력부를 접지면으로부터 대략 45의 각도를 이루도록 연장하는 단계;
    상기 복사부를 상기 접지면으로부터 이격되도록 상기 제1 복사영역과 제2 복사영역으로 성형하는 단계;
    상기 수동 다이폴을 상기 급전 다이폴로부터 이격시켜 틈을 형성시키는 단계;
    상기 제1 복사영역을 상기 제2 복사영역과 평행하도록 접속하는 단계;를 포함하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복사기 입력부는 V자형상의 도전체를 더 포함하고, 상기 제1 복사기 입력영역과 상기 제2 복사기 입력영역이 상기 도전체의 측면을 형성하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    유전체에 의해 상기 제1 복사 입력영역을 상기 접지면으로부터 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 유전체는 스페이서인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제2 유전체는 발포수지인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 제1 복사기 입력영역은 제2 틈에 의해 상호 분리된 제1 도전체 영역과 제2 도전체 영역을 포함하고, 상기 제1 및 제2 도전체 영역이 상호 평행한 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 복사부를 상기 접지면으로부터 이격시켜 절연시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 안테나는 동작 주파수를 가지며,
    상기 동작 주파수에서 ¼파장이 측정되는 전송라인을 상기 급전영역과 접지면 사이에 전기적으로 접속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 제1 복사영역과 제2 복사영역을 상기 접지면을 향해 하방으로 구부리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 복사영역과 제2 복사영역은 상기 접지면을 향해 상호 평행이 되도록 구부려지는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 도전체를 시트소재로부터 일체로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  31. 제20항에 있어서,
    상기 도전체와 접지면 사이에 유전체를 개재시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  32. 제20항에 있어서,
    종단 스터브까지 연장되는 제2 복사기 입력영역을 더 포함하고, 상기 종단 스터브의 길이는 안테나의 동작 주파수에서 ¼파장인 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  33. 제20항에 있어서,
    상기 제1 복사기 입력영역을 제3 틈에 의해 상호 분리된 제1 도전체 영역과 제2 도전체 영역으로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  34. 제20항에 있어서,
    상기 수동 다이폴을 상기 급전 다이폴과 평행으로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  35. 제20항에 있어서,
    상기 틈은 길이와 폭을 가지며, 상기 길이가 폭보다 큰 것을 특징으로 하는단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  36. 제20항에 있어서,
    상기 도전체의 일부를 RF 장치에 전기적으로 접속하도록 된 RF 입력영역으로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  37. 제20항에 있어서,
    상기 제1 복사영역과 제2 복사영역은 상기 접지면에 대해 직각으로 놓이도록 구부려지는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  38. 제20항에 있어서,
    상기 도전체는 접지면을 포함하는 인쇄회로기판에 전기적으로 기계적으로 접속된 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  39. 제20항에 있어서,
    상기 접지면은 에어라인 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단일의 트윈 접힘 다이폴 안테나를 제조하는 방법.
  40. 전자기파 신호를 송수신하는 트윈 접힘 다이폴 안테나에 있어서,
    급전영역, 복사기 입력부 및 복사부의 세 영역을 포함하고, 상기 복사기 입력부는 상기 복사부 및 급전영역과 일체로 형성되고, 상기 복사부는 각각 급전 다이폴과 수동 다이폴을 가진 제1 복사영역과 제2 복사영역을 포함하는 도전체를 제공하는 수단;
    상기 복사기 입력부를 접지면으로부터 대략 45의 각도를 이루도록 연장하는 수단;
    상기 복사부를 상기 접지면으로부터 이격되도록 상기 제1 복사영역과 제2 복사영역으로 성형하는 수단;
    상기 수동 다이폴을 상기 급전 다이폴로부터 이격시켜 틈을 형성시키는 수단
    상기 제1 복사영역을 상기 제2 복사영역과 평행하도록 접속하는 수단;을 포함하는 트윈 접힘 다이폴 안테나.
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