KR20040081615A - Wideband Characterized Dual Band Omni-Antenna having Step-Structured Radiation Element - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A dual band omni antenna is provided to uniformly form an omni directional beam pattern in a horizontal direction by arranging a first radiator, a second radiator, a reflector, and a radome unit symmetrically with each other centering from a connector. CONSTITUTION: A dual band omni antenna comprises a connecting unit(11) for inputting/outputting an RF signal; a first radiator(14) for resonating the high frequency signal input from the connecting unit, and matching the low frequency signal input from the connecting unit; a second radiator(15) electrically connected to the first radiator, and which resonates the low frequency signal input from the connecting unit; a reflector(16) for radiating the wave radiated from the first and second radiators in the radiation pattern same as that of a symmetric dipole antenna, by reflecting the wave; a dielectric unit(13) for spacing apart the first and second radiators from the reflector; and a radome unit(17) for forming a uniform omni directional beam pattern in a horizontal direction, from the wave radiated from the first and second radiators and the wave reflected from the reflector.

Description

2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나{Wideband Characterized Dual Band Omni-Antenna having Step-Structured Radiation Element}Wideband Characterized Dual Band Omni-Antenna having Step-Structured Radiation Element

본 발명은 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1 방사기부가 고주파 대역의 신호를 공진시키고 저주파 대역의 신호에 대해서는 임피던스 정합회로로 동작하며, 제 2 방사기부는 저주파 대역의 신호를 공진시킴으로써 광대역 특성의 이중 대역 특성을 나타내는 2단 구조 방사 소자를 갖는 옴니 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a broadband multi-band omni antenna having a two-stage radiating element, and more particularly, the first radiator unit resonates a signal of a high frequency band and operates as an impedance matching circuit for a signal of a low frequency band. The two radiator section relates to an omni antenna having a two-stage structure radiating element exhibiting a dual band characteristic of a wide band characteristic by resonating a signal of a low frequency band.

일반적으로, 무선 통신 시스템의 각 서비스 지역에는 각종의 무선 통신 중계용 안테나가 설치되며, 건물 내부와 같은 음영 지역에는 무선 통신 서비스를 위해 천장 등에 부착할 수 있는 옴니 안테나가 사용되어지고 있다.In general, various wireless communication relay antennas are installed in each service area of a wireless communication system, and omni antennas that can be attached to a ceiling or the like for wireless communication service are used in a shaded area such as a building.

한편, 상기와 같은 종래의 무선 통신용 옴니 안테나는 단일 주파수 대역만을 중계할 수 있도록 되어 있어서, 셀룰러(Cellular), PCS(Personal Communication Service) 및 IMT-2000 등 각각의 주파수 대역별로 주파수 대역이 서로 다른 옴니 안테나가 사용되고 있다.On the other hand, the conventional omni-directional antenna for wireless communication is capable of relaying only a single frequency band, so that the frequency bands are different for each frequency band, such as cellular, personal communication service (PCS), and IMT-2000. An antenna is being used.

그러나, 최근 IMT-2000 사업이 수행되면서, 종래의 단일 주파수 대역에서만 서비스를 제공하던 사업자들은 다른 주파수 대역에 대해서도 동시에 서비스를 제공해야만 한다. 이 때, 종래의 단일 주파수 대역의 옴니 안테나를 사용하게 되면, 사업자들은 각 주파수 대역에 적합한 옴니 안테나를 각 서비스 지역마다 각각 설치해야 하므로, 안테나 제작이나 구입 및 설치에 따른 매우 많은 비용을 소모해야 하는 문제점이 있다.However, as the IMT-2000 project is recently performed, the service providers who have provided services in a single single frequency band must simultaneously provide services for other frequency bands. In this case, when using a conventional omni-directional antenna of a single frequency band, operators have to install an omni antenna suitable for each frequency band in each service area, and therefore, it is very expensive to manufacture, purchase, and install the antenna. There is a problem.

한편, 상기의 옴니 안테나는 안테나의 크기를 줄임으로써 안테나에 형성되는 전류 분포의 비대칭으로 인해 균일하지 않은 전방향성의 수평 빔패턴이 발생하는 문제점이 있으며, 또한 임피던스 부정합으로 인해 발생하는 안테나의 효율 저하뿐만 아니라 안테나 입력 부분에서 반사되어 되돌아가는 전력에 의해 RF 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.On the other hand, the omni antenna has a problem that a non-uniform omnidirectional horizontal beam pattern occurs due to an asymmetry of the current distribution formed in the antenna by reducing the size of the antenna, and also decreases the efficiency of the antenna caused by impedance mismatch. In addition, there is a problem of reducing the efficiency of the RF system by the power reflected back from the antenna input portion.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 제 1 방사기부가 고주파 대역의 신호를 공진시키고 저주파 대역의 신호에 대해서는 임피던스 정합회로로 동작하며, 제 2 방사기부는 저주파 대역의 신호를 공진시킴으로써 광대역 특성의 이중 대역 특성을 나타내는 2단 구조 방사 소자를 갖는 옴니 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and the first radiator resonates a signal of a high frequency band and operates as an impedance matching circuit for a signal of a low frequency band, and the second radiator resonates a signal of a low frequency band. It is an object of the present invention to provide an omni antenna having a two-stage structure radiating element exhibiting a dual band characteristic.

도 1 은 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of a broadband multi-band omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 결합 단면도.2 is a cross-sectional view of a combination of a wide band dual antenna omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나 중 제 1 방사기부 및 제 2 방사기부에 대한 결합도.3A and 3B are coupling diagrams of a first radiator portion and a second radiator portion of a broadband dual-band omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention;

도 4a 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 단면도.4A is a cross-sectional view of a broadband dual band omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention;

도 4b 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나 내부의 고주파 대역에서의 전류 흐름을 설명하는 설명도.4B is an explanatory diagram for explaining current flow in a high frequency band inside a dual band omni antenna having a broadband characteristic having a two-stage structure radiating element according to the present invention;

도 4c 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대해 영상 이론이 적용되어 제 1 방사기부에 흐르는 표면 전류 및 전파 전계를 설명하는 설명도.4C is an explanatory diagram illustrating surface currents and propagating electric fields flowing in a first radiator unit by applying image theory to a dual band omni antenna having a broadband characteristic having a two-stage structure radiating element according to the present invention;

도 5a 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 단면도.5A is a cross-sectional view of a broadband dual band omni antenna with a two-stage structure radiating element in accordance with the present invention.

도 5b 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나 내부의 저주파 대역에서의 전류 흐름을 설명하는 설명도.5B is an explanatory diagram for explaining current flow in a low frequency band inside a dual band omni antenna having a broadband characteristic having a two-stage structure radiating element according to the present invention;

도 5c 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대해 영상 이론이 적용되어 방사기부에 흐르는 표면 전류 및 전파 전계를 설명하는 설명도.Fig. 5C is an explanatory diagram illustrating the surface current and the electric field flowing through the radiator part by applying image theory to the dual band omni antenna having the broadband characteristic having the two-stage structure radiating element according to the present invention.

도 6a 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 800MHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타낸 도면.6A is a diagram showing a horizontal beam pattern in an 800 MHz band of a broadband dual band omni antenna according to the present invention;

도 6b 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 800MHz 대역에서의 수직빔 패턴을 나타낸 도면.Figure 6b is a view showing a vertical beam pattern in the 800MHz band of the broadband dual-band omni antenna according to the present invention.

도 7a 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 2GHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타낸 도면.FIG. 7A illustrates a horizontal beam pattern in a 2 GHz band of a wide band omni antenna according to the present invention; FIG.

도 7b 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 2GHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타낸 도면.7b illustrates a horizontal beam pattern in a 2 GHz band of a wide band omni antenna according to the present invention;

도 8 은 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 정재파비를 나타낸 도면.8 is a view showing a standing wave ratio for a broadband dual-band omni antenna according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

11 : 커넥터부 12 : 커넥터부 내심11 connector part 12 connector part inner core

13 : 유전체부 14 : 제 1 방사기부13 dielectric part 14 first radiator part

15 : 제 2 방사기부 16 : 반사기부15: second radiator 16: reflector

17 : 레이돔부 18 : 레이돔 결합부17: radome portion 18: radome coupling portion

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선 통신 시스템에 사용되는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 있어서, RF 신호를 입출력시키는 커넥팅 수단, 상기 커넥팅 수단으로부터 입력되는 고주파 신호는 공진시키고, 저주파 신호는 임피던스 정합시키는 제 1 방사 수단, 상기 제 1 방사 수단과 전기적으로 결합하여 상기 커넥팅 수단으로부터 입력되는 저주파 신호를 공진시키는 제 2 방사 수단, 상기 제 1 및 제 2 방사 수단으로부터 방사되는 전파를 반사시킴으로써 대칭적인 다이폴 안테나와 같은 방사 패턴으로 방사시키는 반사 수단, 상기 제 1 및 제 2 방사 수단을 상기 반사 수단으로부터 일정한 간격으로 이격시키며 유전물질로 구성된 유전체부 및 상기 제 1 및 제 2 방사 수단으로부터 방사되는 전파 및 상기 반사 수단으로부터 반사되는 전파에 대해 수평으로 전방향성 방사 패턴을 균일하게 형성시키는 레이돔부를 포함하는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a broadband dual band omni antenna having a two-stage radiating element used in a wireless communication system, comprising: connecting means for inputting and outputting an RF signal, and a high frequency signal inputted from the connecting means. A first radiating means for resonating, the low frequency signal being impedance matched, a second radiating means electrically coupled with the first radiating means to resonate a low frequency signal input from the connecting means, and radiating from the first and second radiating means Reflecting means for radiating in a radiation pattern such as a symmetrical dipole antenna by reflecting a radio wave, a dielectric part composed of a dielectric material spaced apart from the reflecting means at regular intervals, and the first and second means Radio waves radiated from the radiating means and the reflecting means Provided is a wideband dual-band omni antenna having a two-stage structured radiating element comprising a radome portion for uniformly forming an omnidirectional radiation pattern horizontally with respect to radio waves reflected from the same.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 분해 사시도, 도 2 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 결합 단면도, 도 3a 및 도3b 는 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나 중 제 1 방사기부 및 제 2 방사기부에 대한 결합도이다.1 is an exploded perspective view of a broadband dual band omni antenna having a two-stage radiating element according to the present invention, and FIG. 2 is a combination of a broadband dual band omni antenna having a two-stage radiating element according to the present invention. 3A and 3B are combined views of a first radiator portion and a second radiator portion of a broadband multi-band omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention.

도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.1 to 3B, a dual band omni antenna having a broadband characteristic having a two-stage structure radiating element according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나는 시스템의 송·수신단에 연결되는 커넥터부(11), 상기 커넥터부(11)을 통해 입력되는 고주파 신호(예를 들면, 2GHz 대역의 IMT-2000 신호)를 공진시키고, 저주파 대역의 신호에 대해서는 임피던스 정합회로로 동작하기 위한 제 1 방사기부(14), 상기 제 1 방사기부(14)와 전기적으로 결합하여 상기 커넥터부(11)를 통해 입력되는 저주파 신호(예를 들면, 800MHz 대역의 디지털 셀룰러 신호)를 공진시키기 위한 제 2 방사기부(15), 상기 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)에서 방사되는 전파를 반사시킴으로서 또 다른 방사기가 가상으로 있는 것처럼 형성되어 모노폴 안테나가 대칭적인 다이폴 안테나와 같은 방사패턴으로 동작하게 하기 위한 반사기부(16), 상기 방사기부(14 및 15)와 반사기부(16)를 일정 간격으로 유지하고 지지하기 위한 유전체부(13) 및 방사기부를 자연 환경으로부터 보호하기 위한 레이돔부(17)를 포함한다.The dual band omni antenna having a broadband structure having a two-stage radiating element according to the present invention has a connector portion 11 connected to a transmitting and receiving end of a system, and a high frequency signal input through the connector portion 11 (for example, 2 GHz IMT-2000 signal) and the low frequency band signal is electrically coupled with the first radiator unit 14 and the first radiator unit 14 to operate as an impedance matching circuit. 11) radiation from the second radiator unit 15, the first radiator unit 14 and the second radiator unit 15 for resonating a low frequency signal (for example, a digital cellular signal of 800 MHz band) input through the Reflector section 16, reflector section 14 and 15, for reflecting radio waves that are formed as if another radiator is virtually present so that the monopole antenna behaves in the same radiation pattern as a symmetrical dipole antenna A dielectric portion 13 for maintaining and supporting the base 16 at regular intervals and a radome portion 17 for protecting the radiator from the natural environment.

상기 커넥터부(11)는 송·수신 시스템에 연결되는 부분으로, 반사기부(16)의 중앙 부분에 고정된다. 이렇게 고정된 커넥터부의 내심(12)은 방사기부(14 내지 15)와 결합을 위하여 볼트로 처리되어 있으며, 방사기부(14 내지 15)의 하단 부분은 도 3b 와 같이 너트로 처리되어 있다. 그리고, 유전체부(13)는 커넥터부(11)와방사기부(14 및 15)의 결합시 방사기부(14 및 15)를 반사기부(16)로부터 일정한 간격으로 유지하고 지지하는 역할을 한다.The connector portion 11 is a portion connected to the transmission / reception system, and is fixed to a central portion of the reflector portion 16. The inner core 12 of the connector portion fixed in this way is treated with bolts for coupling with the radiators 14 to 15, and the lower end portions of the radiators 14 to 15 are treated with nuts as shown in FIG. 3B. The dielectric part 13 serves to maintain and support the radiator parts 14 and 15 at regular intervals from the reflector part 16 when the connector part 11 and the radiator parts 14 and 15 are coupled.

상기 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)는 직렬로 연결된 일체형으로 설계되어 있다. 따라서, 상기 제 1 방사기부(14)는 2GHz 대역의 고주파 신호가 입력되면 입력된 고주파 신호를 공진시키며, 800MHz대역의 저주파 신호가 입력되면 입력된 저주파 신호에 대해 임피던스 정합회로로 동작한다. 이렇게 함으로써 안테나의 구조가 단순화되고 단일화되어 안테나의 자재비 뿐만 아니라 안테나를 조립하는데 필요한 인건비 및 시간을 줄일 수 있다. 특히, 무게를 가볍게하기 위하여 알루미늄 또는 플라스틱에 도금 처리된 방사기부(14 내지 15)가 사용된다. 상기 제 1 방사기부(14) 및 제 2 방사기부의 자세한 동작에 대해서는 이후에 후술하기로 한다.The first radiator section 14 and the second radiator section 15 are designed to be integrally connected in series. Therefore, when the high frequency signal of the 2 GHz band is input, the first radiator unit 14 resonates the input high frequency signal. When the low frequency signal of the 800 MHz band is input, the first radiator unit 14 operates as an impedance matching circuit. This simplifies and unifies the structure of the antenna, reducing labor costs and time required to assemble the antenna, as well as material costs for the antenna. In particular, spinnerets 14 to 15 plated on aluminum or plastic are used to reduce the weight. Detailed operations of the first radiator 14 and the second radiator will be described later.

한편, 반사기부(16)는 영상 이론에 의해 모노폴 안테나가 대칭적인 다이폴 안테나와 같은 방사 패턴을 형성시키기 위해 도전성이 양호한 금속 재질로 이루어진다.On the other hand, the reflector portion 16 is made of a metal material with good conductivity in order to form a radiation pattern such as a dipole antenna in which the monopole antenna is symmetrical by image theory.

그리고, 레이돔부(17)는 일체형의 방사기부(14 및 15) 및 반사기부(16) 그리고 방사기부(14 및 15)를 자연 환경으로부터 보호하는 역할을 하며, 방사 패턴이 수평으로 전방향성 패턴을 균일하게 형성되도록 하기 위하여 커넥터부(12)을 중심으로 대칭을 이루고 있다.In addition, the radome portion 17 serves to protect the integral radiator portions 14 and 15, the reflector portion 16, and the radiator portions 14 and 15 from the natural environment, and the radiation pattern has a horizontal omnidirectional pattern. In order to be uniformly formed, the connector 12 is symmetrically formed.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 고주파 대역에서의 동작 특성을 도 4a 내지 4c를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The operation characteristics in the high frequency band of the broadband dual-band omni antenna having the two-stage structure radiating element according to the present invention having the above structure will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C.

도 4a 내지 도 4c 는 각각 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 단면도, 안테나 내부의 고주파 대역에서의 전류 흐름을 설명하는 설명도 및 제 1 방사기부에 영상 이론이 적용되어 표면 전류 및 전파 전계를 설명하는 설명도이다.4A to 4C are cross-sectional views of a broadband dual-band omni antenna having a two-stage radiating element according to the present invention, an explanatory diagram illustrating current flow in a high frequency band inside the antenna, and an image theory on the first radiator. It is explanatory drawing explaining the surface current and the electric field applied to this.

우선, 커넥터부(11)를 통해 입력된 전력은 고주파 소자인 제 1 방사기부(14)로 급전되며, 영상 이론에 따라 반사기부(16)에 의해 도 4c 와 같은 전계가 형성되어 자유 공간으로 복사된다. 이 때, 전류가 제 2 방사기부(15)로 거의 흐르지 않도록 하기 위해 도 4a 와 같이 제 1 방사기부(14)를 고주파 대역의 공진 길이(파장의 1/4배 길이)로 설계하고, 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)의 불연속점을 형성하기 위해 원통의 직경에 차이를 두어 설계되도록 한다. 따라서, 고주파 안테나로 동작하는 경우에는 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)가 직렬로 연결되어 있으나 제 1 방사기부(14)에서 거의 모든 전력이 방사된다.First, the power input through the connector portion 11 is fed to the first radiator portion 14, which is a high frequency element, and according to the image theory, an electric field as shown in FIG. 4C is formed by the reflector portion 16 and radiated into free space. do. At this time, the first radiator portion 14 is designed to have a resonant length (1/4 times the wavelength) of the high frequency band so that the current hardly flows to the second radiator portion 15 as shown in FIG. 4A. In order to form a discontinuity point between the radiator portion 14 and the second radiator portion 15, the diameter of the cylinder is designed to be different. Therefore, when operating as a high frequency antenna, although the first radiator unit 14 and the second radiator unit 15 are connected in series, almost all power is radiated from the first radiator unit 14.

도 4a 내지 도 4c 를 참조하여, 상기와 같은 고주파 소자인 제 1 방사기부(14)의 전력 방사 과정을 설명하면 다음과 같다.4A to 4C, the power radiating process of the first radiator unit 14 which is the high frequency device as described above will be described.

제 1 방사기부(14)에 흐르는 전류는 도 4b 에 도시된 바와 같이 흐르며, 복사 패턴을 계산하기 위한 신호원으로서 영상 이론이 적용되어 도 4c 와 같은 전계로 표현될 수 있다. 도 4c 는 제 1 방사기부(14)의 표면에 흐르는 전류에 의해 공간에 형성되는 전파 전계를 나타낸다.The current flowing in the first radiator unit 14 flows as shown in FIG. 4B, and may be represented as an electric field as shown in FIG. 4C by applying image theory as a signal source for calculating a radiation pattern. 4C shows a propagating electric field formed in the space by the current flowing on the surface of the first radiator section 14.

저주파 대역의 동작 원리는 고주파 대역에서의 동작 원리보다 복잡하지만 기본적인 동작 특성은 유사하므로 도 5a 내지 도 5c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the low frequency band is more complicated than the operation principle in the high frequency band, but since the basic operation characteristics are similar, the following description will be given with reference to FIGS. 5A to 5C.

도 5a 내지 도 5c 는 각각 본 발명에 따른 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 단면도, 안테나 내부의 저주파 대역에서의 전류 흐름을 설명하는 설명도 및 영상 이론이 적용되어 방사기부에 흐르는 표면 전류 및 전파 전계를 설명하는 설명도이다.5A to 5C are cross-sectional views of a broadband dual-band omni antenna having a two-stage structure radiating element according to the present invention, an explanatory diagram for explaining current flow in a low frequency band inside the antenna, and an image radiator part applied thereto. It is explanatory drawing explaining the surface current and the electric field which flow through.

도 5a 에 도시된 바와 같이, 커넥터부(11)를 통해 입력된 전력은 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)가 직렬로 연결된, 저주파 소자인 일체형의 방사기부로 급전되며, 방사기부(14 내지 15)는 반사기부(16)에 의해 영상 이론이 적용되어 도 5c 와 같은 전계가 형성되어 자유공간으로 복사된다. 저주파 안테나로 동작하는 경우 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)가 직렬로 연결된 일체형으로 제 1 방사기부(14)를 지나 제 2 방사기부(15)에 흐르는 모든 전류는 방사된다. 도 4a 와 같이 제 1 방사기부(14)와 제 2 방사기부(15)가 직렬로 연결된 일체형 방사기부(14 내지 15)의 전기적 길이는 저주파 대역의 공진 길이(파장의 1/4배의 길이)로 설계되고, 저주파 대역에서 제 1 방사기부(14)는 저주파 대역의 임피던스 정합 회로의 역할을 하도록 설계된다.As shown in FIG. 5A, the power input through the connector portion 11 is fed to the integral radiator portion, which is a low frequency element, in which the first radiator portion 14 and the second radiator portion 15 are connected in series, and radiate. The bases 14 to 15 are applied to image theory by the reflector unit 16 to form an electric field as shown in FIG. 5C and radiate to free space. When operating as a low frequency antenna, all currents flowing through the first radiator unit 14 through the first radiator unit 14 and the second radiator unit 15 are radiated integrally with the first radiator unit 14 and the second radiator unit 15 connected in series. . As shown in FIG. 4A, the electrical length of the integrated radiator parts 14 to 15 in which the first radiator part 14 and the second radiator part 15 are connected in series is a resonance length of a low frequency band (1/4 times the wavelength). In the low frequency band, the first radiator unit 14 is designed to serve as an impedance matching circuit in the low frequency band.

한편, 종래의 모노폴 안테나는 반사기부(16)의 크기가 전기적으로 훨씬 크면(직경이 파장 길이보다 크면) 광대역 특성을 갖지만, 안테나의 전체적인 크기를 줄이기 위해 반사기부(16)의 크기는 제한되므로 저주파 대역에서의 임피던스 정합은 매우 어렵게 된다. 따라서, 본 발명에서는 제 1 방사기부(14)의 직경과 길이를 조절하여 제 1 방사기부(14)를 저주파 대역에서 임피던스 정합 회로로 사용함으로써, 낮은 주파수 대역에서도 광대역 특성을 제공할 수 있다.On the other hand, the conventional monopole antenna has broadband characteristics when the size of the reflector portion 16 is electrically much larger (diameter is larger than the wavelength length), but since the size of the reflector portion 16 is limited to reduce the overall size of the antenna, low frequency Impedance matching in the band becomes very difficult. Therefore, in the present invention, by adjusting the diameter and length of the first radiator portion 14 to use the first radiator portion 14 as an impedance matching circuit in the low frequency band, it is possible to provide broadband characteristics even in a low frequency band.

상기와 같은 저주파 소자의 전력 방사 과정을 도 5b 및 5c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The power radiation process of the low frequency device as described above will be described with reference to FIGS. 5B and 5C.

제 1 방사기부(14)를 지나 제 2 방사기부(15)에 흐르는 전류는 도 5b 에 도시된 바와 같이 흐르며, 복사 패턴을 계산하기 위한 신호원으로서 영상이론이 적용되어 5c 와 같은 전계로 표현될 수 있다. 도 5c 는 방사기부(14 내지 15)의 표면에 흐르는 전류에 의해 공간에 형성되는 전파 전계를 나타낸다.The current flowing through the first radiator unit 14 through the second radiator unit 15 flows as shown in FIG. 5B, and an image theory is applied as a signal source for calculating a radiation pattern to be represented by an electric field such as 5c. Can be. FIG. 5C shows a propagating electric field formed in the space by a current flowing on the surface of the radiators 14 to 15.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시예는 제 1 방사기부와 제 2 방사기부로 이루어진 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대해서 설명하였으나, 제 1 방사기부와 제 2 방사기부에 다른 방사기부를 추가하여 방사기부 구조를 다단으로 형성함으로써 다중 대역 안테나로 동작할 수 있도록 할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The embodiment of the present invention described above has been described with respect to the broadband dual-band omni antenna consisting of the first radiator portion and the second radiator portion, the radiator portion structure by adding another radiator portion to the first radiator portion and the second radiator portion It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be operated by a multi-band antenna by forming in multiple stages.

도 6a 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 800 MHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타내는 도면으로, 수평으로 전방향성 빔패턴이 균일함을 알 수 있다.FIG. 6A is a diagram illustrating a horizontal beam pattern in an 800 MHz band of a dual band omni antenna having a broadband characteristic according to the present invention, and it may be seen that the omnidirectional beam pattern is uniformly horizontally.

도 6b 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 800MHz 대역에서의 수직빔 패턴을 나타낸 도면으로, 수직으로 양방향성 빔패턴이 대칭되므로, 상기 옴니 안테나의 송/수신 전파 전력이 균일하고, 통화 품질이 향상되는 것을 알 수 있다.6B is a view showing a vertical beam pattern in the 800 MHz band of the broadband dual-band omni antenna according to the present invention. Since the bidirectional beam pattern is symmetrically vertically, the transmit / receive radio wave power of the omni antenna is uniform, It can be seen that the quality is improved.

도 7a 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 2GHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타낸 도면으로, 수평으로 전방향성 빔패턴이 균일함을 알 수 있다.FIG. 7A is a diagram illustrating a horizontal beam pattern in a 2 GHz band of a broadband dual band omni antenna according to the present invention, and it may be seen that the omnidirectional beam pattern is uniformly horizontally.

도 7b 는 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나의 2GHz 대역에서의 수평빔 패턴을 나타낸 도면으로, 수직으로 양방향성 빔패턴이 대칭이 됨을 알 수 있다.FIG. 7B is a diagram illustrating a horizontal beam pattern in a 2 GHz band of a broadband dual band omni antenna according to the present invention, and it can be seen that the bidirectional beam pattern is vertically symmetrical.

도 8 은 본 발명에 따른 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 대한 정재파비를 나타낸 도면으로, 종래의 옴니 안테나에 비해 대역폭이 향상됨을 알 수 있다.FIG. 8 is a diagram illustrating a standing wave ratio for a dual band omni antenna having a broadband characteristic according to the present invention, and it can be seen that the bandwidth is improved as compared with the conventional omni antenna.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기와 같은 본 발명은, 커넥터부를 중심으로 제 1 방사기부, 제 2 방사기부, 반사기부, 레이돔부가 대칭적으로 구성됨으로써 커넥터부를 중심으로 전류, 전계, 자계가 대칭으로 형성되어 수평으로 전방향성 빔패턴이 균일하게 형성되는 효과가 있다.In the present invention as described above, the first radiator portion, the second radiator portion, the reflector portion, and the radome portion are symmetrically formed around the connector portion, so that the current, the electric field, and the magnetic field are symmetrically formed around the connector portion so that the omnidirectional beam is horizontal. There is an effect that the pattern is formed uniformly.

또한, 본 발명은, 고주파수 대역에서는 공진 길이에 비해 반사기부가 크므로 광대역 특성을 제공하고, 저주파수 대역에서는 제 1 방사기부가 임피던스 정합 회로 역할을 함으로써 광대역 특성을 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention provides a wideband characteristic because the reflector portion is larger than the resonance length in the high frequency band, and the first radiator portion serves as an impedance matching circuit in the low frequency band, thereby providing the wideband characteristic.

또한, 본 발명은, 제 1 방사기부와 제 2 방사기부를 직렬로 설계하여 단순화 및 단일화함으로써 안테나의 자재비 뿐만아니라, 안테나를 조립하는데 필요한 인건비 및 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the labor cost and time required to assemble the antenna, as well as material costs of the antenna by designing and simplifying and unifying the first radiator and the second radiator in series.

Claims (9)

무선 통신 시스템에 사용되는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나에 있어서,A broadband wide band omni antenna having a two-stage radiating element for use in a wireless communication system, RF 신호를 입출력시키는 커넥팅 수단;Connecting means for inputting and outputting an RF signal; 상기 커넥팅 수단으로부터 입력되는 고주파 신호는 공진시키고, 저주파 신호는 임피던스 정합시키는 제 1 방사 수단;First radiating means for resonating a high frequency signal inputted from said connecting means and for impedance matching a low frequency signal; 상기 제 1 방사 수단과 전기적으로 결합하여 상기 커넥팅 수단으로부터 입력되는 저주파 신호를 공진시키는 제 2 방사 수단;Second radiating means electrically coupled with the first radiating means to resonate a low frequency signal input from the connecting means; 상기 제 1 및 제 2 방사 수단으로부터 방사되는 전파를 반사시킴으로써 대칭적인 다이폴 안테나와 같은 방사 패턴으로 방사시키는 반사 수단;Reflecting means for radiating in a radiation pattern such as a symmetrical dipole antenna by reflecting radio waves radiated from said first and second radiating means; 상기 제 1 및 제 2 방사 수단을 상기 반사 수단으로부터 일정한 간격으로 이격시키며 유전물질로 구성된 유전체부; 및A dielectric part spaced apart from the reflecting means by the first and second radiating means at a predetermined interval and composed of a dielectric material; And 상기 제 1 및 제 2 방사 수단으로부터 방사되는 전파 및 상기 반사 수단으로부터 반사되는 전파에 대해 수평으로 전방향성 방사 패턴을 균일하게 형성시키는 레이돔부A radome part for uniformly forming an omnidirectional radiation pattern horizontally with respect to radio waves radiated from the first and second radiating means and radio waves reflected from the reflecting means. 를 포함하는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.Dual band omni antenna having a wideband characteristic having a two-stage radiating element comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 방사 수단은The first spinning means 그 전기적 길이가 상기 고주파 신호 파장의 1/4인 것The electrical length being one quarter of the wavelength of the high frequency signal 을 특징으로 하는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A broadband dual-band omni antenna having a two-stage structure radiating element characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 방사 수단 및 제 2 방사 수단은The first and second radiating means 그 전체의 전기적 길이가 상기 저주파 신호 파장의 1/4인 것The electrical length of the whole being 1/4 of the low frequency signal wavelength 을 특징으로 하는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A broadband dual-band omni antenna having a two-stage structure radiating element characterized in that. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제 1 방사 수단 및 제 2 방사 수단은,The first spinning means and the second spinning means, 서로 상이한 직경을 갖는 일체형 2단 원통 구조로 이루어지는 것Consisting of integral two-stage cylindrical structures having different diameters 을 특징으로 하는 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A broadband dual-band omni antenna having a two-stage structure radiating element characterized in that. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 방사 수단은.The first spinning means is. 그 직경이 상기 제 2 방사 수단의 직경보다 작은 것The diameter of which is smaller than the diameter of the second spinning means 을 특징으로 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A dual band omni antenna having a broadband structure having a two-stage radiating element. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 고주파 신호는,The high frequency signal, 실질적으로 2GHz 대역의 IMT-2000 신호인 것Substantially an IMT-2000 signal in the 2 GHz band 을 특징으로 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A dual band omni antenna having a broadband structure having a two-stage radiating element. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 저주파 신호는,The low frequency signal, 실질적으로 800MHz 대역의 디지털 셀룰러 신호인 것Practically a digital cellular signal in the 800 MHz band 을 특징으로 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테Broadband dual band omni antenna with two-stage radiating element 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제 1 및 제 2 방사 수단, 반사 수단 및 레이돔부는,The first and second radiating means, the reflecting means and the radome portion, 각각 상기 커넥팅 수단을 중심으로 대칭되도록 구성되는 것Each configured to be symmetrical about said connecting means 을 특징으로 2단 구조 방사 소자를 갖는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.A dual band omni antenna having a broadband structure having a two-stage radiating element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 방사 수단에 다단으로 결합하며, 상기 제 1 방사 수단과 전기적으로 결합하여 상기 커넥터부로부터 입력되는 고주파 및 저주파 이외의 다른 대역의 신호를 공진시키기 위한 방사 수단Radiating means coupled to the second radiating means in multiple stages and electrically coupled to the first radiating means for resonating signals of bands other than high frequency and low frequency input from the connector portion. 을 더 포함하는 광대역 특성의 이중 대역 옴니 안테나.The dual band omni antenna of the broadband characteristic further comprising.
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KR101021090B1 (en) * 2008-08-13 2011-03-14 주식회사 에이스테크놀로지 Cylinder Type Monopole Multi-band Antenna Using Non-feeding Element
KR102580030B1 (en) * 2023-04-11 2023-09-19 주식회사 숨비 Antenna performance amplification apparatus with flexible reflector

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