KR20040099204A

KR20040099204A - 이중대역옴니안테나

Info

Publication number: KR20040099204A
Application number: KR1020040086043A
Authority: KR
Inventors: 김용재
Original assignee: 주식회사 선우커뮤니케이션
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2004-11-26
Also published as: KR100621806B1

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에 사용되는 옴니 안테나에 관한 것으로 보다 상세하게는 무선통신용 안테나와 지피에스(GPS)안테나를 결합한 이중대역 옴니 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 이중 대역 옴니 안테나는 전파를 송수신하는 방사부(12,13)로 제1공진 주파수를 가지는 코리니어 어레이 옴니 안테나를 이용한 제1 안테나부(12)와 제2공진 주파수를 가지는 헤릭스안테나를 이용한 제2안테나부(13), 상기의 제1 안테나부(12)와 제2안테나부(13)를 정합시켜주는 정합회로(14), 정합회로에 전력을 공급해 주는 급전케이블(16)과 콘넥터(19), 이러한 내부소자들을 외부환경으로 부터 보호해주는 케이스(11), 안테나를 외부에 시설시 브라켓을 이용하여 고정될 수 있도록 하는 체결부위인 베이스(18)로 이루어졌다.

Description

이중대역옴니안테나 {Dual band omni antenna}

본 발명은 무선통신 시스템에 사용되는 옴니 안테나에 관한 것으로 보다 상세하게는 주파수공용통신시스템(TRS:Trunked Radio System)안테나와 글러벌위치설정시스템(GPS:Global Positioning Systems)안테나를 결합한 이중 대역 옴니 안테나에 관한 것이다.

주파수공용통신(TRS)이란 ,다수의 단말기가 하나의 주파수채널만을 사용하여 통신함으로써 발생되는 혼선등의 문제를 해결하기 위하여 개발된 통신 방식으로 넓은 범위의 주파수 채녈을 다수의 단말기가 공동으로 이용하여 통신하는 방식을 말하며 이러한 주파수공용통신에 사용되는 안테나를 TRS용안테나라고 하고,TRS용 옴니 안테나의 형태로는 코리니어어레이,슬리브안테나등이 있다.

글러벌위치설정시스템(GPS)는 1970년초 미국 국방부가 지구상에 있는 물체의위치를 측정하기 위해 만든 군사 목적의 시스템이다. 약20000Km 상공에 1일 2회전하는 인공위성이 하나의 공전궤도에 120도간격으로 2개씩 배치되며 지구주위로 60도 간격으로 6개의 궤도가 설정된 총 18개의 GPS 위성 (실제로는 보충 위성 포함 27개)이 서로 다른 궤도로 지구 대기권을 계속 회전하고 있다. 경도,위도,고도의 3차원 위치 측정이 가능하고,세계 어느 곳에서든지 24시간 계속하여 실측이 가능하며 실시간 으로 실측할 수 있고 절대방위와 절대 속도를 계측할 수 있으며 정확한 시간을 계측할 수 있고 위치측정정도의 재현성및 신뢰성이 매우 높으며 ,위치 측정정도가 높을 뿐만 아니라 시스템의 이용이 무료로 개방된 시스템이다.인공위성을 이용하여 이동하는 물체의 위치를 결정한다든지 이동하는 물체를 유도하는 시스템으로써 위성에서 복수파의 전파를 발사하고 반사파의 위상차를 계산하여 그 위치를 가려내는 것이다. 위치를 측정하기 위해서는 동시에 최소 4개의 위성으로부터 신호를 받아야 한다. 물론 더 많은 위성으로부터 신호를 받으면 보다 정확한 위치 값을 얻을 수 있다. 주로 비행기, 선박, 차량의 항법장치에 전자 지도(GIS)와 함께 GPS가 사용되고 있으며, 사람들이나 차량 등 이동체의 위치를 파악하는 데에도 사용된다. 또한 개인휴대용 GPS 수신기가 개발되어 미지 탐사나, 군 작전시 자기 위치파악에 이용되고 있다. 최근에는 휴대용 무선전화기 내에 GPS 수신기를 내장하는 것도 개발, 출시되었다. 이러한 글러벌위치설정시스템(GPS)에 사용되는 안테나를 GPS안테나라고 하고,사용되는 안테나의 형태는 세라믹이나 기판에 동박은 입힌 패치형태와 동선을 나선형태로 만든 헤릭스형태가 주로 사용된다.

이러한 TRS나 GPS용안테나들은 하나의 주파수대역에서 동작하는데는 적합하지만 두가지 이상의 서로 다른 주파수대역에서 원하는 방사패턴을 가지면서 동작하도록 구현하는 것은 힘들다.

2개이상의 주파수 대역을 정합시키기 위해서는 복잡한 정합회로가 구현되어야 하며 ,서로 다른 주파수 대역의 중심주파수가 서로 고조파 성분의 정수배가 아니므로, 하나의 안테나를 이용하여 두가지 대역에서 사용하기는 힘들며,두 주파수대역 모두에서 정합을 시켰다 할지라도 일정한 모양의 안테나로서는 각각의 주파수 대역에서 원하는 방사 패턴을 동시에 구현하기는 매우힘들다

따라서 ,종래에는 서로 다른 주파수 대역에서 사용할때 서로 다른 안테나를 사용하거나 이중 대역 안테나라고 할지라도 입력콘넥터를 구분하여 사용하였는데 제작비용및 운용비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제작된 것으로 두 개의 주파수 대역(TRS:806~866Mhz ,GPS:1575.42Mhz )에서 동작하면서 원하는 방사패턴을 동시에 구현하는 성능이 우수한 TRS와 GPS용 이중 대역 안테나를 제공하기 위한 것이다.

도 1a는 종래의 코리니어 옴니 안테나의 구조도.

도 1b는 종래의 슬리브 옴니 안테나의 구조도.

도 1c는 도1a의 정재파비 특성을 나타낸 그래프.

도 1d는 도1a의 수평패턴도.

도 2a는 종래의 세라믹패치안테나의 구조도.

도 2b는 종래의 헤릭스안테나의 구조도.

도 2c는 종래의 쿼드리필라헤릭스안테나의 구조도.

도 2d는 도2c의 정재파비 특성을 나타낸 그래프.

도 2e는 도2c의 수평패턴도.

도 2f는 도2c의 수직패턴도.

도 3a은 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나.

도 3b는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 정재파비 특성을 나타낸 그래프.

도 3c는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 TRS 대역 수평 패턴도.

도 3d는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 GPS 대역 수평 패턴도.

도 3e는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 GPS 대역 수직 패턴도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10.윗마개 11.케이스

12.제1안테나부 13.제2안테나부

14.정합회로 15.소자고정대

16.급전케이블 17.아랫마개

18.베이스 19.콘넥터

20.쇼트방지용절연판 21.볼트

본 발명은 무선통신 시스템에 사용되는 TRS옴니 안테나에 GPS원편파 안테나를 결합한 이중 대역 옴니 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 이중 대역 옴니 안테나는 도3a에 도시되어 있듯이,전파를 송수신하는 방사부(12,13)에 속하는 TRS주파수대역의 제1안테나부(12)와 GPS주파수대역의제2안테나부(13), 제1안테나부(12)의 방사소자사이에서 소자간의 쇼트를 방지해주는 쇼트방지용 절연판(20),제1안테나부(12)와 제2안테나부(13)를 정합시켜주는 정합회로(14), 정합회로에 전력을 공급해 주는 급전케이블(16)과 콘넥터(19), 이러한 내부소자들을 외부환경으로 부터 보호해주는 케이스(11)와 윗마개(10) 아랫마개(17), 안테나를 외부에 시설시 브라켓을 이용하여 고정될 수 있도록 하는 체결부위인 베이스(18), 내부소자를 케이스에 고정되게 하는 소자고정대(15),소자고정대(15)와 베이스(18)를 연결해주는 볼트(21)로 이루어 졌다.

도1a는 종래의 코리니어 어레이 형태의 옴니 안테나의 구조도이다.

코리니어 어레이형테는 수평면의 지향특성이 무지향성이며 고이득의 안테나로 반파장 다이폴이 기본으로 여러개의 반파장 길이의 동축을 내도체와 외도체의 접속을 역전시켜 올린 것으로 외도체를 흐르는 전류에서 전파가 발사 된다. 소자수는 보통 15단 전 후 이고 그 이상은 이득이 비례해서 증가하지 않는다. 일반적으로 엘리먼트를 보호하기 위해서 플라스틱 등의 보호파이프가 있기에 내부가 보이지 않는다.패턴 특성은 수직편파이며 수평면내 무지항성이다.

도1b는 종래의 슬리브형태의 옴니 안테나의 구조도이다.

슬리브형태는 동축급전선의 내부도체를 λ /4의 원통관을 외측에서 씌어서 급전단에 원통관과 접속한 형태로 수직도체와 슬리브의 외측으로 λ /2의 수직 다이폴 안테나로 동작한다. 슬리브는 동축 케이블의 외부도체의 전류가 외부로 흘러나오는 것을 방지하며 불필요한 방사를 억제한다. 패턴 특성은 수직편파이며 수평면내 무지향성이다.

도1c는 도1a를 TRS용 옴니 안테나로 제작시의 정재파비 특성을 나타낸 그래프로 TRS대역 806~866Mhz에서 정재파비 1:1.5이하이다.

도 1d는 도1a를 TRS용 옴니 안테나로 제작시의 안테나 방사 패턴도이다.

도 2a는 종래의 세라믹패치안테나의 구조도이다.

세라믹패치안테나는 세라믹기판과 ,상기 세라믹기판의 일측 표면 상에 형성되는 금속성패치와 상기 세라믹기판의 반대쪽 표면에 배치되는 그라운드 면을 포함한다.그러나 세라믹 패치 안테나는 특수한 컨넥터및 케이블 등이 필요하기 때문에 설치비용의 추가 부담이 수반된다.

도 2b는 종래의 헤릭스(Helix)안테나의 구조도이다.

그림에 나타난 것과 같이 도체를 나선상으로 감은 방법으로 원주장이 약1파장, 간격은 약 1/5파장을 택하면 축방향에 원편파의 전파가 방사된다. 파장에 대한 나선의 지름과 전장및 피치를 적당히 하면 나선측상에 주방사를 집중시킬 수 있다.특히 위성통신에 폭 넓게 사용 되고 있다.

도 2c는 종래의 쿼드리필라 헤릭스 (Quardrifilar Helix)안테나의 구조도이다.

헤릭스안테나의 일종으로 권수가 1이하인 4개의 헤릭스소자들을 각각 90도 간격으로 하여 위상 회로망을 통해 각소자에 90도의 위상차를 주어 급전함으로서 원편파를 발생시킬수 있는 구조로 선박이나 자동차 같은 이동체에 널리 사용되고 있다.

도 2d는 도2c를 GPS용안테나로 제작시의 정재파비 특성을 나타낸 그래프이다. GPS주파수대역 1575.42Mhz에서 정재파비 1:1.5이하이다.

도 2e,2f는 도2c를 GPS용안테나로 제작시의 안테나 방사 패턴도이다.

도 3a은 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나로 TRS옴니 안테나의 하단에 GPS안테나를 정합회로를 이용하여 결합한 안테나이다.

방사부(12,13)의 GPS주파수대역의 제2안테나부(13)는 얇은 테프론기판에 헤릭스안테나 패턴을 인쇄하여 둥그게 말은 형태로 정합회로(14)의 한쪽 포트에 연결된다.기판형태로 제작시 제작이 용이하고 사이즈를 줄이는 잇점이 있다.

방사부(12,13)의 TRS주파수대역의 제1안테나부(12)는 여러개의 반파장 길이의 동축을 내도체와 외도체의 접속을 역전시켜 올리고 정합회로(14)의 다른쪽 포트에서 얇은 급전케이블을 제2안테나부(13)의 내부를 통과 시켜 제1안테나부(12)의 하단방사소자에 연결한다.

TRS,GPS주파수대역의 임피던스 매칭은 정합회로(14)에서 조정하고 ,정합회로(14)와 방사부(12.13)는 소자고정대(15)에 고정되어 있는 급전케이블(16)에 연결되고, 볼트(21)에 의해 베이스(18)와 케이스(11)에 고정된다.

도 3b는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 정재파비 특성을 나타낸 그래프로 TRS주파수대역 806~866Mhz과 GPS주파수대역 1575.42Mhz에서 정재파비 1:1.5이하이다.

도 3c는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 TRS 대역의 수평 패턴도로 단일 안테나일때와 비교해서 패턴의 변화가 없음을 보여준다.

도 3d,3e는 본 발명에 따른 이중 대역 옴니 안테나의 GPS대역의 수직 ,수평패턴도로 단일 안테나일 때와 비교해서 패턴의 변화가 없음을 보여준다.

본 발명의 이중 대역 옴니 안테나에 따르면 독립된 안테나로 사용되던 TRS,GPS안테나(12,13)를 정합회로(14)를 이용하여 단일 안테나로 구현하였고 TRS,GPS 주파수 대역에서 안정적인 편파 방사 패턴 특성을 보여주었다.

각각의 독립된 안테나로 제작할 때 보다 원가를 절감 할 수 있으며 2개의 안테나 설치시 발생하는 공간 제약을 효과적으로 해결하는 효과가 있다.

이상에서,바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만 ,해당 기술 분야의 숙련된 당업자에 의하여 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 사상및 범주로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 수정및 변경될 수 있을 것이다.

Claims

전파를 송수신하는 방사부(12,13)로 제1공진 주파수를 가지는 코리니어 어레이 옴니 안테나를 이용한 제1안테나부(12)와 제2공진 주파수를 가지는 헤릭스안테나를 이용한 제2안테나부(13), 상기의 제1안테나부(12)와 제2안테나부(13)를 정합시켜주는 정합회로(14), 정합회로에 전력을 공급해 주는 급전케이블(16)과 콘넥터(19), 이러한 내부소자들을 외부환경으로 부터 보호해주는 케이스(11), 안테나를 외부에 시설시 브라켓을 이용하여 고정될 수 있도록 하는 체결부위인 베이스(18)로 이루어진 이중 대역 옴니 안테나.
제1항에 있어서 기판에 인쇄된 헤릭스안테나를 이용한 이중 대역 옴니 안테나.
제1항에 있어서 금속관이나 동축케이블로 이루어진 코리니어 어레이 옴니 안테나를 이용한 이중 대역 옴니 안테나.
제1항에 있어서 금속재질의 베이스(18)을 이용한 이중 대역 옴니 안테나.
제1항에 있어서 내부 소자를 케이스에 고정되게 하는 소자고정대(15)를 이용한 이중 대역 옴니 안테나.