KR20050020212A - Vertical polarization omnidirectional antenna and horizontal polarization omnidirectional antenna using dielectric board - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)에 사용되는 안테나 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna technology used for mobile communication base stations (TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band).
종래의 이동 통신 기지국 및 단말기에서 송신된 신호들은 도심의 빌딩과 주변 환경에 의하여 많은 변형을 일으킨다. 이렇게 변형된 신호들은 통화 품질에 직접적으로 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 흔히 페이딩(fading) 현상이라고 표현하는데 그 근본적인 원인은 전파 경로상의 문제라고 할 수 있다.Signals transmitted from conventional mobile communication base stations and terminals cause many modifications due to the buildings in the city center and the surrounding environment. These altered signals directly affect the call quality. This problem is often referred to as a fading phenomenon, and its root cause may be a problem in propagation path.
다중경로(multi path)에 의한 페이딩 현상을 해결하기 위한 목적으로 다이버시티기법이 주로 이용된다. 다이버시티 기법이란 서로 독립적으로 페이딩의 영향을 받는 여러 개의 신호를 수신하여 적절히 결합함으로써 페이딩 현상을 해결하는 방법이다. 다이버시티 기법에는 여러 종류의 기법이 있으나 그 중 대표적인 것이 공간 다이버시티 기법과 편파 다이버시티 기법이다, 본 발명에서는 양자를 모두 이용하여 페이딩 현상을 해결하고 있다.Diversity is mainly used for the purpose of solving fading by multipath. Diversity technique is a method to solve the fading phenomenon by receiving and properly combining a plurality of signals affected by the fading independently of each other. There are various types of diversity techniques, but the representative ones are the spatial diversity technique and the polarization diversity technique. In the present invention, the fading phenomenon is solved by using both.
도 1은 종래에 사용되어지던 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 일실시로서, 원형 동봉을 0.25λ의 방사 소자로 제작하는 형태의 안테나이다.FIG. 1 is an embodiment of a vertically polarized omnidirectional antenna for a repeater, which has been used in the related art.
도 2a는 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 전면도이고, 도 2b는 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 측면도이다. 도면과 같은 안테나는 유전체 회로 기판을 이용하더라도 수직으로 배열 할 수 없는 구조로 제작되어져 있다.2A is a front view of a vertical polarized omnidirectional antenna for a repeater using a dielectric substrate, and FIG. 2B is a side view of a vertical polarized omnidirectional antenna for a repeater using a dielectric substrate. Antenna as shown in the figure is manufactured in a structure that can not be arranged vertically even using a dielectric circuit board.
도 3은 종래에 사용되어지던 기지국용 수직 편파 무지향성 안테나의 단면도이다. 안테나 제작은 동이나 알루미늄과 같은 금속재질을 가공한 후, 다수의 방사 소자를 급전선으로 연결하여 복사소자 및 급전부를 구성함으로써 이루어진다. 이러한 안테나는 주파수가 낮을수록 복사소자의 크기가 커지므로 안테나의 무게가 증가하고, 주파수가 높을수록 복사소자의 크기가 작아지므로 정밀하게 가공해야 하는 불편함이 있다. 또한 복사소자의 조립을 모두 수작업으로 진행해야 하기 때문에, 조립에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 떨어지고, 수작업으로 제품을 생산하므로 안테나 특성이 일률적이지 못하다는 문제점 등이 있다.3 is a cross-sectional view of a vertically polarized omnidirectional antenna for a base station, which is conventionally used. The antenna is manufactured by processing a metal material such as copper or aluminum, and then connecting a plurality of radiating elements to a feed line to form a radiating element and a feeding part. The lower the frequency, the larger the size of the radiating element, so the weight of the antenna increases, and the higher the frequency, the smaller the size of the radiating element, which is inconvenient to be precisely processed. In addition, since the assembly of the radiating element must be all performed manually, there is a problem that the antenna characteristics are not uniform because productivity is decreased because the assembly takes a lot of time, and the product is produced by hand.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기위하여 안출한 것으로서, 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산하며, 안테나를 소형 경량화하고, 공간 다이버시티 기법과 편파 다이버시티 기법을 사용하여 페이딩 현상을 해결함으로써 통화 품질을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, by simplifying the manufacturing process, mass production of antennas with uniform characteristics, miniaturization and lightening of antennas, and fading using spatial diversity and polarization diversity techniques. The purpose is to improve the call quality by solving the phenomenon.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부, 입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부 및 상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서, 상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성하고, 상기 사각형 패턴의 하단 중앙에 급전부를 두어서 수직편파를 발생하도록 구성되고, 상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며, 상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 둥글게 말아서 원통 모양을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나이다.The device of the present invention for achieving the above object is a radiation element unit for receiving an external signal generated from the terminal and propagating the signal generated from the base station equipment or repeater to free space, the transmission and reception of the input and output signals, impedance matching and distribution role An antenna comprising a power supply unit for performing a function and an input / output connector for performing a function of inputting and outputting energy transmitted through the power supply unit to a base station equipment or a repeater, wherein the radiating element is a rectangular patch on a dielectric substrate having a metal film A dielectric formed in the antenna pattern and having a feed section at the bottom center of the square pattern to generate vertical polarization, wherein the feed section is formed by forming a wiring circuit on the dielectric substrate, the dielectric having the radiating element section and the feed section formed thereon The board is rolled up to form a cylindrical shape A vertically polarized wave non-directional antenna using a dielectric substrate, characterized by.
한편 상기 안테나에는 상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프, 상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나지지 파이프 및 상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 파이프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하도록 할 수 있는데, 여기서 원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치된다.On the other hand, the antenna includes a radiating element support pipe for supporting the radiating element portion, an antenna supporting pipe for supporting the radiating element supporting pipe and the input / output connector, and a snow cover that protects the radiating element portion and the feeding part and is connected to the antenna supporting pipe. The radiating element support pipe is installed at a central portion of the cylindrical antenna, and a styrofoam is attached to the outside of the radiating element support pipe, and a dielectric substrate having the radiating element is attached to the outside of the styrofoam. The antifog cover is installed outside the dielectric substrate.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부, 입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부 및 상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서, 상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성하고, 상기 사각형 패턴의 일 측면 중앙에 급전부를 두어서 수평편파를 발생하도록 구성되고, 상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며, 상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 둥글게 말아서 원통 모양을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나이다.Another apparatus of the present invention for achieving the above object is a radiating element unit for receiving an external signal generated from a terminal and propagating a signal generated from a base station equipment or a repeater to free space, the transmission and output of the input and output signals, impedance matching and distribution An antenna comprising a feeding part serving as a role and an input / output connector configured to input and output energy transmitted through the feeding part to a base station equipment or a repeater, wherein the radiating element part has a rectangular shape on a dielectric substrate having a metal film. A patch antenna pattern is formed, and a horizontally polarized wave is generated by placing a feeder at a center of one side of the rectangular pattern. The feeder is formed by forming a wiring circuit on the dielectric substrate. Round the formed dielectric substrate to form a cylindrical shape A horizontal polarized wave non-directional antenna using a dielectric substrate, characterized in that the rock.
한편 상기 안테나에는 상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프, 상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나지지 파이프 및 상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 파이프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하도록 할 수 있는데, 원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치된다.On the other hand, the antenna includes a radiating element support pipe for supporting the radiating element portion, an antenna supporting pipe for supporting the radiating element supporting pipe and the input / output connector, and a snow cover that protects the radiating element portion and the feeding part and is connected to the antenna supporting pipe. The radiating element support pipe may be installed at a central portion of the cylindrical antenna, and a styrofoam may be attached to the outside of the radiating element support pipe, and a dielectric substrate having the radiating element may be attached to the outside of the styrofoam. The anti-fog cover is installed outside the dielectric substrate.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나의 전개도이고, 도 5는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나를 둥글게 마는 과정을 도시한 도면이다. 입출력 단자인 급전 커넥터(50)를 통하여 전송된 에너지는 전송 케이블(40)을 통하여 마이크로 스트립라인(30)과 연결된다, 입출력 단자인 급전 커넥터(50)와 전송 선로인 마이크로 스트립라인(30)은 프렉시블(Flexible)케이블로 연결되고, 입출력 단자인 급전 컨넥터(50)는 안테나 지지 파이프(90)의 양쪽 면을 가공하여 설치되어진다. 마이크로 스트립라인(30)에 입력된 에너지는 특성임피던스(50Ω;31)에 인가되며, 인가된 에너지는 1차 정합회로(32)에 입력된다. 라인 33과 34는 입력된 에너지를 분배하는데, 분배된 에너지 중 라인 33으로는 전체 방사 소자의 1/n의 에너지만 인가되어지고 나머지 (n-1)/n의 에너지는 다음 방사소자의 2차 정합회로에 인가되어진다. 이렇게 인가되는 파워와 위상은 설계자의 설계치수에 의하여 결정된다. 따라서 종래의 수직 편파 무지향성 안테나에서 가장 많이 사용되어지는 급전 방식 중의 하나인 근접 전계에 의한 배열에서는 이를 설계자가 임의로 설계할 수가 없었던 문제점이 개선되었다.4 is an exploded view of a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a process of rounding a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate. The energy transmitted through the feed connector 50, which is an input / output terminal, is connected to the micro stripline 30 through the transmission cable 40. The feed connector 50, which is an input / output terminal, and the micro stripline 30, which is a transmission line, The feed connector 50, which is connected to a flexible cable and is an input / output terminal, is installed by processing both surfaces of the antenna support pipe 90. The energy input to the micro stripline 30 is applied to the characteristic impedance 50? 31, and the applied energy is input to the primary matching circuit 32. Lines 33 and 34 distribute the input energy, of which only 33 / n of the total radiating element is applied to line 33, and the remaining (n-1) / n energy is the secondary of the next radiating element. Is applied to the matching circuit. The applied power and phase are determined by the designer's design dimensions. Therefore, the problem that the designer could not design arbitrarily in the arrangement by the proximity electric field, which is one of the most commonly used power feeding methods in the conventional vertically polarized omnidirectional antenna has been improved.
도 7은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나의 전개도이고, 도 8은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나를 둥글게 마는 과정을 도시한 도면이다. 수평 편파 무지향성 안테나의 구성은 안테나의 급전부위가 수직 편파의 경우와 90˚ 차이가 난다는 점 외에는 상술한 수직 편파 무지향성 안테나의 구성과 동일하다.7 is an exploded view of a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate, and FIG. 8 is a diagram illustrating a process of rolling a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate. The configuration of the horizontally polarized omnidirectional antenna is the same as that of the above-described vertically polarized omnidirectional antenna except that the feeding portion of the antenna is 90 ° different from that of the vertically polarized wave.
도 6은 유전체 기판을 이용한 수직, 수평 편파 무지향성 안테나의 단면도이다. 도 6을 참조하면 중심 부분에 방사소자 지지 파이프(70)가 설치되고 설치된 방사 소자 지지 파이프(70)의 외부에 스티로폼(80)이 설치되어진다. 방사소자 지지 파이프(70)와 스티로폼(80)은 아크릴 양면테이프를 사용하여 고정시킨다. 스티로폼(80)의 외부에 방사소자를 똑같은 방법인 아크릴 양면테이프를 사용하여 고정시킨다, 방사소자 외부에 방설커버(60)를 사용하여 외력으로부터 내부의 회로를 보호한다. 방사 소자지지 파이프는 안테나지지파이프와 연결되어지고, 방설커버(60)도 안테나 지지파이프(90)에 연결되어진다.6 is a cross-sectional view of a vertical and horizontal polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate. Referring to FIG. 6, a styrofoam 80 is installed outside the radiating element support pipe 70 in which the radiating element support pipe 70 is installed at the center portion. The radiating element support pipe 70 and the styrofoam 80 are fixed using acrylic double-sided tape. Fixing the radiating element on the outside of the styrofoam 80 using the acrylic double-sided tape in the same way, using the anti-fog cover 60 outside the radiating element to protect the internal circuit from external force. Radiating element support pipe is connected to the antenna support pipe, the snow cover 60 is also connected to the antenna support pipe (90).
도 9는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 것이고, 도 10은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 것이다. 도면에 나타나듯이 측정 주파수 범위에서 정재파비 값이 1.5를 넘지 않으므로 안테나의 성능은 비교적 양호하다 할 것이다. 정재파비가 1.5일 때 출력의 96% 정도가 방사된다.9 illustrates standing wave ratios of the vertically polarized omnidirectional antennas using the dielectric substrate according to the present invention, and FIG. 10 illustrates standing wave ratios of the horizontally polarized omnidirectional antennas using the dielectric substrate according to the present invention. As shown in the figure, since the standing wave ratio value does not exceed 1.5 in the measurement frequency range, the performance of the antenna will be relatively good. When the standing wave ratio is 1.5, about 96% of the output is radiated.
도 11은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 것이고, 도 12는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 것이다.11 illustrates a radiation pattern of a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention, and FIG. 12 illustrates a radiation pattern of a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의하는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the embodiments described above, but can be variously modified and changed by those skilled in the art, which is included in the spirit and scope of the invention defined in the appended claims.
본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나와 수평 편파 무지향성 안테나를 이용하면 페이딩 현상을 해결하여 통화 품질 향상시킬 수 있고, 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산할 수 있으며, 안테나를 소형 경량화 시킬 수 있다.By using the vertically polarized omnidirectional antenna and the horizontally polarized omnidirectional antenna using the dielectric substrate according to the present invention, the call quality can be improved by solving the fading phenomenon and the mass production of the antenna having uniform characteristics can be simplified by simplifying the manufacturing process. It can reduce the size and weight of the antenna.
도 1은 종래에 사용되어지던 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 일실시도.Figure 1 is an embodiment of a vertically polarized omnidirectional antenna for a repeater used in the prior art.
도 2a는 종래의 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 전면도.2A is a front view of a vertically polarized omnidirectional antenna for a repeater using a conventional dielectric substrate.
도 2b는 종래의 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 측면도.Figure 2b is a side view of a vertically polarized omnidirectional antenna for a repeater using a conventional dielectric substrate.
도 3은 종래에 사용되어지던 기지국용 수직 편파 무지향성 안테나의 단면도.3 is a cross-sectional view of a vertically polarized omnidirectional antenna for a base station that has been conventionally used.
도 4는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나의 전개도.4 is a development of a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
도 5는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나를 둥글게 마는 과정을 도시한 도면.5 is a diagram illustrating a process of rounding a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate.
도 6은 유전체 기판을 이용한 수직, 수평 편파 무지향성 안테나의 측면도.6 is a side view of a vertical, horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate.
도 7은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나의 전개도.7 is an exploded view of a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate.
도 8은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나를 둥글게 마는 과정을 도시한 도면.8 is a diagram illustrating a process of rounding a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate.
도 9는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 도면.9 is a view showing the standing wave ratio of the vertically polarized omnidirectional antenna using the dielectric substrate according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 도면.10 is a view showing a standing wave ratio of a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 도면.11 is a diagram illustrating a radiation pattern of a vertically polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 도면.12 illustrates a radiation pattern of a horizontally polarized omnidirectional antenna using a dielectric substrate according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10 : 유전체 기판에 형성된 방사 소자 20 : 유전체 기판10: radiating element formed on the dielectric substrate 20: dielectric substrate
30 : 마이크로 스트립 전송 선로 31 : 입력임피던스(50Ω)30: microstrip transmission line 31: input impedance (50Ω)
32,36 : 임피던스 정합부 33,34 : 전력 분배부32,36: impedance matching unit 33,34: power distribution unit
35 : 트랜스포머(0.25λ) 40 : 케이블35: transformer (0.25λ) 40: cable
50 : 급전 커넥터 60 : 방설 커버(레이돔)50: feed connector 60: snow cover (radome)
70 : 방사 소자 지지 파이프 80 : 스티로폼70: radiating element support pipe 80: styrofoam
90 : 안테나지지 파이프90: antenna support pipe
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