KR20070065197A - 안테나 - Google Patents

Abstract

박형이고 수평 빔 특성이 개선된 마이크로 스트립 안테나가 개시된다. 본 발명에 따른 마이크로 스트립 안테나는, 안테나 소자; 상기 안테나 소자 이하의 폭을 갖는 지판; 상기 안테나 소자와 전기적으로 접속된 급전부; 상기 안테나 소자와 상기 지판을 고정하는 지지체;를 구비하고, 상기 안테나 소자의 폭방향은 상기 급전부로부터의 여진에 의한 공진방향에 대해 수직인 것을 특징으로 한다.

Description

안테나{Antenna}

도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 마이크로 스트립 안테나를 나타내는 모식도이다.

도 2는 마이크로 스트립 안테나를 나타내는 모식도이다.

도 3은 반사판이 부착된 다이폴 안테나를 나타내는 모식도이다.

도 4a는 안테나 소자와 지도체판(地導體板)의 폭이 동일한 구조를 나타내는 모식도이고, 도 4b는 수평 빔 폭의 안테나 소자의 폭 의존성을 나타내는 그래프이다.

도 5는 수평 빔 폭의 안테나 소자의 폭 합계길이 의존성을 나타내는 그래프이다.

도 6은 안테나 소자의 상부 폭이 지도체판 폭보다 큰 구조를 나타내는 모식도이다.

도 7은 안테나 소자가 절곡되어 지도체판의 상부를 둘러싸는 구조를 나타내는 모식도이다.

도 8은 본 발명의 마이크로 스트립 안테나의 단체(單體) 유닛을 나타내는 모식도로서, 도 8(a)는 정면도, 도 8(b)는 평면도, 도 8(c)는 측면도이다.

도 9는 어레이화된 마이크로 스트립 안테나를 나타내는 사시도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10.....지판 12.....안테나 소자

14.....급전부 16.....밸룬

20.....지지체 22.....급전점

일본특허공개 2001-326528호 공보(특허문헌 1)

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 무선통신에 이용하는 마이크로 스트립 안테나에 관한 것이다.

휴대전화, PDA(Personal Data Assistant) 등을 포함하는 휴대용 무선기기의 보급은 눈부시고, 휴대용 무선기기의 출하 수 및 사용자 수가 비약적으로 증가하고 있다. 사용자 수가 그만큼 많지 않은 초기의 기지국용 안테나로는 지향성이 수평면으로 균일한 전방향성 안테나가 널리 사용되고 있었다. 그러나, 최근의 급속한 사용자 수의 증가 및 고속통신의 요구로부터, 1개소의 기지국에 복수의 안테나를 배치하여, 각 안테나에 분담된 구역방향으로 각각 빔을 방사하는 섹터형 기지국용 안테나가 요구되고 있다.

섹터형 기지국용 안테나는, 예를 들어 수평면에 있어서 서로 다른 방향을 향한 4개의 안테나가 배치되고, 이 경우 각각의 안테나에 있어서 90~120도의 넓은 수 평 빔폭이 필요하다. 또한, 고속통신을 실현하기 위해 광대역인 것도 중요하다.

섹터형 기지국용 안테나로서는, 어레이화된 반사판 부착 다이폴 안테나가 지금까지 대표적으로 사용되어 왔지만, 반사판과 안테나의 거리가 0.25파장 정도 필요하기 때문에 박형으로 하는 것이 어려웠다. 기지국용 안테나는, 빌딩의 옥상 등의 높은 곳에 설치할 필요가 있기 때문에, 용적이 커지면 중량이 증가하는 것과 함께 강풍 등에 의한 풍압하중의 영향을 받기 쉬워져서 불리하다.

그런데, 박형화를 하는 하나의 구조로서 마이크로 스트립 안테나가 있지만, 광대역으로 하는 하나의 방식으로서 기판 유전율을 작게 하는 방법이 있다. 그러나, 예를 들어 기판 유전율을 1(공기)로 하고, 기본적인 안테나 구조(안테나 소자를 정사각형으로 하고, 안테나 소자보다 충분히 큰 지판)로 한 경우의 수평 빔 폭은 약 60도이며, 목적으로 하는 90~120도의 수평 빔 폭을 얻을 수 없다.

마이크로 스트립 안테나의 빔 폭 조정방법으로서, 리플렉터를 구비하는 기술 개시예가 있다(특허문헌 1). 그러나, 빔 폭을 넓게 하는 효과는 불충분하고, 또한 대형으로 되는 점에서 개선의 여지가 있었다.

본 발명은, 박형이고 수평 빔 특성이 개선된 마이크로 스트립 안테나를 제공한다.

본 발명의 한 유형에 따르면, 안테나 소자와, 상기 안테나 소자 이하의 폭을 갖는 지판과, 상기 안테나 소자와 전기적으로 접속된 급전부와, 상기 안테나 소자 와 상기 지판을 고정하는 지지체를 구비하고, 상기 안테나 소자의 폭방향은, 상기 급전부로부터의 여진에 의한 공진방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나가 제공된다.

상기와 같이 폭방향과 수직인 방향을 공진방향으로 하는 안테나 소자와, 이 안테나 소자 이하의 폭을 갖는 지판을 구비한 마이크로 스트립 안테나에 있어서, 폭방향을 수평으로 규정한 경우에는, 이들의 폭을 크게 하면 수평 빔 폭은 작게 된다. 따라서, 큰 수평 빔 폭을 얻기 위해서는 안테나 소자 및 지판 폭을 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 섹터형 기지국용 안테나 등에 있어서는, 4개의 안테나를 사용하는 경우, 수평 빔 폭이 90~120도로 큰 것이 바람직하다. 또, 안테나 소자 폭을 지판 폭 이상으로 함으로써, 이 빔 폭이 보다 자유롭게 선택할 수 있도록 되므로, 본 발명의 안테나를 사용함으로써 소형화(박형화)도 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 지판과, 상기 지판보다도 큰 폭을 갖고, 상기 안테나 소자의 폭과 수직인 방향으로 공통으로 배치된 복수개의 안테나 소자와, 상기 안테나 소자와 각각으로 전기적으로 접속된 급전부와, 상기 안테나 소자와 상기 지판을 각각으로 고정하는 지지체를 구비하고, 상기 안테나 소자의 폭방향은, 상기 급전부로부터의 여진에 의한 공진방향에 대해 수직이며, 상기 지판은, 상기 안테나 소자의 폭방향과 직교하는 방향으로 연장하여 존재하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나가 제공된다.

상기와 같이, 안테나 소자를 복수개 배치하고, 지판을 공통으로 하는 배치로 한 어레이화 마이크로 스트립 안테나에 있어서, 어레이화 방향을 포함하는 면의 빔 형상을 제어하는 것이 용이하게 된다. 지판의 길이방향을 수직축으로 한 어레이화 마이크로 스트립 안테나를 예를 들어 빌딩의 옥상에 설치함으로써, 예를 들어 제3세대 이후의 섹터형 기지국용 안테나가 가능하게 된다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 마이크로 스트립 안테나의 모식단면도이다. 마이크로 스트립 안테나는, 지판(Ground Plane)(10), 안테나 소자(12), 급전부(14) 등으로 구성되어 있다. 본 도면에 있어서, 안테나 소자(12)는 지판(10)을 사이에 두고 되접어 꺾여 있다. 즉, 단면에 있어서 지판(10)의 폭(Wg)은 안테나 소자(12)의 상부폭(Wa1)보다 작다. 또한, 안테나 소자(12)의 높이(Wa2) 및 되접어 꺾인 폭(Wa3)을 포함하면, 지판(10)의 폭(Wg)은 안테나 소자(12)의 폭보다 더 작아진다.

또한, 지판(10)과 안테나 소자(12)의 상부의 간격을 t라 한다. t가 일정한 경우, 지판(10)의 주위를 공기(비유전율=1)로 함으로써 광대역화가 가능하게 된다. 안테나 소자(12) 및 지도체판(地導體板)(10)의 재질로서는, 예를 들어 알루미늄이나 구리 합금 등의 양호한 도체를 이용할 수 있고, 표면에 도금층을 설치하여 보호하는 것도 유효하다.

우선, 마이크로 스트립으로 하면 소형(박형) 및 경량화할 수 있음을 설명한다.

도 2는 마이크로 스트립 안테나를 나타내는 모식단면도이고, 도 3은 반사판 부착 다이폴 안테나를 각각 나타내는 모식도이다.

도 2에 예시되는 마이크로 스트립 안테나에 있어서 기판 유전율을 1로 한 경우의 안테나 소자(12)의 길이(L)는 약 2분의 1 파장, 안테나 소자(12)와 지판(10)의 거리는 일반적으로 16분의 1 파장보다 작다.

한편, 도 3에 예시되는 반사판 부착 다이폴 안테나에 있어서는, 밸룬(Balun; 평형 불평형 변성기)(16)이 필요하고, 또 반사판을 유효하게 동작시키는 데에는 높이(약 4분의 1 파장)가 마이크로 스트립 안테나의 높이보다 크게 되어 중량도 늘린다. 이와 같이, 안테나 소자(12)가 공기 중에 설치되는(Air Suspended) 마이크로 스트립 안테나에서는 파장단축효과는 없고, 공진방향의 길이(L)는 다이폴 안테나와 그다지 변하지 않는다. 그러나, 높이가 16분의 1 파장 이하와 박형으로 할 수 있어 밸룬도 불필요하다.

다음에, 안테나 소자(12)의 폭(W)(단위: 파장λ)과 빔 폭의 관계에 대해서 설명한다. 설명을 간단하게 하기 위해서, 안테나 소자(12)의 폭(W)과 지판(10)의 폭(Wg)이 동일한 경우의 관계를 도 4에 나타낸다.

도 4a는 그 단면을 나타내는 모식도이고, 도 4b는 수평 빔 폭(BW)(도(°))의 안테나 소자(12)의 폭(W) 의존성을 나타내는 그래프이다.

휴대전화 등의 수직편파를 이용하는 통신시스템에 있어서, 이 마이크로 스트립 안테나는 빌딩의 옥상 등에 수직으로 설치되는데 X축이 그 수직축이 된다. 따라서, Y-Z 평면은 수평면이 되고, 이 평면 내에 있어서 방사강도가 최대 방사방향보다 3dB 저하한 각도를 수평 빔 폭(BW)(도)으로 정의한다.

안테나 소자(12)의 폭이 커짐에 따라 수평 빔 폭(BW)(도)은 단조롭게 감소한 다. 따라서, 수평 빔 폭(BW)을 크게 하는 데에는 안테나 소자(12) 및 지판(10)의 폭을 작게 하면 된다. 이 경우, 특히 안테나 소자(12)의 폭이 지판(12)의 폭보다 큰 경우도 포함된다. 또한, 수평 빔 폭(BW)을 90~120도로 설정하는 데에는, 안테나 소자(12)의 폭(W)을 0.4 이하, 0.21 파장 이상으로 하면 되는 것을 알 수 있다.

다음에, 수평 빔 폭(BW)의 안테나 소자(12)의 합계 폭(Wa1+Wa2+Wa3) 의존성에 대해서 설명한다.

도 5는, 수평 빔 폭(BW)(도)의 안테나 소자(12)의 합계폭 의존성을 나타내는 그래프이다.

표 1은, 도 5의 횡축의 각 번호에서의 t, Wg, Wa1, Wa2, Wa3의 수치를 파장(λ)단위로 나타낸 일람표이다.

표 1에 있어서, No.1은 도 4a에 나타낸 안테나에 대응한다. 또한, No.2는 도 6에 나타낸 안테나에 대응하고, No.3, No.4, No.5, No.6은 도 7에 나타낸 안테나에 대응한다. 또한, No.7 및 No.8은 도 1에 나타낸 안테나에 대응한다.

도 5에 예시되는 바와 같이, 안테나 소자(12)의 합계폭이 커짐에 따라, 수평 빔 폭(BW)은 크게 할 수 있다. 따라서, 수평 빔 폭(BW)을 보다 크게 하고자 하는 경우에는, 도 1에 예시되는 바와 같이 지판(10)을 둘러싸는 것과 같은 꺾인 구조로 하는 것이 유효한 것이 이해된다.

이상, 마이크로 스트립 안테나의 기본적인 특징에 대해서 설명하였다.

다음에, 이러한 안테나 소자(12)의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.

도 8은 마이크로 스트립 안테나의 단체(單體) 유닛이고, 도 8(a)는 정면도, 도 8(b)는 평면도, 도 8(c)는 측면도이다.

도 8(b)에서의 파선 AA는 공진, 즉 편파방향을 나타내고, 안테나 소자(12)의 거의 중심에 있어서는, 지판(10)과 고정하기 위한 지지체(20)가 접속되어 있다. 중앙 근방은 전위(電位)가 거의 제로이므로 지지체(20)의 재질은 금속 또는 절연체이어도 된다. 또한, 고주파 회로의 특성 임피던스(예를 들어, 50오옴)와 정합을 취하기 위하여 급전점(22)의 위치가 AA 선상의 적정한 위치에 설치된다.

이 마이크로 스트립 안테나는, 휴대전화 등의 수직편파를 이용하는 통신 시스템에 있어서 A-A선이 대략 연직이 되도록 설치된다. 지판(10)의 폭(Wg)이 안테나 소자(12)의 폭(W)보다도 작기 때문에 넓은 수평 빔 폭이 얻어진다. 또한, 공진방향은, Wg에 대해 수직의 방향(도 8(b)에 있어서 좌우방향), 즉 A-A선 방향이고, 이 방향에 있어서 지판(10)의 크기는 안테나 소자(12)보다 충분히 크므로 마이크로 스트립 안테나로서의 안정적인 동작이 가능하게 된다.

도 9는, 도 8에 예시한 안테나 소자(12)를 4개 어레이화한 마이크로 스트립 안테나의 일례를 나타내는 사시도이다. 4개의 안테나 소자(12)가 어레이 형상으로 배치되고, 지판(10)이 공통으로 설치되어 있다. 각각의 안테나 소자(12)는 급전부(14)에 의해 전파가 여진되어 안테나 소자(12)의 어레이 폭방향(X방향)이 공진방향이 된다. 공통의 지판(10)은, 공진방향에 대해 평행으로 연장하여 존재하도록 설치되어 있다. 안테나 소자(12)와 비교하여 X방향으로 긴 지판(10)이 공통으로 배치되어 있으므로, 마이크로 스트립 안테나로서의 안정적인 동작이 가능하게 되어 있다.

인접하는 안테나 소자(12)의 간격은, 예를 들어 0.2파장 이상으로 할 수 있다. 이와 같이 90~120도로 큰 수평 빔 폭을 갖는 어레이화 마이크로 스트립 안테나를 빌딩의 옥상 등에, X축 방향이 수직축이 되도록 설치한다. 어레이화되어 있기 때문에 수직면(어레이화 방향을 포함하는 면)의 빔 형상을 제어하는 것이 용이하게 된다. 예를 들어, 서로 합성하면 빔의 방사강도가 보다 크게 할 수 있고, 보다 장거리까지 통신 가능하게 할 수 있다.

또, (360/섹터수)도 이상의 수평 빔 폭을 갖는 어레이화 마이크로 스트립 안테나를 섹터수와 같은 수로 설치함으로써 설치개소를 중심으로 한 모든 수평방향의 통신구역을 1개소의 기지국에서 담당할 수 있다. 이와 같이 하여 소형(박형)화되고, 경량이면서 저가격인 섹터형 기지국용 안테나를 실현할 수 있다.

이상, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이상의 구체예에 한정되는 것은 아니다. 마이크로 스트립 안테나를 구성하는 안테나 소자, 지판, 급전부, 급전점 등의 구성요소에 있어서, 당업자가 형상, 크기, 재질 등에 각종 설계변경을 행한 것이어도, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명에 포함된다.

본 발명에 의해, 박형이고 수평 빔 특성이 개선된 마이크로 스트립 안테나가 제공된다.

Claims (9)

1. 안테나 소자;

   상기 안테나 소자 이하의 폭을 갖는 지판;

   상기 안테나 소자와 전기적으로 접속된 급전부; 및

   상기 안테나 소자와 상기 지판을 고정하는 지지체;를 포함하며,

   상기 안테나 소자의 폭방향은 상기 급전부로부터의 여진에 의한 공진방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
2. 지판;

   상기 지판보다 큰 폭을 갖는 것으로, 상기 폭에 수직한 방향을 따라 공통으로 배치된 복수 개의 안테나 소자;

   상기 안테나 소자와 각각 전기적으로 접속된 급전부; 및

   상기 안테나 소자와 상기 지판을 각각 고정하는 지지체;를 구비하고,

   상기 안테나 소자의 폭방향은 상기 급전부로부터의 여진에 의한 공진방향에 대해 수직이며,

   상기 지판은 상기 안테나 소자의 폭방향과 직교하는 방향으로 연장하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나 소자는 그 폭방향에 있어서 상기 지판을 둘러싸도록 설치된 꺾임부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나 소자와 상기 지판의 사이는 실질적으로 공기인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 안테나 소자와 상기 지판의 사이는 실질적으로 공기인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나 소자와 지판을 고정하기 위한 지지체는 상기 안테나 소자의 중심부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나 소자 및 지판은 알루미늄 또는 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 지판은 공진방향과 평행한 방향으로 연장되며, 상기 방향으로 상기 안테나 소자보다 긴 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.
9. 제 2 항에 있어서,

   인접하는 안테나 소자들 사이의 간격은 0.2파장보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나.

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