KR20110005452A - 일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 일체형 중계 안테나 시스템은 동일한 구조로 형성되며, 기지국과 신호를 송수신하는 도너 안테나유닛 및 상기 도너 안테나유닛에 대해 90°회전된 상태로 대응되도록 마련되어, 이동국과 신호를 송수신하는 서비스 안테나유닛, 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛 사이에서 이들을 지지하는 지지부재 및 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 격리시키기 위해, 상기 지지부재에 마련되는 격리유닛을 포함하고, 상기 도너 안테나 유닛 및 상기 서비스 안테나 유닛은 차례대로 각각 T자 형상으로 형성되는 T형 도너 또는 서비스 피드라인을 포함하고, 상기 T형 도너 또는 서비스 피드라인은 급전을 담당하는 피딩포인트와 감쇄기로 연결된다. 따라서, 3dB 감쇄기를 사용하여 도너 안테나 유닛과 서비스 안테나 유닛에 급전을 시행함으로써 전체 대역에서 임피던스 매칭 및 대역폭을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

일체형 중계 안테나, 도너, 서비스, 격리, 감쇄기(attenuator), T-접합 전력 분배기

Description

일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법{INTEGRATED REPEATER ANTENNA SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 일체형 중계 안테나 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 댁내에서 사용되며 3G(WCDMA, Wibro, Wimax) 대역을 만족시키는 마이크로 스트립 패치 안테나의 구조를 변경하여 높은 격리도 특성을 만족시킬 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템에 관한 것이다.

최근 초고속 인터넷 또는 3G 이동통신과 같은 무선 이동통신시스템의 이용자가 급등하고 있다. 상기 무선 이동통신시스템은 기지국과 이동국인 이동국으로 구성되며, 상기 기지국을 다수개 설치함으로써 서비스 영역을 확대시킨다. 이러한 무선 이동통신시스템은 상기 이동국을 서로 무선으로 연결시키는 무선망(Network)에 의해 구현되며, 이 무선망은 특정 지역을 기지국으로 커버한다.

근래에는 건물 내, 지하, 터널과 같은 전계강도가 부족하여 발생하는 부분적인 음영지역을 커버하기 위해 상기 기지국의 신호를 재증폭하는 중계기를 설치한다. 이러한 중계기는 사용 지역에 따라 건물에 설치되는 지하(또는 RF) 중계기와 건물 외에 설치되는 지상 중계기로 구분되며, 상기 지하 중계기는 기지국과의 신호를 송수신을 위한 도너 안테나와 가입자 단말기와의 신호를 송수신을 위한 서비스 안테나가 건물의 안과 밖에 설치된다. 그로 인해, 기존에는 상기 지하 중계기의 도너 안테나와 서비스 안테나 사이의 충분한 격리도(Isolation)가 건물 구조에 의해 자동 확보되었다.

그런데, 상기 중계기의 설치가 늘어날수록 설치되는 건물의 손상이나 환경의 미관을 해치는 것과 같은 문제점이 대두되고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 다양한 서비스를 통합하여 단일 안테나로 구현하거나, 주변 환경과 적절한 조화를 이루기 위한 안테나의 소형화가 요구된다. 여기서, 상기 단일 안테나의 구현은 송수신 안테나의 일체형으로 구현 가능하지만, 링크 안테나와 서비스 안테나 사이의 우수한 격리도 특성을 가져야 한다. 또한, 기존의 중계기는 상기 도너 안테나와 서비스 안테나를 인접하여 설치할 경우, 상호 간섭됨으로써 가기 복귀 현상이 기존의 중계기에 영향을 미쳐 오작동을 유발시키는 문제점을 야기시킨다.

따라서, 근래에는 안테나 사이의 충분한 격리도를 확보할 수 있으면서도 서비스 안테나와 도너 안테나가 일체로 구현될 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.

뿐만 아니라, 근래에는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband) 및 WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 같은 다양한 대역에서도 모두 응답할 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 도너 안테나와 서비스 안테나를 일체로 구현하면서도 격리도를 확보할 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 대역에 대응할 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 음영지역에서도 고품질의 무선 이동통신이 가능한 일체형 중계 안테나 시스템 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 일체형 중계 안테나 시스템은 동일한 구조로 형성되며, 기지국과 신호를 송수신하는 도너 안테나유닛 및 상기 도너 안테나유닛에 대해 90° 회전된 상태로 대응되도록 마련되어, 이동국과 신호를 송수신하는 서비스 안테나유닛, 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛 사이에서 이들을 지지하는 지지부재 및 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 격리시키기 위해, 상기 지지부재에 마련되는 격리유닛을 포함하고, 상기 도너 안테나 유닛 및 상기 서비스 안테나 유닛은 차례대로 각각 T자 형상으로 형성되는 T형 도너 또는 서비스 피드라인을 포함하고, 상기 T형 도너 또는 서비스 피드라인은 급전을 담당하는 피딩포인트와 감쇄기로 연결된다.

이 때, 상기 감쇄기는 3dB 감쇄기인 것이 바람직하며, 상기 감쇄기는 π형 구조로 형성되며, 300Ω 저항 2개 및 18Ω 저항 1개를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 격리유닛은, 상기 지지부재에 대한 상기 도너 안테나유닛의 높이에 대응되는 높이로 상기 지지부재의 일면 테두리로부터 돌출되는 도너 격리벽 및 상기 지지부재에 대한 상기 서비스 안테나유닛의 높이에 대응되는 높이로 상기 지지부재의 타면 테두리로부터 돌출되는 서비스 격리벽을 포함하고, 상기 도너 격리벽 및 상기 서비스 격리벽의 단면 형상은 U자 형상인 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 도너 안테나유닛은, 상기 지지부재의 일면에 도너 접지층을 사이에 두고 적층 설치되는 제 1 도너 기판, 상기 제 1 도너 기판의 도너 접지층에 마련되는 T형 도너 피드라인, 상기 제 1 도너 기판에 적층되되, 상기 T형 도너 피드라인의 양 끝단에 대응하여 한 쌍으로 마련되는 제 2 도너 기판, 상기 한 쌍의 제 2 도너 기판에 적층 마련되어 상기 도너 피드라인과 전기적으로 연결되며, 도너 노치를 구비하는 한 쌍의 도너 L-프로브 피딩부, 상기 도너 L-프로브 피딩부로부터 이격되어 적층되도록 마련된 제 3 도너 기판 및 상기 제 3 도너 기판상에 적층 마련된 도너 기생패치를 포함한다.

또한, 상기 서비스 안테나유닛은, 상기 지지부재의 타면에 서비스 접지층을 사이에 두고 적층 설치되는 제 1 서비스 기판, 상기 도너 피드라인에 대해 수직하도록 상기 제 1 서비스 기판의 서비스 접지층에 형성되는 T형 서비스 피드라인, 상기 제 1 서비스 기판에 상기 제 2 도너 기판에 대해 수직하도록 적층되되, 상기 T 형 서비스 피드라인의 양 끝단에 대응하여 한 쌍으로 마련되는 제 2 서비스 기판, 상기 한 쌍의 제 2 서비스 기판에 적층 마련되어 상기 서비스 피드라인과 전기적으로 연결되며, 서비스 노치를 구비하는 한 쌍의 서비스 L-프로브 피딩부, 상기 한 쌍의 서비스 L-프로브 피딩부로부터 이격되어 적층되도록 마련된 제 3 서비스 기판 및 상기 제 3 서비스 기판상에 적층 마련된 도너 기생패치를 포함한다.

더불어, 상기 도너 안테나 유닛 및 서비스 안테나유닛의 상기 지지부재에서 돌출된 높이는 10mm 이하인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 T형 도너 피드라인 및 상기 T형 서비스 피드라인은 상기 피딩포인트와 연결되는 50Ω 피드 라인 및 λ/4 의 두께를 가지는 35Ω 피드 라인을 포함하는 것이 가능하다.

이 때, 상기 감쇄기는 상기 50Ω 피드 라인에 구비되고, 상기 35Ω 피드 라인으로부터 8.5mm 내지 13 mm의 거리에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 일체형 중계 안테나 시스템은 지지부재의 일면과 타면에 상호 대응되는 형상을 가지고 상호 수직하도록 마련되는 제 1 및 제 2 안테나유닛 및 상기 제 1 및 제 2 안테나유닛을 격리시키기 위해, 상기 지지부재에 마련되는 격리유닛 및 급전을 담당하는 피딩포인트와 상기 제 1및 제 2안테나 유닛을 연결하는 3dB의 π 형 감쇄기를 포함한다.

또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 일체형 중계 안테나 시스템 제조방법은 알루미늄 지그를 준비 하는 단계, 상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 상호 대응되는 형상을 가지고 상호 수직하도록 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 마련하는 단계, 상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 격리시키기 위한 U자 형상의 격리유닛을 마련하는 단계 및 상기 도너안테나 유닛 및 상기 서비스 안테나유닛과 피딩포인트 사이에 감쇄기를 마련하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛 마련단계는, 상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 접지층을 가지는 제 1 기판을 각각 적층시키는 단계, 상기 접지층에 T형 피드라인을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판상에 한 쌍의 제 2 기판을 각각 적층시키는 단계, 상기 제 2 기판의 상면에 L-프로브 피딩부를 상기 T형 피드라인과 전기적으로 연결되도록 형성시키는 단계, 상기 제 2 기판으로부터 이격되어 적층되는 제 3 기판을 각각 마련하는 단계 및 상기 제 3 기판에 기생패치를 각각 적층시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 감쇄기를 마련하는 단계는 상기 T형 피드라인과 상기 감쇄기를 연결하는 단계 및 상기 감쇄기와 상기 피딩포인트를 연결하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 3dB 감쇄기를 사용하여 도너 안테나 유닛과 서비스 안테나 유닛에 급전을 시행함으로써 전체 대역에서 임피던스 매칭 및 대역폭을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 노치의 구조를 최적화하여 고주파 대역의 임피던스 매칭을 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 격리유닛의 형상을 U자 형 구조로 구비하여 격리도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛이 일체로 형성됨으로써, 설치 미관을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소형이 가능해진다.

또한, 3G(WCDMA, Wibro, WiMax) 대역인 1.92 내지 2.5 GHz에서 1.5:1인 정재파비(VSWR)를 만족할 수 있어, 다양한 대역에서도 사용될 수 있게 되어 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 된다.

넷째, 지하, 건물 내, 터널 등과 같은 음영지역에서도 고품질의 무선 이동통신이 가능해진다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템을 도 1내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 전면도이고, 도 2는 도 1의 도너 안테나 유닛의 후면을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 1의 도너 안테나 유닛의 기생패치를 도시한 평면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 일체형 중계 안테나 시스템의 측면을 도시한 측면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 일체형 중계 안테나 시스템은 도너 안테나유닛(10), 서비스 안테나 유닛(20), 지지부재(30) 및 격리유닛(30)을 포함하며, 상기 도너 안테나 유닛(10) 및 서비스 안테나 유닛(20)과 급전을 담당하는 피딩포인트(59)는 감쇄기(50)로 연결된다.

상기 감쇄기(50)는 3dB 감쇄기로 구비되며, 또한, π형 구조로 형성되며, 300Ω 저항(51) 2개 및 18Ω 저항(52) 1개를 포함하여 구성되며, 후술하는 도너 피드라인(13) 또는 서비스 피드라인(13) 상에 배치되어 급전을 담당하는 피딩포인트(59)와 연결하도록 구비된다. 여기서, 상기 감쇄기(50)는 상기 안테나 유닛들(10, 20)의 임피던스 매칭 및 대역폭의 향상을 위해 배치된다. 상기 감쇄기(50)에 대한 상세한 설명은 도 9내지 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.

여기서, 먼저 도너 안테나 유닛(10)에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 도너 안테나유닛(10)은 기지국과 신호를 송수신하는 것으로써, 제 1 도너기판(11), 도너 피드라인(13), 제 2 도너기판(14), 도너 L-프로브 피딩부(15), 제 3 도너기판(18) 및 도너 기생패치(19)를 포함한다.

상기 제 1 도너기판(11)은 도 4의 도시와 같이, 후술할 지지부재(30)의 일면에 도너 접지층(12)을 사이에 두고 적층 설치된다. 이때, 상기 제 1 도너기판(11)의 유전율은 4.4이고 두께(H2)는 0.4mm인 FR4의 에폭시 수지 재질로 형성된다. 아울러, 상기 도너 접지층(12)은 상기 제 1 도너기판(11)의 저면에 설치된다.

상기 도너 피드라인(13)은 도 1의 도시와 같이, 상기 제 1 도너기판(11)의 도너 접지층(12)에 마련된다. 또한, 상기 도너 피드라인(13)은 임피던스 매칭을 위 해 'T'형의 피드라인으로 형성된다.

상기 제 2 도너기판(14)은 도 4의 도시와 같이, 상기 제 1 도너기판(11)의 상면에 적층된다. 또한, 상기 제 2 도너기판(14)은 도 1의 도시와 같이, 상기 도너 피드라인(13)의 양 끝단에 대응하여 한 쌍으로 마련되며, 1mm의 두께를 가진다. 이러한 제 2 도너기판(14)은 상기 제 1 도너기판(11)과 마찬가지로 FR4의 에폭시 수지 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 도너 L-프로브 피딩부(15)는 상기 한 쌍의 제 2 도너기판(14)의 상면에 적층되어 한 쌍으로 마련된다. 또한, 상기 도너 L-프로브 피딩부(15)는 상기 도너 피드라인(13)과 전기적으로 연결되도록, 도 4의 도시와 같이 측면에 도금된 도너 접속영역(16)이 형성된다. 이때, 상기 도너 피드라인(13)과 도너 L-프로브 피딩부(15)의 급전은 상호 다른 두께의 유전체를 사용하여 이루어진다.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 도너 피드라인(13)은 35Ω 피드 라인(53) 및 50Ω 피드 라인(54)를 포함하고, 상기 35Ω 피드 라인(53)은 상기 피딩포인트(59)와 연결되는 마이크로 스트립 라인으로 구비되며, λ/4 의 두께로 구비되고, 상기 50Ω 피드 라인(54) 또한 이와 유사하게 마이크로 스트립 라인으로 구비된다.

이 때, 상술한 상기 감쇄기(50)는 상기 50Ω 피드 라인(53) 상에 구비되며, 상기 감쇄기(50)는 상기 35Ω 피드 라인(54)으로부터 8.5mm 내지 13 mm의 거리에 배치되어 전체적으로 상기 도너 피드라인(13)과 상기 피딩포인트(59)를 연결하도록 구비되어 대역폭을 향상시키도록 구비된다.

또한, 상기 도너 L-프로브 피딩부(15)는 WCDMA, Wibro, Wimax 대역에서의 정 재파비(VSWR)를 만족시키기 위해 사각형상으로 형성되며, 도너 노치(17)가 구비된다.

여기서, 상기 도너 노치(17)는 세로길이(L4) 및 가로길이(W4)는 16mm X 3.5mm의 크기를 갖고, 상기 도너 L-프로브 피딩부(15)는 세로길이(L3) 및 가로길이(W3)는 42mm X 34mm의 크기로 구비되나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니며, 고주파 대역의 임피던스 매칭을 향상시키는 구조이면 다양하게 변경 가능함은 물론이다.

그로 인해, 상기 도너 피드라인(13)과 도너 L-프로브 피딩부(15)는 상호 전기적으로 연결되어 소정 방사패턴을 형성함으로써, 상기 기지국(미도시)과 신호를 송수신하게 되고, 이에 따라 상기 도너 노치(17)의 구조를 최적화하여 고주파 대역의 임피던스 매칭을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

참고로, 안테나 제작시 용이하도록 상기 감쇄기(50), 상기 도너 피드라인(13), 상기 L-프로브 피딩부(15) 및 상기 도너 노치(17)는 상기 지지부재(30)와 동일한 유전체를 갖는 구조로 설계되는 것도 가능하다.

상기 제 3 도너기판(18)은 도 4의 도시와 같이, 상기 도너 L-프로브 피딩부(15)로부터 두께(H3) 4mm의 공기층을 가지도록 이격되어 적층되도록 마련된다. 이때, 상기 제 3 도너기판(18)은 상기 제 1 도너기판(11)으로부터 이격되어 있을 뿐, 동일한 재질, 형상 및 크기로 구성된다. 다만, 상기 제 3 도너기판(18)은 두께(H4)가 3.2mm로 형성된다는 점에서, 제 1 도너기판(11)과 구별된다.

상기 도너 기생패치(19)는 상기 제 3 도너기판(18) 상에 적층되어 마련된다. 이러한 도너 기생패치(19)는 임피던스 매칭 효과를 극대화시켜 광대역을 구현하기 위한 것으로써, 도 1의 도시와 같이, 상기 한 쌍의 도너 L-프로브 피딩부(15)를 소정면적 덮도록 한 쌍으로 마련된다.

상기 서비스 안테나유닛(20)은 도 1의 도시와 같이, 상기 도너 안테나유닛(10)에 대해 90°회전된 상태로 대응되도록 마련되어, 이동국과 신호를 송수신하도록 구비된다. 즉, 상기 서비스 안테나유닛(20)과 도너 안테나유닛(10)은 상호 수직하게 교차하는 것이다. 이에 따라, 상기 서비스 안테나유닛(20)은 상기 도너 안테나유닛(10)과 마찬가지로, 제 1 서비스기판(21), 서비스 피드라인(23), 제 2 서비스기판(24), 서비스 L-프로브 피딩부(25), 제 3 서비스기판(28) 및 서비스 기생패치(29)를 포함한다.

상기 제 1 서비스기판(21), 서비스 피드라인(23), 제 2 서비스기판(24), 서비스 L-프로브 피딩부(25), 제 3 서비스기판(28) 및 서비스 기생패치(29)는 차례대로 상술한 도너 안테나 유닛(10)의 제 1 도너기판(11), 도너 피드라인(13), 제 2 도너기판(14), 도너 L-프로브 피딩부(15), 제 3 도너기판(18) 및 도너 기생패치(19)에 대응되는 동일한 구조로 형성되며, 이에 따라 설명의 편의상 상세한 설명은 생략하기로 하며 필요에 따라 설명하기로 한다.

상기 지지부재(30)는 상기 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20) 사이에서 이들을 지지하는 것으로써, 알루미늄 지그로 구성된다. 이러한 지지부재(30)는 그 일면과 타면에 각각 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)이 설치됨으로써, 일체형 중계 안테나 시스템(1)을 구현시킨다. 본 실시예에서는 상기 지지부재(30)는 유전율이 4.4, 두께(H1)는 1.6mm인 FR4 기판으로 제시되며, 대략 정사각형인 것으로 예시하나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

참고로, 도 4를 참고하여, 상기 지지부재(30)의 일면과 타면에 설치되는 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)의 상기 지지부재(30)에 대한 각각의 설치높이(G1)는 10mm 이하인 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 더욱 바람직하게 8.8mm로 구비된다.

아울러, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 상기 지지부재(30)의 가로길이(L1) 및 세로길이(W1)는 157mm 및 157mm인 정사각형인 것이 좋으며, 상기 제 1 도너기판(11), 제 3 도너기판(18), 제 1 서비스기판(21) 및 제 3 서비스기판(28)의 가로길이 및 세로길이(L2)(w2)는 150mm 및 150mm으로 상기 지지부재(30) 보다 작은 정사각형으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

상기 격리유닛(40)은 상기 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)을 상호 격리시켜 안정한 격리도를 확보시키기 위한 것으로써, 상기 지지부재(30)에 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 격리유닛(40)은 상기 지지부재(30)의 일면과 타면에 각각 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)이 설치되어 상호 인접함으로써 발생될 수 있는 격리도 저감을 보상하기 위해 상기 지지부재(30)에 설치된다.

본 제 1 실시예에서는, 도 4의 도시와 같이, 상기 격리유닛(40)이 상기 지지부재(30)에 대한 도너 안테나유닛(10)의 설치간격(G1)으로 상기 지지부재(30)의 일 면과 타면 테두리로부터 각각 돌출되되, 상기 도너 안테나유닛(10) 및 상기 서비스 안테나유닛(20)의 상기 제 3 도너 및 서비스 기판(18, 28)과 일정 간격(GAP) 이격되는 도너 격리벽(41)과 서비스 격리벽(42)을 포함하는 것으로 예시한다. 이러한 구성에 의하면, 상기 격리유닛(40)은 상기 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)의 격리도를 80dB 이상으로 높이 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 도너 격리벽(41) 및 상기 서비스 격리벽(42)의 단면 형상은 상기 지지부재(30)를 기준으로 L자형, U자형 중 적어도 하나의 형상으로 구비되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 도 4에서 도시된 바와 같이 U자형으로 구비된다.

또한, 이 때, 상기 도너 및 서비스 격리벽(41, 42)의 높이(Hal)는 상기 도너 안테나 유닛(10) 및 서비스 안테나 유닛(20)의 상기 지지부재(30)에서의 높이와 대응되는 높이로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도너 및 서비스 격리벽(41, 42)의 두께(Tal)는 1mm로 구비되는 것이 바람직하다.

이에 따라 본 실시예에 따른 상기 일체형 중계 안테나 시스템은 알루미늄 지그를 제외하고, 상기 격리유닛(40)을 포함한 전체 크기는 170mm X 170mm의 평면 넓이를 가지도록 제조되나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 일체형 중계 안테나 시스템의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기와 같이 알루미늄 지그로 구성되는 지지부재(30)를 마련한 후, 상기 지지부재(30)의 일면과 타면에 각각 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)을 설치하고, 이 후, 상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 상기 도 너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)을 격리시키기 위한 U자 형상의 격리유닛(40)을 형성시킨다. 이후, 상기 도너 안테나 유닛(10)과 상기 서비스 안테나 유닛(20)을 피딩포인트(59)와 연결시키되 감쇄기(50)를 배치하여 연결시킴으로써, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 일체형 중계 안테나 시스템이 제조된다.

상기 지지부재(30)에 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)을 설치하는 방법은, 우선, 상기 지지부재(30)의 일면과 타면에 각각 도너 접지층(12)과 서비스 접지층(22)을 가지는 제 1 도너기판(11)과 제 1 서비스기판(21)을 각각 적층시킨다. 그 후, 이 도너 접지층(12)과 서비스 접지층(22)에 각각 T형 도너 피드라인(13)과 서비스 피드라인(23)을 형성시킨 후, 이 도너 피드라인(13)과 서비스 피드라인(23)의 양끝단에 한 쌍의 제 2 도너기판(14)과 제 2 서비스기판(24)을 각각 적층시킨다. 이때, 상기 제 2 도너기판(14)과 제 2 서비스기판(24)은 상호 물리적으로 90°를 이룸으로써, 상호 수직하다.

이러한 제 2 도너기판(14)과 제 2 서비스기판(24)의 상면에 각각 도너 L-프로브 피딩부(15)와 서비스 L-프로브 피딩부(25)를 형성시킨 후, 도너 접속영역(16)과 서비스 접속영역(26)을 통해 도너 피드라인(13)과 서비스 피드라인(23)과 전기적으로 접속시킨다. 그 후, 상기 제 2 도너기판(14)과 제 2 서비스기판(24)과 각각 이격되어 적층되도록 제 3 도너기판(18)과 제 3 서비스기판(28)을 마련한 후, 이 제 3 도너기판(18)과 제 3 서비스기판(28)에 도너 기생패치(19)와 서비스 기생패치(29)를 각각 적층 형성시킨다.

이렇게 도너 기생패치(19)와 서비스 기생패치(29)까지 형성 완료되면, 상기 지지부재(30)의 일면과 타면 테두리로부터 단면 형상이 U자 형상인 도너 격리벽(41)과 서비스 격리벽(42)을 형성시킨다.

이로 인해, 상기 도너 안테나유닛(10)과 서비스 안테나유닛(20)이 일체로 구현되면서도, 안정된 격리도를 확보할 수 있는 일체형 중계 안테나 시스템이 구현된다.

여기서, 상기 일체형 중계 안테나 시스템에 구비된 상기 감쇄기(50)에 대해 도 9내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템에 구비된 감쇄기를 도시한 회로도이고, 도 10은 도 9의 감쇄기에 의한 전압정재파비(VSWR) 특성을 도시한 그래프이며, 도 11a는 감쇄기 위치에 따른 안테나 특성 중 전압정재파비를 도시한 그래프이고, 도 11b는 감쇄기 위치에 따른 안테나 특성 중 격리도를 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 감쇄기는 회로내에서 레벨 조정, 안정성 개선 및 임피던스 매칭 개선을 위해 사용되며, 본 실시예에서 상기 감쇄기(50)는 18Ω 저항 1개와 300Ω 저항 2개로 구성되었으며, 상기 감쇄기(50)는 π형 감쇄기를 사용함으로써, 일반적으로 T-형 전력 분배기의 50Ω 마이크로스트립 라인에 저항 2개가 형성되는 감쇄기를 사용할 때 나타날 수 있는 신호의 전달의 불안정성을 해소하는 이점이 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 감쇄기(50)를 사용하는 경우 전체 대역에서 전압정재파비(VSWR) 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, T-접합 전력분배기의 50Ω 라 인에 형성된 감쇄기의 위치, 본 실시예에서는 피드 라인(13, 23)에서 50Ω 피드 라인(54)에 위치되는 상기 감쇄기(50)의 위치가 변화하더라도 전압정재파비(VSWR) 특성에는 영향을 주지 않지만, 격리도(Isolation)의 특성에는 영향을 준다.

즉, 상기 감쇄기(50)의 위치에 따라서 안테나의 필드의 변화가 생기고, 이것에 의해서 알루미늄 지그에 형성되는 필드가 변화하여 상기 서비스 안테나 유닛(20)와 도너안테나 유닛(10)간의 격리도에 영향을 준다. 도 11b 는 감쇄기 위치에 따른 최적화된 격리도를 찾기 위한 시뮬레이션 결과이다. 이에 따라, 상기 감쇄기(50)의 상기 50Ω 피드 라인(54) 상의 상기 35Ω 피드 라인(53)으로부터 8.5mm 내지 13 mm의 거리에 배치되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 감쇄기(50)를 사용하여 상기 도너 안테나 유닛(10)과 서비스 안테나 유닛(20)에 급전을 시행함으로써 전체 대역에서 임피던스 매칭 및 대역폭을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

여기서, 상술한 일체형 중계 안테나 시스템의 성능을 실험한 결과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계 안테나 시스템의 정재파비(VSWR)의 실험결과를 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 설계된 상기 일체형 중계 안테나 시스템의 시뮬레이션 결과(a)는 전 대역(1.92 내지 2.5 GHz)에서 정재파비가 1.5:1이하로 나타났으며, 측정 결과(b) 또한 전 대역에서 정재파비가 1.5:1이하로 나타나는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 격리도 특성을 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 설계된 상기 일체형 중계 안테나 시스템의 격리도(isolation)는 시뮬레이션 결과(S1)와 측정 결과(T1)가 모두 80dB 이상으로 향상됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템은 정재파비(VSWR)와 격리도가 우수하여 다양한 대역에서 적용가능한 이점이 있다.

다음으로, 도 7a 내지 7h는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템에 구비된 도너 안테나 및 서비스 안테나의 방사패턴을 각각 E-plane과 H-plane에 대해 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 각각 주파수 대역별로 구분하여 나타낸 그래프이다.

구체적으로, 도 7a는 도너 안테나의 E-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이며, 도 7b는 도너 안테나의 H-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이고, 도 7c는 서비스 안테나의 E-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이며, 도 7d는 서비스 안테나의 H-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이다.

또한, 도 7e는 도너 안테나의 E-plane에 대한 측정 방사 패턴이며, 도 7f는 도너 안테나의 H-plane에 대한 측정 방사 패턴이고, 도 7g는 서비스 안테나의 E-plane에 대한 측정 방사 패턴이며, 도 7h는 서비스 안테나의 H-plane에 대한 측정 방사 패턴이다.

이에 대한 결과 값, 즉, 측정된 복사 패턴에 대한 반전력 빔폭(HPBW; half power beam width, 반치각)은 표로 제시한 표 1은 다음과 같다.

이다.

이에 제시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템은 방향성을 가지며, 상기 반전력 빔폭은 E-plane에서 상기 서비스 안테나 유닛(20)과 상기 도너 안테나 유닛(10)은 48도 내지 87도 사이의 값을 가지며, H-plane에서는 41도 내지 49도 사이의 값을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 안테나 이득 특성을 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 도너 안테나의 시뮬레이션된 이득과 측정 이득은 일부 차이가 있으나, 전대역에서 3.7dBi 이상인 값을 얻고 있는 것을 확인할 수 있으며, 서비스 안테나의 시뮬레이션된 이득과 측정 이득의 경우, 유사하게 전 대역에서 3.7dBi 이상인 것을 확인할 수 있다.

따라서, 안테나 이득과 반전력 빔폭 및 격리도를 살펴본 결과, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템은 WCDMA, Wibro, Wimax 대역에서 동작하는 광대역의 높은 격리도를 만족시킬 수 있는 효과가 있으며, 3.7dBi 이상의 안테나 이득과 안테나 방향성을 얻을 수 있는 이점이 있다.

본 실시예에서는 상기 도너 안테나유닛(10) 및 상기 서비스 안테나 유닛(20)이 T형 피드 라인(13, 23)으로 구비되고, 상기 T형 피드 라인(13, 23)에 상기 감쇄기(50)가 구비되는 것으로 제시하였지만, 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

예컨데, 상기 일체형 중계 안테나 시스템은 제 1 및 제 2안테나유닛(미도시)을 구비하되, 상기 제1 및 제2안테나 유닛은 지지부재(30)의 일면과 타면에 상호 대응되는 형상으로 가지고 상호 수직하도록 마련되고, 상기 제 1 및 제 2 안테나 유닛을 격리시키기 위하여 상기 지지부재(30)에 단면 형상이 U자 형상인 격리유닛(40)이 구비되고, 급전을 담당하는 피딩포인트(59)와 상기 제1 및 제 2안테나 유닛을 연결하는 3dB의 π 형 감쇄기(50)를 구비하여 광대역에 적용되는 상기 일체형 중계 안테나 시스템을 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

다만, 이 때, 상기 감쇄기(50)는 상술한 바와 같이, 300Ω 저항(51) 2개 및 18Ω 저항(52) 1개를 포함하여 전대역에서 임피던스 매칭 및 대역폭 향상의 특성을 가지도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 전면도이다.

도 2는 도 1의 도너 안테나 유닛의 후면을 도시한 평면도이다.

도 3은 도 1의 도너 안테나 유닛의 기생패치를 도시한 평면도이다.

도 4는 도 1의 일체형 중계 안테나 시스템의 측면을 도시한 측면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계 안테나 시스템의 정재파비(VSWR)의 실험결과를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 격리도 특성을 도시한 그래프이다.

도 7a는 도너 안테나의 E-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이다.

도 7b는 도너 안테나의 H-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이다.

도 7c는 서비스 안테나의 E-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이다.

도 7d는 서비스 안테나의 H-plane에 대한 시뮬레이션 방사 패턴이다.

도 7e는 도너 안테나의 E-plane에 대한 측정 방사 패턴이다.

도 7f는 도너 안테나의 H-plane에 대한 측정 방사 패턴이다.

도 7g는 서비스 안테나의 E-plane에 대한 측정 방사 패턴이다.

도 7h는 서비스 안테나의 H-plane에 대한 측정 방사 패턴이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템의 안테나 이득 특성을 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 중계 안테나 시스템에 구비된 감쇄기를 도시한 회로도이다.

도 10은 도 9의 감쇄기에 의한 전압정재파비(VSWR) 특성을 도시한 그래프이다.

도 11a는 감쇄기 위치에 따른 안테나 특성 중 전압정재파비를 도시한 그래프이다.

도 11b는 감쇄기 위치에 따른 안테나 특성 중 격리도를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 도너 안테나유닛 13: 도너 피드라인

15: 도너 L-프로브 피딩부 19: 도너 기생패치

20: 서비스 안테나유닛 23: 서비스 피드라인

25: 서비스 L-프로브 피딩부 29: 서비스 기생패치

30: 지지부재 40: 격리유닛

50: 감쇄기

Claims (13)

1. 동일한 구조로 형성되며, 기지국과 신호를 송수신하는 도너 안테나유닛 및 상기 도너 안테나유닛에 대해 90° 회전된 상태로 대응되도록 마련되어, 이동국과 신호를 송수신하는 서비스 안테나유닛;

   상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛 사이에서 이들을 지지하는 지지부재; 및

   상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 격리시키기 위해, 상기 지지부재에 마련되는 격리유닛;

   을 포함하고,

   상기 도너 안테나 유닛 및 상기 서비스 안테나 유닛은 차례대로 각각 T자 형상으로 형성되는 T형 도너 또는 서비스 피드라인을 포함하고, 상기 T형 도너 또는 서비스 피드라인은 급전을 담당하는 피딩포인트와 감쇄기로 연결되는 일체형 중계 안테나 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 감쇄기는 3dB 감쇄기인 것을 특징으로 하는 일체형 중계 안테나 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 감쇄기는 π형 구조로 형성되며, 300Ω 저항 2개 및 18Ω 저항 1개를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 격리유닛은,

   상기 지지부재에 대한 상기 도너 안테나유닛의 높이에 대응되는 높이로 상기 지지부재의 일면 테두리로부터 돌출되는 도너 격리벽; 및

   상기 지지부재에 대한 상기 서비스 안테나유닛의 높이에 대응되는 높이로 상기 지지부재의 타면 테두리로부터 돌출되는 서비스 격리벽;

   을 포함하고, 상기 도너 격리벽 및 상기 서비스 격리벽의 단면 형상은 U자 형상인 것을 특징으로 하는 일체형 중계 안테나 시스템.
5. 제3항에 있어서,

   상기 도너 안테나유닛은,

   상기 지지부재의 일면에 도너 접지층을 사이에 두고 적층 설치되는 제 1 도너 기판;

   상기 제 1 도너 기판의 도너 접지층에 마련되는 T형 도너 피드라인;

   상기 제 1 도너 기판에 적층되되, 상기 T형 도너 피드라인의 양 끝단에 대응하여 한 쌍으로 마련되는 제 2 도너 기판;

   상기 한 쌍의 제 2 도너 기판에 적층 마련되어 상기 도너 피드라인과 전기적 으로 연결되며, 도너 노치를 구비하는 한 쌍의 도너 L-프로브 피딩부;

   상기 도너 L-프로브 피딩부로부터 이격되어 적층되도록 마련된 제 3 도너 기판; 및

   상기 제 3 도너 기판상에 적층 마련된 도너 기생패치;

   를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템.
6. 제3항에 있어서,

   상기 서비스 안테나유닛은,

   상기 지지부재의 타면에 서비스 접지층을 사이에 두고 적층 설치되는 제 1 서비스 기판;

   상기 도너 피드라인에 대해 수직하도록 상기 제 1 서비스 기판의 서비스 접지층에 형성되는 T형 서비스 피드라인;

   상기 제 1 서비스 기판에 상기 제 2 도너 기판에 대해 수직하도록 적층되되, 상기 T형 서비스 피드라인의 양 끝단에 대응하여 한 쌍으로 마련되는 제 2 서비스 기판;

   상기 한 쌍의 제 2 서비스 기판에 적층 마련되어 상기 서비스 피드라인과 전기적으로 연결되며, 서비스 노치를 구비하는 한 쌍의 서비스 L-프로브 피딩부;

   상기 한 쌍의 서비스 L-프로브 피딩부로부터 이격되어 적층되도록 마련된 제 3 서비스 기판; 및

   상기 제 3 서비스 기판상에 적층 마련된 도너 기생패치;

   를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템.
7. 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도너 안테나 유닛 및 서비스 안테나유닛의 상기 지지부재에서 돌출된 높이는 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 일체형 중계 안테나 시스템.
8. 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 T형 도너 피드라인 및 상기 T형 서비스 피드라인은

   상기 피딩포인트와 연결되는 50Ω 피드 라인; 및

   λ/4 의 두께를 가지는 35Ω 피드 라인;

   을 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템.
9. 제8항에 있어서,

   상기 감쇄기는 상기 50Ω 피드 라인에 구비되고, 상기 35Ω 피드 라인으로부터 8.5mm 내지 13 mm의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 일체형 중계 안테나 시스템.
10. 지지부재의 일면과 타면에 상호 대응되는 형상을 가지고 상호 수직하도록 마련되는 제 1 및 제 2 안테나유닛; 및

    상기 제 1 및 제 2 안테나유닛을 격리시키기 위해, 상기 지지부재에 마련되 는 격리유닛; 및

    급전을 담당하는 피딩포인트와 상기 제 1및 제 2안테나 유닛을 연결하는 3dB의 π 형 감쇄기;

    를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템.
11. 알루미늄 지그를 준비하는 단계;

    상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 상호 대응되는 형상을 가지고 상호 수직하도록 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 마련하는 단계;

    상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛을 격리시키기 위한 U자 형상의 격리유닛을 마련하는 단계; 및

    상기 도너안테나 유닛 및 상기 서비스 안테나유닛과 피딩포인트 사이에 감쇄기를 마련하는 단계;

    를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 도너 안테나유닛과 서비스 안테나유닛 마련단계는,

    상기 알루미늄 지그의 일면과 타면에 접지층을 가지는 제 1 기판을 각각 적층시키는 단계;

    상기 접지층에 T형 피드라인을 형성하는 단계;

    상기 제 1 기판상에 한 쌍의 제 2 기판을 각각 적층시키는 단계;

    상기 제 2 기판의 상면에 L-프로브 피딩부를 상기 T형 피드라인과 전기적으로 연결되도록 형성시키는 단계;

    상기 제 2 기판으로부터 이격되어 적층되는 제 3 기판을 각각 마련하는 단계; 및

    상기 제 3 기판에 기생패치를 각각 적층시키는 단계;

    를 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템 제조방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 감쇄기를 마련하는 단계는

    상기 T형 피드라인과 상기 감쇄기를 연결하는 단계; 및

    상기 감쇄기와 상기 피딩포인트를 연결하는 단계;

    를 더 포함하는 일체형 중계 안테나 시스템 제조방법.

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