KR20120040256A - 안테나 시스템과 안테나용 커넥터 - Google Patents

안테나 시스템과 안테나용 커넥터 Download PDF

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지미 디. 그레이
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짐 디. 그레이 앤드 어소시에이츠, 아이엔시.
찰스 티. 램
존 브리츠만
지미 디. 그레이
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Abstract

본 발명은 GPS(global positioning system)와 위성전화기 안테나와 이런 안테나 시스템에 관한 것으로, RF 안테나를 전자기기에 연결하기 위한 커넥터에 있어서: 베이스; RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및 베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함하는 커넥터를 제공한다. 본 발명은 또한, RF 안테나; RF 안테나를 연결해 사용하기 위한 전자기기; 및 커넥터;를 포함하고, 커넥터는 베이스; RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및 베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함하는 안테나 시스템도 제공한다.

Description

안테나 시스템과 안테나용 커넥터{ANTENNA SYSTEM AND CONNECTOR FOR ANTENNA}
본 발명은 안테나 및 안테나 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 GPS(global positioning system)와 위성전화기 안테나와 이런 안테나 시스템에 관한 것이다.
종래의 안테나는 자체 피드팬을 통해 직접 회로기판에 결합되는데, 이때 회로기판의 패드에 납땜되기도 한다. 안테나를 설치할 때, 납땜을 하는 동안 피드핀을 제대로 정렬시키도록 안테나를 제위치에 고정하기가 상당히 곤란했다. 또, 납땜이 된 피드핀 자체가 회로기판에 안테나를 고정하기 위한 유일한 수단인데, 이런 피드핀은 파손이나 휘어지기 쉽다.
본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 극복하는 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이와 같은 목적 달성을 위해, RF 안테나를 전자기기에 연결하기 위한 커넥터에 있어서: 베이스; RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및 베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함하는 커넥터를 제공한다.
이 연결구조는 아래 ⒜, ⒝, ⒞ 중의 적어도 하나로 이루어지는바 : ⒜ 베이스에서 돌출하고, 사이사이로 전자기기의 일부분을 맞물려 끼울 수 있도록 떨어져 있는 장착부재들; ⒝ 전자기기에 형성된 구멍 안에 끼워지는 연결핀들; 및 ⒞ 나사식 커넥터이다. 또, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 베이스의 중심에 형성될 수도 있다. 또, 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분이 전도체로 이루어져 RF 안테나와 전기적 연결을 이루고; 연결구조의 적어도 일부분이 전도체로 이루어져 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분과 전기적 연결을 이룰 수 있다.
또, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 상기 베이스의 중심에 형성되고; 연결구조가 베이스에서 돌출한 한쌍의 이격된 장착부재로 이루어지며, 이런 장착부재의 사이로 전자기기의 일부분을 끼워맞물 수 있고, 장착부재들의 안쪽면들이 상기 개구부의 중심을 지나는 커넥터의 중심선의 한쪽에 위치할 수도 있다.
또, 커넥터가 전자기기의 회로기판의 단부에 결합되는 단부장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선이 회로기판의 평면에 평행하거나; 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 표면에 장칙되는 표면장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선에 회로기판에 수직일 수도 있다.
한편, 커넥터가 DC 신호를 차단하는 DC 차단기를 더 포함할 수도 있다. 이런 커넥터가 커넥터핀과 접지판 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 커넥터는 SMA, SSMA, TNC, MCS MMCS 및 SMB 커넥터들 중의 적어도 하나이다.
본 발명은 안테나 시스템도 포함한다. 이런 안테나 시스템은 RF 안테나; RF 안테나를 연결해 사용하기 위한 전자기기; 및 커넥터;를 포함하고, 커넥터는, 베이스; RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및 베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함한다.
본 발명의 안테나 시스템에서, 연결구조는 아래 ⒜, ⒝, ⒞ 중의 적어도 하나로 이루어지는바 : ⒜ 상기 베이스에서 돌출하고, 사이사이로 전자기기의 일부분을 맞물려 끼울 수 있도록 떨어져 있는 장착부재들; ⒝ 전자기기에 형성된 구멍 안에 끼워지는 연결핀들; 및 ⒞ 나사식 커넥터이다.
경우에 따라서, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 베이스의 중심에 형성될 수도 있다. 또, 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분이 전도체로 이루어져 RF 안테나와 전기적 연결을 이루고; 연결구조의 적어도 일부분이 전도체로 이루어져 상기 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분과 전기적 연결을 이룰 수도 있다.
또, 이런 안테나 시스템에서, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 베이스의 중심에 형성되고; 연결구조가 베이스에서 돌출한 한쌍의 이격된 장착부재로 이루어지며, 이런 장착부재의 사이로 전자기기의 일부분을 끼워맞물 수 있고, 장착부재들의 안쪽면들이 상기 개구부의 중심을 지나는 커넥터의 중심선의 한쪽에 위치할 수 있다.
이 커넥터는 전자기기의 회로기판의 단부에 결합되는 단부장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선이 회로기판의 평면에 평행하거나; 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 표면에 장칙되는 표면장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선에 회로기판에 수직일 수 있다.
또, 커넥터가 DC 신호를 차단하는 DC 차단기를 더 포함할 수 있다. 또, 커넥터가 커넥터핀과 접지판 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이런 커넥터는 SMA, SSMA, TNC, MCS MMCS 및 SMB 커넥터들 중의 적어도 하나이다.
도 1은 커넥터와 같이 사용되는 안테나의 분리사시도;
도 2는 도 1의 안테나 커넥터의 좌측면도;
도 3은 도 1의 커넥터의 저면도;
도 4는 도 1의 커넥터의 평면도;
도 5는 도 1의 안테나 장치의 조립상태의 정면도;
도 6은 커넥터 다리가 어긋나있는 것을 보여주는 단부장착식 안테나 커넥터의 다른 예의 평면도;
도 7은 도 6의 커넥터의 정면도;
도 8은 도 6의 커넥터의 저면도;
도 9는 커넥터의 돌출핀을 채택한 표면장착식 안테나 커넥터를 갖춘 안테나 장치의 다른 예의 전개사시도;
도 10은 도 9의 커넥터의 평면도;
도 11은 커네겉핀과 표면 돌출패드를 채택한 안테나 커넥터의 좌측면도;
도 12는 도 11의 커넥터의 저면도;
도 13은 수 SMA형 안테나커넥터의 단면도;
도 14는 도 13의 안테나커넥터의 정면도;
도 15는 암 SMA형 안테나커넥터의 단면도;
도 16은 도 15의 안테나커넥터의 정면도;
도 17은 커넥터의 커넥터핀 안에 DC 차단기를 설치한 안테나 커넥터의 측단면도;
도 18은 커넥터의 칼라 안에 DC 차단기를 설치한 안테나 커넥터의 측단면도;
도 19는 비원형 안테나가 커넥터의 칼라 안에 끼워진 접지판을 갖는 안테나커넥터의 평면도;
도 20은 도 19의 커넥터에 사용되는 피드핀이 달린 직사각형 패치안테나의 사시도;
도 21은 도 19의 커넥터에 사용되는 표면장착 패드가 달린 직사각형 패치안테나의 저면도.
본 발명은 커넥터를 이용한 안테나 시스템에 관한 것으로, 이 커넥터는 무선주파수를 송수신하는 전자기기의 PCB와 같은 각종 구조물과 안테나의 연결에 사용된다. 커넥터는 특히 200HHz 이상의 고주파 안테나 시스템들을 연결하는데 사용된다. 이런 커넥터와 안테나 시스템은 GPS 장치나 이리듐 위성장치에 사용되는 위성전화기에서 무선신호를 송수신하는데 사용될 수 있지만, 다른 시스템에도 응용될 수 있다.
GPS 장치는 보통 1000~2000 MHz 범위의 주파수에서 동작하고, 위성전화기는 1500~2500 MHz 범위의 고주파에서 동작한다. 커넥터와 안테나 시스템이 GPS 장치와 위성전화기에 사용되는 것을 예로들어 설명하지만, 비슷한 주파수는 물론 다른 주파수에서 동작하는 안테나나 안테나시스템을 이용하는 장치는 어떤 것에도 적용될 수 있다.
도 1은 커넥터와 같이 사용되는 안테나(10)의 분리사시도이다. 이 안테나(10)는 QHA(quadrifilar helical antenna)로서, GPS나 위성전화기에 사용되고, 그 구조도 업계에 널리 알려진 것이다. 이런 안테나가 미국특허 6,552,693, 7,439,934 및 7,528,796에 소개되었다. 당업자라면 알 수 있겠지만, 이런 구조의 안테나는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명의 안테나는 다른 구조와 다른 형상의 안테나에도 적용될 수 있다.
도시된 안테나(10)는 본체(12)의 단면이 원통형인 QHA 안테나이다. 안테나(10)의 표면에는 2개 이상의 나선형 필라(14)가 배치되는데, 이들 필라는 구리와 같은 전도체로 이루어지고 코어(16)를 둘러싸는데, 이 코어는 세라믹이나 다른 유전체로 이루어진다. 도시된 QHA 안테나의 경우 필라(14)가 4개이다.
코어(16)의 중심에는 피드핀(18; feed pin)이 축방향으로 뻗어있는데, 피드핀의 일부분은 절연 슬리브(20)로 둘러싸이고, 본체(12)의 단부(22)에서 돌출한다. 이 피드핀(18)은 안테나를 사용할 기기의 회로에 안테나(10)를 전기적으로 연결하는데 사용된다.
본체(12) 말단부를 둘러싸는 슬리브 형태의 접지도체(24)가 필라(14)에 연결된다. 본체(12)의 단부면에 돌출한 한쌍의 핀(26)은 피드핀(18)의 양쪽에 각각 배치된다. 이들 핀(26)은 안테나가사용되는 기기의 접지회로, 예컨대 회로기핀(28)에 안테나(10)를 연결하는데 사용된다. 그러나, 경우에 따라서는 커넥터의 구조 때문에 이런 핀(26)을 배제할 수도 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
커넥터(30)는 안테나(10)에 사용되는 것으로 도시되었다. 커넥터(30)의 일부분이나 전체는 각종 도전 금속이나 합금과 같은 전도체(예; 구리, 황동, 니켈, 크롬, 금 등)로 이루어지거나, 전도체로 도금되고 나머지 부분은 부도체나 전도체로 이루어질 수 있다. 즉, 커넥터의 표면만 전도체로 도금되고 나머지 부분은 부도체로 이루어지는 것도 가능하다. 경우에 따라서는, 커넥터(30)를 금이나 니켈이나 다른 금속으로 도금이나 코팅할 수 있다. 이런 코팅 두께는 1~10㎛이지만, 3~6㎛이 바람직하고, 3.5~5.5㎛이면 더 바람직하다. 일례로, 황동 표면에 금을 5㎛ 두께로 도금한 것을 커넥터(30)로 사용할 수 있다. 금속도금을 하면 도전율은 증가하고, 부식은 방지되며, 납땜 성능이 좋아진다. 커넥터(30)는 일체로 성형되거나 금형되지만, 경우에 따라서는 여러 부분으로 제작되어 조립될 수도 있다. 도 1의 경우, 커넥터(30)는 회로기판(28)의 가장자리에 안테나(10)를 설치하기 위한 용도로 도시되었는데, 여기서 커넥터(30)와 안테나(10)의 종축선은 회로기판(28) 표면에 평행하다. 커넥터(30)에 제공된 평평하고 원형인 베이스(32)는 중앙에 개구부(34)가 있고, 이런 개구부는 베이스와 동심이면서 원형이다. 물론 이 개구부(34)는 원형이 아니고 동심도 아닐 수 있지만, 기능상 안테나(10)의 피드핀(18)이나 다른 부분을 끼울 수 있어야 한다. 베이스(32)의 원주면에서 위로 뻗은 원통형 벽(36)은 커넥터(30)의 칼라를 형성한다. 베이스(32)와 칼라(36)의 형상과 구성은 원통형 안테나(10)의 말단부를 억지끼워맞춤하되, 이때 안테나의 피드핀(18)이 개구부(34) 밖으로 돌출하도록 해야 한다.
도 2~3에서 알 수 있듯이, 베이스(32)의 밑면에서 장착부재로서 다리(38,40)가 돌출한다. 도시된 실시예에서는 중앙 개구부(34)의 양쪽에 다리(38,40)가 각각 한쌍씩 배치되어 있고, 단면은 직사각형이며 평행하게 마주보는 면은 평면이지만, 다른 형상이나 구성을 취하는 것도 가능하다. 도시된 다리(38,40)는 개구부(34) 양쪽에서 서로 떨어져 있되, 다리(38)와 다리(40)가 서로 마주보도록 정렬되어있다. 다리(38,40) 사이의 간격은 안테나를 설치할 회로기판(28)이나 다른 구조물을 끼울 수 있을 정도로 한다. 예컨대, RF 안테나에 많이 사용되는 두께 0.031인치나 0.062 인치의 회로기판을 억지끼워맞춤할 정도의 간격을 취할 수 있다.
커넥터(30)의 저면도인 도 3에서 보듯이, 다리(38)의 안쪽면은 개구부(34)의 중심을 지나는 커넥터의 중심선(42)에 바로 인접해있거나 중심선 가까이 정렬되어 있다. 다리(38)의 안쪽면은 중심선보다 약간 밑에 있을 수도 있다. 이렇게 하면 회로기판에 설치했을 때, 피드핀(18)이 회로기판(28) 표면에 배치된 패드(44)나 안테나 시스템의 다른 구조와 정확히 정렬될 정도로 다리가 약간 어긋나게 배치된다. 한편, 안테나(10)의 피드핀(18)이나 다른 접점들의 정렬을 위해, 다리(38)의 안쪽면을 중심선과 일치시키거나, 중심선 위나 아래에 놓을 수도 있다.
도 5는 베이스(32)와 칼라(36)로 이루어진 홈 안에 안테나 본체(12)의 말단부를 끼운 상태의 측면도이다. 베이스(32)와 칼라(36)는 모두 도체이기 때문에 접지도체(24) 및 접지 핀(26)과 전기적 연결을 이룬다. 경우에 따라, 접지핀(26)은 휘어져 안테나 본체(12)의 말단부와 같은 높이를 이루거나, 다리(38,40)를 통해 회로기판(28)에 접지도체(24)를 연결하기 때문에 핀(26)이 없을 수도 있는데, 이에 대해서는 후술한다. 안테나 본체(12)는 커넥터(30)에 납땜되거나, RF 도전접착제를 이용해 접착되거나 억지끼워맞춤 등의 방식으로 커넥터에 고정된다.
도 5와 같이 커넥터(30)의 2 다리(38,40)를 회로기판(28)의 끝에 끼워 안테나(10)와 커넥터(30)를 회로기판(28)에 효과적으로 설치한다. 설치가 끝나면, 다리(38,40)가 회로기판(28)의 접지패드(26,48)와 겹쳐지거나 접촉된다. 마찬가지로, 피드핀(18)도 패드(44)와 정렬되어 전기연결을 이룬다. 다리(40)는 납땜이나 다른 방식으로 패드(46,48)에 연결된다. 마찬가지로 피드핀(18)도 납땜이나 다른 방식으로 패드(44)에 연결된다.
커넥터(30)의 다리(38,40)는 회로기판(28)과 안테나(10)의 결합과 고정을 촉진하는 것으로, 종래의 방법에 비해 혁신적인 개선을 이룬다. 배경기술에서 설명한 것처럼, 종래의 안테나들은 피드핀(18)이나 접지핀(26)을 통해 회로기판에 직접 결합되는데, 이때 회로기판의 패드에 납땜되거나 억지끼워맞춤으로 커넥터가 회로기판에 결합된다. 커넥터(30)가 없다면 안테나를 고정하여 피드핀들을 제대로 정렬상태로 유지하기가 곤란한 경우가 흔했다. 또, 납땜의 경우 핀(18)과 핀(26)은 안테나를 제자리에 붙잡아두는 역할만을 하기 때문에 휘어지가나 파손될 우려가 높았다. 커넥터(30)의 사용으로, 피드핀(18)이나 핀(26)에 스트레스를 가하지 않고도 안테나를 제자리에 쉽게 붙잡하둘 수 있는 안정되고도 실질적인 결합수단으로서 다리(38,40)를 사용할 수 있게되었다. 또, 커넥터(30)의 다리는 회로기판의 접지회로와의 전기접속을 가능케하고, 전기적 결합을 위한 접촉면적도 훨씬 더 커지게된다. 이때문에 안테나에서 접지핀(26)이 불필요하기도 하다. 다리(38,40)는 종래의 안테나 시스템의 접지핀(26)처럼 쉽게 휘어지거나 파손되지 않는다.
커넥터(30)의 베이스(32)와 칼라(36)가 안테나의 효율을 높이는 추가 접지판을 제공함이 밝혀졌다. 시험에 의하면 커넥터가 없는 동일한 안테나에 비해 신호대 잡음비가 증가됨이 밝혀졌다.
도 6~8은 다른 예의 커넥터(50)의 저면도들이다. 이 커넥터(50)는 전술한 커넥터(30)와 비슷하게 끝에 연결하는 커넥터로서, 비슷한 요소에는 같은 부호를 붙여 표시한다. 이 커넥터(50)는 한쌍의 다리(38,40) 중의 2개의 다리(38)가 다른 2개의 다리(40)보다 더 벌어져 있다는 점에서 커넥터(30)와 다르다. 경우에 따라서는 다리(40)의 간격이 더 넓을 수도 있다. 다리(38,40)의 간격을 다르게 할 수도 있다. 다리(38,40)의 안쪽면들은 커넥터(30)와 마찬가지로 중심선과 같거나 그보다 약간 밑에 위치한다. 이 커넥터(50)의 설치와 용도는 커넥터(30)와 같다.
도 9~12는 안테나(54)에 사용할 다른 커넥터(52)를 보여준다. 안테나(54)는 안테나(10)와 비슷하므로, 비슷한 요소에는 같은 번호를 붙여 표시한다. 마찬가지로, 커넥터(52)도 커넥터(30,50)와 구성이 비슷하므로, 같은 요소는 같은 번호로 표시한다. 이 커넥터(52)는 관통공을 통해 회로기판(56)에 안테나를 설치하는 관통공 커넥터나 SMT 패드에 설치하는 표면설치식 커넥터이다. 도시된 실시예의 커넥터(52)는 종축선이 회로기판(56)과 직각을 이룬다.
케넥터(52)는 중심에 개구부(34)가 뚫린 베이스(32)와 칼라(36)를 갖고있어, 커넥터(30)와 같은 구성이다. 베이스(32) 밑면에는 연결핀(58)이 돌출하는데, 그 갯수는 하나 이상이다. 도시된 실시예에서는 4개의 연결핀(58)이 커넥터(52)의 종축선에 평행하게 등간격으로 배치되어있다. 이들 핀(58)은 도체로 이루어지고, 회로기판(56)에 형성된 표면설치식 패드(61)의 구멍(60)에 끼워지는 크기와 구성을 갖는다. 연결핀(58)은 갯수를 달리할 수 있다. 패드(61)에 맞물리는 연결핀(58)은 베이스(32)에서 돌출한 길이가 더 짧을 수도 있고, 패드(61)와의 결합을 용이하게 하기 위해 단면적이 더 클 수도 있다. 경우에 따라서는, 연결핀들을 더 작게할 수도 있다. 도 11~12의 커넥터(52)는 패드(61)와의 결합을 더 용이하게 하기 위해 짧은 돌출패드(59)를 채택하고, 돌출패드에 형성된 연결핀(58)이 구멍에 끼워지도록 한다. 한편, 짧은 연결핀(58)을 없애고 표면적이 큰 돌출패드(59)만을 사용해 패드(61)에 결합할 수도 있다. 또는, 돌출패드(59) 없이 연결핀(58)만을 사용할 수도 있다. 연결핀(58)이나 돌출패드(59)는 회로기판(56)에 납땜으로 고정될 수 있다.
또, 안테나(54)에서 커넥터(52)의 중심 개구부(34)를 통해 돌출한 피드핀(18)을 끼우거나 연결하기 위한 패드나 구멍(62)을 회로기판(56)에 배치할 수 있다. 칼라(36)에 안테나(54)를 끼우면, 핀(58)이 구멍(60)에 들어가, 피드핀(18)이 구멍(62)에 맞춰져 끼워진다. 회로기판의 구멍들(60,62)은 전도체로 이루어지거나 도금되어 핀(58)과 연결된다. 도시된 실시예에서는, 안테나(10)의 접지핀(26)과 같은 접지핀들이 없어도 되는데, 이는 안테나(54)의 접지도체(24)가 커넥터(52)의 핀(58)을 통해 전기접속을 하기 때문이다.
도 13, 14는 RF 안테나 커넥터(70)의 다른 예의 단면도와 사시도이다. 이 커넥터(70)는 수 SMA 커넥터로서, 상부(72)는 전술한 커넥터(30)와 비슷하게 구성되고 평평한 원형 베이스(74)를 구비한다. 베이스(74)의 원주부에서 위로 뻗은 원통형 벽(76)이 커넥터(70)의 칼라를 이룬다. 베이스(74)와 칼라(76)는 전술한 원형 안테나(10)의 말단부를 억지끼워맞춤할 정도의 크기와 구성을 갖는다. 안테나(10)의 피드핀(18)을 끼울 개구부(78)가 베이스(74) 중심에 형성된다.
커넥터970)의 하부는 암 SMA 커넥터로 구성된다. SMA 커넥터 부분의 원통형 외벽(82)은 베이스(74)나 칼라(76)를 통해 상부(72)에 연결되고, 베이스(74)와 칼라(76)를 이루는 재료와 이어져 일체로 형성될 수도 있다. 상하부(72,80)는 폭이나 직경이 같은 것이 보통이지만, 다를 수도 있다. 경우에 따라서는, 하부(80)를 별도로 형성하여 용접이나 다른 결합방식으로 상부(72)에 연결할 수도 있다. 또는, 하부(80)를 상부(72)에 대해 돌려서 회전시켜 결합할 수도 있다. 이 경우, 상부(72)를 고정시킨채 도시되지 않은 수 커넥터에 커넥터(70)를 쉽게 조이거나 풀 수 있다.
하부(80)의 외벽 중간구간(84)에는 유전체(86)나 절연체 몸체를 삽입한다. 이 유전체(86)는 PTFE(polytetrafluoroethylene) 등의 적당한 유전체로 이루어진다. 중간구간(84)의 외면을 너트면(87)으로 형성하거나 거칠게 하여 렌치 등의 도구나 손으로 커넥터(70)를 조이거나 풀기 쉽도록 한다.
외벽(82)의 하부구간에는 암나사(90)가 형성되고, 이런 암나사는 대응 수 커넥터와 맞물린다.
커넥터(70)의 중앙에 배치된 커넥터핀(92)은 전도체로 이루어지는데, 커넥터핀의 상단부는 베이스의 중심 개구부(78) 안에 들어가 이 개구부 밑에 위치한다. 필요하면, 커넥터핀(92)의 외부를 절연 슬리브(도시 안됨)로 감쌀 수 있다. 커넥터핀(92)의 상단부에는 안테나(10)의 피드핀(18)을 끼우기 위한 구멍(94)을 형성한다. 커넥터핀의 상부는 유전체(86) 안에 끼워지고, 하부는 외벽(82)의 하부구간(88)과 동축관계를 이룬다. 커넥터핀(92)의 하단부는 구멍이 없이 속이 찬 구조로서 암 SMA 소켓(도시 안됨)에 맞물려 전기연결을 하는 수 SMA 커넥터의 플러그 역할을 한다.
도 15~16은 암 SMA 커넥터 역할을 하는 또다른 RF 안테나 커넥터(100)의 단면도와 사시도이다. 이 커넥터(100)는 수 SMA 커넥터(70)와 비슷하고, 상부(102)는 전술한 커넥터(30)와 같은 부분에 같은 번호로 표시된다. 상부(102)에 평평하고 원형의 베이스(104)가 달려있다. 베이스(104)의 원주부에서 위로 뻗는 원통형 외벽(106)이 커넥터(100)의 칼라를 이룬다. 베이스(104)와 칼라(106)는 전술한 안테나(10)와 같은 안테나의 말단부를 억지끼워맞춤할 정도의 크기와 구성을 갖는다. 베이스(104)의 중심에 형성된 개구부(108)에 안테나(10)의 피드핀(18)을 끼운다.
커넥터(100)의 하부(110)는 암 SMA 커넥터 역할을 하고, 하부의 원통형 외벽(112)은 베이스(104)나 칼라(106)를 통해 상부(102)에 연결되고, 베이스(104)와 칼라(106)를 이루는 재료와 이어져 일체로 형성될 수도 있다. 상하부(102,110)는 폭이나 직경이 같은 것이 보통이지만, 다를 수도 있다. 경우에 따라서는, 하부(110)를 별도로 형성하여 용접이나 다른 결합방식으로 상부(102)에 연결할 수도 있다. 또는, 하부(110)를 상부(102)에 대해 돌려서 회전시켜 결합할 수도 있다. 이 경우, 상부(102)를 고정시킨채 도시되지 않은 수 커넥터에 커넥터(100)를 쉽게 조이거나 풀 수 있다.
하부(110)의 외벽 중간구간(114)의 외면을 너트면(118)으로 형성하거나 거칠게 하여 렌치 등의 도구나 손으로 커넥터(100)를 조이거나 풀기 쉽도록 한다(도 16 참조).
하부(110)의 내부에 절연체나 유전체(116)를 끼우는데, 이 유전체는 커넥터(70)에서 설명한 유전체(86)와 같거나 비슷하다.
외벽(112)의 하부구간(120)에는 암 SMA 커넥터에 많이 사용되는 수나사(122)가 형성되어, 대응 수 SMA 커넥터의 암나사와 나사결합한다.
커넥터(100)의 중심에 커넥터핀(124)이 위치한다(도 15 참조). 이 커넥터핀(124)는 전도체로 이루어지고, 커넥터핀의 상단부는 베이스(104)의 중심 개구부(108) 안에 들어가거나, 중심 개구부(108) 바로 밑에 위치한다. 필요하면 커넥터핀(124)의 외부를 절연 슬리브(도시 안됨)로 감쌀 수 있다. 커넥터핀(124)의 상단부에는 안테나(10)의 피드핀(18)을 끼우기 위한 구멍(126)이 형성된다. 컨게터핀은 유전체(116)로 감싸인다. 커넥터핀(124)의 하단부에도 일반 암 SMA 커넥터와 마찬가지로 수 SMA 핀이나 플러그를 끼워 전기연결을 하기위한 구멍(128)이 형성된다.
도 16의 커넥터(100)에서는 안테나(10)가 커넥터(100)의 칼라(106)에 끼워진다. 안테나(10)를 둘러싸는 속빈 플라스틱 커버(129)가 칼라(106)에 결합된다. 칼라(106)의 외면(130)의 전체나 일부분에 널링(knurling)이나 나사산이나 기타 요철을 형성할 수 있다. 이렇게 되면 커버(129)와 커넥터(100)의 결합이 견고해진다. 널링이나 요철형 칼라(106) 외면은 단단한 결합을 촉진하는데, 이때 접착제를 보조로 사용할 수도 있다. 외면(130)이 요철면으로 할 때 나사산이나 환형 스냅이나 요홈을 형성하여, 커버(120) 아랫부분의 내부에 형성된 대응 나사산이나 환형 스냅홈이나 링에 맞물리도록 할 수 있다.
이상 설명한 것과 비슷한 구성의 다른 종류의 커넥터를 구성할 수 있다. 베이스(32)와 칼라(36)와 같이 커넥터핀(92,124)와 같은 중간 커넥터핀을 이용하거나 이용하지 않고 중심 개구부를 갖는 기본 디자인을 활용해, 여러가지 다른 커넥터들을 구성할 수 있다. 예컨대, SSMA, TNC, MCX, MMCX, 기타 RF 동축 커넥터와 같은 커넥터들을 구성할 수 있다.
이상 설명한 모든 커넥터에 DC 차단기를 설치할 수 있다. 도 18은 전술한 커넥터(30)와 비슷한 다른 커넥터(140)의 단면도이다. DC 차단기(142)는 칼라(36)에 끼워져 베이스(32) 위에 놓이는 구조를 갖는다. 커넥터(140)에 결합되는 안테나의 피드핀을 끼울 소켓(146)을 갖는 커넥터핀(144)이 기판(142)에 형성된다. DC 차단기에 커넥터(140)가 달려있거나, 안테나를 커넥터에 결합할 때 DC 차단기를 추가할 수 있다. 다른 구성의 DC 차단기나 커패시터를 본 발명의 커넥터에 설치할 수 있다.
도 19는 커넥터(30)와 비슷한 또다른 커넥터(150)의 저면도이다. 이 커넥터(150)는 도 20과 도 21의 정사각형이나 직사각형 패치 안테나(152,154)와 같은 비원형 RF 안테나에 사용된다. 안테나(152)는 피드핀(156)을 이용하고, 안테나(154)는 표면설치 패드(158)를 이용해 전기접속을 한다. 커넥터(150)는 원형 베이스(32)와 칼라(36)를 이용해 원형안테나와 비원형 안테나를 둘다 사용할 수 있는 크기와 구성을 갖거나, 원형이 아닌 정사각형이나 직사각형 베이스와 칼라만을 사용하는 크기와 구성을 가질 수 있다. 물론, 다각형과 같은 다른 비원형 칼라와 베이스도 사용할 수 있다. 본 발명의 안테나 커넥터들은 여러 프랙탈 안테나를 고정하는데 사용될 수 있다.
이 커넥터(150)는 접지면(153)을 이용한다. 접지면은 구리호일과 같은 전도체층으로서, 베이스(32)의 밑면에 결합되어, 커넥터에 연결된 RF 안테나에 RF 신호를 반사하도록 한다.
이상 설명한 커넥터들은 안테나를 고정할 수 있는 어떤 크기도 가질 수 있는데, 예를 들면 커넥터의 베이스의 직경이나 폭은 5~40 mm 정도이거나 50mm 이상이고, 칼라의 높이는 2~10mm 정도일 수 있는데, 이런 크기에 한정되지도 않는다. 패치 안테나의 경우 원통형 안테나보다 베이스의 폭을 크게해야 한다.
다음은 본 발명의 실시예를 설명한다.
실시예
커넥터가 달린 것과 달리지 않은 동일한 리시버 모듈에 사용된 GPS 안테나를 RF 수신용으로 테스트했다. 사용된 리시버는 스위스 Thalwil 소재 u-blox사에서 판매하는 u-blox LEA-4H 시리즈 리시버 모듈이었다. GPS 안테나는 우원형편파를 갖는 Sarantel Geohelix P2 안테나였다. 이 안테나는 1603MHz±60MHz 범위의 시험주파수, -2.8dB의 이득, 50오옴의 저항을 가졌다. 사용된 커넥터는 도 1~5에 도시된 종류의 커넥터(30)로서, 베이스의 직경은 11.6mm이고, 중심 개구부는 5.5mm 직경이며, 칼라의 높이는 2.25mm이고, 칼라의 두께는 1mm 정도였다. 다리는 두께 0.5mm, 폭 1mm, 길이 6mm 정도였다. 커넥터는 황동 표면에 금을 5㎛ 두께로 도금한 것이다.
2세트를 테스트했는데, 각 세트마다 커넥터를 사용해 리시버모듈에 결합한 안테나와 커넥터 없이 리시버모듈에 결합한 안테나를 사용했다. 커넥터를 사용한 경우, 커넥터의 다리를 리시버모듈의 양쪽의 접지판에 납땜했는데, 이때 안테나의 피드핀이 중심 개구부를 통해 돌출하여 리시버모듈에 납땜되었다. 커넥터를 사용하지 않은 경우, 안테나의 피드핀과 접지핀을 리시버모듈에 직접 납땜했다. 이어서, 동일한 RF 필드에서 양쪽 안테나에 대해 나란히 테스트를 동시에 실시했고, 아래 표 1은 그 결과를 보여준다.
커넥터 사용 모든 위성의
평균
신호대잡음 비(dB)
판독된
위성수		 잠긴 위성의
평균
신호대잡음 비(dB)
잠긴
위성수
테스트 세트1 35.00 6 38.40 5
테스트 세트2 40.22 9 40.71 7
커넥터 불사용
테스트 세트1 34.57 7 37.20 5
테스트 세트2 36.44 9 38.67 6

Claims (18)

  1. RF 안테나를 전자기기에 연결하기 위한 커넥터에 있어서:
    베이스;
    RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및
    베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결구조가 아래 ⒜, ⒝, ⒞ 중의 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커넥터.
    ⒜ 상기 베이스에서 돌출하고, 사이사이로 전자기기의 일부분을 맞물려 끼울 수 있도록 떨어져 있는 장착부재들;
    ⒝ 전자기기에 형성된 구멍 안에 끼워지는 연결핀들; 및
    ⒞ 나사식 커넥터.
  3. 제1항에 있어서, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 상기 베이스의 중심에 형성된 것을 특징으로 하는 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분이 전도체로 이루어져 RF 안테나와 전기적 연결을 이루고;
    상기 연결구조의 적어도 일부분이 전도체로 이루어져 상기 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분과 전기적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 상기 베이스의 중심에 형성되고;
    상기 연결구조가 베이스에서 돌출한 한쌍의 이격된 장착부재로 이루어지며, 이런 장착부재의 사이로 전자기기의 일부분을 끼워맞물 수 있고, 장착부재들의 안쪽면들이 상기 개구부의 중심을 지나는 커넥터의 중심선의 한쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 단부에 결합되는 단부장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선이 회로기판의 평면에 평행하거나; 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 표면에 장칙되는 표면장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선에 회로기판에 수직인 것을 특징으로 하는 커넥터.
  7. 제1항에 있어서, DC 신호를 차단하는 DC 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  8. 제1항에 있어서, 커넥터핀과 접지판 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 커넥터가 SMA, SSMA, TNC, MCS MMCS 및 SMB 커넥터들 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 커넥터.
  10. RF 안테나;
    RF 안테나를 연결해 사용하기 위한 전자기기; 및
    커넥터;를 포함하고,
    상기 커넥터는,
    베이스;
    RF 안테나를 끼워 연결하기 위한 칼라; 및
    베이스에서 연장하여 전자기기에 맞물려, 전자기기에 안테나를 연결하기 위한 연결구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연결구조가 아래 ⒜, ⒝, ⒞ 중의 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
    ⒜ 상기 베이스에서 돌출하고, 사이사이로 전자기기의 일부분을 맞물려 끼울 수 있도록 떨어져 있는 장착부재들;
    ⒝ 전자기기에 형성된 구멍 안에 끼워지는 연결핀들; 및
    ⒞ 나사식 커넥터.
  12. 제10항에 있어서, RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 상기 베이스의 중심에 형성된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분이 전도체로 이루어져 RF 안테나와 전기적 연결을 이루고;
    상기 연결구조의 적어도 일부분이 전도체로 이루어져 상기 베이스와 칼라 중의 적어도 하나의 일부분과 전기적 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    RF 안테나의 피드핀이 통과하는 개구부가 상기 베이스의 중심에 형성되고;
    상기 연결구조가 베이스에서 돌출한 한쌍의 이격된 장착부재로 이루어지며, 이런 장착부재의 사이로 전자기기의 일부분을 끼워맞물 수 있고, 장착부재들의 안쪽면들이 상기 개구부의 중심을 지나는 커넥터의 중심선의 한쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 단부에 결합되는 단부장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선이 회로기판의 평면에 평행하거나; 상기 커넥터가 전자기기의 회로기판의 표면에 장칙되는 표면장착식 커넥터로서, RF 안테나의 종축선에 회로기판에 수직인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 커넥터가 DC 신호를 차단하는 DC 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 커넥터가 커넥터핀과 접지판 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 커넥터가 SMA, SSMA, TNC, MCS MMCS 및 SMB 커넥터들 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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