KR20120064951A - 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 및 안테나 어레이 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나는 일면에 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자가 형성되고, 타면에 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인이 형성된 제1피씨비 기판; 상기 제1피씨비 기판의 전단에 위치하며, 상기 다이폴 방사 소자와 대응되는 형상으로 패터닝된 도전성 금속 재질의 기생소자가 구비된 제2피씨비 기판; 및 상기 제2피씨비 기판이 상기 제1피씨비 기판과 이격되어 지지되도록 상기 제2피씨비 기판과 상기 제1피씨비 기판 사이에 개재되는 하나 이상의 지지부재를 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 의하면, 피씨비 기판을 이용한 간단한 구성을 이용하여 신호 특성을 향상시키는 구조를 용이하게 확장할 수 있는 다이폴 안테나를 구현할 수 있다.

Description

향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 및 안테나 어레이{Dipole antenna with enhanced direction and antenna array using it}

본 발명은 다이폴 안테나 및 이를 이용한 안테나 어레이에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다이폴 방사 소자의 신호 송수신 방향 전단에 상기 다이폴 방사 소자와 대응되는 형상의 기생소자를 구비시킴으로써 신호 송수신의 방향성을 개선시킬 수 있는 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 및 이를 이용한 안테나 어레이에 관한 것이다.

일반적으로 안테나는 무선 통신에서 소정 공간 영역으로 전파를 방사하거나 방사된 전파를 수신하는 매개체가 되는 요소로서 신호 송신 라인으로부터 입력된 전기적 신호를 전파 에너지로 변환하여 공간에 전파 빔으로 복사하는 역할과 외부에 존재하는 전파 에너지를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전력으로 변환하여 신호 수신 라인으로 출력하는 기능을 수행하는 매개체가 된다.

상기 안테나는 실시형태와 적용 스펙 등에 따라 다양한 제품군을 이루고 있는데, 그 중 다이폴 안테나(dipole antenna)는 개방된 형태의 도선에 교류가 인가될 때 전기력선이 축을 중심으로 대칭이 되도록 분포시키는 안테나 형태를 의미하며, 한쪽 패턴의 길이를 수신 대상 파장의 반 파장이 되도록 구성한다.

이러한 다이폴 안테나는 위성통신이나 셀룰러 폰 등의 기지국 송수신 신호에 주로 이용되며 이동 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 다양한 형태로 발전되고 있다.

다이폴 안테나는 사출, 프레스 가공에 의하거나 피씨비(PCB)기판의 패터닝 등을 통하여 제조되는데, 사출이나 프레스 가공에 의하여 제조되는 안테나는 그 구조가 복잡하고 추가적인 금속 고형물을 제조하여야 하므로 공정이 복잡하고 제조 단가가 높다는 단점을 가진다.

이에 반해, 피씨비 기판형은 기판 위에 금속성 스트립(strip) 패턴을 형성하는 방법이 채용되므로 간단한 프로세싱 공정에 의하여 제조될 수 있어 이러한 측면에서 상대적인 이점을 가질 수 있다. 그러나 상기 피씨비 기판의 패터닝을 통한 안테나 소자의 경우 안테나 특성을 개선 내지 강화하기 위한 부속 구성, 예를 들어 게인(gain) 특성 등의 향상을 위한 구성을 추가하는 것이 용이하지 않아 이와 같은 장치 확장성이 상대적으로 제한적일 수 있다는 단점을 가질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서 피씨비 기판형 안테나의 장점을 그대로 보유함과 동시에 송수신 신호의 게인 특성에 대한 튜닝을 더욱 효과적이고 자유롭게 조정할 수 있도록 하여 신호 송수신의 지향성을 더욱 높일 수 있는 안테나 및 이를 이용한 안테나 어레이를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 향상된 지향성의 다이폴 안테나는 일면에 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자가 형성되고, 타면에 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인이 형성된 제1피씨비 기판; 상기 제1피씨비 기판의 전단에 위치하며, 상기 다이폴 방사 소자와 대응되는 형상으로 패터닝된 도전성 금속 재질의 기생소자가 구비된 제2피씨비 기판; 및 상기 제2피씨비 기판이 상기 제1피씨비 기판과 이격되어 지지되도록 상기 제2피씨비 기판과 상기 제1피씨비 기판 사이에 개재되는 하나 이상의 지지부재를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 지지부재는 상기 제1피씨비 기판 또는 상기 제2피씨비 기판과 체결 가능한 구조로 결합될 수 있다.

본 발명의 더욱 바람직한 실시형태 구현을 위하여 상기 제2피씨비 기판의 전단에 위치하며, 일면에 상기 기생소자가 구비된 하나 이상의 서브 피씨비 기판을 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 어레이는 상기와 같은 구성으로 이루어지는 다이폴 안테나가 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 각각의 다이폴 안테나는 마름모 형태를 가지며 상호 인접되어 배열되도록 구성될 수 있다.

상기 본 발명에 의하면, 피씨비 기판형 안테나의 간단한 구조적 특징을 그대로 보유함과 동시에, 착탈 가능하게 다단식으로 기생소자 기판을 적층할 수 있어 실시 적용 형태에 따라 더욱 용이한 확장 가능성을 제공하고 이러한 구조를 통하여 신호 송수신에 대한 지향성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 창출할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 향상된 지향성을 가지는 안테나의 구조를 도시하고 있는 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 기생 소자 기판의 다양한 실시형태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 적층식 기생 소자 기판이 구비된 안테나를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 안테나 어레이의 구성을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나(이하 다이폴 안테나라 칭한다)(100)의 구성을 도시하고 있는 도면이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 다이폴 안테나(100)는 제1피씨비 기판(110), 제2피씨비 기판(120) 및 지지부재(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1피씨비 기판(110)의 일면에서는 다이폴 방사 소자(113)가 형성되는데, 상기 다이폴 방사 소자(113)는 통신 신호의 송수신 매체가 되는 요소로서 급전 라인(115)을 통하여 전달된 신호를 외계 공간에 전파 빔으로 방사하고, 외계 공간에 존재하는 전파 에너지를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전력으로 변환하여 급전 라인(115)으로 출력하는 기능을 수행하는 매개체가 된다. 도시되지는 않았으나, 상기 급전 라인(115)은 소정의 단말, 모듈 또는 시스템 등과 통신 가능하게 연결됨은 자명하다.

상기 제1피씨비 기판(110)의 일면에 형성된 다이폴 방사 소자(113)는 상기 제1피씨비 기판(110)의 타면에 형성된 급전 라인(115)과 전기적으로 연결되는데, 이러한 전기적 연결은 배선 구조, 케이블 등을 통하여 다양하게 연결될 수 있다.

다양한 전기적 연결에 대한 실시형태 중 피씨비 기저 기판(111)을 관통하는 접속홀(117) 구조를 통하여 피씨비 기판 일면의 상기 다이폴 방사 소자(113)과 타면의 급전 라인(115)이 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 피씨비 기판의 타면에 형성되는 상기 급전 라인(115)은 상기 다이폴 방사 소자의 패턴이나 특성에 따라 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 제2피씨비 기판(120)은 피씨비 기저 기판(121) 상에 전도성 금속 재질로 패터닝된 기생소자(123)가 구비되는데, 상기 기생소자(123)는 앞서 설명된 다이폴 방사 소자(113)와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 패터닝된다.

이와 같은 기생소자(123)는 상기 다이폴 방사 소자(113)의 신호 송수신 방향의 전단에 구비되어, 상기 다이폴 방사 소자(113)에서 방사되는 신호의 방향 지향성을 향상시키고, 안테나의 본질적 특성에 기인하여, 상기 다이폴 방사 소자(113)로 수신되는 신호의 수신 방향 지향성을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 송수신되는 신호 빔의 게인 특성을 향상시키게 된다.

상기 제1 및 제2피씨비 기판(110, 120)의 상호 이격된 물리적 지지를 위하여 상기 제1 및 제2피씨비 기판(110, 120) 사이에는 하나 이상의 지지부재(130)가 개재된다.

상기 지지부재(130)는 상기 제1 및 제2피씨비 기판(110, 120)과 체결 가능한 구조로 결합되는 것이 작업 용이성이나 장치 확장성을 높이는 차원에서 바람직한데, 하나의 바람직한 실시예로 제1 및 제2피씨비 기판(110, 120)에 형성된 결합홀(125)에 끼움 결합되는 형태는 물론 상기 결합홀(125)의 개재를 통하여 상기 지지부재(130)가 너트(127)에 의하여 결합되도록 구성할 수 있다.

앞서 설명된 제2피씨비 기판(120)은 제1피씨비 기판(110)의 다이폴 방사 소자의 신호 게인 특성을 향상시키는 기능을 수행하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 안테나 특성, 신호 환경, 통신 스펙 등에 따라 분리띠 형(도 2의 a), 연결띠 형(도2의 b) 또는 폐구조 사각형(도2의 c) 등 다양한 형태가 적용가능하다.

안테나에 의한 신호 송수신의 특성에 기초하여, 더 높은 지향성을 구현하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 기생소자의 역할을 수행하는 기판이 다단으로 적층될 수 있다. 즉, 상기 제2피씨비 기판(120)의 상단면으로 하나 이상의 서브(sub) 피씨비 기판(150)이 추가적으로 체결 가능하게 구비될 수 있다.

필요에 따라 상기 서브 피씨비 기판(150)의 적층 개수 등을 용이하게 적용하기 위하여 상기 서브 피씨비 기판(150) 또한, 착탈 내지 체결 가능한 구조에 의하여 상기 제2피씨비 기판과 결합 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 서브 피씨비 기판(150)의 일면에 앞서 설명된 기생소자(123)가 패터닝되어 있음은 물론이다.

상기 제2피씨비 기판(120)과 상기 서브 피씨비 기판(150)은 수행하는 기능이 실질적으로 동일하며, 다만, 놓여지는 위치에 따라서 상대적으로 각 구성을 구분하기 위하여 명칭만을 달리 지칭하고 있을 뿐이다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 다이폴 안테나 어레이(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 앞서 설명된 다이폴 안테나(210-1 등)가 복수 개 구비되는 어레이로서, 간섭(isolation) 특성을 더욱 향상시키기 위하여 상호 마름모 형태가 되도록 배열하는 것이 더욱 바람직하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 중요성 또는 우선순위 등을 절대적인 기준에서 구분하기 위하여 사용된 용어가 아님은 자명하다.

100 : 다이폴 안테나 110 : 제1피씨비 기판
111 : 피씨비 기저 기판 113 : 다이폴 방사 소자
115 : 급전 라인 117 : 접속홀
120 : 제2피씨비 기판 123 : 기생소자
130 : 지지부재 150 : 서브 피씨비 기판

Claims (5)

1. 일면에 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자가 형성되고, 타면에 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인이 형성된 제1피씨비 기판;
   상기 제1피씨비 기판의 전단에 위치하며, 상기 다이폴 방사 소자와 대응되는 형상으로 패터닝된 도전성 금속 재질의 기생소자가 구비된 제2피씨비 기판; 및
   상기 제2피씨비 기판이 상기 제1피씨비 기판과 이격되어 지지되도록 상기 제2피씨비 기판과 상기 제1피씨비 기판 사이에 개재되는 하나 이상의 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는,
   상기 제1피씨비 기판 또는 상기 제2피씨비 기판과 체결 가능한 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제2피씨비 기판의 전단에 위치하며, 일면에 상기 기생소자가 구비된 하나 이상의 서브 피씨비 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나.
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다이폴 안테나가 복수 개 구비된 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 어레이.
5. 제 4항에 있어서, 상기 복수 개로 구비되는 다이폴 안테나는 마름모형으로 상호 배열되는 것을 특징으로 하는 향상된 지향성을 가지는 다이폴 안테나 어레이.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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