KR20120086841A - 격리특성이 개선된 다중밴드 다이폴 소자 배열을 갖는 기지국 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 기지국 안테나는 반사면을 제공하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제1 방사소자 어레이; 상기 베이스 플레이트의 폭방향으로 상기 제1 방사소자 어레이로부터 이격되고, 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제2 방사소자 어레이; 및 상기 제1 방사소자 어레이와 제2 방사소자 어레이 사이에 설치된 격벽;을 포함하고, 상기 제1 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자가 상호 일대일 대응을 이루며 나란하게 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

격리특성이 개선된 다중밴드 다이폴 소자 배열을 갖는 기지국 안테나{Base station antenna structure having multi-band dipole element array improved in isolation-characteristics}

본 발명은 다이폴 소자가 배열된 기지국 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중밴드를 지원하면서도 다이폴 소자들 간에 격리특성을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 기지국 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 기지국 안테나는 RF신호를 공급하는 급전부와, RF신호를 자유공간으로 전파시키는 다이폴 형태의 방사소자와, 위상을 조절하여 빔 틸팅 등 방사패턴을 제어하는 위상천이기와, 상기 방사소자의 후면에 설치되는 도전성 반사판 등으로 구성된다.

기지국 안테나의 방사특성에 있어서 방사소자의 측면 및 후면을 향하는 사이드로브(Sidelobe)는 도전성 반사판에 의해 저감될 수 있다.

기지국 안테나의 방사특성을 향상시키기 위한 도전성 반사판의 구조를 제안하고 있는 기술문헌으로는 한국 공개특허 제1996-0036199호, 미국특허출원 제1999-230523호 등이 있다.

한국 공개특허 제1996-0036199호에서는 절곡된 반사기에 쵸크(Choke) 반사체를 부착하여 안테나 측면으로의 방사 에너지를 최소화한 것을 특징으로 하는 쵸크 반사기 안테나를 개시하고 있다. 절곡형 반사기를 갖는 안테나는 그 절곡 경사각에 따라 방사패턴이 조절될 수 있다. 하지만, 상기 절곡형 반사기를 갖는 안테나는 동작 주파수와는 무관하게 반사기가 절곡되는 구조로 인해 주파수 밴드에 걸맞는 격리특성을 제공하기가 용이하지 않은 취약점이 있다.

미국특허출원 제1999-230523호에서는 슬롯(Slot)이 형성된 측면 반사판이 다이폴 소자의 측면에 설치된 안테나 구조를 개시하고 있다. 측면 반사판에 형성된 슬롯은 안테나의 동작 주파수 간의 간섭을 방지하는 작용을 하게 된다. 상기 안테나 구조는 안테나의 동작 주파수에 대응하는 공진 주파수를 고려하여 슬롯이 설계되어야 한다. 따라서, MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)와 같은 다중 안테나 시스템이나 듀얼밴드 안테나의 구현시에는 슬롯의 위치와 크기 등에 대한 제약으로 인해 슬롯이 형성된 측면 반사판의 적용이 용이하지 않은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 하나의 베이스 플레이트 상에 다중밴드를 지원하는 방사소자들이 배열되고 동일 밴드에 속한 방사소자들을 상호 공간적, 전자기적으로 격리시키는 구조를 가진 기지국 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반사면을 제공하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제1 방사소자 어레이; 상기 베이스 플레이트의 폭방향으로 상기 제1 방사소자 어레이로부터 이격되고, 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제2 방사소자 어레이; 및 상기 제1 방사소자 어레이와 제2 방사소자 어레이 사이에 설치된 격벽;을 포함하고, 상기 제1 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자가 상호 일대일 대응을 이루며 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 기지국 안테나를 개시한다.

상기 제1 다이폴 소자와 제2 다이폴 소자는 서로 다른 규격을 갖는 사각 다이폴 소자인 것이 바람직하다.

상기 제1 방사소자 어레이에 속한 제1 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이에 속한 제1 다이폴 소자 간의 이격거리는 상기 제1 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하고, 상기 제1 방사소자 어레이에 속한 제2 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이에 속한 제2 다이폴 소자 간의 이격거리는 상기 제2 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하는 것이 바람직하다.

상기 격벽은 상기 베이스 플레이트의 평면 부분에 대하여 수직을 이루고, 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 연장된 도체 플레이트에 의해 형성될 수 있다.

상기 격벽에는 상기 제1 다이폴 소자와 제2 다이폴 소자에 각각 대응하도록 서로 다른 길이를 갖는 장공 형태의 슬롯들이 형성될 수 있다.

상기 슬롯은 그에 대응하는 다이폴 소자로부터 1/4 파장 거리에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 기지국 안테나는 이종 밴드의 전파를 방사하는 다이폴 소자들이 교호적으로 배열되고 상호 나란하게 배치된 다이폴 소자 간에는 격벽이 개재된 구조에 의해 격리 특성이 향상될 수 있는 장점이 있다.

또한, 격벽에는 각각의 다이폴 소자에 걸맞게 서로 다른 크기의 슬롯들이 형성되어 공진 특성을 제공하므로 상호 나란하게 배치된 다이폴 소자 간의 격리 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 적용시 다이폴 소자의 동작 주파수가 고려된 MIMO 안테나 시스템이나 듀얼밴드 안테나를 구현할 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 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국 안테나의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 평면도이다.

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 아니되며, 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 실시예에 따른 기지국 안테나의 구성을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국 안테나는 베이스 플레이트(100)와, 베이스 플레이트(100) 상에서 전체적으로 2열을 이루는 제1 방사소자 어레이(110) 및 제2 방사소자 어레이(120)와, 상기 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120) 사이에 설치된 격벽(130)을 포함한다. 본 발명의 변형예에 따르면 제1 방사소자 어레이(110), 제2 방사소자 어레이(120) 및 격벽(130)의 배열 구조가 베이스 플레이트(100)의 폭방향으로 반복되는 기지국 안테나가 제공될 수도 있다.

베이스 플레이트(100)는 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)를 후면에서 지지하는 동시에 송수신 전파를 반사하는 반사면을 제공한다. 베이스 플레이트(100)는 실질적으로 장방형 몸체를 갖는 것이 바람직하다.

제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)는 베이스 플레이트(100)의 길이방향으로 제1 다이폴 소자(115)와 제2 다이폴 소자(116)가 교호적으로 배열됨으로써 형성된다. 베이스 플레이트(100)의 폭방향을 기준으로 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)는 상호 이격되게 배치된다. 또한, 제1 방사소자 어레이(110)의 제1 다이폴 소자(115)는 제2 방사소자 어레이(120)의 제1 다이폴 소자(115)와 나란하게 위치하여 일대일 대응되고, 제1 방사소자 어레이(110)의 제2 다이폴 소자(116)는 제2 방사소자 어레이(120)의 제2 다이폴 소자(116)와 나란하게 위치하여 일대일 대응된다.

제1 다이폴 소자(115)는 제1 밴드의 방사기능을 제공하고, 제2 다이폴 소자(116)는 상기 제1 밴드와는 다른 제2 밴드의 방사기능을 제공한다. 여기서, 제1 밴드와 제2 밴드로는 통상의 이동통신시스템에서 표준화되어 있는 주파수 밴드들이 채용될 수 있으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제1 다이폴 소자(115)와 제2 다이폴 소자(116)로는 서로 다른 규격을 갖는 사각 다이폴 소자가 채용된다. 사각 다이폴 소자는 사각의 인쇄회로기판(115a,116a) 상에 상호 교차하는 제1 다이폴 방사 패턴(115b,116b)과 제2 다이폴 방사 패턴(115c,116c)이 형성된 소자로서 이득 특성과 지향성이 우수한 장점이 있다. 도면에 도시된 바와 같이 제1 다이폴 소자(115)에 비해 제2 다이폴 소자(116)가 상대적으로 작은 규격을 구성되는 경우 제2 다이폴 소자(116)는 제1 다이폴 소자(115)에 비해 상대적으로 높은 주파수 영역에서 동작하게 된다.

격벽(130)은 베이스 플레이트(100)의 평면 부분에 대하여 수직을 이루고, 베이스 플레이트(100)의 길이방향을 따라 연장된 스트립(Strip) 형태의 도체 플레이트에 의해 형성된다.

격벽(130)에는 제1 다이폴 소자(115)와 제2 다이폴 소자(116)에 각각 대응하도록 서로 다른 길이의 장공 구조를 갖는 제1 슬롯(131) 및 제2 슬롯(132)이 교호적으로 형성된다. 제1 슬롯(131) 및 제2 슬롯(132)은 격벽(130)의 길이방향으로 연장되고 그 길이는 각각 제1 다이폴 소자(115)와 제2 다이폴 소자(116)의 동작 주파수에 대응하는 공진 조건을 만족해야 한다. 공진 조건의 만족시 다이폴 소자(115,116)에서 방사된 전파는 제1 슬롯(131) 및 제2 슬롯(132)을 투과하지 못하고 전기적으로 격리되므로 인접한 동종 다이폴 소자들 간의 측면 방사가 차단될 수 있다.

제1 방사소자 어레이(110)에 속한 제1 다이폴 소자(115)와 상기 제2 방사소자 어레이(120)에 속한 제1 다이폴 소자(115) 간의 이격거리(D)는 제1 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 베이스 플레이트(100)의 폭방향으로 상호 나란하게 배치된 제1 다이폴 소자(115)들 간의 이격거리(D)는 0.5 λ₁ ( λ₁ : 제1 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장)으로 설계되는 것이 바람직하다. 이와 마찬가지로, 제1 방사소자 어레이(110)에 속한 제2 다이폴 소자(116)와 제2 방사소자 어레이(120)에 속한 제2 다이폴 소자(116) 간의 이격거리(d)는 제2 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 베이스 플레이트(100)의 폭방향으로 상호 나란하게 배치된 제2 다이폴 소자(116)들 간의 이격거리(d)는 0.5 λ₂ ( λ₂ : 제2 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장)로 설계되는 것이 바람직하다.

공진 조건을 만족시키기 위하여 제1 슬롯(131)은 그에 대응하여 양측에 각각 위치하는 제1 다이폴 소자(115)로부터 1/4 파장( = 0.25 λ₁ )의 거리만큼 이격되고, 제2 슬롯(132)은 그에 대응하여 양측에 각각 위치하는 제2 다이폴 소자(116)로부터 1/4 파장( = 0.25 λ₂ )의 거리만큼 이격되는 것이 바람직하다. 이를 위해 격벽(130)은 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)의 중간지점에 위치하도록 베이스 플레이트(100)에 마련되어야 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 기지국 안테나는 급전시 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)에 의해 다중밴드의 전파를 방사한다. 제1 방사소자 어레이(110)와 제2 방사소자 어레이(120)는 각각 제1 다이폴 소자(115)와 제2 다이폴 소자(116)가 베이스 플레이트(100)의 길이방향을 따라 교호적으로 배열된 구조를 가지므로 동종 다이폴 소자 간의 상호간섭이 억제될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(100)의 폭방향으로 나란하게 일대일 대응하는 동종 다이폴 소자들은 격벽(130)에 형성된 슬롯에 의해 전기적 격리되므로 측면방사에 의한 다이폴 소자 간 간섭현상이 효과적으로 제거될 수 있다.

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.

100: 베이스 플레이트 110: 제1 방사소자 어레이
115: 제1 다이폴 소자 116: 제2 다이폴 소자
120: 제2 방사소자 어레이 130: 격벽
131: 제1 슬롯 132: 제2 슬롯

Claims (6)

1. 다이폴 소자의 배열구조를 갖는 기지국 안테나에 있어서,
   반사면을 제공하는 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제1 방사소자 어레이;
   상기 베이스 플레이트의 폭방향으로 상기 제1 방사소자 어레이로부터 이격되고, 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 제1 밴드의 방사기능을 제공하는 제1 다이폴 소자와 제2 밴드의 방사기능을 제공하는 제2 다이폴 소자가 교호적으로 배열된 제2 방사소자 어레이; 및
   상기 제1 방사소자 어레이와 제2 방사소자 어레이 사이에 설치된 격벽;을 포함하고,
   상기 제1 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이의 제1 다이폴 소자 및 제2 다이폴 소자가 상호 일대일 대응을 이루며 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 다이폴 소자와 제2 다이폴 소자는 서로 다른 규격을 갖는 사각 다이폴 소자인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 방사소자 어레이에 속한 제1 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이에 속한 제1 다이폴 소자 간의 이격거리는 상기 제1 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하고,
   상기 제1 방사소자 어레이에 속한 제2 다이폴 소자와 상기 제2 방사소자 어레이에 속한 제2 다이폴 소자 간의 이격거리는 상기 제2 밴드의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/2을 만족하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 격벽은 상기 베이스 플레이트의 평면 부분에 대하여 수직을 이루고, 상기 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 연장된 도체 플레이트에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
5. 제4항에 있어서,
   상기 격벽에는 상기 제1 다이폴 소자와 제2 다이폴 소자에 각각 대응하도록 서로 다른 길이를 갖는 장공 형태의 슬롯들이 형성된 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
6. 제5항에 있어서,
   상기 슬롯은 그에 대응하는 다이폴 소자로부터 1/4 파장 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.

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