KR20140007391A - 광대역 이중 편파 안테나 - Google Patents

광대역 이중 편파 안테나 Download PDF

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Abstract

광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자; 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자의 수직축에 대략 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 반사기; 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 대해 대략 동심으로 배열된 복수의 수평 편파 방사 소자로서, 상기 수평 편파 방사 소자의 각각은 상기 수직축에 대략 수직이고 상기 수직축을 따른 방향으로 상기 제1 평면으로부터 오프셋되어 있는 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 상기 복수의 수평 편파 방사 소자; 및 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자 및 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 피드 배열부를 포함하는 안테나가 제공되어 있다.

Description

광대역 이중 편파 안테나{BROADBAND DUAL-POLARIZED ANTENNA}
본 발명은 일반적으로 안테나에 관한 것이고 보다 구체적으로 무선 통신용 이중 편파 안테나에 관한 것이다.
다음의 공보는 당업계 현 상태를 보여주는 것으로 생각된다:
'New Design of Horizontally Polarized and Dual-Polarized Uni-Planar Conical Beam Antennas for HYPERLAN', N. J. McEwan et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 51(2), 2003;
'Wide-Band Low-Profile Conical Beam Antenna with Horizontal Polarization for Indoor Wireless Communication', K. M. Luk et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 8, 2009;
'Notch Wire Composite Antenna for Polarization Diversity Reception', K. Nobuhiro et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, June 1998;
'Dual Polarized Omnidirectional Array Element for MIMO Systems', A. N. Gonzalez, KTH Signals, Sensors and Systems, 2005.
'Shorted Magneto-Electric Dipole with J-Shaped Strip Feed', Z. Y. Zhang et. al., Progress In Electromagnetics Research Letters, 12, 2009;
'Dual Polarized Omnidirectional Antenna', D. Skaufel, Master's Degree Project, KTH Signals, Sensors and Systems, 2005;
'Dual-Polarized Omnidirectional Planar Slot Antenna for WLAN Applications', A. Ezzeldin et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53 (9), 2005;
'Wideband E Plane Omnidirectional Antenna', M. Hanqing et. al., 7th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory, 2006;
'Horizontally Polarized Omnidirectional Printed Antenna for WLAN Applications', C. C. Lin et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 54 (11), 2006;
'2.4GHz Omni-directional Horizontally Polarized Planar Printed Antenna for WLAN Applications', C. C. Lin et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2003;
'Broadband Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna With Simple Feeds', B. Wu et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 8, 2009;
'Dual-Polarized Antenna with Pattern Diversity', S. Yang et. al., IEEE Antennas and Propagation Magazine, 6, 2008;
'Wide Band Coplanar Waveguide-Fed Monopole Antenna', J. Kim et. al., Proceedings of EuCap, 2006;
'Conical-Beam Horizontally Polarized Cross-Slot Antenna', I. Shtrikman et. al., 3rd International Conference on Computational Electromagnetics and Its Applications, 2004;
'Design of Very Wide-band Linear-Polarized Antennas', E. Antonino et. al., Journnes International Sur Antennas, 2004;
'Wide-Band Planar Monopole Antennas', N. Prasad, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 46(2), 1998;
'Wide-Band Slot Antenna Design Employing A Fictitious Short Circuit Concept', N. Behdad et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53, 2005;
'Microstrip-Fed Ultra- Wideband Slot Antenna', M Leib et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009;
'Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances', E. Gueguen et. al., IEEE International Conference on Ultra- Wideband, 2005;
'Windmill-shaped Loop Antenna for Polarization Diversity', D. S. Kim et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2007;
'Wideband Slot Antenna for WLAN Access Points', C. R. Medeiros et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 9, 2010;
'Reseau d'antennes a 6 capteurs en diversite de polarisation', P. Brachat et. al., 13th International Symposium on Antennas, 2004;
'The Effect of Antenna Orientation and Polarization on MIMO Capacity', A. N. Gonzalez, et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2005;
'High Performance UWB Planar Antenna Design', K. Wong, CONVERGE -Applications Workshop for High-Performance Design, 2005;
U.S. Patents: 4,814,777; 5,760,750; 5,940,048; 6,034,649; 6,259,418; 6,281,849; 6,404,396; 6,518,929; 6,529,172; 6,573,876; 6,741,210; 6,693,600; 6,980,166; 6,980,167; 7,064,725; 7,006,047; 7,023,396; 7,027,004; 7,091,907; 7,138,952; 7,283,101; 7,405,710; and 7,688,273; 및
U.S. Published Application Nos.: 2006/0232490; 2006/0232489; 2008/0030418; and 2010/0097286
본 발명의 목적은 특히 다중입력 다중출력(MIMO) 성능에 적합한 새로운 소형 광대역 이중 편파 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자; 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자의 수직축에 대략 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 반사기; 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 대해 대략 동심으로 배열된 복수의 수평 편파 방사 소자로서, 상기 수평 편파 방사 소자의 각각은 상기 수직축에 대략 수직이고 상기 수직축을 따른 방향으로 상기 제1 평면으로부터 오프셋되어 있는 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 상기 복수의 수평 편파 방사 소자; 및 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자 및 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 피드(feed) 배열부를 포함하는 안테나가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 코니컬 방사 소자를 포함하고 있다.
상기 코니컬 방사 소자는 상부 도전성 원통형 소자 및 하부 도전성 코니컬 소자를 포함하고, 상부 도전성 원통형 소자 및 하부 도전성 코니컬 소자는 내부 스페이서 소자 및 외부 지지 스탠드에 의해 일부 중첩되는 구성으로 유지되는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 직립 다중 분기된 구조를 포함하고 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 방사 소자의 어레이를 포함하고 있다.
상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 수평 편파 다이폴의 어레이를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수평 편파 다이폴의 어레이는 정방형 구성으로 배열된 4개의 다이폴을 포함하는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 수평 편파 루프 방사 소자의 어레이를 포함하고 있다.
상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 수직인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 수직 편파 코니컬 전방향 빔을 방사한다.
상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 코니컬 전방향 빔을 방사하는 것이 바람직하다.
상기 수직 편파 코니컬 전방향 빔 및 수평 편파 코니컬 전방향 빔의 편파는 상호 직교하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 반사기는 접지면을 포함하고 있다.
상기 반사기는 평면인 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 반사기는 비평면이다.
상기 반사기는 반전된 피라미드 구성을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 피드 배열부는 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 제1 포트 및 상기 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 제2 포트를 포함하고 있다.
상기 제1 포트는 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제2 포트는 상기 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하는 공통 피드 네트워크에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 피드 네트워크는 마이크로스트립 라인을 포함하는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 피드 네트워크는 동축 케이블을 포함하고 있다.
상기 피드 네트워크는 다평면 피드 네트워크를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 복수의 광대역 수평 편파 방사 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 대해 대략 동심으로 배열된 제2 복수의 수평 편파 방사 소자를 더 포함하고, 상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 대략 수직인 제3 평면에 돌출부를 갖고 있고, 상기 제3 평면은 상기 수직축에 따른 방향으로 상기 제1 평면과 제2 평면으로부터 오프셋되어 있다.
상기 안테나는 다중대역 안테나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 방사 소자의 어레이를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 다이폴을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 수직인 것이 바람직하다.
본 발명은 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1에 도시된 타입의 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입의 안테나 내의 수직 편파 방사 소자의 방사 패턴의 방위각 컷 및 2개의 엘리베이션 컷을 각각 도시하는 단순화된 그래프이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입의 안테나 내의 수평 편파 방사 소자의 방사 패턴의 방위각 컷 및 2개의 엘리베이션 컷을 각각 도시하는 단순화된 그래프이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입의 안테나 내의 수평 편파 방사 소자의 반사 손실 및 수직 편파 방사 소자의 반사 손실 및 그 사이의 아이솔레이션을 각각 도시하는 단순화된 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 도면인 도 1에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나(100)가 제공되어 있다. 안테나(100)는 실내형 안테나인 것이 바람직하고 특히 천장(102)에 장착되도록 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 대안으로 안테나(100)는 안테나(100)의 동작 필요에 따라, 다양한 실내 및/실외 표면에 장착되도록 구성될 수 있다.
확대도(104)에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 안테나(100)는 예를 들어, 광대역 수직 편파 코니컬 모노폴 방사 소자(106)로서 여기에 구현된 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자를 포함하고 있다. 예를 들어, 4개의 수평 편파 다이폴(108)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자는 모노폴(106)에 대해 대략 동심으로 배열되어 있다.
따라서, 안테나(100)는 수직 편파 모노폴(106) 및 수평 편파 다이폴(108)의 어레이의 동시 각 동작에 의해, 수직 및 수평 편파 무선 주파수(RF) 신호를 동시에 방사할 수 있는 이중 편파 안테나를 구성한다는 것을 알 수 있다. 이들의 상호 직교인 편파로 인해, 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이는 비상관되어, MIMO 적용에 매우 적합한 안테나(100)를 만들 수 있다.
모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이의 구조 및 배열은 단지 예일 뿐이고 수직 편파 모노폴 방사 소자 및 수평 편파 방사 소자의 다양한 다른 실시예 및 배열이, 이후에 설명되는 바와 같이, 가능하다는 것을 알 수 있다.
모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이는 반사기(112)의 상면(110)에 배치되는 것이 바람직하고, 이러한 반사기(112)는 안테나(100)의 접지면을 형성하는 것이 바람직하다. 반사기(112)의 존재는 본 발명의 바람직한 실시예의 특별한 특징이고 안테나(100)의 동작에 있어 몇가지 상당한 장점을 생성한다.
반사기(112)의 크기, 모양 및 위치는 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이 모두의 방사 패턴을 제어하는 기능을 한다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 반사기(112)는 모노폴(106)에 대해 배열되어 있어서 모노폴(106)의 수직축(114)에 대략 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있다. 도 1에 도시된 안테나의 실시예에서, 예를 들어, 반사기(112)는 모노폴(106)의 수직축(114)에 수직인 평면을 형성하는 평면 소자인 것으로 도시되어 있다.
다이폴(108)의 어레이는 각 다이폴이 모노폴 방사 소자(106)의 수직축(114)에 대략 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖고 있고 제2 평면은 모노폴(106)의 수직축(114)을 따른 방향으로 반사기(112)에 의해 형성된 평면으로부터 오프셋되어 있는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 안테나의 실시예에서, 예를 들어, 다이폴(108)의 어레이는 모노폴(106)의 수직축(114)에 수직으로 배치되고 반사기(112)에 의해 형성된 평면에 대해 상승된 직립 다이폴 구조를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이에 대한 상술된 반사기(112)의 배열로 인해 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이에 의한 코니컬, 전방향 방사 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 방사 패턴은 도면에 표시된 RF 빔(116)에 의해 표시된 바와 같이 천장 장착형 안테나로서 전개되기에 특히 적합한 안테나(100)를 만든다. 또한, 유사한 방사 패턴을 갖는 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이의 결과로, 안테나(100)는 그 동작 환경에 걸쳐 평형이 양호한 수평 및 수직 편파 빔 커버리지를 제공한다.
모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이의 방사 패턴에 영향을 주는 것과 더불어, 반사기(112)는 또한 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이 사이의 표류 RF 방사선을 흡수하는 기능을 하여 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이 사이의 아이솔레이션을 향상시킨다.
또한, 반사기(112)의 존재는 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이의 이들의 주변으로부터의 아이솔레이션을 향상시켜서 안테나(100)의 물리적 그리고 전기적 외부 영향에 대한 취약성을 감소시킨다.
모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이의 평형의, 코니컬, 전방향 그리고 절연 양호한 빔 패턴으로 인해, 안테나(100)는 높은 RF 데이터 처리율 및 최소 페이딩 및 산란 효과로 사용자(118, 120, 122)와 같은 다수의 사용자를 도울 수 있다. 또한, 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이가 반사기(112)에 의해 형성된 단일 플랫폼 위에 서로 근방에 장착되기 때문에 안테나(100)는 종래의 MIMO 안테나에 비교하여 극히 소형이고 비교적 단순하고 제조 비용이 저렴하다. 안테나(100)의 수평 크기는 반사기(112)에 대해 다이폴(108)의 어레이의 편평하기 보다는 직립된 배열에 의해 감소되어 보다 유리하다.
안테나(100)의 동작에서, 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이에는 피드 배열부에 의해 전력공급된다. 모노폴(106)은 제1 포트(도시되지 않음)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하고 다이폴(108)의 어레이는 제2 포트(도시되지 않음)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 및 제2 입력 포트는 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이가 위치되는 것이 바람직한 표면(110)의 반대의, 반사기(112)의 아래에 위치되는 것이 바람직하다. 모노폴(106)과 다이폴(108)의 어레이가 전력공급되는 것이 바람직한 피드 배열부에 대해서는 도 2a 내지 도 2c에서 보다 상세하게 아래에 설명되어 있다.
안테나(100)는 옵션으로 레이돔(124)에 의해 수용될 수 있고, 이러한 레이돔(124)은 미학적 기능과 보호적 기능을 모두 갖는 것이 바람직하다. 레이돔(124)은 안테나(100)의 바람직한 방사 패턴을 왜곡시키지 않는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다.
이제, 도 1에 도시된 타입의 안테나의 단순화된 사시도, 평면도 및 단면도인 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 대해 설명한다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 안테나(100)는 수평 편파 다이폴(108)에 의해 동심을 갖고 둘러싸여 있고 반사기(12)의 상면(110) 위에 위치된 수직 편파 코니컬 모노폴 방사 소자(106)를 포함하고 있다. 도 2c에 가장 분명하게 도시된 바와 같이, 반사기(112)는 모노폴(106)의 수직축(114)에 수직인 제1 평면에 있다.
모노폴(106)은 바람직하게는 상부 도전성 원통형 소자(200) 및 하부 도전성 코니컬 소자(202)를 포함하는 것이 바람직한 광대역 코니컬 모노폴인 것이 바람직하다. 원통형 소자(200) 및 코니컬 소자(202)는 도 2c에 가장 분명하게 도시된 바와 같이 내부 절연 스페이서 소자(204) 및 외부 지지 절연 스탠드(206)에 의해 일부 중첩되는 구성으로 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 모노폴(106)의 도시된 실시예는 단지 예일 뿐이고 다양한 다른 광대역 모노폴 방사 소자가 가능하고 본 발명에 포함되어 있다는 것을 이해해야 한다. 다이폴(108)의 어레이는 도 2b에 가장 분명하게 도시된 바와 같이, 모노폴(106)을 둘러싸는 정방형 구성으로 배열된 4개의 다이폴(208, 210, 212, 214)을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 모노폴(106)에 대해 다이폴(108)의 어레이의 다른 대략 동심의 배열이 대안으로 가능하다는 것을 이해해야 한다. 도 2C에 가장 도시된 바와 같이, 각 다이폴(208, 210, 212, 214)의 각각은 모노폴(106)의 수직축(114)에 수직이고 수직축(114)을 따른 방향으로 반사기(112)에 의해 형성된 제1 평면에 대해 상승된 제2 평면에 있다.
안테나(100)의 동작에서, 모노폴(106)은 제1 피드 포트(216)에 의해 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 제1 피드 포트(216)는 도 2c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 반사기(112)에 형성된 애퍼처(218)에 의해 코니컬 소자(202)에 전기 접속되는 것이 바람직하다.
다이폴(108)의 어레이는 제2 피드 포트(220)에 의해 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 제2 피드 포트(220)에서 수신된 수평 편파 RF 신호는 공통 피드 네트워크(222)를 통해 각 다이폴(208, 210, 212, 214)의 각각에 전달되는데, 이러한 공통 피드 네트워크(222)는 절연 기판(224) 위에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2bdp 가장 잘 도시된 바와 같이, 공통 피드 네트워크(222)는 다이폴(208)을 여기시키기는 제1 피드 브랜치(226), 다이폴(210)을 여기시키는 제2 피드 브랜치(228), 다이폴(212)을 여기시키는 제3 피드 브랜치(230) 및 다이폴(214)을 여기시키는 제2 피드 브랜치(232)를 포함하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(222)의 피드 브랜치(226, 228, 230, 232)의 각각은 도 2b 및 도 2c의 피드 브랜치(226, 228)의 경우에 보이는 개방 단부 후크 형상의 구조로 각 상응하는 다이폴의 베이스에서 단말처리되는 것이 바람직하다. 이러한 피드 구조는 단지 예일 뿐이고 피드 네트워크(222)는 이후에 설명되는 바와 같이, 다이폴(108)의 어레이에 전력공급하도록 구성된 다른 구성으로 단말처리될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 피드 네트워크(222)는 반사기(112)에 의해 형성된 제1 평면에 그리고 그에 수직인 부분을 갖는 것이 바람직한 다평면 피드 네트워크이다. 이러한 피드 네트워크(222)의 다평면 구조는 본 발명의 바람직한 실시예의 특별한 특징이고, 보통 평면 피드 네트워크를 사용하는 종래의 MIMO 안테나에 대해 본 발명의 안테나를 구별시킨다. 피드 네트워크(222)의 다평면 구성은 다이폴(108)의 어레이와 동일한 평면에 있는 피드 네트워크의 존재로 인해 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이 사이에 생성되는 간섭을 최소화함으로써 모노폴(106) 및 다이폴(108)의 어레이 사이의 아이솔레이션을 최적화한다.
공통 피드 네트워크(222)에 의한 각 개별적인 다이폴(208, 210, 212, 214)의 전력 공급은 본 발명의 바람직한 실시예의 다른 특별한 특징이다. 이러한 공통 피드 네트워크를 사용함으로써 다이폴(108)의 어레이는 각 다이폴(208, 210, 212, 214)의 각각이 동위상 신호를 수신하기 때문에 고유의 광대역 성능을 가질 수 있다.
피드 네트워크(222)는 마이크로스트립 라인으로 형성되는 것이 바람직하다. 대안으로, 피드 네트워크(222)는 예를 들어, 동축 케이블을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 적합한 전송 라인으로 형성될 수 있다.
다수의 구멍(234)은 도 1에 도시된 천장(102)과 같은 지지 표면에 반사기(212)에 잘 부착하도록 반사기(212)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(234)은 또한 도 1에 도시된 레이돔(124)과 같은 레이돔을 안테나(100)에 선택 부착하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 사시도, 평면도 및 단면도인 도 3a 내지 도 3c에 대해 이제 설명한다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 안테나(300)가 제공된다. 안테나(300)는 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자(306) 및 예를 들어, 모노폴(306)에 대해 동심으로 배열된 4개의 수평 편파 다이폴(308)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하고 있다. 모노폴(306) 및 다이폴(308)의 어레이는 반사기(312)의 상면(310) 위에 위치되는 것이 바람직하다.
도 3c에 가잘 도시된 바와 같이, 반사기(312)는 모노폴(306)의 수직축(314)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고, 다이폴(308)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(314)에 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고, 제2 평면은 수직축(314)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴(306)은 제1 피드 포트(316)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직한데, 이러한 제1 피드 포트(316)는 반사기(312)에 형성된 애퍼처(318)에 의해 모노폴(306)의 베이스에 전기 접속되는 것이 바람직하다. 다이폴(308)의 어레이는 제2 피드 포트(320)l에서 수평 편파 RF 이력 신호를 수신하는 것이 바람직한데, 이러한 RF 신호는 공통 피드 네트워크(322)를 통해 다이폴(308)의 어레이의 각 다이폴에 전달되어 다이폴(308)의 어레이에 고유 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(322)는 절연 기판(324)의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
다수의 구멍(326)은 천장과 같은 지지 표면에 반사기(312)가 부착되도록 돕기 위해 반사기(312)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(326)은 또한 레이돔을 안테나(300)에 옵션으로 부착하기 위해 사용될 수 있다.
안테나(300)는 또한 절연 기판(324)에 인쇄되는 것이 바람직한 인쇄 필터(328)를 옵션으로 포함하고 있다. 필터(328)과 같은 필터의 사용은 당업계에 주지되어 있고, 모노폴(306) 및 다이폴(308)의 어레이 사이를 통과하는 방사선의 원치않는 주파수를 여과함으로써 모노폴(306) 및 다이폴(308)의 어레이 사이의 아이솔레이션을 향상시키는 기능을 한다.
안테나(300)는 모노폴(306)의 구조를 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(100)와 유사할 수 있다는 것이 이해된다. 안테나(100)에서는 모노폴(106)이 광대역 코니컬 모노폴로서 구현되는 것이 바람직하지만, 안테나(300)에서는 모노폴(306)이 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 좁은 풋프린트를 갖는 것이 유리한 광대역 직립 정교하게 분기된 구조로서 구현되는 것이 바람직하다. 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 각각 도시된 코니컬 및 분기된 모노폴은 단지 예일 뿐이고 다양한 다른 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자 역시 가능하다.
또한, 안테나(300)는 옵션으로 피드 네트워크(322)의 구성에서 안테나(100)와 상이할 수 있다. 안테나(100)에서 피드 네트워크(222)를 형성하는 마이크로스트립 라인이 개방 단부 후크 형상 구성에서 각 다이폴의 바로 아래에 단말처리되는 것이 바람직하지만, 안테나(300)에서는 피드 네트워크(322)를 형성하는 마이크로스트립 라인이 각 다이폴로 뻗어서 다이폴(308)의 어레이에 직접 전력공급하는 것이 바람직하다. 그러나, 피드 네트워크(322)의 도시된 구성은 단지 예일 뿐이고 당업계에 공지된 다른 피드 배열부 역시 가능하다는 것을 이해해야 한다.
안테나(300)의 다른 특징 및 장점은 대략 안테나(100)에 대해 상술된 바와 같고, 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 코니컬, 전방향 그리고 비상관된 수직 및 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다.
이제, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도인 도 4a 내지 도 4c에 설명한다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 안테나(400)이 제공된다. 안테나(400)는 광대역 수직 편파 분기된 모노폴 방사 소자(406) 및, 예를 들어, 모노폴(406)에 대해 동심으로 배열되고 4개의 수평 편파 다이폴(408)로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하고 있다. 모노폴(406) 및 다이폴(408)의 어레이는 반사기(412)의 상면(410) 위에 위치되는 것이 바람직하다.
도 4c에 가장 도시된 바와 같이, 반사기(412)는 모노폴(406)의 수직축(414)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고 다이폴(408)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(414)에 수직이고 수직축(414)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승된 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
모노폴(406)은 반사기(412)에 형성된 애퍼처(418)에 의해 모노폴(406)의 베이스에 전기 접속되는 것이 바람직한 제1 피드 포트(416)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 다이폴(408)의 어레이는 제2 피드 포트(420)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 RF 신호는 공통 피드 네트워크(422)를 통해 다이폴(408)의 어레이의 각 다이폴에 전달되어 다이폴(408)의 어레이에 고유의 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(422)는 절연 기판(424)의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
다수의 구멍(4260은 천장과 같은 지지 표면에 반사기(412)가 부착되는 것을 돕기 위해 반사기(412)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(426)은 또한 레이돔을 옵션으로 안테나(400)에 부착하기 위해 사용될 수 있다.
안테나(400)는 다이폴(408)의 어레이의 방위를 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(300)와 유사할 수 있다. 안테나(300)에서, 다이폴(308)의 어레이의 각 다이폴은 직립 방위를 가짐으로써 각 다이폴은 모노폴(306)의 수직축(314)에 수지인 평면에 있지만, 안테나(400)에서는 다이폴(408)의 어레이의 각 다이폴이 경사진 방위를 갖고 있다. 따라서, 다이폴(408)의 어레이의 각 다이폴은 도 4c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모노폴(406)의 수직축(414)에 수직인 평면에 돌출부를 갖고 있다.
다이폴(300, 400)의 각 어레이의 직진의 경사진 방위는 단지 예이고, 각 수평 편파 방사 소자가 모노폴 방사 소자의 수직축에 수직인 평면에 돌출부를 갖고 있다면 수평 편파 방사 소자의 다른 방위 역시 가능하다는 것을 이해해야 한다.
안테나(400)의 다른 특징 및 장점은 일반적으로 안테나(300)에 대해 상술된 바와 같고, 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 코니컬, 전방향 그리고 비상관된 수직 및 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다.
이제 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 안테나의 단순화된 각 사시도, 평면도 및 단면도인 도 5a 내지 도 5c에 대해 설명한다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 안테나(500)가 제공되어 있다. 안테나(500)는 광대역 수직 편파 코니컬 모노폴 방사 소자(506) 및 예를 들어, 모노폴(506)에 대해 동심으로 배열되는 것이 바람직한 4개의 수평 편파 루프 방사 소자(508)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하고 있다. 모노폴(506) 및 루프 방사 소자(508)의 어레이는 반사기(512)의 상면(510)에 위치되는 것이 바람직하다.
도 5c에 가장 도시된 바와 같이, 반사기(512)는 모노폴(506)의 수직축(514)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고, 루프 방사 소자(508)의 어레이의 각 루프는 수직축(514)에 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고, 제2 평면은 수직축(514)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴(506)은 제1 피드 포트(516)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 제1 피드 포트(516)는 반사기(512)에 형성된 애퍼처(518)에 의해 모노폴(506)의 베이스에 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다. 루프 방사 소자(508)의 어레이는 제2 피드 포트(520)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 RF 신호는 공통 피드 네트워크(5220를 통해 루프 방사 소자(508)의 어레이의 각 루프에 전달되어서 루프 방사 소자(508)의 어레이에 고유의 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(522)는 절연 기판(524)의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
다수의 구멍(526)이 천장과 같은 지지 표면에 반사기(512)를 부착하는 것을 돕기 위해 반사기(512)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(526)은 또한 레이돔을 안테나(500)에 옵션으로 부착하기 위해 사용될 수 있다.
안테나(500)는 수평 편파 방사 소자의 구조를 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(100)와 유사할 수 있다는 것을 알아야 한다. 안테나(100)에서 수평 편파 방사 소자가 복수의 수평 편파 다이폴 방사 소자(108)로서 구현되는 것이 바람직하지만, 안테나(500)에서는 수평 편파 방사 소자가 복수의 수평 편파 루프 방사 소자(508)로서 구현되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에 각각 도시된 다이폴 및 루프 방사 소자는 단지 예일 뿐이고 다양한 다른 수평 편파 방사 소자가 역시 가능하고 본 발명의 범위에 포함되어 있다는 것을 이해해야 한다.
안테나(500)의 다른 특징 및 장점은 일반적으로 안테나(100)에 대해 상술된 바와 같고, 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 원통형, 전방향 및 비상관된 수직 및 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다.
이제 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 안테나의 단순화된 각각의 사시도, 평면도 및 단면도인 도 6a 내지 도 6c에 대해 설명한다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 안테나(600)가 제공되어 있다. 안테나(600)는 광대역 수직 편파 코니컬 모노폴 방사 소자(606) 및 예를 들어, 모노폴(606)에 대해 동심으로 배열된 4개의 다이폴(608)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하고 있다. 모노폴(606) 및 다이폴(608)의 어레이는 반사기(612)의 상면(610)에 위치되는 것이 바람직하다.
도 6c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 반사기(612)는 모노폴(606)의 수직축(614)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고, 다이폴(608)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(614)에 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고, 제2 평면은 수직축(614)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴(606)은 제1 피드 포트(616)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 제1 피드 포트(616)는 반사기(612)에 형성된 애퍼처(618)에 의해 모노폴(606)의 베이스에 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다. 다이폴(608)의 어레이는 제2 피드 포트(620)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 RF 신호는 공통 피드 네트워크(622)를 통해 다이폴(608)의 어레이의 각 다이폴에 전달되어 다이폴(608)의 어레이에 고유의 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(622)는 절연 기판(624)의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
다수의 구멍(626)은 천장과 같은 지지 표면에 반사기(612)를 부착하는 것을 돕기 위해 반사기(612)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(626)은 또한 레이돔을 안테나(600)에 옵션으로 부착하기 위해 사용될 수 있다.
안테나(600)는 반사기(612)의 구조를 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(100)와 유사하다는 것을 이해해야 한다. 안테나(100)에서 반사기(112)는 모노폴(106)의 수직축(114)에 수직인 원형 평면 소자로서 구현되는 것이 바람직하지만, 안테나(600)에서는 반사기(612)가 얕은 반전된 피라미드 소자로서 구현되는 것이 바람직하다. 따라서, 반사기(612)는 도 6c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모노폴(606)의 수직축(614)에 수직인 평면에 돌출부를 갖고 있다.
도 1 내지 도 5c 및 도 6a 내지 도 6c에 각각 도시된 원형 평면 반사기 및 반전된 피라미드 반사기의 형상은 단지 예일 뿐이고 다양한 다른 반사기 구성이 반사기가 모노폴 방사 소자의 수직축에 수직인 평면에 돌출부를 갖는다면 가능하다는 것을 이해해야 한다.
안테나(600)의 다른 특징 및 장점은 일반적으로 안테나(100)에 대해 상술된 바와 같고, 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 코니컬, 전방향 및 비상관된 수직 및 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다.
이제, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각각의 사시도, 평면도 및 단면도인 도 7a 내지 도 7c에 대해 설명한다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 안테나(700)가 제공된다. 안테나(700)는 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자(706) 및 예를 들어, 모노폴(706)에 대해 동심으로 배열된 4개의 다이폴(708)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 v함하고 있다. 모노폴(706) 및 다이폴(708)의 어레이는 반사기(712)의 상면(710)에 위치되는 것이 바람직하다.
도 7c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 반사기(712)는 모노폴(706)의 수직축(714)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖는 것이 바람직하고 다이폴(708)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(714)에 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고, 제2 평면은 수직축(714)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴(706)은 제1 피드 포트(716)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 제1 포트(716)는 반사기(712)에 형성된 애퍼처(718)에 의해 모노폴(706)의 베이스에 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다. 다이폴(708)의 어레이는 제2 피드 포트(도시되지 않음)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 RF 신호는 공통 피드 네트워크(722)를 통해 다이폴(708)의 어레이의 각 다이폴에 전달되어 다이폴(708)의 어레이에 고유의 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(722)는 당업계에 주지된 바와 같이, 동축 케이블을 포함하는 것이 바람직하고 옵션으로 마이크로스트립 스플리터를 포함할 수 있다.
다수의 구멍(726)은 천장과 같은 지지 표면에 반사기(712)를 부착시키는 것을 돕기 위해 반사기(712)에 옵션으로 형성되어 있다. 구멍(726)은 또한 레이돔을 안테나(700)에 옵션으로 부착하기 위해 사용될 수 있다.
안테나(700)는 안테나(700)내의 수평 편파 다이폴 방사 소자의 외부 어레이(730)로서 구현되는 것이 바람직한 추가 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하는 것을 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(300)와 유사할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다이폴의 내부 어레이(708)와 다이폴의 외부 어레이(730)와의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 다이폴의 내부 어레이(708)는 그 치수를 제외하고 다이폴의 외부 어레이(730)와 일반적으로 유사할 수 있다. 다이폴의 외부 어레이(730)는 그 원주 및 높이 모두에서 다이폴의 내부 어레이(708) 보다 커서 다이폴의 외부 어레이(730)가 다이폴의 내부 어레이(708)의 것과 상이한 주파수 대역에서 동작하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
따라서, 안테나(700)는 각각 다이폴의 내부 어레이(708) 및 다이폴의 외부 어레이(730)에 의해제공되는, 2개의 수평 편파 주파수 대역에서 동작할 수 있는 다중대역 안테나를 구성한다는 것을 알 수 있다. 다이폴의 외부 어레이(730)는 공통 피드 네트워크(732)에 의해 전력공급되는 것이 바람직하다. 공통 피드 네트워크(732)는 당업계에 주지된 바와 같이 동축 케이블을 포함하는 것이 바람직하고, 옵션으로 마이크로스트립 스플리터를 포함할 수 있다. 필터가 다이폴의 내부 어레이(708)와 다이폴의 외부 어레이(730) 사이의 전기 절연을 강화하기 위해 옵션으로 포함될 수 있다.
도 7c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 다이폴(730)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(714)에 수직인 제3 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고, 제3 평면은 반사기(7120에 의해 형성된 제1 평면과 다이폴의 어레이(708)에 의해 형성된 제2 평면으로부터 오프셋되어 있다.
안테나(700)의 도시된 실시예에서, 다이폴의 내부 어레이(708)와 다이폴의 외부 어레이(730)가 동일한 타입의 다이폴을 포함하는 것으로 도시되어 있지만 다이폴의 내부 어레이(708)와 다이폴의 외부 어레이(730)은 대안으로 상이한 타입의 다이폴을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다이폴의 외부 어레이(730)는 대안으로 루프 방사 소자를 포함하지만 이제 제한되지 않는, 다이폴 이외의 수평 편파 방사 소자를 포함할 수 있다.
안테나(700)의 다른 특징 및 장점은 일반적으로 안테나(300)에 대해 상술된 바와 같고, 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 코니컬, 전방향 및 비상관의 수직 및 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다. 또한, 안테나(700)의 구조는 그 다중대역 능력으로 인해 특히 유익하다.
이제 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작되는 안테나의 단순화된 각각의 사시도, 평면도 및 단면도인 도 8a 내지 도 8cdp 대해 설명한다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 안테나(800)가 제공되어 있다. 안테나(800)는 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자(806) 및 예를 들어, 모노폴(806)에 대해 동심으로 배열된 4개의 수평 편파 다이폴(808)의 어레이로서 여기에 구현된 복수의 수평 편파 방사 소자를 포함하고 있다. 모노폴(806) 및 다이폴의 어레이(808)은 반사기(812)의 상면(810)에 위치되어 있는 것이 바람직하다.
도 8c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 반사기(812)는 모노폴(806)의 수직축(814)에 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고 다이폴(808)의 어레이의 각 다이폴은 수직축(814)에 수직인 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 것이 바람직하고, 제2 평면은 수직축(814)을 따른 방향으로 제1 평면에 대해 상승되어 있는 것이 바람직하다.
모노폴(806)은 제1 피드 포트(816)에서 수직 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 제1 피드 포트(816)은 반사기(812)에 의해 형성된 애퍼처(818)에 의해 모노폴(806)의 베이스에 전기 접속되는 것이 바람직하다. 다이폴(808)의 어레이는 제2 피드 포트(도시되지 않음)에서 수평 편파 RF 입력 신호를 수신하는 것이 바람직하고, 이러한 RF 입력 신호는 공통 피드 네트워크(822)를 통해 다이폴(808)의 어레이의 각 다이폴에 전달되어 다이폴(808)의 어레이에 고유의 광대역 성능을 부여하는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(822)는 당업계에 주지된 바와 같이, 동축 케이블을 포함하는 것이 바람직하고, 옵션으로 마이크로스트립 스플리터를 포함할 수 있다.
다수의 구멍(826)이 천장과 같은 지지 표면에 반사기(812)를 부착하는 것을 돕기 위해 반사기(812)에 옵션으로 형성되어 있다. 또한, 구멍(826)은 레이돔을 안테나(800)에 옵션으로 부착하는데 사용될 수 있다.
안테나(800)는 예를 들어, 모노폴(806)과 다이폴의 내부 어레이(808)에 대하여 동심으로 배열된 수평 편파 다이폴의 외부 어레이(830)로서 여기에 구현된 추가의 복수 수평 편파 방사 소자를 더 포함하고 있다. 다이폴의 내부 어레이(808) 및 다이폴의 외부 어레이(830)는 각각 2개의 상이한 수평 편파 주파수 대역으로 방사하여 안테나(800)가 다중대역 안테나로서 동작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 다이폴의 외부 어레이(830)는 공통 피드 네트워크(832)에 의해 전력공급되는 것이 바람직하다. 피드 네트워크(832)는 당업계에 주지된 바와 같이, 동축 케이블을 포함하는 것이 바람직하고, 옵션으로 마이크로스트립 스플리터를 포함할 수 있다. 필터는 다이폴의 내부 어레이(808)와 다이폴의 외부 어레이(830) 사이의 전기 절연을 강화하기 위해 안테나(800)에 옵션으로 포함될 수 있다.
안테나(800)가 다이폴의 외부 어레이(830)의 방위를 제외하고 관련된 모든 면에서 안테나(700)와 유사할 수 있다는 것을 알 수 있다. 안테나(700)에서, 다이폴의 외부 어레이(730)의 각 다이폴은 직립 방위를 갖고 있어서, 각 다이폴이 모노폴(706)의 수직축(714)에 수직이지만, 안테나(800)에서는 다이폴의 외부 어레이(830)의 각 다이폴이 경사진 방위를 갖고 있다. 따라서, 다이폴의 외부 어레이(830)의 각 다이폴은 도 8c에 가잘 잘 도시된 바와 같이, 모노폴(806)의 수직축(814)에 수직인 제3 평면에 돌출부를 갖고 있고, 제3 평면은 반사기(812) 및 다이폴의 내부 어레이(808)에 의해 각각 형성된 제1 평면 및 제2 평면 모두로부터 오프셋되어 있다.
다이폴의 외부 어레이(730, 830)의 각각의 직진의 경사진 방위는 단지 예일 뿐이고, 각 수평 편파 방사 소자가 모노폴 방사 소자의 수직축에 수직인 평면에 돌출부를 갖는다면 수평 편파 방사 소자의 다른 방위 역시 가능하다.
안테나(800)의 다른 특징 및 장점은 일반적으로 안테나(700)에 대해 상술된 바와 같고 그 소형 구조, 다평면 피드 네트워크 및 평형의, 코니컬, 다방향 및 비상관된 수직 및 다중대역 수평 편파 직교 방사 패턴을 포함하고 있다.
실험 결과
이러한 섹션에서, 도 1 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 이중 편파 안테나에 대해 생성된 실험 데이터가 제공된다. 취득된 결과는 상술된 본 발명의 실시예중 어느 하나에 따라 구성되고 동작하는 이중 편파 안테나의 성능을 나타내고 있다는 것을 이해해야 한다.
안테나 구조의 세부사항
반사기는 알루미늄을 포함하였고 400mm의 직경을 가졌다. 각 다이폴은 150mm의 높이를 가졌고 115mm의 거리 만큼 모노폴로부터 이격되었다. 안테나는 PC/ABS로 형성되고 110mm의 높이를 갖는 레이돔으로 덮었다.
상술된 안테나의 방사 패턴, 반사 손실 및 아이솔레이션이 당업계에 주지된 방법에 따라 안테나 챔버에서 측정되었다.
방사 패턴
이제 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입이 안테나의 수직 편파 방사 소자의 방사 패턴의 방위각 컷 및 2개의 엘리베이션 컷을 각각 도시하는 단순화된 그래프인 도 9a, 도 9b 및 도 9c; 및 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입의 안테나의 수평 편파 방사 소자의 방사 패턴의 방위각 컷 및 2개의 엘리베이션 컷을 각각 도시하는 단순화된 그래프인 도 10a, 도 10b 및 도 10c에 대해 설명한다.
도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 수직 및 수평 편파 방사 소자는 모두 동작 주파수의 범위에서 전방향 방사 패턴을 갖고 있다.
도 9b, 도 9b, 도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 수직 및 수평 편파 방사 소자는 모두 코니컬 방사 패턴을 갖고 있다. 수직 편파 모노폴의 방사 패턴의 엘리베이션 컷에 상응하는 도 9b 및 도 9c의, 수평 편파 다이폴의 방사 패턴의 엘리베이션 컷에 상응하는 도 10b 및 도 10c와의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 수직 및 수평 편파 방사 소자의 방사 패턴은 측정된 주파수에서 매우 유사하다. 결과적으로, 도 1 내지 도 2c의 안테나는 그 동작 환경에서 평형의 수평 및 수직 편파 커버리지를 제공하여서, MIMO 적용에 적합하다.
반사 손실 및 아이솔레이션
이제 도 1 내지 도 2c에 도시된 타입의 안테나의 수평 편파 방사 소자 및 수직 편파 방사 소자의 반사 손실 및 수평 편파 방사 소자 및 수직 편파 방사 소자 사이의 아이솔레이션을 각각 설명하는 단순화된 그래프인 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 대해 설명한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 수평 편파 다이폴 어레이의 반사 손실은 698 내지 806 MHz의 주파수 범위에서 -10 dB 보다 양호하다. 수평 편파 다이폴의 고유의 광대역 성능은 대략 698 내지 806 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 있는 그래프의 넓은 최소값들에 의해 표시된다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 수직 편파 모노폴의 반사 손실은 698 내지 960 MHz의 주파수 범위에서 -10 dB 보다 양호하다. 수직 편파 모노폴의 광대역 성능은 대략 698 내지 2700 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 있는 그패으의 넓은 최소값에 의해 표시된다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 수직 편파 모노폴과 수평 편파 다이폴 어레이 사이의 아이솔레이션은 -20 dB 보다 양호하다. 상술된 바와 같이, 본 발명의 안테나의 수평 편파 방사 소자 및 수직 편파 방사 소자 사이의 양호한 아이솔레이션은 수평 편파 방사 소자 및 수직 편파 방사 소자의 상호 직교 편파, 반사기의 배열 및 피드 네트워크의 다평면 구성을 포함하는 안테나의 다수의 바람직한 특징에 기인한다. 수평 편파 방사 소자 및 수직 편파 방사 소자 사이의 아이솔레이션은 또한 수직 편파 모노폴 방사 소자와 수평 편파 방사 소자 사이의 분리에 의해 영향을 받는다.
당업자는 본 발명이 아래에 특별하게 청구된 내용에 의해 한정되지 않음을 이해할 것이다. 그보다는, 본 발명의 범위는 본 명세서에 서술된 특징의 다양한 조합 및 하부조합을 포함함은 물론, 그들의 수정 및 변형이 도면을 참조하여 배경기술 외의 앞선 설명을 읽을 때 당업자들에게 일어날 수 있다.

Claims (28)

  1. 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자;
    상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자의 수직축에 대략 수직인 제1 평면에 돌출부를 갖고 있는 반사기;
    상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 대해 대략 동심으로 배열된 복수의 수평 편파 방사 소자로서, 상기 수평 편파 방사 소자의 각각은 상기 수직축에 대략 수직이고 상기 수직축을 따른 방향으로 상기 제1 평면으로부터 오프셋되어 있는 제2 평면에 돌출부를 갖고 있는 상기 복수의 수평 편파 방사 소자; 및
    상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자 및 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 피드 배열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 코니컬 방사 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코니컬 방사 소자는 상부 도전성 원통형 소자 및 하부 도전성 코니컬 소자를 포함하고, 상부 도전성 원통형 소자 및 하부 도전성 코니컬 소자는 내부 스페이서 소자 및 외부 지지 스탠드에 의해 일부 중첩되는 구성으로 유지되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 직립 다중 분기된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 방사 소자의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 수평 편파 다이폴의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수평 편파 다이폴의 어레이는 정방형 구성으로 배열된 4개의 다이폴을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제5항에 있어서, 상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 수평 편파 루프 방사 소자의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 수직인 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자는 수직 편파 코니컬 전방향 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 코니컬 전방향 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  12. 제11항에 있어서, 상기 수직 편파 코니컬 전방향 빔 및 수평 편파 코니컬 전방향 빔의 편파는 상호 직교하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  13. 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기는 접지면을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반사기는 평면인 것을 특징으로 하는 안테나.
  15. 제13항에 있어서, 상기 반사기는 비평면인 것을 특징으로 하는 안테나.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사기는 반전된 피라미드 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
  17. 제1항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 피드 배열부는 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 제1 포트 및 상기 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하기 위한 제2 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 포트는 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 전기 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제2 포트는 상기 복수의 수평 편파 방사 소자에 전력을 공급하는 공통 피드 네트워크에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
  20. 제19항에 있어서, 상기 피드 네트워크는 마이크로스트립 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  21. 제19항에 있어서, 상기 피드 네트워크는 동축 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  22. 제19항에 있어서, 상기 피드 네트워크는 다평면 피드 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  23. 제19항에 있어서, 상기 복수의 수평 편파 방사 소자는 복수의 광대역 수평 편파 방사 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  24. 제1항 내지 제23항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광대역 수직 편파 모노폴 방사 소자에 대해 대략 동심으로 배열된 제2 복수의 수평 편파 방사 소자를 더 포함하고, 상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 대략 수직인 제3 평면에 돌출부를 갖고 있고, 상기 제3 평면은 상기 수직축에 따른 방향으로 상기 제1 평면과 제2 평면으로부터 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
  25. 제24항에 있어서, 상기 안테나는 다중대역 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 수평 편파 방사 소자의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  27. 제26항에 있어서, 상기 수평 편파 방사 소자의 어레이는 다이폴을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  28. 제24항 내지 제27항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 복수의 수평 편파 방사 소자는 상기 수직축에 수직인 것을 특징으로 하는 안테나.
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