KR20150054272A - 이동 통신 기지국용 이중 편파 안테나 - Google Patents

이동 통신 기지국용 이중 편파 안테나 Download PDF

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KR20150054272A
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이정남
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한국전자통신연구원
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Abstract

이중 편파에 기반한 이동 통신 기지국용 소형 안테나에 관한 기술이 개시된다. 이중 편파 안테나는, 기판과, 기판의 일면에 부착되는 제 1 급전부와, 제 1 급전부와 이격하여 기판의 일면에 부착되는 제 2 급전부와, 제 1 급전부 및 제 2 급전부의 위에 이격하여 위치하는 방사체와, 제 1 급전부와 제 2 급전부의 사이에 위치하는 스파이럴 공진기를 포함한다. 따라서, 이중 편파 안테나는 소형의 안테나임에도 불구하고 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성을 효과적으로 제공할 수 있다. 또한, 스파이럴 공진기는 이중 편파 안테나의 동작 주파수에 영향을 미치지 않으면서 스파이럴 공진기의 위치, 크기 및 형태를 조절함으로써, 특정 협대역 구간에서의 격리도 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

이동 통신 기지국용 이중 편파 안테나{DUAL-POLARIZED ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION BASE STATION}
본 발명은 이동 통신 기지국용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중 편파에 기반한 이동 통신 기지국용 소형 안테나에 관한 것이다.
현재 이동통신 기술은 아날로그 통신에서 디지털 통신으로 전환된 이후로 2G, 3G, 4G로 기술이 진화되고 있으며, 특히 LTE와 WiMAX로 대변되는 3.9G 서비스가 전세계적으로 도입되고 있다. 진화하고 있는 통신 기술과 함께 고성능의 스마트폰, 태블릿과 같은 스마트 기기 보급의 확산으로 고화질 멀티미디어와 같은 고용량 데이터 서비스에 대한 수요가 폭발적으로 증가하여 가까운 미래에는 엄청난 모바일 트래픽이 발생할 것으로 예상된다.
이동통신 기술의 패러다임은 데이터의 전송속도 및 용량을 한정된 주파수 자원을 통해 최대한 증대시키기 위한 방안으로 능동 안테나 기술, MIMO와 Beamforming 기술과 같은 고도화된 기술들이 도입되어 진화하고 있다.
그러나 고도화된 기술의 발전 속도 또한 기하급수적으로 증가하는 모바일 트래픽의 속도를 따라가지 못하고 있다. 한정된 주파수 자원과 상용화되고 있는 이동통신 기술을 바탕으로 급증하고 있는 모바일 트래픽에 대한 해결 방안으로 현재의 기지국의 수를 점진적으로 늘리는 방법이 있다. 하지만, 이동 통신 기지국의 수를 늘리는 방법은 사업자 입장에서는 에너지 소모가 늘어나며, 기지국을 위한 공간 및 유지/보수비용의 증가가 예상되어 향후 전개될 새로운 서비스로의 전환이 어려운 문제점이 있다.
차세대 이동통신 기지국 시스템은 현재의 시스템을 바탕으로 기하급수적으로 증가하고 있는 모바일 트래픽 수요를 만족시키고, 미래에 개발될 새로운 통신 시장에 관하여 민첩하게 대응할 수 있어야 한다. 현재의 이동통신 기지국은 RF 유닛과 베이스밴드 유닛을 분리하여 안테나에 RF 유닛을 근접시켜 안테나와 시스템간의 케이블 손실을 최소화하는 시스템 구성의 변화를 통하여 전력 손실을 최소화하고 커버리지를 확대하여 모바일 트래픽의 증대에 따른 문제를 해결하였다.
한편, 이동통신 기지국 시스템은 RFU(Radio Frequency Unit), BBU(Base Band Unit) 및 Transport layer가 하나의 케비넷에 위치하여 송수신 안테나까지 동축선으로 연결되는 구조였으나, 다수의 DU(Digital Unit)을 한곳에 모은 집중국과 RRH(Remote Radio Unit)라 불리는 RU(Radio Unit)로 분리되어 그 연결로 광선로를 이용하는 분산형 기지국 형태로 발전하고 있다. 즉, 차세대 이동통신 기지국은 RF 유닛을 베이스밴드 유닛과 분리하여 광선로로 연결하고 안테나로 근접시킨 형태에서 안테나 기구물에 RF 유닛을 소형화하여 집적시킨 구조이다.
이러한 차세대 이동통신 기지국 시스템에서의 RF 유닛의 소형화를 이루기 위해서는 안테나의 소형화가 필요하다. 즉, 단일 RF 소자 중에서 가장 큰 부피를 차지하는 소자인 안테나의 소형화는 차세대 이동통신 기지국의 소형화를 결정하는데, 현재 개발된 기지국 안테나의 경우 안테나의 크기가 매우 크며 하나의 기구물 내부에 다수의 안테나가 구비된 배열 안테나로 구성되어 있어 차세대 이동통신 기지국에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소형화된 기지국용 이중 편파 안테나를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 격리도 특성을 향상시킨 소형화된 기지국용 이중 편파 안테나를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나는, 기판과, 기판의 일면에 부착되는 제 1 급전부와, 제 1 급전부와 이격하여 기판의 일면에 부착되는 제 2 급전부와, 제 1 급전부 및 제 2 급전부의 위에 이격하여 위치하는 방사체와, 제 1 급전부와 제 2 급전부의 사이에 위치하는 스파이럴 공진기를 포함한다.
여기에서, 상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부는, 금속판을 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가질 수 있다.
여기에서, 상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부는, 같은 높이를 가진 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상일 수 있다.
여기에서, 상기 방사체는, 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 형상을 가진 금속판으로 기판과 평행하여 위치할 수 있다.
여기에서, 상기 스파이럴 공진기는, 유전체 기판 상에 맴돌이 형태의 선로를 에칭(etching)할 수 있다.
여기에서, 상기 스파이럴 공진기는, ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가진 제 1 급전부 및 제 2 급전부의 높이에 상응하여 위치할 수 있다.
여기에서, 상기 이중 편파 안테나는, 맴돌이 형태의 선로에 연결되어 맴돌이 형태의 선로를 접지시키는 단락핀을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 단락핀은, 맴돌이 형태의 선로의 중앙에 위치하는 시작단에 연결되는 제 1 단락핀과, 맴돌이 형태의 선로의 끝단에 연결되는 제 2 단락핀을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 이중 편파 안테나는, 중심에 공동(cavity)을 가진 금속 큐브의 내부에 기판, 제 1 급전부, 제 2 급전부, 방사체 및 스파이럴 공진기를 실장할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 스파이럴 공진기를 구비한 이중 편파 안테나는 소형의 안테나임에도 불구하고 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성을 효과적으로 제공할 수 있다.
또한, 스파이럴 공진기는 이중 편파 안테나의 동작 주파수에 영향을 미치지 않으면서 스파이럴 공진기의 위치, 크기 및 형태를 조절함으로써, 특정 협대역 구간에서의 격리도 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 이중 편파 안테나의 기본 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 스파이럴 공진기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명은 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 격리도를 나타내는 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 이중 편파 안테나의 기본 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이중 편파 안테나는 기판(100), 급전부(110, 120), 방사체(200)를 포함한다. 기판(100)의 상면에 두 개의 급전부(110, 120)가 부착될 수 있고, 급전부(110, 120)와 이격하여 급전부(110, 120)의 위에 방사체(200)가 위치할 수 있다.
기판(100)은 유전체로 구성될 수 있으며, 기판(100)의 일면에 제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120)가 부착될 수 있다. 제 1 급전부(110)는 송신을 위한 급전 라인이고 제 2 급전부(120)는 수신을 위한 급전 라인일 수 있다.
제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 기판(100)의 중심부에 서로 이격하여 위치할 수 있으며, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)를 이격된 위치에 부착함으로써 두 개의 급전 라인 간에 격리도(isolation) 특성을 가지도록 할 수 있다.
그러나, 기지국용 이중 편파 안테나의 소형화로 인하여 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)가 이격되는 거리는 제한적일 수 있다. 따라서, 이중 편파 안테나의 소형화에 따라 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120) 간의 격리도 특성이 저하될 수 있다. 즉, 이중 편파 안테나를 소형화하면서 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120) 간의 격리도 특성을 유지시키는 데는 한계가 있다.
방사체(200)는 제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120)와 이격하여 기판(100)과 평행하게 위치하는 금속판일 수 있다. 방사체(200)는 제 1 급전부(110)과 제 2 급전부(120)으로부터 전자기파를 외부로 송수신할 수 있다.
또한, 방사체(200)는 원형, 타원형 및 다각형의 형상을 가진 금속판일 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따르면 방사체(200)의 형상을 특별히 제한하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 구조를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 스파이럴 공진기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나는 기판(100), 급전부(110, 120), 스파이럴 공진기(300) 및 방사체(200)를 포함한다. 여기서, 도 3은 도 2의 A와 A’를 연결하는 선을 기준으로 절단한 단면이다.
중심에 공동(cavity)을 가진 금속 큐브(10)의 내부에 기판(100), 급전부(110, 120), 방사체(200) 및 스파이럴 공진기(300)가 실장될 수 있다. 여기서, 공동(cavity)은 직육면체의 형상을 할 수 있다. 예컨대, 금속 큐브(10)는 동작 주파수의 파장(λ)의 1/4 또는 1/2의 크기를 가질 수 있다.
다만, 본 발명은 중심에 공동(cavity)을 가진 금속 큐브(10)와 다른 형상을 이용하여 기판(100), 급전부(110, 120), 방사체(200) 및 스파이럴 공진기(300)를 실장할 수도 있다.
제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120)는 기판(100)의 일면에 부착될 수 있고, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 서로 이격되어 위치할 수 있다. 또한, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 기판(100)에 수직인 방향으로 부착될 수 있다.
상세하게는, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 금속판을 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가질 수 있다. 여기서, ‘ㄱ’자로 꺽이는 금속판은 원형, 타원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
또한, ‘ㄱ’자로 꺽이는 금속판의 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 같은 높이를 가질 수 있으며, 서로 직교하게 배치되어 이중 편파를 형성할 수 있다. 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 기판(100) 상에 프린트된 마이크로스트립(130)을 통하여 급전 라인과 연결될 수 있다. 예컨대, 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)는 마이크로스트립(130)을 통하여 SMA 커넥터와 연결되어 신호를 여기시킬 수 있다.
방사체(200)는 제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120)의 위에 이격하여 위치할 수 있다. 방사체(200)는 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 형상을 가진 금속판으로 기판(100)과 평행한 위치에 장착될 수 있으며, 금속 큐브(10)와 절연체로 연결되어 고정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스파이럴 공진기(300)는 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)의 사이에 위치할 수 있다. 즉, 스파이럴 공진기(300)는 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)의 사이에 위치하여 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120)에서 여기되는 각각의 누설 전류가 서로에게 미치는 영향을 감쇠시킬 수 있다.
예를 들어, 스파이럴 공진기(300)는 메타 물질(meta-materials)의 구현에 사용되고 있으며, 분리형 링 공진기(SRR: Split Ring Resonator)의 형태를 가질 수 있다. 분리형 링 공진기는 Left-Handed Materials(LHM)에 사용되는 구조로, μ-negative(MNG)값을 제공하지만, wire medium에서는 ε-negative (ENG)를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 스파이럴 공진기(300)는 자계 공진기의 일종인 Spiral Resonators(SR)를 이용할 수 있다. SR의 특징은 원하는 주파수대역을 차단할 필요가 있을 때 대역 저지 특성을 나타낼 수 있으며, 이를 이중 편파 안테나에 적용하여 두 안테나 간의 격리도 특성을 향상시킬 수 있다.
스파이럴 공진기(300)는 유전체 기판(310) 상에 맴돌이 형태의 선로(320)를 에칭(etching)한 구조를 가질 수 있다. 여기서, 맴돌이 형태의 선로(320)는 원형 또는 사각형의 형태로 유전체 기판(310)에 에칭될 수 있다.
외부에서 시변 자계가 맴돌이 형태의 선로(320)에 가해지면, 맴돌이 형태의 선로(320)에 전류가 유기되고, 유기된 전류가 흐르는 선로의 길이만큼 분산 인덕턴스(distributed inductance)가 발생하며, 선로들 사이의 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 발생할 수 있다. 또한, 내부와 외부 선로 사이에 분산 커패시턴스(distributed capacitance)와 양 끝단에서 프린징 커패시턴스(fringing capacitance)가 발생할 수 있다.
따라서, 스파이럴 공진기(300)는 다음의 수학식 1과 같이 일반적인 대역 저지 필터의 LC 공진 회로와 같이 동작할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, ω0는 공진 주파수, LT은 인덕턴스, CT는 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
또한, 스파이럴 공진기(300)는 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가진 제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120)와 같은 높이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나는 단락핀(330, 340)을 더 포함할 수 있다. 단락핀(330, 340)은 스파이럴 공진기(300)의 일 구성 부분인 맴돌이 형태의 선로(320)에 연결되어 맴돌이 형태의 선로(320)를 접지시킬 수 있다.
상세하게는, 단락핀(330, 340)은 맴돌이 형태의 선로(320)의 중앙에 위치하는 시작단(맴돌이 형태의 선로의 시작단(321))에 연결되는 제 1 단락핀(330)과 맴돌이 형태의 선로의 끝단(322)에 연결되는 제 2 단락핀(340)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 단락핀(330) 및 제 2 단락핀(340)은 기판(100)에 수직한 방향으로 장착될 수 있으며, 기판(100)을 관통하여 금속 큐브(10)와 연결될 수 있다. 즉, 스파이럴 공진기(300)의 맴돌이 형태의 선로(320)를 제 1 단락핀(330)과 제 2 단락핀(340)을 이용하여 접지시킴으로써 제 1 급전부(110)와 제 2 급전부(120) 사이의 격리도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 반사 손실(return loss)과 격리도(isolation) 특성에 대한 모의 실험 결과를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스파이럴 공진기(300) 및 단락핀(330, 340)의 구비 여부에 따른 반사 손실을 알 수 있다. 도 4에서 SR은 스파이럴 공진기(300)를 나타내고, S11은 제 1 단락핀(330)을 나타내며, S22은 제 2 단락핀(340)을 나타낸다.
스파이럴 공진기(300)를 구비한 이중 편파 안테나는 스파이럴 공진기(300)를 구비하지 않은 이중 편파 안테나보다 반사 손실이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 단락핀(330, 340)을 구비하는 경우가 구비하지 않은 경우보다 반사 손실이 작은 것은 알 수 있다.
특히, 1.8GHz 대역을 기준으로 살펴보면, 스파이럴 공진기(300) 및 단락핀(330, 340)을 구비한 이중 편파 안테나가 스파이럴 공진기(300) 및 단락핀(330, 340)을 구비하지 않은 이중 편파 안테나보다 작은 반사 손실을 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 스파이럴 공진기(300)와 단락핀(330, 340)을 구비한 이중 편파 안테나가 특정 협대역 구간에서 작은 반사 손실을 나타낼 수 있다.
도 5를 참조하면, 스파이럴 공진기(300), 단락핀(330, 340) 각각을 구비하는지 여부에 따른 격리도 특성을 나타낸다.
먼저 스파이럴 공진기(300)를 구비하지 않은 이중 편파 안테나보다 스파이럴 공진기(300)를 구비한 이중 편파 안테나의 격리도가 높은 것을 알 수 있다. 또한, 단락핀(330, 340)을 추가적으로 구비하는 경우 격리도가 높아지는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 1.76GHz와 1.80GHz 사이의 대역에서 스파이럴 공진기(300)와 단락핀(330, 340)을 모두 구비한 이중 편파 안테나의 경우 최대 약 60dB의 격리도 특성을 나타내나, 스파이럴 공진기(300)와 단락핀(330, 340)을 모두 구비하지 않은 이중 편파 안테나의 경우 최대 약 25dB의 격리도 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 스파이럴 공진기(300)만을 구비한 이중 편파 안테나의 경우 최대 약 43dB의 격리도 특성을 나타낼 수 있다.
즉, 기존의 이중 편파 안테나에 스파이럴 공진기(300) 및 단락핀(330, 340)을 추가함으로써, 특정 협대역에서 이중 편파의 격리도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명은 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 격리도를 나타내는 그래프들이다.
도 7a는 스파이럴 공진에 에칭된 맴돌이 형태의 선로(320)의 너비(IW)에 따른 격리도 특성을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 맴돌이 형태의 선로(320)의 너비가 0.75mm이상인 경우에 이중 편파 안테나의 격리도 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 1.8GHz 대역에서는 맴돌이 형태의 선로(320)의 너비가 1.0mm경우에 격리도 특성이 가장 좋은 것을 알 수 있다.
도 7b는 스파이럴 공진기(300)에 에칭된 맴돌이 형태의 선로(320) 간의 간격(Ig)에 따른 격리도 특성을 나타낸다.
도 7b를 참조하면, 맴돌이 형태의 선로(320) 간의 간격이 0.5mm와 0.8mm인 경우에 격리도 특성이 차별적으로 높아지는 것을 알 수 있다. 즉, 1.8GHz 부근의 대역에서 맴돌이 형태의 선로(320) 간의 간격이 0.5mm인 경우 최대 약 52dB의 격리도가 나타날 수 있으며, 맴돌이 형태의 선로(320) 간의 간격이 0.8mm인 경우 최대 약 47dB의 격리도가 나타날 수 있다. 따라서, 맴돌이 형태의 선로(320) 간의 간격을 조절하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있다.
도 7c는 스파이럴 공진기(300)의 크기(MW&L)에 따른 격리도 특성을 나타낸다.
도 7c를 참조하면, 스파이럴 공진기(300)의 크기에 따라 격리도가 높아지는 대역폭이 다름을 알 수 있다. 특히, 유전체 기판(310)에 맴돌이 형태의 선로(320)를 에칭한 스파이럴 공진기(300)의 각 변의 길이가 10mm인 경우, 2GHz 부근의 대역에서 격리도가 크게 향상되는 것을 알 수 있다.
도 7d는 스파이럴 공진기(300)와 급전부(110, 120) 사이의 거리에 따른 격리도 특성을 나타낸다.
도 7d를 참조하면, 스파이럴 공진기(300)에서 제 1 급전부(110) 및 제 2 급전부(120) 사이의 이격거리가 0.5mm인 경우 1.8GHz에서 높은 격리도를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 스파이럴 공진기(300)와 급전부(110, 120) 간의 거리가 짧아질수록 격리도 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나의 격리도 특성은 스파이럴 공진기(300)의 위치, 크기 및 형태에 따라 결정되는 것을 알 수 있다.
따라서, 스파이럴 공진기(300)의 위치, 크기 및 형태를 조절함으로써, 특정 협대역 구간에서의 격리도 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 스파이럴 공진기(300)는 이중 편파 안테나의 동작 주파수에 영향을 미치지 않으면서 격리도 특성을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 스파이럴 공진기(300)를 구비한 이중 편파 안테나는 소형의 안테나임에도 불구하고 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성을 효과적으로 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 금속 큐브 100: 기판
110: 제 1 급전부 120: 제 2 급전부
130: 마이크로스트립
200: 방사체 300: 스파이럴 공진기
310: 유전체 기판 320: 맴돌이 형태의 선로
321: 맴돌이 형태의 선로의 시작단 322: 맴돌이 형태의 선로의 끝단
330: 제 1 단락핀 340: 제 2 단락핀

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 부착되는 제 1 급전부;
    상기 제 1 급전부와 이격하여 상기 기판의 일면에 부착되는 제 2 급전부;
    상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부의 위에 이격하여 위치하는 방사체; 및
    상기 제 1 급전부와 상기 제 2 급전부의 사이에 위치하는 스파이럴 공진기를 포함하는 이중 편파 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부는,
    금속판을 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부는,
    같은 높이를 가진 상기 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상인 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사체는
    원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 형상을 가진 금속판으로 상기 기판과 평행하여 위치하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 스파이럴 공진기는,
    유전체 기판 상에 맴돌이 형태의 선로를 에칭(etching)한 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스파이럴 공진기는,
    상기 ‘ㄱ’자로 꺽은 형상을 가진 상기 제 1 급전부 및 상기 제 2 급전부의 높이에 상응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 맴돌이 형태의 선로에 연결되어 상기 맴돌이 형태의 선로를 접지시키는 단락핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 맴돌이 형태는 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 단락핀은,
    상기 맴돌이 형태의 선로의 중앙에 위치하는 시작단에 연결되는 제 1 단락핀; 및
    상기 맴돌이 형태의 선로의 끝단에 연결되는 제 2 단락핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서,
    중심에 공동(cavity)을 가진 금속 큐브의 내부에 상기 기판, 상기 제 1 급전부, 상기 제 2 급전부, 상기 방사체 및 상기 스파이럴 공진기를 실장하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 안테나.
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