KR20150080421A - Transmission and Receive Array Antenna Equipment with Ultra High Isolation - Google Patents

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KR20150080421A
KR20150080421A KR1020140192683A KR20140192683A KR20150080421A KR 20150080421 A KR20150080421 A KR 20150080421A KR 1020140192683 A KR1020140192683 A KR 1020140192683A KR 20140192683 A KR20140192683 A KR 20140192683A KR 20150080421 A KR20150080421 A KR 20150080421A
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엄순영
바트게렐 아리운자야
최재익
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한국전자통신연구원
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a transmission and reception array antenna apparatus having ultra-high isolation characteristics between transmission and reception terminals while being operated inside the same space. The present invention relates to an ultra-high isolation transmission and reception array antenna apparatus comprising: N number of antenna elements; and a feed network for providing an electrical signal of the opposite phase with the same amplitude magnitude for the facing antenna elements among the N number of antenna elements.

Description

초고격리 송수신 배열 안테나 장치{Transmission and Receive Array Antenna Equipment with Ultra High Isolation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ultra-

본 발명의 실시예는 초고격리의 송수신 배열 안테나 장치에 관한 것이다.
An embodiment of the present invention relates to an ultra high isolation transmission / reception array antenna apparatus.

종래의 송수신 겸용 배열 안테나의 송수신 단자간 격리 특성은 단지 이중 직교 급전 구조를 갖는 송수신 단위 안테나 소자의 격리 특성에 의해 좌우되었으며, 추가적인 송수신 격리 특성은 송수신 종단 필터의 대역 통과 및 억압 특성을 이용하여 요구되는 송수신 격리 특성을 만족시켰다. 그러나, 단일 채널 이중 듀플렉스 통신용 안테나는 동일 주파수를 사용하므로 송수신 필터에 의한 송수신 분리 효과를 얻을 수 없다.The isolation characteristic between the transmitting and receiving terminals of the conventional array antenna is influenced by the isolation characteristic of the transmitting and receiving unit antenna elements having a dual orthogonal feeding structure and the additional transmitting and receiving isolation characteristics are obtained by using the bandpass and suppression characteristics of the transmitting and receiving terminal filters And the transmission and reception isolation characteristics. However, since the single-channel dual-duplex communication antenna uses the same frequency, it is not possible to obtain a transmission / reception separation effect by the transmission / reception filter.

일반적으로, 동일 주파수를 사용하는 단일 채널 이중 듀플렉스 통신용 안테나는 송신 및 수신 안테나간에 100 dB 이상의 초고격리 특성을 요구하므로 종래에는 송수신 겸용 안테나를 구현하기가 불가능하였다.In general, a single-channel dual-duplex communication antenna using the same frequency requires an ultra-high isolation characteristic of 100 dB or more between the transmitting and receiving antennas, so that it is impossible to implement a transmitting / receiving antenna conventionally.

단순한 방법으로는 송신 안테나와 수신 안테나를 공간적으로 분리하여 송수신 안테나간에 요구되는 격리 특성을 얻는 방법이 있으나, 이러한 방법은 공간적으로 시스템 부피가 너무 커지므로 현실적인 문제가 있으므로 사용이 불가능하다.In a simple method, there is a method of spatially separating a transmitting antenna and a receiving antenna so as to obtain required isolation characteristics between the transmitting and receiving antennas. However, this method is not practical because of a realistic problem because the system volume is too large.

그러므로, 주파수 활용도를 증대하기 위한 단일 채널 이중 듀플렉스 통신 시스템 개발을 위해서는 동일 공간 내에서 동작하는 송수신 겸용 안테나의 송수신 단자간 초고격리 특성 구현 문제를 반드시 해결할 필요가 있다.Therefore, in order to develop a single-channel dual-duplex communication system for increasing the frequency utilization, it is necessary to solve the problem of implementing ultra-high isolation characteristics between the transmitting and receiving terminals of the transmitting and receiving antennas operating in the same space.

이와 관련하여 한국공개특허 제2011-0070426호에서는 격리도 향상 다중 입출력 안테나에 대해서 제안하고 있다.
Korean Patent Publication No. 2011-0070426 discloses a multi-input / output antenna with improved isolation.

본 발명의 실시예는 주파수 활용도를 증대하기 위한 단일 채널 이중 듀플렉스 통신 시스템 개발에 핵심 역할을 할 수 있는 안테나 기술로서, 동일 공간 내에서 동작하면서 송수신 단자 간 초고격리 특성을 갖는 송수신 겸용 배열 안테나 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
An embodiment of the present invention is an antenna technology capable of playing a key role in the development of a single-channel dual-duplex communication system for increasing frequency utilization, and it is an antenna technology that operates in the same space and has an ultra high isolation characteristic between transmitting and receiving terminals. The purpose is to provide.

N 개의 안테나 소자; 및 상기 N 개의 안테나 소자 중 마주 보는 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하는 급전 회로망을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치가 제공될 수 있다.N antenna elements; And a power feeding network for providing electrical signals of the same magnitude and opposite phase to the facing antenna elements of the N antenna elements.

일측에 있어서, 상기 N은 4일 수 있다.On one side, the N may be four.

또 다른 측면에 있어서, 상기 N개의 안테나 소자는, 직교 편파 특성, 선형 편파 특성 및 원형 편파 특성 중 하나의 특성을 가지는 이중 직교 급전 안테나 소자에 해당할 수 있다.In yet another aspect, the N antenna elements may correspond to a dual orthogonal feed antenna element having one of orthogonal polarization characteristics, linear polarization characteristics, and circular polarization characteristics.

또 다른 측면에 있어서, 상기 N개의 안테나 소자 간의 공간적 상호 신호 결합 특성에 기초하여 상기 급전 회로망 내의 전송 선로의 길이가 결정될 수 있다.In another aspect, a length of a transmission line in the power supply network can be determined based on spatial mutual signal coupling characteristics between the N antenna elements.

또 다른 측면에 있어서, 상기 급전 회로망은, T-junction 전력 분배/결합 회로망 또는 윌킨슨 전력 분배/결합 회로망을 포함할 수 있다.In yet another aspect, the feeder network may include a T-junction power distribution / coupling network or a Wilkinson power distribution / coupling network.

또 다른 측면에 있어서, 상기 급전 회로망은, 수신 단자로부터의 입력 신호를 N 개의 신호로 분배하여 상기 N 개의 안테나 소자로 전달하고, 상기 N개의 안테나 소자로부터의 N개의 신호를 결합하여 송신 단자로 전달할 수 있다.In another aspect of the present invention, the power supply network divides an input signal from a receiving terminal into N signals and transmits the N signals to the N antenna elements, combines the N signals from the N antenna elements, .

또 다른 측면에 있어서, 상기 N개의 안테나 소자의 각각은, N 개의 송수신 단위 안테나 소자; 및 상기 N 개의 송수신 단위 안테나 소자 중 마주 보는 송수신 단위 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하는 급전 회로망을 포함할 수 있다.In another aspect, each of the N antenna elements includes N transmission / reception unit antenna elements; And a power supply network for providing electrical signals of the same magnitude and opposite phases to the transmitting and receiving unit antenna elements of the N transmitting and receiving unit antenna elements.

제1 안테나 소자; 제2 안테나 소자; 제3 안테나 소자; 제4 안테나 소자; 송신 단자; 수신 단자; 제5 정션; 제6 정션; 상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자 및 상기 제6 정션을 연결하는 제1 정션(junction); 상기 제2 안테나 소자, 상기 제3 안테나 소자 및 상기 제5 정션을 연결하는 제2 정션; 상기 제3 안테나 소자, 상기 제4 안테나 소자 및 상기 제6 정션을 연결하는 제3 정션; 및 상기 제4 안테나 소자, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제5 정션을 연결하는 제4 정션을 포함하고, 상기 제5 정션은 상기 송신 단자, 상기 제4 정션 및 상기 제2 정션을 연결하고, 상기 제6 정션은 상기 수신 단자, 상기 제1 정션 및 상기 제3 정션을 연결하는 송수신 배열 안테나 장치가 제공될 수 있다.
A first antenna element; A second antenna element; A third antenna element; A fourth antenna element; A transmission terminal; Receiving terminal; A fifth junction; Sixth junction; A first junction connecting the first antenna element, the second antenna element, and the sixth junction; A second junction connecting the second antenna element, the third antenna element, and the fifth junction; A third junction connecting the third antenna element, the fourth antenna element, and the sixth junction; And a fourth junction connecting the fourth antenna element, the first antenna element, and the fifth junction, the fifth junction connecting the transmission terminal, the fourth junction, and the second junction, The sixth junction may be a transmission / reception array antenna device for connecting the reception terminal, the first junction, and the third junction.

본 발명의 실시예를 통해 제안하는 초고격리 특성을 가지며, 그리고 동일 공간 내에서 동작하는 송수신 겸용 배열 안테나 장치는 주파수 활용도를 증대하기 위한 단일 채널 이중 듀플렉스 통신 시스템용 안테나로 직접 활용할 수 있다.The array antenna apparatus having the ultra high isolation characteristics proposed in the embodiment of the present invention and operating in the same space can be directly used as an antenna for a single channel duplex communication system for increasing frequency utilization.

또한, 초고격리의 송수신 배열 안테나 장치는 초고격리 특성을 요구하는 차세대 무선 통신 안테나 기술로 널리 응용될 수 있다.
In addition, the ultra high isolation transmission and reception array antenna apparatus can be widely applied as a next generation wireless communication antenna technology requiring ultra high isolation characteristics.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 송수신 배열 안테나의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 재귀적 구성의 송수신 배열 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 재귀적 구성의 송수신 배열 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an internal configuration of a transceiver array antenna having an ultra-high isolation characteristic according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining a configuration of a transceiving array antenna of a recursive configuration having an ultra-high isolation characteristic in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a configuration of a transceiving array antenna having a recursive configuration having an ultra-high isolation characteristic, according to an embodiment of the present invention.

이하, 초고격리의 송수신 배열 안테나 장치 및 장치 내에서의 송수신 격리 특성 획득 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the ultra high isolation transmission / reception array antenna apparatus and the transmission / reception isolation characteristic acquisition method in the apparatus will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이를 위하여 이중 직교 급전 및 임의의 편파 특성, 예컨대 선형 편파 특성 또는 원형 편파 특성 중 하나를 갖는 단위 안테나 소자를 이용한다.To this end, a unitary antenna element having one of double orthogonal feed and arbitrary polarization characteristic, for example, linear polarization characteristic or circular polarization characteristic, is used.

그리고, 송수신 격리 특성과 지향성 특성을 증대시키기 위하여 단위 안테나 소자의 방사 특성에 대응하는 최적의 배열 간격으로 2차원적으로 배열하는 단위 배열 안테나의 급전 구조에 있어서, 4개의 송수신 단위 안테나 소자들이 동일 편파 특성을 가지도록 하며, 각각 마주보는 입력 단자들이 상대적으로 180도 위상 차를 갖는 급전 회로를 갖도록 하는 2x2 배열 안테나를 이용할 수 있다.In addition, in order to increase the isolation characteristics and the directivity characteristics, the feed structure of the unit array antenna arrayed two-dimensionally at the optimum arrangement intervals corresponding to the radiation characteristics of the unit antenna elements, And a 2x2 array antenna in which opposite input terminals have a power supply circuit having a relative phase difference of 180 degrees can be used.

이러한 단위 안테나 소자와 급전 회로를 가지는 배열 안테나에 대해서 송수신 격리 특성 및 지향성 특성을 증대하기 위하여, 단계적으로 배열을 확장하기 위해서 재귀적으로 배열 안테나를 단위 안테나 소자를 이용하는 방법을 통해 반복적으로 확장하는 발룬 급전 회로망 구조를 갖는 송수신 배열 안테나 구조를 제공할 수 있다.In order to increase the transmission and reception isolation characteristics and directivity characteristics of the array antenna having the unit antenna element and the power supply circuit, a balun that repeatedly expands the array antenna by a method using a unit antenna element recursively to expand the array step by step It is possible to provide a transmission / reception array antenna structure having a power supply network structure.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 송수신 배열 안테나(100)의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 실시예에 따라 송수신 배열 안테나(100)는 2x2 배열 안테나로 제공될 수 있다.1 is a block diagram illustrating an internal configuration of a transceiver array antenna 100 having an ultra-high isolation characteristic according to an embodiment of the present invention. The transmit / receive array antenna 100 may be provided as a 2x2 array antenna according to an embodiment.

도시된 바와 같이, 상하와 좌우가 대칭적인 구조를 가지며, 내부에는 안테나 소자(101~104)와 정션(Junction)(111~116)을 포함하고, 전송 선로(121~132)들로 연결되어 구성될 수 있으며, 입력 단자와 출력 단자를 가질 수 있다. 실시예에서, Port 1과 Port 2는 송신 입력 단자 및 수신 출력 단자로 가정하여 설명한다.The antenna elements 101 to 104 and the junctions 111 to 116 are connected to the transmission lines 121 to 132 and the antenna elements 101 to 104 and the junctions 111 to 116 are connected to each other. And may have an input terminal and an output terminal. In the embodiment, Port 1 and Port 2 are assumed to be a transmission input terminal and a reception output terminal.

송수신 배열 안테나(100)에 사용되는 송수신 급전 회로망(110)은 안테나 소자 중 마주 보는 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하며, 내부적으로 하나의 신호를 안테나 소자 수만큼, 실시예에서 4개의 신호로 분배하는 송신 급전 회로망 기능과 단위 안테나 소자의 수신 단자에 유기된 신호를 하나의 신호로 다시 결합하는 수신 급전 회로망 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 급전 회로망(110)은 T-junction 전력 분배/결합 회로망 또는 윌킨슨 전력 분배/결합 회로망이 사용될 수 있으며, 실시예에 따른 도면은 T-junction 전력 분배/결합 회로망에 대한 것이다.The transmission / reception power supply network 110 used in the transmission / reception array antenna 100 provides electrical signals of the same magnitude and opposite phase to the facing antenna elements of the antenna elements, and internally supplies one signal to the antenna elements The transmission power supply network function for distributing the signals to the four signals in the unit antenna element and the reception power supply network function for recombining the signals induced in the reception terminal of the unit antenna element into one signal. Here, the power supply network 110 may be a T-junction power distribution / coupling network or a Wilkinson power distribution / coupling network, and the drawing according to an embodiment is for a T-junction power distribution / coupling network.

송수신 배열 안테나(100) 그 구조에 대해서 자세히 설명한다.The structure of the transmitting / receiving array antenna 100 will be described in detail.

왼쪽 상단의 안테나 소자부터 제1 안테나 소자(101) 제2 안테나 소자(102), 제3 안테나 소자(103), 제4 안테나 소자(104)를 포함하고, 제5 정션(Junction)(115), 제6 정션(116)에 각각 송신 단자와 수신 단자가 구성될 수 있다.A first antenna element 101, a second antenna element 102, a third antenna element 103 and a fourth antenna element 104 from the upper left antenna element, and a fifth junction 115, And the sixth junction 116 may have transmission and reception terminals, respectively.

각 안테나 소자를 연결하는데 있어서, 제1 안테나 소자(101), 제2 안테나 소자(102) 및 제6 정션(116)을 연결하는 제1 정션(111)과 제2 안테나 소자(102), 제3 안테나 소자(103) 및 제5 정션(115)을 연결하는 제2 정션(112), 제3 안테나 소자(103), 제4 안테나 소자(104) 및 제6 정션(116)을 연결하는 제3 정션(113), 그리고 제4 안테나 소자(104), 제1 안테나 소자(101) 및 제5 정션(115)을 연결하는 제4 정션(114)이 송수신 배열 안테나(100)에 포함될 수 있다.A first junction 111 and a second antenna element 102 for connecting the first antenna element 101, the second antenna element 102, and the sixth junction 116, A third junction 112 connecting the antenna element 103 and the fifth junction 115, a third junction 103 connecting the third antenna element 103, the fourth antenna element 104 and the sixth junction 116, And the fourth junction 114 connecting the fourth antenna element 104 and the first antenna element 101 and the fifth junction 115 may be included in the transmission and reception array antenna 100. [

또한, 제5 정션(115)은 송신 단자, 제4 정션(114) 및 제2 정션(112)을 연결하고, 제6 정션(116)은 수신 단자, 제1 정션(111) 및 제3 정션(113)을 연결하는 곳에 위치할 수 있다.The fifth junction 115 connects the transmission terminal, the fourth junction 114 and the second junction 112 and the sixth junction 116 connects the receiving terminal, the first junction 111, 113).

그리고 전송 선로의 구성에 있어서, 제1 전송 선로부터 제12 전송 선로까지 번호를 부여하여 설명한다.In the configuration of the transmission line, the first transmission line to the twelfth transmission line are numbered and described.

제1 전송 선로(Transmission Line)(121)는 제1 안테나 소자(101)와 제1 정션(111)을 연결하고, 제2 전송 선로(122)는 제1 정션(111)과 제2 안테나 소자(102)를 연결할 수 있으며, 제3 전송 선로(123)는 제1 정션(111)과 제6 정션(116)을 연결할 수 있다.The first transmission line 121 connects the first antenna element 101 to the first junction 111 and the second transmission line 122 connects the first junction 111 and the second antenna element 102 and the third transmission line 123 may connect the first junction 111 and the sixth junction 116 to each other.

그리고, 제4 전송 선로(124)는 제2 안테나 소자(102)와 제2 정션(112)을 연결할 수 있고, 제5 전송 선로(125)는 제2 정션(112)과 제3 안테나 소자(103)를 연결할 수 있으며, 제6 전송 선로(126)는 제2 정션(112)과 제5 정션(115)을 연결할 수 있다. The fourth transmission line 124 may connect the second antenna element 102 to the second junction 112 and the fifth transmission line 125 may connect the second junction 112 and the third antenna element 103 And the sixth transmission line 126 may connect the second junction 112 and the fifth junction 115. [

앞서 설명한 바와 같이, 각 단위 안테나 소자의 입출력 단자 및 전송 선로들은 상하 좌우 대칭 구조를 가질 수 있다. 그러므로, 제7 전송 선로(127)는 제3 안테나 소자(103)와 제3 정션(113)을 연결하고, 제8 전송 선로(128)는 제3 정션(113)과 제4 안테나 소자(104)를 연결하며, 제9 전송 선로(129)는 제3 정션(113)과 제6 정션(116)을 연결한다. As described above, the input / output terminals and transmission lines of each unit antenna element can have a symmetrical structure in the up, down, left, and right directions. The seventh transmission line 127 connects the third antenna element 103 to the third junction 113 and the eighth transmission line 128 connects the third junction 113 and the fourth antenna element 104. Therefore, And the ninth transmission line 129 connects the third junction 113 and the sixth junction 116. [

또한, 송수신 배열 안테나(100)는 제4 안테나 소자(104)와 제4 정션(114)을 연결하는 제10 전송 선로(130)와 제4 정션(114)과 제1 안테나 소자(101)를 연결하는 제11 전송 선로(131), 제4 정션(114)과 제5 정션(115)을 연결하는 제12 전송 선로(132)가 포함되어 구성될 수 있다.The transmission and reception array antenna 100 also includes a tenth transmission line 130 connecting the fourth antenna element 104 and the fourth junction 114 and a fourth transmission line 130 connecting the fourth junction 114 and the first antenna element 101 And a twelfth transmission line 132 connecting the fourth junction 114 and the fifth junction 115 to each other.

송수신 배열 안테나(100)의 동작 원리에 대해서 설명한다 Port 1의 송신 단자로 입력된 신호는 동일 신호 분배 특성을 가지는 제5 정션(115) 회로에 의해 분배된 후, 동일 전송 선로 특성의 제6 전송 선로(126) 및 제12 전송 선로(132)를 거치고, 다시 동일 신호 분배의 제2 정션(112) 및 제4 정션(114) 회로를 통해 제4 전송 선로(124) 및 제5 전송 선로(125)로 갈라지고, 제10 전송 선로(130) 및 제11 전송 선로(131)로 갈라져 서로 마주보는 각 송수신 단위 안테나 소자(101~104)로 입력될 수 있다.The operation principle of the transmission / reception array antenna 100 will be described. The signals input to the transmission terminal of Port 1 are distributed by the fifth junction 115 having the same signal distribution characteristic, and then the sixth transmission The fourth transmission line 124 and the fifth transmission line 125 via the line 126 and the twelfth transmission line 132 and again through the second junction 112 and the fourth junction 114 of the same signal distribution, And may be divided into the tenth transmission line 130 and the eleventh transmission line 131 and input to the respective transmission and reception unit antenna elements 101 to 104 facing each other.

실시예에서, 안테나 소자(101)로 입력된 신호는 안테나 소자(101)에 의해 수직 편파 특성의 전자파로 자유 공간에 방사될 수 있다. 이때, 제1 전송 선로(121)의 전기적 변수인 (Z1, q1)과 제2 전송 선로(122)의 전기적 변수인 (Z2, q2)는 발룬 급전, 즉 서로 동일한 특성 임피던스에 서로 반대 위상 즉, 180도 위상 차의 전기적 특성을 가질 수 있다.In the embodiment, the signal input to the antenna element 101 can be radiated into the free space by the electromagnetic wave of the vertical polarization characteristic by the antenna element 101. [ At this time, the electrical variables (Z 1 , q 1 ) of the first transmission line 121 and the electrical variables (Z 2 , q 2 ) of the second transmission line 122 are different from each other That is, an electrical characteristic of a phase difference of 180 degrees.

이에, 제1 전송 선로(121), 제5 전송 선로(125), 제8 전송 선로(128) 및 제10 전송 선로(130)는 동일한 임피던스 및 위상의 전기적 특성을 가지고, 제2 전송 선로(122), 제4 전송 선로(124), 제7 전송 선로(127) 및 제11 전송 선로(131)가 동일한 임피던스 및 위상의 전기적 특성을 가지며, 그리고 제3 전송 선로(123), 제6 전송 선로(126), 제9 전송 선로(129) 및 제12 전송 선로(132)는 동일한 임피던스, 위상의 전기적 특성을 가질 수 있다. 이중, 제1 전송 선로(121), 제5 전송 선로(125), 제8 전송 선로(128) 및 제10 전송 선로(130)는, 제2 전송 선로(122), 제4 전송 선로(124), 제7 전송 선로(127) 및 제11 전송 선로(131)와 동일한 임피던스에 180도 위상 차의 전기적 특성을 가질 수 있다.The first transmission line 121, the fifth transmission line 125, the eighth transmission line 128 and the tenth transmission line 130 have electrical characteristics of the same impedance and phase, and the second transmission line 122 ), The fourth transmission line 124, the seventh transmission line 127 and the eleventh transmission line 131 have the same impedance and phase electrical characteristics, and the third transmission line 123, the sixth transmission line 126, the ninth transmission line 129, and the twelfth transmission line 132 may have the same impedance and phase electrical characteristics. The first transmission line 121, the fifth transmission line 125, the eighth transmission line 128 and the tenth transmission line 130 are connected to the second transmission line 122, the fourth transmission line 124, The seventh transmission line 127, and the eleventh transmission line 131. The first transmission line 131 and the seventh transmission line 127 may have the same impedance and 180 degree phase difference electrical characteristics.

이때, 안테나 소자(101~104) 간의 공간적 상호 결합 특성은 예측된 송수신 배열 안테나(100)의 송수신 격리 특성을 5-10dB 정도 성능 열화시킬 수 있다. 그러므로, 송수신 단위 안테나 소자(R100)들간의 공간적 배열 간격에 의해 결정되는 상호 결합 특성을 미리 예측하고 이것을 송수신 급전 회로망(110)에 반영할 필요가 있다.At this time, the spatially mutual coupling characteristics between the antenna elements 101 to 104 can deteriorate the transmission / reception isolation characteristic of the predicted Tx / Rx array antenna 100 by about 5 to 10 dB. Therefore, mutual coupling characteristics determined by the spatial arrangement distances between the transmission / reception unit antenna elements R100 need to be predicted in advance and reflected in the transmission / reception power supply network 110. [

이를 위하여 본 발명에서는 송수신 급전 회로망(110) 내 전송 선로의 전기적 길이를 최적화하는 접근 방법을 제안하며, 이러한 접근 방법을 사용할 경우, 열화된 송수신 단자간 격리 특성(5~10 dB)을 다시 복원시킬 수 있다.To this end, the present invention proposes an approach for optimizing the electrical length of the transmission line in the transmission / reception power supply network 110. If this approach is used, the isolation characteristics (5 to 10 dB) between the deteriorated transmission / .

송수신 배열 안테나 장치(100)의 수신 동작 원리에 대해 설명한다. 수평 편파 특성의 전자파 신호가 자유 공간으로부터 각 송수신 단위 안테나 소자(101~104)들을 통하여 입사되며, 전송 선로들을 거친 후 동일 전력 결합 T-junction(111, 113) 회로 통하여 전력 결합된다. 전력 결합된 두 신호는 전송 선로(123, 129)를 거쳐 다시 동일 전력 결합 제6 정션(116) 회로 통하여 전력 결합된 후 수신 단자(Port 2)로 출력된다.Reception principle of the transmission / reception array antenna apparatus 100 will be described. Electromagnetic signals with horizontal polarization characteristics are input from the free space through each of the transceiving unit antenna elements 101 to 104 and are power-coupled through the same power coupling T-junctions 111 and 113 through the transmission lines. The two power-coupled signals are power-coupled through the transmission line 123, 129, through the same power coupling sixth junction 116, and then output to the receiving port Port 2.

도 1의 송수신 배열 안테나 장치(100)의 송수신 격리 특성을 얻는 과정에 대해서 다음과 같이 설명할 수 있다.The process of obtaining the transmission / reception isolation characteristic of the transmission / reception array antenna apparatus 100 of FIG. 1 can be described as follows.

송신 단자(Port 1)로 입력된 신호가 급전 회로망(110)내 송신 전력 분배 회로를 통하여 4개의 송수신 단위 안테나 소자(101~104)들의 송신 입력 단자로 각각 입력된다. 이 때, 직교 송수신 단자를 갖는 각 안테나 소자의 송수신 격리 특성(억압 특성 약 20~25 dB)에 의해 1차적으로 격리된 송신 신호는 수신 신호 결합용 급전 회로망을 통하여 상쇄 전력 결합된 후 2차적으로 신호 격리(억압 특성 약 50 ~ 60 dB)되어 수신 단자(Port 2)로 출력된다.Signals input to the transmission port (Port 1) are input to the transmission input terminals of the four transmission / reception unit antenna elements (101 to 104) through the transmission power distribution circuit in the power supply network (110). At this time, the transmission signals primarily isolated by the transmission / reception isolation characteristics (suppression characteristics of about 20 to 25 dB) of the respective antenna elements having the orthogonal transmission / reception terminals are canceled through the reception power coupling network for receiving signals, Signal isolation (suppression characteristic is about 50 to 60 dB) and output to the receiving terminal (Port 2).

그러므로, 도 1의 송수신 단위 배열 안테나(100)를 통하여 얻을 수 있는 송수신 격리 특성은 약 70 dB 이상 이다.Therefore, the transmission / reception isolation characteristic obtained through the transmission / reception unit array antenna 100 of FIG. 1 is about 70 dB or more.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 재귀적 구성의 송수신 배열 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram for explaining a configuration of a transceiving array antenna of a recursive configuration having an ultra-high isolation characteristic in an embodiment of the present invention.

도 1을 통해 설명한 송수신 배열 안테나 장치(100)의 구조를 이용하여 재귀적인 구조를 제안할 수 있으며, 이를 통해 2 단계로 송수신 격리 특성을 얻을 수 있다.The recursive structure can be proposed using the structure of the transceiver array antenna apparatus 100 described with reference to FIG. 1, and the transceiver isolation characteristic can be obtained in two stages.

도 2의 (a)는 4x4 형태의 송수신 배열 안테나(200)의 상세 회로를 도시하고 있다. 회로에 도시된 바와 같이, 송수신 배열 안테나(100)를 좌우 상하 대칭으로 배치하고, 도 1의 급전 회로망(110)과 같은 회로 구성을 급전 회로망으로 이용할 수 있다. 도 2의 (b)는 축소된 구성의 송수신 배열 안테나(200)의 블록도를 도시하고 있다.2 (a) shows a detailed circuit of the 4x4 transmission / reception array antenna 200. As shown in FIG. As shown in the circuit, the transmitting / receiving array antenna 100 can be arranged in left-right and up-and-down symmetry, and a circuit configuration similar to that of the power feeding network 110 shown in Fig. 1 can be used as a power feeding network. FIG. 2B shows a block diagram of the transmission / reception array antenna 200 of a reduced configuration.

송수신 배열 안테나(200)의 동작에 대해 설명하면, 좌우 대칭으로 배치된 송수신 배열 안테나(100)로부터 누설된 송신 신호는 동일 진폭 특성에 서로 반대되는 위상 특성을 가지므로, 송수신 배열 안테나(100) 내 수신 전력 결합 회로를 통해 상쇄 전력으로 결합된 2단계적으로 신호 격리되어 수신 단자(Port 2)로 출력될 수 있다. 여기서 격리 특성 약 50~60dB 가 억압될 수 있다.Since the transmission signals leaked from the transceiver array antenna 100 arranged symmetrically with respect to each other have phase characteristics opposite to each other in the same amplitude characteristic, It can be output to the receiving terminal (Port 2) in a two-stage signal isolation coupled with the canceling power through the receiving power combining circuit. Here, the isolation characteristic of about 50 to 60 dB can be suppressed.

4개의 송수신 배열 안테나(100)와 1개의 송수신 급전 회로망(110)은 초고격리 특성을 유지하기 위하여, 송신 신호 분배 및 결합 과정에서 상호 신호 결합 특성을 완전히 배제하기 위한 수단이 필요한데, 실시예로 4개의 송수신 배열 안테나(100)와 1개의 송수신 급전 회로망(110)을 기구적으로 분리하고 동축 케이블을 사용하여 연결하는 등의 방법을 이용할 수 있다.In order to maintain the ultra high isolation characteristic, the four transmission / reception array antennas 100 and one transmission / reception power supply network 110 need a means for completely eliminating mutual signal coupling characteristics in the transmission signal distribution and coupling process. Receiving antenna array 100 and one transmitting / receiving feeder network 110 may be mechanically separated and connected using a coaxial cable.

이에 도 2의 송수신 단위 배열 안테나(200)를 통해 얻을 수 있는 격리 특성은 약 120dB 이상이다. The isolation characteristic obtained through the transmitting / receiving unit array antenna 200 of FIG. 2 is about 120 dB or more.

도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 초고격리 특성을 가지는 재귀적 구성의 송수신 배열 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 실시예의 구성은 2단계로 구성되는 4x4 배열 안테나(200)를 좌우 상하 대칭으로 배치하여 8x8 배열 안테나(300)로 구성할 수 있다.FIG. 3 is a block diagram for explaining a configuration of a transceiving array antenna having a recursive configuration having an ultra-high isolation characteristic, according to an embodiment of the present invention. The configuration of the embodiment can be configured as an 8x8 array antenna 300 by arranging the 4x4 array antennas 200 having two stages in left and right and up and down symmetry.

그러나, 실제적으로는 동일 공간 내 존재하는 송수신 배열로부터 방사하는 전자파와 기구적(Radome & Mechanics) 간섭 산란(Scattering) 현상, 사용된 RF 재료(RF 기판)의 비균일 전기적 특성 그리고 급전 경로상의 누설파 영향으로 송수신 격리 특성은 90 dB 내외가 될 것이다. 그러므로, 4x4 배열 이상의 확장은 안테나 지향성을 증가하나 송수신 격리 특성 증가는 보장하지 않을 것이다.
Actually, however, electromagnetic waves radiating from the transmission / reception array existing in the same space, the radome & mechanics interference scattering phenomenon, the non-uniform electrical characteristics of the used RF material (RF substrate) The isolation characteristics will be around 90 dB. Therefore, expansion over a 4x4 array will increase the antenna directivity, but will not guarantee increased transmit / receive isolation characteristics.

본 발명의 실시예를 통해 제안하는 초고격리 특성을 가지며, 그리고 동일 공간 내에서 동작하는 송수신 겸용 배열 안테나 장치는 주파수 활용도를 증대하기 위한 단일 채널 이중 듀플렉스 통신 시스템용 안테나로 직접 활용할 수 있다. 또한, 초고격리 특성을 요구하는 차세대 무선 통신 안테나 기술로 널리 응용될 수 있다.The array antenna apparatus having the ultra high isolation characteristics proposed in the embodiment of the present invention and operating in the same space can be directly used as an antenna for a single channel duplex communication system for increasing frequency utilization. Also, it can be widely applied as a next generation wireless communication antenna technology requiring ultra high isolation characteristics.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등한 것들에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents thereof, the appropriate results may be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (18)

송수신 배열 안테나 장치에 있어서,
4개의 안테나 소자들 - 상기 4개의 안테나 소자들의 각각은 직교 편파 특성을 갖고, 상기 4개의 안테나 소자들은 좌우, 상하 대칭으로 마주 보도록 배치되어 가로 2열 및 세로 2열로 배열됨 -; 및
상기 4개의 안테나 소자들 중 마주보는 안테나 소자에 동일 진폭 크기와 180o 상대 위상차를 제공하는 발룬 급전 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.A transmitting / receiving array antenna apparatus comprising:
Four antenna elements, each of the four antenna elements having orthogonal polarization characteristics, the four antenna elements being arranged to face each other horizontally, vertically and symmetrically and arranged in two rows and two columns in a row; And
A balun feeding circuit for providing the same amplitude size and a 180 ° relative phase difference to opposing antenna elements of the four antenna elements,
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 제1항에 있어서,
상기 발룬 급전 회로망에서,
상기 안테나 소자들 간의 공간적 상호 신호 결합 특성을 반영하여 상기 발룬 급전 회로망 내 전송 선로의 전기적 길이가 조절되는
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 1,
In the balun feeder network,
The electrical length of the transmission line in the balun power supply network is adjusted by reflecting spatial mutual signal coupling characteristics between the antenna elements
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 송수신 배열 안테나 장치에 있어서,
4개의 2x2 배열 안테나 장치들 - 상기 4개의 2x2 배열 안테나 장치들은 좌우, 상하 대칭으로 마주 보도록 배치되어 가로 2열 및 세로 2열로 배열됨 -; 및
상기 4개의 2x2 배열 안테나 장치들 중 마주보는 안테나 장치에 동일 진폭 크기와 180o 상대 위상차를 제공하는 발룬 급전 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.A transmitting / receiving array antenna apparatus comprising:
Four 2x2 array antenna apparatuses, wherein the four 2x2 array antenna apparatuses are arranged to face each other horizontally, vertically, and symmetrically and arranged in two rows and two columns; And
And a balun feeding circuit for providing the same amplitude size and a 180 ° relative phase difference to the facing antenna device among the four 2x2 array antenna devices
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 제3항에 있어서,
상기 4 개의 2x2 배열 안테나 장치들 간의 공간적 상호 신호 결합 특성을 배제하기 위하여 상기 4개의 2x2 배열 안테나 장치들을 기구적으로 분리하고 동축 케이블을 사용하여 서로 연결하는
송수신 배열 안테나 장치.The method of claim 3,
In order to exclude spatial mutual signal coupling characteristics between the four 2x2 array antenna apparatuses, the four 2x2 array antenna apparatuses are mechanically separated and connected to each other using a coaxial cable
Transmitting / receiving array antenna device. 제1항 내지 제4항에 있어서,
상기 송수신 배열 안테나 장치를 반복적으로 확장하고 발룬 급전 회로망으로 연결하여 n x m 배열(n은 2의 배수, m은 4의 배수)로 배치하는
송수신 배열 안테나 장치.The method according to any one of claims 1 to 4,
The transmitting / receiving array antenna apparatus is repeatedly extended and connected to a balun power supply network to arrange the nxm array (n is a multiple of 2 and m is a multiple of 4)
Transmitting / receiving array antenna device. 송수신 배열 안테나 장치에 있어서,
N 개의 안테나 소자; 및
상기 N 개의 안테나 소자 중 마주 보는 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하는 급전 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.A transmitting / receiving array antenna apparatus comprising:
N antenna elements; And
A power feeding circuit for providing an electrical signal of the same magnitude and opposite phase to an opposing antenna element among the N antenna elements;
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 제6항에 있어서,
상기 N은 4인 송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 6,
Wherein N is 4. 제6항에 있어서,
상기 N개의 안테나 소자는,
직교 편파 특성을 가지는 이중 직교 급전 안테나 소자인
송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 6,
Wherein the N antenna elements comprise:
A dual orthogonal feed antenna element having orthogonal polarization characteristics
Transmitting / receiving array antenna device. 제6항에 있어서.
상기 N개의 안테나 소자 간의 공간적 상호 신호 결합 특성에 기초하여 상기 급전 회로망 내의 전송 선로의 길이가 결정되는
송수신 배열 안테나 장치.The method of claim 6,
The length of the transmission line in the power supply network is determined based on the spatial mutual signal coupling characteristics between the N antenna elements
Transmitting / receiving array antenna device. 제6항에 있어서,
상기 급전 회로망은,
T-junction 전력 분배/결합 회로망 또는 윌킨슨 전력 분배/결합 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 6,
The power supply network includes:
T-junction power distribution / coupling network or Wilkinson power distribution / coupling network
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 제6항에 있어서,
상기 급전 회로망은,
송신 단자로부터의 입력 신호를 N 개의 신호로 분배하여 상기 N 개의 안테나 소자로 전달하고,
상기 N개의 안테나 소자로부터의 N개의 신호를 결합하여 수신 단자로 전달하는
송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 6,
The power supply network includes:
An input signal from the transmission terminal is divided into N signals and is transmitted to the N antenna elements,
N signals from the N antenna elements are combined and transmitted to a reception terminal
Transmitting / receiving array antenna device. 제6항에 있어서,
상기 N개의 안테나 소자의 각각은,
N 개의 송수신 단위 안테나 소자; 및
상기 N 개의 송수신 단위 안테나 소자 중 마주 보는 송수신 단위 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하는 급전 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.The method according to claim 6,
Wherein each of the N antenna elements comprises:
N transmit / receive unit antenna elements; And
Receiving unit antenna elements of the N number of transmitting / receiving unit antenna elements to provide electrical signals of the same magnitude and opposite phase to each other,
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises: 제12항에 있어서,
상기 N 개의 송수신 단위 안테나 소자는,
좌우상하 대칭으로 배치되는
송수신 배열 안테나 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the N transmitting / receiving unit antenna elements comprise:
Arranged in left-right and top-down symmetry
Transmitting / receiving array antenna device. 제1 안테나 소자;
제2 안테나 소자;
제3 안테나 소자;
제4 안테나 소자;
송신 단자;
수신 단자;
제5 정션;
제6 정션;
상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자 및 상기 제6 정션을 연결하는 제1 정션(junction);
상기 제2 안테나 소자, 상기 제3 안테나 소자 및 상기 제5 정션을 연결하는 제2 정션;
상기 제3 안테나 소자, 상기 제4 안테나 소자 및 상기 제6 정션을 연결하는 제3 정션; 및
상기 제4 안테나 소자, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제5 정션을 연결하는 제4 정션
을 포함하고,
상기 제5 정션은 상기 송신 단자, 상기 제4 정션 및 상기 제2 정션을 연결하고,
상기 제6 정션은 상기 수신 단자, 상기 제1 정션 및 상기 제3 정션을 연결하는
송수신 배열 안테나 장치.A first antenna element;
A second antenna element;
A third antenna element;
A fourth antenna element;
A transmission terminal;
Receiving terminal;
A fifth junction;
Sixth junction;
A first junction connecting the first antenna element, the second antenna element, and the sixth junction;
A second junction connecting the second antenna element, the third antenna element, and the fifth junction;
A third junction connecting the third antenna element, the fourth antenna element, and the sixth junction; And
And a fourth junction that connects the fourth antenna element, the first antenna element,
/ RTI >
Wherein the fifth junction connects the transmission terminal, the fourth junction, and the second junction,
The sixth junction may be a connection that connects the receiving terminal, the first junction,
Transmitting / receiving array antenna device. 제14항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자와 상기 제1 정션을 연결하는 제1 전송 선로(first transmission line);
상기 제1 정션과 상기 제2 안테나 소자를 연결하는 제2 전송 선로;
상기 제1 정션과 상기 제6 정션을 연결하는 제3 전송 선로;
상기 제2 안테나 소자와 상기 제2 정션을 연결하는 제4 전송 선로;
상기 제2 정션과 상기 제3 안테나 소자를 연결하는 제5 전송 선로;
상기 제2 정션과 상기 제5 정션을 연결하는 제6 전송 선로;
상기 제3 안테나 소자와 상기 제3 정션을 연결하는 제7 전송 선로;
상기 제3 정션과 상기 제4 안테나 소자를 연결하는 제8 전송 선로;
상기 제3 정션과 상기 제6 정션을 연결하는 제9 전송 선로;
상기 제4 안테나 소자와 상기 제4 정션을 연결하는 제10 전송 선로;
상기 제4 정션과 상기 제1 안테나 소자를 연결하는 제11 전송 선로; 및
상기 제4 정션과 상기 제5 정션을 연결하는 제12 전송 선로
를 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.15. The method of claim 14,
A first transmission line connecting the first antenna element and the first junction;
A second transmission line connecting the first junction and the second antenna element;
A third transmission line connecting the first junction and the sixth junction;
A fourth transmission line connecting the second antenna element and the second junction;
A fifth transmission line connecting the second junction to the third antenna element;
A sixth transmission line connecting the second junction to the fifth junction;
A seventh transmission line connecting the third antenna element to the third junction;
An eighth transmission line connecting the third junction and the fourth antenna element;
A ninth transmission line connecting the third junction to the sixth junction;
A tenth transmission line connecting the fourth antenna element to the fourth junction;
An eleventh transmission line connecting the fourth junction and the first antenna element; And
And a second transmission line (12) connecting the fourth junction and the fifth junction,
Receiving antenna array. 제15항에 있어서,
상기 제1 전송 선로, 상기 제5 전송 선로, 상기 제8 전송 선로 및 상기 제10 전송 선로는 동일한 임피던스 및 위상의 전기적 특성을 가지고,
상기 제2 전송 선로, 상기 제4 전송 선로, 상기 제7 전송 선로 및 상기 제11 전송 선로는 동일한 임피던스 및 위상의 전기적 특성을 가지고,
상기 제3 전송 선로, 상기 제6 전송 선로, 상기 제9 전송 선로 및 상기 제12 전송 선로는 동일한 임피던스 및 위상의 전기적 특성을 가지는
송수신 배열 안테나 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the first transmission line, the fifth transmission line, the eighth transmission line, and the tenth transmission line have electrical characteristics of the same impedance and phase,
Wherein the second transmission line, the fourth transmission line, the seventh transmission line, and the eleventh transmission line have electrical characteristics of the same impedance and phase,
Wherein said third transmission line, said sixth transmission line, said ninth transmission line, and said twelfth transmission line have electrical characteristics of the same impedance and phase
Transmitting / receiving array antenna device. 제15항에 있어서,
상기 제1 전송 선로, 상기 제5 전송 선로, 상기 제8 전송 선로 및 상기 제10 전송 선로는,
상기 제2 전송 선로, 상기 제4 전송 선로, 상기 제7 전송 선로 및 상기 제11 전송 선로와 동일한 임피던스에 180도 위상 차의 전기적 특성을 가지는
송수신 배열 안테나 장치.16. The method of claim 15,
The first transmission line, the fifth transmission line, the eighth transmission line, and the tenth transmission line,
And the second transmission line, the fourth transmission line, the seventh transmission line, and the eleventh transmission line, and having an electrical characteristic of a phase difference of 180 degrees with the same impedance as that of the second transmission line,
Transmitting / receiving array antenna device. 제14항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자, 상기 제3 안테나 소자 및 상기 제4 안테나 소자의 각각은,
N 개의 송수신 단위 안테나 소자; 및
상기 N 개의 송수신 단위 안테나 소자 중 마주 보는 2개의 송수신 단위 안테나 소자에게 동일한 진폭 크기와 반대 위상의 전기적 신호를 제공하는 급전 회로망
을 포함하는 송수신 배열 안테나 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein each of the first antenna element, the second antenna element, the third antenna element,
N transmit / receive unit antenna elements; And
Receiving antenna elements of the N transmitting / receiving unit antenna elements, and supplying electrical signals of the same magnitude and opposite phases to the two transmitting /
Wherein the transmitting and receiving antenna device comprises:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101868358B1 (en) * 2017-04-19 2018-06-19 주식회사 에이스테크놀로지 Feeding circuit for double beam antenna
KR101882969B1 (en) * 2018-01-16 2018-07-27 엘아이지넥스원 주식회사 Long Range Radar Antenna Correcting Phase Offset and Apparatus Correcting Phase Offset therein
CN110034398A (en) * 2019-05-06 2019-07-19 广州安的电子科技有限公司 Antenna structure and security door
WO2021085919A1 (en) * 2019-10-28 2021-05-06 동우화인켐 주식회사 Antenna structure, and antenna array and display device comprising same

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