KR20150089509A - 이중 편파 다이폴 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나는: 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 큐브 내에 제공되는 기판; 제 3 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 상기 기판에 수직 방향으로 배치되는 제 1 내지 제 4 급전부; 그리고 상기 제 1 내지 제 4 급전부에 수직 방향으로 배치되는 제 1 내지 제 4 방사 패치를 포함하되, 상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각은 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치 중 인접한 한 쌍의 방사 패치 상에 배치될 수 있다. 본 발명에 의하면, 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성 및 높은 이득을 갖는 초소형 이중 편파 다이폴 안테나를 제공할 수 있다.

Description

이중 편파 다이폴 안테나{DUAL-POLARIZED DIPOLE ANTENNA}

본 발명은 이중 편파를 발생시키는 복수의 다이폴 안테나로 구성된 이중 편파 다이폴 안테나에 관한 것이다.

이동 통신은 아날로그 전화를 송수신하는 1 세대 AMPS부터 디지털 통신을 거쳐, 고용량의 데이터를 전송할 수 있는 3 세대 통신, 및 광대역 통신망에 접속할 수 있는 4 세대 통신 등으로 발전하고 있다. 사업자가 2G, 3G, LTE 등 다양한 이동통신 서비스를 제공함에 따라, 이동통신 기지국 안테나도 점차 광역화, 소형화 되어가는 추세이다. 특히, WiMAX와 LTE로 대표되는 4 세대 이동통신에서는 차세대 방식의 송수신기인 RRH(Remote Radio Head) 기술이 널리 사용될 것으로 예상된다.

일반적으로 안테나는 무선 통신시, 외부로 전파를 방사하거나, 또는 외부로부터 전파를 수신하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 안테나는 급전 라인으로부터 입력된 전기적 신호를 전파로 변환하여 외부로 방사하는 역할과, 외부로부터 수신된 전파를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전기적 신호로 변환하여 급전라인으로 전달하는 역할을 수행한다.

안테나는 그 동작 방법 및 스펙에 따라 다양한 것들이 있다. 그 중 다이폴 안테나(dipole antenna)는 개방(open)된 형태의 마이크로스트립 라인에 교류 전류가 인가될 때 전기력선이 중심축을 중심으로 대칭이 되도록 분포시키는 안테나를 의미한다.

이러한 다이폴 안테나는 이동 통신 시스템을 위한 기지국으로써 주로 이용되며 다양한 형태로 구현되고 있다. 특히 이중 편파 안테나의 경우, 4 개의 다이폴 안테나들을 2 개씩 대칭 구조로 배열하는 정방형 다이폴(square dipole) 구조, 또는 2 개의 다이폴 안테나를 일직선상으로 연장하여 교차 배열하는 크로스 다이폴(square dipole) 구조가 있다. 상기 다이폴 안테나 쌍들은 서로에 대해 직각으로 배열되어, 2 개의 편파 신호를 송수신하는데 사용될 수 있다.

초소형 이동통신 기지국 안테나의 핵심 기술은 RF 부분과 안테나를 하나의 작은 큐브 안에 내장하여 소형화하는데 있다. 채널 용량을 증가시키기 위해 전/자계를 이용하는 이중 편파 안테나를 사용할 수 있는데, 큐브 안에 안테나가 삽입되면 경계면 조건이 변하여 안테나 특성이 변할 수 있다. 그 결과, 안테나의 대역폭 및 이득이 감소하는 문제가 발생한다. 따라서, 넓은 대역폭, 높은 격리도 특성 및 높은 이득을 갖는 초소형 이동통신 기지국 안테나를 제작하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성, 및 높은 이득을 갖는 초소형 이중 편파 다이폴 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나는: 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 큐브 내에 제공되는 기판; 제 3 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 상기 기판에 수직 방향으로 정방형의 형태로 배치되는 제 1 내지 제 4 급전부; 그리고 상기 제 1 내지 제 4 급전부에 수직 방향으로 정방형의 형태로 배치되는 제 1 내지 제 4 방사 패치를 포함하되, 상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각은 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치 중 인접한 한 쌍의 방사 패치 상에 배치될 수 있다.

실시 예로써, 상기 제 1 마이크로스트립 라인은 제 1 급전으로부터 제 1 급전 포인트, 및 상기 제 1 급전 포인트와 대향하는 상기 제 3 급전 포인트 사이에 에칭되고, 그리고 상기 제 2 마이크로스트립 라인은 제 2 급전으로부터 제 2 급전 포인트, 및 상기 제 2 급전 포인트와 대향하는 상기 제 4 급전 포인트 사이에 에칭될 수 있다.

다른 실시 예로써, 상기 제 1 내지 제 4 급전부에 에칭된 제 3 마이크로스트립 라인들은 각각 상기 제 1 내지 제 4 급전 포인트들로 연결될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각은 상기 제 1 마이크로스트립 라인 또는 상기 제 2 마이크로스트립 라인이 통과하도록 구성된 개구부를 갖는 오픈 루프 형태이고, 상기 개구부는 상기 기판을 향할 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 3 마이크로스트립 라인들은 개구부가 상기 기판을 향하는 오픈 루프 형태이고, 상기 제 3 마이크로스트립 라인들은 상기 제 3 마이크로스트립 라인들이 상기 제 1 내지 제 4 급전 포인트들과 접하는 부분의 맞은편의 끝단이 상기 기판에 접하지 않도록 에칭될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 급전부터 상기 제 1 급전 포인트까지의 거리, 상기 제 1 급전부터 상기 제 3 급전 포인트까지의 거리, 상기 제 2 급전부터 상기 제 2 급전 포인트까지의 거리, 그리고 상기 제 2 급전부터 상기 제 4 급전 포인트까지의 거리는 동일할 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 3 마이크로스트립 라인들의 길이에 따라 정합도가 결정될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각의 양 측면에 상기 기판과 수직 방향으로 제공되는 복수의 금속 단락판들을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 복수의 금속 단락판들 각각은 상기 기판에 형성되는 비어홀들을 통하여 상기 기판과 상기 큐브 사이에 배치되는 접지면으로 연결될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 급전 및 제 2 급전은 상기 기판에 형성되는 비어홀들을 통하여 SMA 커넥터들로 연결될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 내지 제 4 급전부와 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치는 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치는 사각형 또는 원형일 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 큐브는 알루미늄, 구리, 또는 그와 유사한 것과 같은 금속체일 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 큐브는 폴리카보네이트, 아세탈, 테프론, 실리콘, 또는 그와 유사한 것과 같은 비금속체일 수 있다.

또 다른 실시 예로써, 상기 기판과 접하는 상기 큐브의 일 면은 한 변의 길이가 동작 주파수의 1/2배 이하의 정사각형일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나는 수직 편파 및 수평 편파를 발생시키는 다이폴 안테나를 각각 2 개씩 포함하고, 각각의 다이폴 안테나는 방사 패치를 서로 공유하는 구조로써, 안테나의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성, 및 높은 이득을 얻을 수 있으므로, 현재 상용되는 모든 주파수에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, B4G 시스템에도 적용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 급전부를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 I-I' 라인의 단면도를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나의 반사 손실 및 격리도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 급전부에서의 유전체 유무에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 급전부에 제공된 마이크로 스트립 라인의 길이에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 방사 패치의 크기에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다.

앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.

아래에서, 이중 편파 다이폴 안테나가 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 한 예로서 사용된다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 용도에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.

비록 "제 1", "제 2" 등의 용어가 여기서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있다 하더라도, 이들 요소는 이 용어들에 의해 한정되지 않는다. 이 용어들은 단지 다른 것들로부터 하나의 구성요소를 구별하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 "포함하는" 또는 "구성되는"과 같은 용어는 설명된 특징, 단계, 동작, 성분, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하나, 추가적인 하나 또는 그 이상의 특징, 단계, 동작, 성분, 구성요소 및/또는 그들의 그룹의 존재를 가능하게 한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층의 "위(상)/아래(하)(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 위(상)/아래(하)는 직접적으로(directly) 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 한 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "연결되는", "결합하는", 또는 "인접하는" 것으로 언급되는 때에는, 다른 요소 또는 층에 직접적으로 연결되거나, 결합 되거나, 또는 인접하는 것일 수 있고, 혹은 그 사이에 끼워지는 요소 또는 층이 존재할 수 있음이 잘 이해될 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 이중 편파 다이폴 안테나(1000)는 큐브(100), 기판(200), 제 1 내지 제 4 급전부(300a 내지 300d), 제 1 내지 제 8 금속 단락판(400a 내지 400h), 그리고 제 1 내지 제 4 방사 패치(500a 내지 500d)를 포함할 수 있다.

큐브(100)가 제공된다. 큐브(100)는 하나의 급전부(예를 들어, 300a), 두 개의 금속 단락판(예를 들어, 400a 및 400b), 및 두 개의 방사 패치(예를 들어, 500a 및 500d)로 이루어지는 다이폴 안테나들 2 쌍을 전체적으로 둘러쌀 수 있도록 캐비티(cavity) 형태로 제공될 수 있다.

큐브(100)는 동작 주파수에 따라 그 재질을 달리하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 큐브(100)는 동작 주파수 800 MHz 이상에서 사용하고자 하는 경우 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 400~800 MHz 이하의 주파수에서 사용하고자 하는 경우 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 큐브(100)는 Cu, Al과 같은 금속재질이거나, 또는 폴리 카보네이트, 아세탈, 플라스틱, 실리콘, 테프론과 같은 비금속 재질로 이루어질 수 있다.

큐브(100)는 동작 주파수에 따라 한 변의 길이가 설계될 수 있다. 예를 들어, 큐브(100)가 정사각형의 형태인 경우, 한 변의 길이는 동작 주파수에 해당하는 파장(λ)의 1/2 배로 제작될 수 있다. 그러나, 실시 예에 따라서, 1/4 배로 제작될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 큐브(100)는 원형으로 제작될 수도 있다. 이 경우, 큐브의 지름은 동작 주파수에 해당하는 파장(λ)의 1/2 배 또는 1/4 배로 제작될 수도 있으나, 이에 한정되지 않음은 잘 이해될 것이다.

기판(200)이 큐브(100) 내에 제공된다. 예를 들어, 기판(200)은 유전체 물질로 구성될 수 있다. 기판(200) 상에 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 220 및 240)이 제공될 수 있다. 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인은 급전부(300a 내지 300d)에 에칭된 제 3 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 310a 내지 310d)들에 연결되어 신호를 전달할 수 있다.

급전부(300a 내지 300d)들이 기판(200) 상에 제공된다. 제 1 내지 제 4 급전부(300a 내지 300d)는 기판(200)에 수직 방향으로 제공되며, 유전체로 이루어진 각각의 급전부의 일 면에 제 3 마이크로스트립 라인들(도 2 참조, 310a 내지 310d)이 에칭될 수 있다. 제 1 급전부(300a) 및 제 3 급전부(300c) 상의 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 310a 및 310c)은 제 1 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 220)과 연결될 수 있고, 제 2 급전부(300b) 및 제 4 급전부(300d) 상의 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 310b 및 310d)은 제 2 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 240)과 연결될 수 있다.

금속 단락판(400a 내지 400h)들이 제공된다. 각각의 급전부(300a 내지 300d) 마다 2 개의 금속 단락판들이 제공될 수 있다. 제 1 내지 제 8 금속 단락판(400a 내지 400h)들은 기판(200)에 수직 방향으로 급전부(300a 내지 300d)의 양 측면에 제공된다. 이때, 제 3 마이크로스트립 라인(도 2 참조, 310a 내지 310d)으로 에칭된 면 및 이에 대향하는 면을 제외한 나머지 2 면에 제공된다. 제 1 내지 제 8 금속 단락판(400a 내지 400h)은 접지되어, 급전부(300a 내지 300d) 및 방사 패치(500a 내지 500d)와 함께 2 쌍의 다이폴 안테나들을 구성할 수 있다. 또한, 금속 단락판(400a 내지 400h)은 급전부(300a 내지 300d)를 지지하는 역할을 할 수 있다.

방사 패치들(500a 내지 500d)이 급전부(300a 내지 300d) 및 금속 단락판(400a 내지 400h) 상에 제공된다. 방사 패치들(500a 내지 500d)은 전파를 수신하거나 송신하는 매개체로써 Cu와 같은 금속으로 구성될 수 있다. 제 1 내지 제 4 방사 패치(500a 내지 500d) 각각은 2 개의 급전부 및 2 개의 금속 단락판 상에 접촉하여 배치되거나(접촉 급전), 또는 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다(비접촉 급전).

레이돔(도 4 참조, 600)이 방사 패치(500a 내지 500d) 상에 제공된다. 레이돔은 2 쌍의 다이폴 안테나들을 보호하기 위해 제공되며, 절연체일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나(1000)는 4 개의 다이폴 안테나들을 포함할 수 있고, 각각의 다이폴 안테나는 하나의 급전부(예를 들어, 300a), 두 개의 금속 단락판(예를 들어, 400a 및 400b), 및 두 개의 방사 패치(500a 및 500d)를 포함할 수 있다. 이중 편파 다이폴 안테나(1000)가 송신기로써 동작하는 경우, 제 1 마이크로스트립 라인 내지 제 3 마이크로스트립 라인들을 통하여 전달된 신호는 다이폴 안테나들을 통하여 외부로 전파 형태로써 방사될 수 있다. 이중 편파 다이폴 안테나(1000)가 수신기로써 동작하는 경우, 다이폴 안테나는 전파를 수신하고, 전기적 신호의 형태로써 마이크로스트립 라인(미도시)을 통하여 전달될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 이중 편파를 발생시키기 위한 수평 편파 및 수직 편파를 발생시키는 다이폴 안테나가 각각 2 쌍씩 구비될 수 있다. 예를 들어, 제 1 급전부(300a), 제 1 및 제 2 금속 단락판(400a 및 400b), 및 제 1 및 제 4 방사 패치(500a 및 500d)로 구성되는 안테나(이하, 제 1 다이폴 안테나라 칭함), 그리고 제 3 급전부(300c), 제 5 및 제 6 금속 단락판(400e 및 400f), 및 제 2 및 제 3 방사 패치(500b 및 500c)로 구성되는 안테나(이하, 제 3 다이폴 안테나라 칭함)는 수평 편파를 발생시킬 수 있다. 그리고, 제 2 급전부(300b), 제 3 및 제 4 금속 단락판(400c 및 400d), 및 제 1 및 제 2 방사 패치(500a 및 500b)로 구성되는 안테나(이하 제 2 다이폴 안테나라 칭함), 그리고 제 4 급전부(300d), 제 7 및 제 8 금속 단락판(400g 및 400h), 및 제 3 및 제 4 방사 패치(500c 및 500d)로 구성되는 안테나(이하, 제 4 다이폴 안테나라 칭함)는 수직 편파를 발생시킬 수 있다. 이는 이중 편파를 발생시키기 위해 방사 패치(500a 내지 500d)들이 공유되는 구조로써, 종래의 단일 안테나보다 안테나의 이득이 높으며, 안테나를 소형화할 수 있다. 또한, 소형의 안테나임에도 불구하고, 넓은 대역 폭을 얻을 수 있으며, 격리도를 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판을 보여주는 도면이다. 기판(200)은 유전체로 구성될 수 있다. 또한, 기판(200)은 다이폴 안테나들을 지지하는 동시에 송수신 전파를 반사시키는 반사면 역할을 할 수 있다.

제 1 및 제 2 급전(210 및 230)들이 기판(200) 상에 제공된다. 이는 이중 편파를 발생시키기 위한 두 개의 신호를 인가할 수 있도록 하기 위함이다.

제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인들(220 및 240)이 서로 겹치지 않게 직교하는 형태로 제공될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인들(220 및 240)의 길이는 서로 같아야 한다. 또한, 제 1 급전(210)부터 급전 포인트(250a)까지의 마이크로스트립 라인의 길이, 제 1 급전(210)부터 급전 포인트(250c)까지의 마이크로스트립 라인의 길이, 제 2 급전(230)부터 급전 포인트(250b)까지의 마이크로스트립 라인의 길이, 그리고 제 2 급전(230)부터 급전 포인트(250d)까지의 마이크로스트립 라인의 길이는 서로 같아야 한다. 이는 이중 편파 발생시 정합을 유도하기 위함이다.

제 1 내지 제 4 급전부(300a 내지 300d)가 제공된다. 각각의 급전부들(300a 내지 300d)은 유전체로 이루어질 수 있으며, 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인들(220 및 240)이 통과할 수 있도록 기판(220)과 접하는 부분이 개구부를 갖는 오픈-루프(open-loop) 일 수 있다. 제 1 및 제 3 급전부(300a 및 300c)에 각각 제공된 제 3 마이크로스트립 라인들(도 2 참조, 310a 및 310c)은 각각 급전 포인트들(250a 및 250c)을 통하여 제 1 마이크로스트립 라인(220)으로 연결된다. 제 2 마이크로스트립 라인(240)은 급전 포인트들(250b 및 250d)을 통하여 제 2 및 제 4 급전부(300b 및 300d)에 각각 제공된 제 3 마이크로스트립 라인들(도 2 참조, 310b 및 310d)로 연결된다.

제 1 급전(210)에서 인가된 신호는 제 1 마이크로스트립 라인(220), 그리고 제 1 및 제 3 급전부(300a 및 300c)를 통하여 두 개의 다이폴 안테나(즉, 제 1 및 제 3 다이폴 안테나)로 전달되어 외부로 방사된다. 마찬가지로, 제 2 급전(230)에서 인가된 신호는 제 2 마이크로스트립 라인(240), 그리고 제 2 및 제 4 급전부(300b 및 300d)를 통하여 두 개의 다이폴 안테나(즉, 제 2 및 제 4 다이폴 안테나)로 전달되어 외부로 방사된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 각각의 다이폴 안테나들은 서로 직교하도록 구성되어 이중 편파를 형성할 수 있다. 그리고, 소형의 안테나임에도 불구하고, 넓은 대역 폭을 얻을 수 있으며, 격리도를 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 급전부를 보여주는 도면이다. 예시적으로 제 1 급전부(300a)가 도시되었으나, 제 1 내지 제 4 급전부들(300a 내지 300d)은 서로 동일한 구조를 갖는다. 제 1 급전부(300a) 및 제 3 마이크로 스트립 라인(310a)는 기판(도 2 참조, 200)에 접하는 부분이 개구부(320)를 갖는 오픈-루프 형태를 가질 수 있다. 이는 제 1 또는 제 2 마이크로스트립 라인들(도 2 참조, 220 및 240)이 통과할 수 있도록 하기 위함이다. 도면에는 비록 사각형 형태의 개구부(320)가 도시되어 있으나, 곡선, 원형 등 다양한 형태의 개구부를 가질 수 있음은 자명하다.

제 3 마이크로스트립 라인(310a)의 길이 d를 변화시킴으로써 동작 주파수를 변화시킬 수 있으며, 안테나의 정합도를 조절할 수 있다. 이에 대해서는 도 7에 도시된 그래프를 통하여 상세하게 설명될 것이다.

도 4는 도 1에 도시된 I-I' 라인의 단면도를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 큐브(100) 및 레이돔(600)이 4 개의 다이폴 안테나들을 둘러싸는 구조임을 알 수 있다. 또한, 도면에는 방사 패치들(500a 및 500d)이 급전부(300d) 및 금속 단락판들(400a, 400f 내지 400h)에 접촉하여 있으나(접촉 급전), 소정의 거리만큼 이격되어 비접촉 급전 방식에 의한 이중 편파를 발생시킬 수 있음은 자명하다.

비어홀들(260a 내지 260h)이 제공된다. 비어홀들은 큐브(100) 및 기판(200)이 접하는 부분에 형성될 수 있다. 도면에는 비록 4 개의 비어홀들만 도시되었으나, 각각의 금속 단락판들(도 2 참조, 400a 내지 400h)의 하부에 하나씩 8개의 비어홀들이 제공된다. 비어홀들은 각각의 금속 단락판들을 접지시켜 이중 편파를 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다. 도면에는 비록 큐브(100)와 기판(200)을 관통하여 비어홀들이 형성되는 것으로 도시되었으나 이는 금속 단락판들 금속 단락판들(도 2 참조, 400a 내지 400h)이 접지되는 것을 예시적으로 보여주는 것이다. 실시 예에 따라서, 큐브(100)와 기판(200) 사이에 접지면(미도시)이 제공될 수 있고, 기판(200)을 관통하여 비어홀들이 제공될 수 있다. 그리고, 금속 단락판들(도 2 참조, 400a 내지 400h)은 비어홀들을 통하여 접지면(미도시)에 연결될 수 있다.

SMA 커넥터(270)가 제공된다. 도면에는 비록 하나의 SMA 커넥터가 도시되었으나, 제 1 및 제 2 급전(도 2 참조, 210 및 230)으로 각각 신호를 전달하기 위해 2 개의 SMA 커넥터들이 제공될 수 있다. 도 3을 참조하면, SMA 커넥터(270)는 제 2 급전(도 2 참조, 230)으로 신호를 전달한다. 도면에 도시되지 않은 나머지 SMA 커넥터는 제 1 급전(도 1 참조, 210)으로 신호를 전달할 것이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나의 반사 손실 및 격리도 특성을 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 동작 주파수 대역은 대략 2.45~3.10 GHz 정도로써, 약 650 MHz 정도의 광대역 특성을 나타낸다. 그리고, 제 1 급전(도 2 참조, 210) 및 제 2 급전(도 2 참조, 230)을 통하여 전달된 신호에 기초하여 방사된 주파수가 대략 일치함을 알 수 있다. 다이폴 안테나들의 격리도 특성은 평균 -30 dB 이하로 매우 우수하다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 급전부에서의 유전체 유무에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다. 유전체 급전부(도 2 참조, 300a 내지 300d)에서 유전체를 제거하고, 오직 금속 재질의 마이크로스트립 라인만 있을 경우, 다이폴 안테나들의 정합이 이루어지지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 급전부의 유전체 유무, 또는 유전체의 유전율은 안테나의 정합도를 결정함을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 급전부에 제공된 마이크로 스트립 라인의 길이에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다. 도 3과 함께 도 7을 참조하면, d의 길이 변화에 따라 동작 주파수가 이동하기는 하지만 안테나의 정합도에 더 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나에 있어서, 방사 패치의 크기에 따른 반사 손실 특성을 보여주는 그래프이다. 방사 패치(도 1 참조, 500a 내지 500d)의 한 변의 길이에 따라 동작 주파수 대역이 변하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이중 편파 다이폴 안테나는 수직 편파 및 수평 편파를 발생시키는 다이폴 안테나를 각각 2 개씩 포함한다. 각각의 다이폴 안테나는 방사 패치를 서로 공유하는 구조로써, 안테나의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 넓은 대역폭과 높은 격리도 특성, 및 높은 이득을 얻을 수 있으므로, 현재 상용되는 모든 주파수에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, B4G 시스템에도 적용될 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.

100: 큐브 200: 기판
210: 제 1 급전 230: 제 2 급전
220: 제 1 마이크로스트립 라인 240: 제 2 마이크로 스트립 라인
250a 내지 250d: 급전 포인트 300a 내지 300d: 급전부
310a 내지 310d: 제 3 마이크로스트립 라인
400a 내지 400h: 금속 단락판 500a 내지 500d: 방사 패치
600: 레이돔

Claims (15)

1. 제 1 및 제 2 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 큐브 내에 제공되는 기판;
   제 3 마이크로스트립 라인으로 에칭되어, 상기 기판에 수직 방향으로 정방형의 형태로 배치되는 제 1 내지 제 4 급전부; 그리고
   상기 제 1 내지 제 4 급전부에 수직 방향으로 정방형의 형태로 배치되는 제 1 내지 제 4 방사 패치를 포함하되,
   상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각은 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치 중 인접한 한 쌍의 방사 패치 상에 배치되는 이중 편파 다이폴 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 마이크로스트립 라인은 제 1 급전으로부터 제 1 급전 포인트, 및 상기 제 1 급전 포인트와 대향하는 상기 제 3 급전 포인트 사이에 에칭되고, 그리고
   상기 제 2 마이크로스트립 라인은 제 2 급전으로부터 제 2 급전 포인트, 및 상기 제 2 급전 포인트와 대향하는 상기 제 4 급전 포인트 사이에 에칭되는 이중 편파 다이폴 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 4 급전부에 에칭된 제 3 마이크로스트립 라인들은 각각 상기 제 1 내지 제 4 급전 포인트들로 연결되는 이중 편파 다이폴 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각은 상기 제 1 마이크로스트립 라인 또는 상기 제 2 마이크로스트립 라인이 통과하도록 구성된 개구부를 갖는 오픈 루프 형태이고, 상기 개구부는 상기 기판을 향하는 이중 편파 다이폴 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 3 마이크로스트립 라인들은 개구부가 상기 기판을 향하는 오픈 루프 형태이고, 상기 제 3 마이크로스트립 라인들은 상기 제 3 마이크로스트립 라인들이 상기 제 1 내지 제 4 급전 포인트들과 접하는 부분의 맞은편의 끝단이 상기 기판에 접하지 않도록 에칭되는 이중 편파 다이폴 안테나.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 급전부터 상기 제 1 급전 포인트까지의 거리, 상기 제 1 급전부터 상기 제 3 급전 포인트까지의 거리, 상기 제 2 급전부터 상기 제 2 급전 포인트까지의 거리, 그리고 상기 제 2 급전부터 상기 제 4 급전 포인트까지의 거리는 동일한 이중 편파 다이폴 안테나.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 3 마이크로스트립 라인들의 길이에 따라 정합도가 결정되는 이중 편파 다이폴 안테나.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 4 급전부 각각의 양 측면에 상기 기판과 수직 방향으로 제공되는 복수의 금속 단락판들을 더 포함하는 이중 편파 다이폴 안테나.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 복수의 금속 단락판들 각각은 상기 기판에 형성되는 비어홀들을 통하여 상기 기판과 상기 큐브 사이에 배치되는 접지면으로 연결되는 이중 편파 다이폴 안테나.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 급전 및 제 2 급전은 상기 기판에 형성되는 비어홀들을 통하여 SMA 커넥터들로 연결되는 이중 편파 다이폴 안테나.
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 급전부와 상기 제 1 내지 제 4 방사 패치는 소정의 간격만큼 이격되어 배치되는 이중 편파 다이폴 안테나.
12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 방사 패치는 사각형 또는 원형인 이중 편파 다이폴 안테나.
13. 제 6 항에 있어서,
    상기 큐브는 알루미늄, 구리, 또는 그와 유사한 것과 같은 금속체인 이중 편파 다이폴 안테나.
14. 제 6 항에 있어서,
    상기 큐브는 폴리카보네이트, 아세탈, 테프론, 실리콘, 또는 그와 유사한 것과 같은 비금속체인 이중 편파 다이폴 안테나.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판과 접하는 상기 큐브의 일 면은 한 변의 길이가 동작 주파수의 1/2배 이하의 정사각형인 이중 편파 다이폴 안테나.

Images