KR20180052071A - Antenna device including parabolic-hyperbolic reflector - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 다양한 실시예는 안테나 장치에 관한 것으로서, 예를 들면, 반사기를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이다. Various embodiments of the present invention relate to an antenna device, for example, an antenna device including a reflector.
지속적으로 증가하는 사용자 수요가 모바일 통신 기술의 급속한 발전의 동기가 되고 있다. 현재는 5G 밀리미터파(mmWave) 네트워크들이 활발히 개발 중에 있다. 5G 밀리미터파 네트워크들은 사용자 경험에 기반하면서 인근 장치들과의 연결 용이성과 개선된 에너지 효율과 같은 요소들을 포함하는 보다 높은 성능을 필요로 할 수 있다. 밀리미터파 기술은 안테나 어레이들의 물리학, 고속 트랜시버 구조 등과 관련된 다양한 기본 난제들과 조우한다.The ever-increasing user demand is driving the rapid development of mobile communication technology. Currently, 5G millimeter wave (mmWave) networks are actively under development. 5G millimeter wave networks may require higher performance based on user experience, including factors such as ease of connection with nearby devices and improved energy efficiency. Millimeter wave technology encounters various fundamental challenges related to the physics of antenna arrays, high-speed transceiver structures, and so on.
밀리미터파 안테나들의 집적을 위해 여전히 남은 주요 과제들은 가격을 낮추고, 간섭 수준을 줄이고, 요구되는 통신 품질과 에너지 효율을 제공하도록 하는 것이다. 더 나아가 통신 채널은 통신 모바일 기기가 자신의 위치를 변경할 때 안정성을 유지해야 한다. 따라서 다음과 같은 요건들이 예컨대 기지국들의 안테나들에 부과될 수 있다:The main challenges remaining for integration of millimeter wave antennas are to lower costs, reduce interference levels, and provide the required communication quality and energy efficiency. Furthermore, the communication channel must remain stable when the communicating mobile device changes its location. Thus, the following requirements may be imposed on the antennas of base stations, for example:
1) 높은 이득,1) High gain,
2) 넓은 스캔 각도,2) Wide scan angle,
3) 고지향성,3) High directivity,
4) 저 측대파(low side lobe) 레벨,4) low side lobe level,
5) 속도를 높이고 데이터 전송의 안정성을 향상시키기 위한 이중 편파 빔 포밍,5) Dual polarization beamforming to increase the speed and improve the stability of data transmission,
6) 안테나의 높은 효율성.6) High efficiency of antenna.
스캐닝 안테나들의 동작에서 매우 중요한 작업은 스캔 각도(scan angle)를 높이는 것으로, 이를 통해 시스템의 효율성을 개선할 수 있다. 전통적인 안테나 어레이의 스캔 각도는 일반적으로, 이득의 상당한 감소 및 측대파(side lobe) 레벨의 과도한 증가를 야기하지 않기 위해 +-45도로 제한될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 전통적으로 기지국(BS)를 구성함에 있어, +-45도의 스캔 각도를 가진 4개의 안테나들(BSA1, BSA2, BSA3, BSA4)이 배치되어 기지국(BS) 주위의 360도 영역을 커버할 수 있다. 한편, 전체 커버리지 영역을 커버하기 위해(전체 커버리지 영역에 원하는 레벨의 전파를 제공하기 위해) 4개 대신 3개의 안테나들을 사용하는 것은 기지국 트랜시버 측의 제어 및 분배 장치들의 복잡도에 대한 필요 요건들을 상당히 완화시키고, 기지국 규모를 줄이며, 기지국의 설치를 단순화 및 고속화할 수 있을 것이다. 따라서, 3개의 안테나들로 기지국을 구성하기 위해서는, 각각의 안테나가 +-60도 미만이 아닌, +-60도 이상의 스캔 각도를 가지는 것이 바람직하다.A very important task in the operation of scanning antennas is to increase the scan angle, thereby improving the efficiency of the system. The scan angle of a conventional antenna array is generally limited to + -45 degrees to avoid a significant reduction in gain and an excessive increase in side lobe levels. 1, in constructing a base station (BS), four antennas BSA1, BSA2, BSA3, and BSA4 having a scan angle of + -45 degrees are disposed, Of 360 degrees. On the other hand, using three antennas instead of four (to provide the desired level of propagation in the entire coverage area) to cover the entire coverage area significantly mitigates the requirements for the complexity of the control and distribution devices on the base transceiver side The size of the base station can be reduced, and the installation of the base station can be simplified and speeded up. Therefore, in order to configure the base station with three antennas, it is preferable that each antenna has a scan angle of + -60 degrees or more, not less than + -60 degrees.
밀리미터파 통신 주파수 대역에서 스캔 각도를 확장하기 위해 특수한 수단이 요구될 수 있다. 예를 들어, 등각 안테나 어레이(원기둥형), 루네부르크 렌즈 안테나들, 스위칭되는 선대칭 안테나들이 스캔 각도를 증가시키기 위해 현재 사용되고 있다. 이러한 종류의 안테나들은 +-90 이상의 스캔 각도를 제공할 수 있다. 그러나 이들은 몇 가지 단점이 있다. 예를 들면, 추가 손실을 일으키는 복잡한 스위칭 유닛을 포함하며, 큰 설치 공간을 필요로 하면서 안테나 구경 효율(efficiency of the antenna aperture)이 낮을 수 있다. Special measures may be required to extend the scan angle in the millimeter wave communication frequency band. For example, iso-antenna arrays (cylindrical), Luneburg lens antennas, and switched line-symmetrical antennas are currently being used to increase the scan angle. These types of antennas can provide a scan angle of + -90 or greater. However, they have some disadvantages. For example, it involves complex switching units that cause additional losses, and may require low installation space and low efficiency of the antenna aperture.
종래의 안테나 어레이들은 어레이 앞에 특별한 구조들을 설치함으로써 확장된 스캐닝 빔을 획득할 수 있다. 이러한 구조들은 파두(wave front)의 추가 편차를 일으킬 수 있으며, 일반적으로 큰 측면 어레이(broad side array)들에 사용된다. Conventional antenna arrays can acquire an extended scanning beam by installing special structures in front of the array. These structures can cause additional deviations in the wave front, and are typically used in large side arrays.
상술한 요건들에 어느 정도 접근하는 종래의 밀리미터파 해법들이 몇몇 존재한다.There are several conventional millimeter wave solutions that approach some of the above requirements.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제7차 EUCAP(European Conference on Antennas and Propagation) 2013의 공보 “무선 통신 시스템을 위한 E 밴드 원통형 반사기 안테나(An E-band Cylindrical Reflector Antenna for Wireless Communication Systems)”에서는 고주파 인가 및 높은 이득과 상대적으로 낮은 손실을 가지도록 설계된 원통형의 반사기 안테나가 개시된다. 그러나 이 안테나는 스캐닝을 할 수 없고, 약 60%의 효율성을 가지며, 단일 편파만으로 작동한다.For example, as shown in FIG. 2, an E-band cylindrical reflector antenna for wireless communication systems (European Conference on Antennas and Propagation) 2013 of the 7th EUCAP Quot;) discloses a cylindrical reflector antenna designed to have high frequency and high gain and relatively low loss. However, this antenna can not be scanned, has about 60% efficiency, and operates with only a single polarization.
도 3을 참조하면, 23Ghz에서의 적용을 위한 또 다른 종래의 안테나가 마이크로 전자회로, 전자 부품들 및 재료들에 대한 베오그라드 대학 논문 IHTM-CMTM, 제43권 2호(2013), 97-102에 공개된 “인쇄 안테나 구조를 가진 원통형 파라볼릭 반사기(Cylindrical-parabolic reflector with printed antenna structures)”에 개시된다. 개시된 안테나는 쌍극의 마이크로스트립 안테나 어레이 형태의 방사 구조(radiating structure), 및 원통형 반사기를 구비한다. 앞의 예처럼, 이러한 안테나는 단일 편파만으로 동작할 뿐 스캔 기능을 가지고 있지 않다. 또한, 방사체들에 급전을 제공함에 있어, 베오그라드 대학 논문을 통해 개시된 안테나의 마이크로스트립 급전기(feeder)는 2-3db에 달하는 손실을 가지기 때문에, 겨우 56%의 효율로 동작한다. 밀리미터파 통신에 있어, 이러한 마이크로스트립 급전기의 손실은 유전 물질 손실이나 제조 결함(어떤 변칙들, 두껍게 됨(thickening), 협소화(narrowing), 패임(notches), 곡률, 코너 등이 재반사, 기생적 방사 등을 일으킬 수 있음) 등에 의해 더 증가될 수 있다. 따라서 급전 경로의 분산된 시스템(distributed system of the feeder path)은 밀리미터 안테나들의 단점이 될 수 있다.Referring to FIG. 3, another conventional antenna for application at 23 GHz is shown in the IWGM-CMTM, Volume 43 (2) (2013), 97-102, Belgrade University article on microelectronic circuits, electronic components and materials Disclosed in " Cylindrical-parabolic reflector with printed antenna structures ". The disclosed antenna has a radiating structure in the form of a bipolar microstrip antenna array, and a cylindrical reflector. As in the previous example, these antennas only operate with a single polarization and do not have a scan function. Also, in providing feeds to the emitters, the microstrip feeder of the antenna disclosed through the article of the University of Belgrade has an efficiency of only 56% since it has a loss of 2-3 db. In millimeter-wave communications, the loss of these microstrip-class electricity is caused by dielectric material loss or manufacturing defects (any anomalies, thickening, narrowing, notches, curvature, Which may cause red emission or the like). Thus, a distributed system of the feeder path can be a disadvantage of millimeter antennas.
2012년 중국 스자좡(Shijiazhuang) 050081, CETC의 제54 연구소, 초고주파 및 밀리미터파 기술에 대한 국제 회의(ICMMT)에서 루 지용(Lu Zhiyong)이 공개한 “높은 이득 및 스캐닝 빔을 가진 안테나 어레이 설계(The Design on the Antenna Array with High Gain and Scanning Beam)”에는 또 다른 종래의 안테나(도 4 참조)가 개시된다. 여기서 원통형(파라볼릭) 반사기는 스캐닝 빔을 형성하기 위한 특수한 어레이에 의해 비춰진다. 개시된 안테나는 앞의 것들처럼, 단일 편파로 동작하고, 상대적으로 낮은 효율(약 60%)을 가진다. 또한, 개시된 안테나는 매우 제한된 스캔 각도(+-20도)를 가지므로, 360도 영역을 커버하려면 9 개의 안테나가 설치되어야 하며, 극도의 복잡도를 감안할 때, 모바일 통신을 위해 기지국에서 그러한 안테나를 사용하는 것은 거의 적합하지 않다."Antenna Array Design with High Gain and Scanning Beam", published by Lu Zhiyong at the International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technologies (ICMMT), Shijiazhuang 050081, China, 2012, Another conventional antenna (see Fig. 4) is disclosed in " The Design of the Antenna Array with High Gain and Scanning Beam ". Wherein the cylindrical (parabolic) reflector is illuminated by a special array for forming the scanning beam. The disclosed antenna operates as a single polarization and has a relatively low efficiency (about 60%), as in the foregoing. Also, since the disclosed antenna has a very limited scan angle (+ -20 degrees), nine antennas must be installed to cover a 360 degree area, and given the extreme complexity, the base station may use such antennas for mobile communications It is rarely appropriate to do so.
도 5를 참조하면, 또 다른 밀리미터파 안테나로서 톰슨 CSF 레이다 Maser-T 안테나가 제안된 바 있다. 제안된 안테나는 복수의 선형 마이크로스트립 안테나 어레이들로 구성되는 복잡한 스캐닝 안테나 어레이이며, 각각의 스캐닝 안테나에 각자의 트랜시버 회로가 연결된다. 그러나 그러한 모든 복잡도에도 불구하고, 이 안테나의 스캔 각도는 +-40도로 제한되며, 그 마이크로스트립 구조가 급전선들에서의 높은 손실을 유발하여 안테나 효율을 저하시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, another Thomson CSF radar Maser-T antenna has been proposed as another millimeter wave antenna. The proposed antenna is a complex scanning antenna array composed of a plurality of linear microstrip antenna arrays, and each transceiver circuit is connected to each scanning antenna. However, despite all of this complexity, the scan angle of this antenna is limited to + -40 degrees and the microstrip structure can cause high losses in the feed lines, which can degrade the antenna efficiency.
이러한 종래의 기술들은 상기에서 나열한 요건들 모두를 동시에 만족시킬 수 있는 안테나 장치들을 제공함에 있어 적합하지 못하다.These conventional techniques are not suitable for providing antenna devices capable of satisfying all of the requirements listed above simultaneously.
상술한 종래 기술의 단점들 중 적어도 일부를 극복하기 위해, 본 발명의 다양한 실시예는 이중 편파 빔 포밍이 가능하고, 스캔 각도를 향상시킬 수 있는 안테나 장치를 제공할 수 있다. In order to overcome at least some of the disadvantages of the prior art described above, various embodiments of the present invention can provide an antenna device capable of double polarized beamforming and capable of improving the scanning angle.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 안테나 장치는, According to various embodiments of the present invention,
제1 방향에 평행하게 절개한 제1 단면들은 파라볼릭 형상 프로파일(a profile of a parabolic)을 가지고, 상기 제1 방향에 수직하게 절개하여 상기 제1 단면들과 수직하게 교차하는 제2 단면들은 하이퍼볼릭 형상 프로파일(a profile of a hyperbolic)을 가지는 반사기(reflector); 및Wherein the first cross-sections cut parallel to the first direction have a profile of a parabolic, the second cross-sections perpendicular to the first cross-direction and perpendicular to the first cross- A reflector having a profile of a hyperbolic profile; And
상기 반사기의 적어도 일부를 비추면서(illuminate) 빔(beam)을 스캐닝(scanning)하는 적어도 하나의 위상 안테나 어레이를 구비하는 방사 구조(radiating structure)를 포함할 수 있고,And a radiating structure having at least one phase antenna array that illuminates at least a portion of the reflector to scan a beam,
상기 제1 단면의 파라볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조를 향하게 형성되고, 상기 제2 단면의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조로부터 멀어지는 방향을 향하게 형성될 수 있다.The parabolic profile ends of the first cross-section may be oriented toward the radiating structure, and the hyperbolic profile ends of the second cross-section may be oriented away from the radiating structure.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 복합적인 형상(예: 파라볼릭-하이퍼볼릭 형상)의 반사기를 포함함으로써, 통상적인 안테나 장치와 비교할 때, 이득, 스캔 각도, 지향성, 측대파(side lobe) 레벨, 이중 편파 빔 포밍(beam forming), 효율 등에 있어 개선된 특성을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 하이퍼볼릭 형상의 프로파일에 따라 안테나의 스캔 각도가 한 평면 내에서 증가되고, 실질적인 규모의 증가 없이도 필요한 방사 패턴이 다른 평면 내에서 형성될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 이와 같이 스캔 각도를 증가시킴과 아울러, 필요한 방사 패턴을 다른 평면 내에 형성시키면서도, 효율성을 유지하면서 측대파 레벨의 증가를 억제할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 스캔 각도를 증기시킴으로써, 더 적은 수의 안테나로 360도 각도 범위를 커버하는 기지국을 구현할 수 있으므로, 기지국의 트랜시버 측 제어 및 분산 장치들의 복잡도에 대한 필요요건을 감소시키고, 기지국의 크기를 줄이고, 기지국 설치를 단순화 및 가속화하며 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. The antenna device according to various embodiments of the present invention includes a reflector of a complex shape (e.g., parabolical-hyperbolic shape), so that the gain, the scan angle, the directivity, the side lobe level, dual polarization beam forming, efficiency, and the like. In one embodiment, the scan angle of the antenna is increased in one plane according to the profile of the hyperbolic shape, and the required radiation pattern can be formed in another plane without substantial increase in scale. The antenna device according to various embodiments of the present invention can increase the scanning angle and thus form a necessary radiation pattern in a different plane while suppressing an increase in side wave level while maintaining efficiency. The antenna apparatus according to various embodiments of the present invention can realize a base station that covers a 360 degree angle range with fewer antennas by increasing the scan angle so that the need for the complexity of the base station's transceiver- Reduce requirements, reduce base station size, simplify and accelerate base station installation, and improve energy efficiency.
도 1은 통상적인 기지국의 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 종래의 밀리미터파 안테나들의 예들을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 라인 A-A'을 따라 안테나 장치를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 6의 라인 B-B'을 따라 안테나 장치를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 9는 종래의 원통형 또는 파라볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 방사 특성을 측정하여 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 파라볼릭-하이퍼볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 방사 특성을 측정하여 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 이용한 기지국 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나의 구현 예를 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14의 라인 C-C'을 따라 위상 안테나를 절개하여 나타내는 단면도이다.
도 16과 도 17은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 급전 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 종래의 원통형 또는 파라볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 수직 평면(vertical (elevation) plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 수직 평면 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 반사기의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 산출 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining an antenna arrangement of a conventional base station.
FIGS. 2 to 5 are views showing examples of conventional millimeter wave antennas.
6 is a perspective view showing an antenna device according to various embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the antenna device taken along the line A-A 'in FIG. 6; FIG.
8 is a cross-sectional view showing the antenna device taken along the line B-B 'of FIG.
9 is a graph showing measured radiation characteristics of an antenna device including a conventional cylindrical or parabolic reflector.
10 is a graph illustrating measurement of radiation characteristics of an antenna device including a parabolic-hyperbolic reflector according to various embodiments of the present invention.
11 is a view for explaining an example of a base station configuration using an antenna apparatus according to various embodiments of the present invention.
12 is a perspective view showing a phase antenna array of an antenna device according to various embodiments of the present invention.
13 is an exploded perspective view illustrating an embodiment of a phase antenna of an antenna device according to various embodiments of the present invention.
14 is a view for explaining an embodiment of a phase antenna of an antenna device according to various embodiments of the present invention.
15 is a cross-sectional view showing the phase antenna cut along the line C-C 'of FIG.
16 and 17 are views for explaining the feeding structure of the antenna device according to various embodiments of the present invention.
18 is a diagram showing a vertical (elevation) plane radiation pattern of an antenna device including a conventional cylindrical or parabolic reflector.
19 is a view showing a vertical plane radiation pattern of an antenna device according to various embodiments of the present invention.
20 is a view for explaining an example of calculating a hyperbolic shape profile of a reflector in an antenna device according to various embodiments of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 일부 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 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.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and some embodiments will be described in detail with reference to the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
'제1', '제2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 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.Terms including ordinals such as "first", "second", etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term " and / or " includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
또한, '전면', '후면', '상면', '하면' 등과 같은 도면에 보이는 것을 기준으로 기술된 상대적인 용어들은 '제1', '제2' 등과 같은 서수들로 대체될 수 있다. '제1', '제2' 등의 서수들에 있어서 그 순서는 언급된 순서나 임의로 정해진 것으로서, 필요에 따라 임의로 변경될 수 있다. In addition, relative terms described on the basis of what is shown in the drawings such as 'front', 'rear', 'top', 'under', etc. may be replaced with ordinals such as 'first', 'second' The ordinal numbers such as 'first', 'second', and the like may be arbitrarily changed in accordance with necessity, as the order is arbitrarily determined.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, number, step, operation, element, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in the sense of the present invention Do not.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(100)를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 라인 A-A'을 따라 안테나 장치(100)를 절개하여 나타내는 단면도이다. 도 8은 도 6의 라인 B-B'을 따라 안테나 장치(100)를 절개하여 나타내는 단면도이다.6 is a perspective view illustrating an
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(100)는, 반사기(101), 방사 구조(예: 위상 안테나 어레이(102))를 포함할 수 있다. 상기 방사 구조는 적어도 하나의 위상 어레이 안테나(102)를 포함할 수 있으며, 상기 위상 어레이 안테나(102)는 상기 반사기(101)의 적어도 일부를 비추게 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 위상 어레이 안테나(102)는 상기 반사기(101)를 향해 전파를 방사하거나, 외부로부터 입사되어 상기 반사기(101)에 의해 반사된 전파 중 적어도 일부를 수신할 수 있다. 6 through 8, an
다양한 실시예에 따르면, 상기 방사 구조가 하나의 상기 위상 어레이 안테나(102)를 포함하는 경우, 상기 위상 어레이 안테나(102)는 실질적으로 상기 반사기(101)의 전체 영역을 비출 수 있다. 한 실시예에서, 상기 방사 구조가 복수(예: 적어도 두 개)의 상기 위상 어레이 안테나(102)를 포함하는 경우, 각각의 상기 위상 어레이 안테나(102)는 상기 반사기(101)의 서로 다른 부분을 비출수 있다. 예컨대, 도 6 또는 도 7을 참조하면, 두 개의 상기 위상 안테나 어레이(102)들 중 하나는 상기 반사기(101)의 상반부를 비추고, 다른 하나는 상기 반사기(101)의 하반부를 비출 수 있다. According to various embodiments, if the radiating structure includes one phased
이하의 구체적인 실시예를 설명함에 있어, 도 6의 '제1 방향(D1)'은 중력의 역방향을 의미할 수 있고, '제2 방향(D2)'는 상기 위상 어레이 안테나(102)를 이루는 방사체(예: 도 13의 도파로 안테나(102a))들이 배열된 방향이면서, 상기 제1 방향(D1)에 대하여 수직인 방향을 의미할 수 있으며, '제3 방향(D3)'은 상기 제1 방향(D1)과 상기 제2 방향(D2) 각각에 수직인 방향을 의미할 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 안테나 장치(100)가 설치된 환경 또는 실제 설치 상태에 따라, 상기 제1 방향(D1)은 중력 방향(또는 그 역방향)에 대하여 경사진 방향을 의미할 수 있다. 이하의 상세한 설명에서 참조번호 'DX('X'는 자연수)'는 방향을 지시하는 의미로서, 또는, 일정 방향으로 배치된 평면을 나타내는 의미로서 활용될 수 있다. 6, the 'first direction D1' may denote the opposite direction of the gravity, and the 'second direction D2' may denote the direction of the gravitational force of the
한 실시예에 따르면, 상기 반사기(101)와 상기 방사 구조는 지지체(103)를 통해 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 제3 방향(D3)에서, 상기 반사기(101)는 상기 지지체(103)의 한 단부에, 상기 방사 구조(예: 상기 위상 어레이 안테나(102))는 상기 지지체(103)의 다른 단부에 각각 장착될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 방사 구조, 예컨대, 상기 위상 어레이 안테나(102)(들)는 상기 반사기(101)의 적어도 일부분을 비추게 배치될 수 있다. According to one embodiment, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 반사기(101)는, 상기 방사 구조의 주변을 적어도 부분적으로 감싸는 곡면 플레이트 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 방사 구조에서 볼 때, 상기 반사기(101)를 일 방향으로 절개한 제1 단면(들)은 파라볼릭 형상 프로파일을 가질 수 있으며, 상기 반사기(101)를 다른 방향(예: 상기 제1 단면과 수직하는 방향)으로 절개한 제2 단면(들)은 하이퍼볼릭 형상 프로파일을 가질 수 있다. According to various embodiments, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 단면(들)은, 예를 들면, D2-D3 평면에 대하여 수직하면서, D1-D3 평면과 평행하거나 경사진 평면을 따라 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 절개한 단면을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 7을 통해 도시된 단면은, D1-D3 평면과 평행하면서 도 6의 라인 A-A'을 포함하는 평면(이하, '제1 수직면')을 따라 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 절개한 제1 단면으로서, 상기 반사기(101)의 단면 및/또는 상기 안테나 장치(100) 전체의 단면을 의미할 수 있다. 상기 제1 단면에서 상기 반사기(101)는 상기 방사 구조(예: 상기 위상 어레이 안테나(102))의 주위에서 파라볼릭 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상기 반사기(101)(예: 상기 제1 단면)의 파라볼릭 형상 프로파일의 단부(PE)(들)은 상기 방사 구조를 향하게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 방사 구조로부터 상기 제3 방향(D3)을 따라 상기 반사기(101)의 임의의 부분까지 거리(d)를 측정했을 때, 상기 파라볼릭 형상 프로파일의 단부(PE)들이 상기 방사 구조와 가장 가까이 위치할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 수직면에 평행하거나 경사진 평면들을 따라 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 절개했을 때, 상기와 같은 파라볼릭 형상 프로파일 각각은 부분적으로 서로 다를 수 있다. 예컨대, 상기 안테나 장치(100)에 요구되는 스캔 각도, 지향성, 이득 등에 따라 상기 반사기(101)의 반사면 프로파일이 다양할 수 있다. According to various embodiments, the first cross-section (s) may be formed, for example, along the plane perpendicular to the D2-D3 plane and parallel or inclined to the D1-D3 plane, May refer to a cross-section of the
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 단면(들)은, 예를 들면, D1-D3 평면에 대하여 수직하면서, D2-D3 평면과 평행하거나 경사진 평면을 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 따라 절개한 단면을 의미할 수 있다. 예를 들면, 도 8을 통해 도시된 단면은, D2-D3 평면과 평행하면서 도 6의 라인 B-B'을 포함하는 평면(이하, '제1 수평면')을 따라 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 절개했을 때 나타나는 제2 단면으로서, 상기 반사기(101)의 단면 및/또는 상기 안테나 장치(100) 전체의 단면을 의미할 수 있다. 상기 제2 단면에서 상기 반사기(101)는 상기 방사 구조(예: 상기 위상 어레이 안테나(102))에 대하여 하이퍼볼릭 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상기 반사기(101)(예: 상기 제2 단면)의 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 단부(HE)(들)은 상기 방사 구조로부터 멀어지는 방향을 향하게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 방사 구조로부터 상기 제3 방향(D3)을 따라 상기 반사기(101)의 임의의 부분까지 거리(d)를 측정했을 때, 상기 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 단부(HE)들이 상기 방사 구조로부터 가장 멀리 위치할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 수평면에 평행하거나 경사진 평면들을 따라 상기 반사기(101) 및/또는 상기 안테나 장치(100)를 절개했을 때, 상기와 같은 하이퍼볼릭 형상 프로파일 각각은 부분적으로 서로 다를 수 있다. 예컨대, 상기 안테나 장치(100)에 요구되는 스캔 각도, 지향성, 이득 등에 따라 상기 반사기(101)의 반사면 프로파일이 결정될 수 있다. According to various embodiments, the second cross-section (s) may be formed by, for example, a plane perpendicular to the D1-D3 plane and parallel or inclined with respect to the D2-D3 plane to the
다양한 실시예에 따르면, 상기 위상 안테나 어레이(102)는 복수의 위상 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a))들을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 위상 안테나들을 상기 제2 방향(D2)을 따라 선형으로 배열하여 상기 위상 안테나 어레이(102)를 형성할 수 있다. 한 실시예에서, 상기와 같은 위상 안테나들 각각은 상기 제2 단면들 중 하나와 동일 평면, 예를 들면, 도 7에서 라인 P1 또는 P2를 포함하면서 상기 제2 방향(D2)과 평행한 평면 상에 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기와 같은 위상 안테나들은 상기 제2 단면의 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 대칭축(예: 도 8의 'S'로 지시된 축(axis))과 직교하는 방향으로 정렬될 수 있다. According to various embodiments, the
도 9는 종래의 원통형 또는 파라볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 방사 특성을 측정하여 나타내는 그래프이다. 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 파라볼릭-하이퍼볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 방사 특성을 측정하여 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing measured radiation characteristics of an antenna device including a conventional cylindrical or parabolic reflector. 10 is a graph illustrating measurement of radiation characteristics of an antenna device including a parabolic-hyperbolic reflector according to various embodiments of the present invention.
도 9와 도 10의 방사 특성 측정 결과는, 반사기의 형상 또는 프로파일의 차이에 따른 방사 특성을 비교하기 위한 것으로서, 반사기를 제외한 다른 구성요소들은 동일한 조건에서 측정된 것이다. 이러한 측정은 26.65GHz, 27.925GHz, 29.2GHz 주파수 대역에서 각각 이루어졌다.The results of the measurement of the radiation characteristics in Figs. 9 and 10 are for comparing the radiation characteristics according to the shape of the reflector or the difference in profile, and the other components except for the reflector are measured under the same conditions. These measurements were made in the 26.65 GHz, 27.925 GHz, and 29.2 GHz frequency bands, respectively.
도 9는, 예를 들면, 선형 단면을 가지는 반사기를 포함하는 종래의 안테나 장치(예: 도 2 또는 도 3의 안테나 장치)의 방사 특성(예: 지향성)을 측정한 그래프이다. 도 9를 통해 나타난 바와 같이, 종래의 안테나 장치는, +45도보다 큰 굴절 각도에서 메인 빔을, -45도보다 작은 굴절 각도에서 메인 빔과 유사한 레벨의 기생 굴절 측대파(parasitic diffraction lobe)를 생성함을 알 수 있다. 이러한 메인 빔 및/또는 기생 굴절 측대파는 지향 방향(main direction; 0도 방향)에서의 이득보다 지나치게 강한 송수신 레벨을 가짐으로써, 지향 방향에서의 이득을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기와 같은 종래의 안테나 장치는 대체로 +-45도의 스캔 각도를 가질 수 있지만, 지향 방향에서의 이득과 메인 빔(및/또는 기생 굴절 측대파)의 이득 사이의 차이가 클수록 안테나 장치의 스캔 각도는 협소해질 수 있다. Fig. 9 is a graph showing a measurement of the radiation characteristic (for example, directivity) of a conventional antenna apparatus (for example, the antenna apparatus of Fig. 2 or 3) including a reflector having a linear section. As shown in FIG. 9, the conventional antenna apparatus has a main beam at a refraction angle greater than +45 degrees and a parasitic diffraction lobe at a refraction angle smaller than -45 degrees, similar to the main beam It can be seen that This main beam and / or parasitic refractive-index side wave has a transmission / reception level that is excessively stronger than the gain in the main direction (0 degree direction), so that the gain in the directivity direction can be reduced. The conventional antenna device may have a scanning angle of + -45 degrees. However, the larger the difference between the gain in the directing direction and the gain of the main beam (and / or the parasitic refracting wave) The angle can be narrowed.
도 10은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치, 예를 들면, 도 6에 도시된 안테나 장치(100)의 방사 특성(예: 지향성)을 측정한 그래프이다. 도 10을 통해 나타난 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시에에 따른 안테나 장치는, (종래의 안테나 장치와 비교할 때) -45도를 초과하는 스캔 방향에서 기생 굴절 측대파의 생성이 억제되며, -45도를 초과하는 스캔 방향의 일정 범위(I)(예: 대략 30도 각도 범위)에서 송수신 레벨(이득)은 지향 방향의 이득과 유사한 정도로 유지됨을 알 수 있다. 이와 같이, 기생 굴절 측대파의 생성이 억제됨으로써, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 지향 방향에서의 이득을 개선할 수 있으며, 스캔 각도가 일정 범위(I)만큼 확장될 수 있다. Fig. 10 is a graph showing radiation characteristics (e.g., directivity) of an antenna device according to various embodiments of the present invention, for example, the
한 실시예에 따르면, 도 9의 스캔 각도 범위의 이득과 비교해 보면, 도 10의 측정 결과는 지향 방향의 이득이 개선되고, 스캔 각도 범위(+-45 + I) 전반에서의 이득이 균일해짐(편차가 감소됨)을 나타내고 있다. 예컨대, 다른 조건(예: 다른 구성요소들의 배치나 성능)이 동일하다면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 종래의 안테나 장치와 비교할 때, 이득, 효율성, 지향성 등을 개선하거나 적어도 유지하면서, 스캔 각도를 개선(확장)할 수 있다. 하이퍼볼릭 형상 프로파일은 객체의 이미지(the image of the object)를 줄인다는 것은, 예를 들면, 위상 어레이 안테나에 비춰지는 반사기에 하이퍼볼릭 형상 프로파일을 적용함으로써, 방사 소자(radiating element, 예컨대, 위상 안테나)들 사이의 전기적인 거리(electrical distance)가 가상적으로(virtually) 감소되는 것을 의미하며, 이를 통해 안테나 장치의 특성, 예컨대, 이득, 효율성, 지향성 등을 개선하거나 적어도 유지하면서, 스캔 각도가 개선(확장)되는 등의 통합적인 효과가 설명될 수 있다. According to one embodiment, as compared with the gain of the scan angle range of FIG. 9, the measurement result of FIG. 10 shows that the gain in the direction of the direction is improved and the gain in the entire scan angle range (+ -45 + I) The deviation is reduced). For example, if different conditions (e.g., placement or performance of other components) are the same, then the antenna device according to various embodiments of the present invention can be used to improve, or at least maintain, gain, The scan angle can be improved (expanded). The hyperbolic shape profile reduces the image of the object by, for example, applying a hyperbolic shape profile to the reflector reflected in the phased array antenna, Means that the electrical distance between the antenna elements is virtually reduced so that the scan angle is improved by improving or at least maintaining the characteristics of the antenna device such as gain, Expansion) can be explained.
하이퍼볼릭 형상 프로파일이 적용된 반사기는 기생 굴절 측대파의 생성을 억제할 수 있으며, 기생 굴절 측대파가 없을 때, 상기 위상 안테나 어레이를 형성하는 위상 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a))들 사이의 거리(예: 전기적인 거리)는 다음의 [수학식 1]을 만족할 수 있다. The reflector to which the hyperbolic shape profile is applied can suppress the generation of parasitic refracted wave, and when there is no parasitic refractory wave, a phase antenna (e.g.,
[수학식 1]에서, 'a'는 위상 안테나들 사이의 전기적인 거리, 'θmax'는 빔(beam)의 최대 굴절각, 'λ'는 파장을 의미한다. In Equation (1), 'a' is the electrical distance between the phase antennas, 'θ max ' is the maximum refraction angle of the beam, and 'λ' is the wavelength.
위 [수학식 1]을 통해 나타난 바와 같이, 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 반사기를 활용함으로써, 방사 소자들 사이의 전기적인 거리가 감소될 수 있으며, 이를 통해 스캔 각도, 예컨대, 빔의 최대 굴절각(θmax)을 향상시킬 수 있다. 어떤 실시예에서, 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 곡률이 클수록 더 큰 스캔 각도가 제공될 수 있다. 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 반사기를 적용한 경우, 방사 소자들 사이의 전기적인 거리가 감소될 수 있지만, 방사 소자들 사이의 실제 거리는 변경되지 않을 수 있다. Above as represented by the Equation 1, by taking advantage of the reflector of the hyperbolic-shaped profile, radiation, and the electrical distance between the elements can be reduced, the scanning angle through which, for example, the maximum refraction angle (θ max of the beam ) Can be improved. In some embodiments, the larger the curvature of the hyperbolic shape profile, the larger the scan angle can be provided. When a reflector of a hyperbolic profile is applied, the electrical distance between the radiating elements can be reduced, but the actual distance between the radiating elements may not change.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 이용한 기지국 구성 예를 설명하기 위한 도면이다. 11 is a view for explaining an example of a base station configuration using an antenna apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 11을 더 참조하면, 상기와 같은 안테나 장치(100)는 D2-D3 평면에서 대체로 +-60도 이상의 스캔 각도를 가질 수 있다. 예컨대, 기지국을 구성함에 있어, 도 6의 라인 A-A'이 중력 방향과 대체로 평행하도록 또는 설치 환경에 따라 지면에 수직하도록 상기 안테나 장치(100)가 배치된다면, 3개의 안테나 장치(100a, 110b, 100c)를 조합함으로써 D2-D3 평면에서 전체 커버리지 영역, 예컨대, 360각도 범위의 빔 스캐닝이 가능하다. 이를 통해, 11, the
- 기지국의 트랜시버 측 제어 및 분배 장치들의 복잡도를 개선, 완화하고, - improve and mitigate the complexity of the base station's transceiver side control and distribution devices,
- 전체 커버리지 영역의 빔 스캐닝을 위한 안테나 장치의 수를 줄일 수 있으며, The number of antenna devices for beam scanning of the entire coverage area can be reduced,
- 안테나 장치의 수가 줄어든 만큼 기지국의 설치를 단순화, 고속화가 가능해지고, - As the number of antenna devices is reduced, the installation of the base station can be simplified,
- 에너지의 효율성을 향상시킬 수 있다. - Energy efficiency can be improved.
더욱이, 본 발명의 다양한 수직 평면(elevation plane)에서의 방사 패턴 형성 성능은 종래의 안테나 장치보다 개선되거나 적어도 유지될 수 있다. Moreover, the radiation patterning capabilities of the present invention in various elevation planes can be improved or at least maintained over conventional antenna devices.
한 실시예에서 방사 구조, 예를 들면, 도 6의 위상 안테나 어레이(102)는 원이나 사각형과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 안테나 장치(100)의 중심축 상에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 위상 안테나 어레이(102)는 선형이면서, 수평 평면(horizontal plane) 상에서 상기 안테나 장치(100)의 중심축을 중심으로 대칭을 이루게 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 위상 안테나 어레이(102)를 이루는 위상 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a))들은 상술한 제2 단면들 중 하나(예: 도 7의 라인 P1 또는 P2를 포함하면서 상기 제2 방향(D2)과 평행한 평면에 위치된 제2 단면)와 동일 평면 상에 정렬되면서, 해당 평면에 형성된 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 대칭축과 직교하는 방향으로 정렬될 수 있다. 상기와 같은 방사 구조의 형상이나 배열 등은 안테나 장치에 요구되는 사양이나 안테나 장치가 설치될 환경 등을 고려하여 적절하게 변형될 수 있다. In one embodiment, the radiating structure, for example, the
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(예: 도 6의 안테나 장치(100))의 위상 안테나 어레이(예: 도 6의 위상 안테나 어레이(102)), 위상 안테나 어레이를 구성하는 위상 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a)), 각 위상 안테나의 급전 구조 등의 구성에 관해 도 12 내지 도 17을 참조하여 좀더 상세하게 살펴보기로 한다. (E.g., the
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나 어레이(102)를 나타내는 사시도이다.12 is a perspective view showing a
도 12를 참조하면, 상기 위상 안테나 어레이(102)는 도파로 부재(121)와, 상기 도파로 부재(121)에 형성된 다수의 도파로(123)들을 포함할 수 있다. 상기 도파로(123)들은 일 방향을 따라 선형으로(예: 상기 제2 방향(D2)와 평행하게) 정렬될 수 있으며, 상술한 반사기(예: 도 6의 반사기(101))의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 단면들 중 하나와 동일 평면에 배치될 수 있다. 각각의 상기 도파로(123)들은 다른 방향(예: 상기 제2 방향(D2)에 대하여 수직하는 방향)을 따라 연장된 형상으로서, 서로에 대하여 독립된 급전을 제공받거나 동일한 급전을 제공받아 전파를 송수신하는 안테나로서 작동할 수 있다. 어떤 실시예에서, 각각의 상기 도파로(123)들로 제공되는 급전 구조, 상기 도파로(123)들의 내부 구조 등에 따라 도파로 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a)) 및/또는 상기 위상 안테나 어레이(102)는 이중 편파 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다. 상기 도파로(123)들의 급전 구조, 내부 구조는 안테나 장치의 기생적 방사의 억제와 이득, 효율 등을 고려하여 적절하게 설계될 수 있다. 상기와 같은 급전 구조나 도파로 내부 구조 등에 관해서는 도 13 등을 통해 더 구체적으로 살펴보게 될 것이다. Referring to FIG. 12, the
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나의 구현 예를 설명하기 위한 분리 사시도이다. 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 위상 안테나의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 15는 도 14의 라인 C-C'을 따라 위상 안테나를 절개하여 나타내는 단면도이다. 13 is an exploded perspective view illustrating an embodiment of a phase antenna of an antenna device according to various embodiments of the present invention. 14 is a view for explaining an embodiment of a phase antenna of an antenna device according to various embodiments of the present invention. 15 is a cross-sectional view showing the phase antenna cut along the line C-C 'of FIG.
도 12를 통해 살펴본 위상 안테나 어레이(102)는 복수의 도파로(123)들의 조합에 의해 형성되며, 각각의 도파로(123)들은 서로에 대하여 독립된 안테나로서 작동할 수 있다. 예컨대, 상기 도파로(123)들 각각은 도파로 안테나를 형성할 수 있으며, 이들이 조합되어 상기 위상 안테나 어레이(102)가 형성될 수 있다. 도 13 내지 도 15는 상기 위상 안테나 어레이(102)를 형성하는 위상 안테나, 예를 들면, 도파로 안테나(102a)의 예를 설명하기 위한 것으로서, 이하에서 설명될 도파로 안테나(102a)의 조합을 통해 상기 위상 안테나 어레이(102)가 형성될 수 있다. The
도 13 내지 도 15를 참조하면, 상기 도파로 안테나(102a)(예: 방사기(radiator))는, 금속이거나 금속화된 공동(metalized hollow)의 구조를 가질 수 있으며, 금속이거나 금속화된 공동(metalized hollow)의 내부에 형성된 도파로(123)를 포함할 수 있다. 상기 도파로(123)를 형성하는 내벽에는 돌출부(124a, 124b, 124c) 등이 제공되어 상기 도파로(123) 및/또는 상기 도파로 안테나(102a)는 복합적인 단면(compound cross-section)을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 상기 도파로(123)는 상기 도파로 안테나(102a)의 일면(예:제1 면(F1))에서 반사기(예: 도 6의 반사기(101))를 향해 개방되며, 그 반대면(예: 제2 면(F2))에서는 닫혀있는 공동 도파로일 수 있다. 상기 도파로(123)의 폐쇄된 단부는 반사면을 제공하며, 상기 도파로(123)는 개방된 단부를 통해 전파를 방사할 수 있다. 상기 도파로(123)의 단면 형상과 크기 등은 일반 전파의 도파 조건을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 도파로의 단면 크기에 따라 전파의 통과를 차단하는 임계 값(예: 임계 주파수)을 가질 수 있으므로, 이러한 임계 값을 고려하여 상기 도파로(123)의 단면 크기가 적절하게 설계될 수 있다. 상기와 같은 도파로 단면의 크기, 형상 등은 상기 돌출부(124a, 124b, 124c) 등에 의해 조절될 수 있다. 13 to 15, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나(102a)는 상기 도파로(123)의 내부로 급전을 제공하는 적어도 하나의 마이크로스트립 라인(127a, 127b)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)은 인쇄회로 기판(125a, 125b)에 형성, 지지되며, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)의 한 단부가 상기 도파로(123)의 내부로 연장되어 상기 도파로(123)의 내부에서 여자 프로브(excitation waveguide probe)를 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)의 한 단부(예: 여자 프로브)는 상기 도파로(123)의 내벽(또는 상기 돌출부(124a, 124b, 124c)의 단부)에 수직한 상태로 상기 도파로(123)의 내부로 돌출되며, 돌출된 길이는 대략 도파로 높이의 3/4 정도에 이를 수 있다. 이러한 돌출 길이는 상기 도파로 안테나(102a)에 요구되는 사양에 따라 다양할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)은 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)의 양면에 각각 형성되어 서로 대칭을 이루게 배치될 수 있다. According to various embodiments, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나(102a)는 상기 도파로(123)의 제1 부분(123a)을 포함하는 제1 도파로 부재(121a)와 상기 도파로(123)의 제2 부분(123b)을 포함하는 제2 도파로 부재(121b)를 포함할 수 있으며, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)은 상기 제1 도파로 부재(121a)와 상기 제2 도파로 부재(121b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)을 구비하는 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)은 상기 도파로(123)가 연장된 방향 또는 그와 평행한 축에 대하여 수직인 평면에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)은 상기 제1 부분(123a)과 제2 부분(123b) 사이에 배치되면서 상기 제1 도파로 부재(121a)와 상기 제2 도파로 부재(121b) 사이에 고정될(clamped) 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)(복수로 제공된 경우 하나의 인쇄회로 기판)은 상기 도파로(123)의 폐쇄된 단부로부터 약 1/4 파장의 거리에 배치되어 상기 도파로(123)를 상기 제1 부분(123a)과 상기 제2 부분(123b)으로 분할할 수 있다. According to various embodiments, the
한 실시예에서, 상기 제1 도파로 부재(121a)는 예를 들면, 금속으로 제작될 수 있으며, 상기 제1 부분(123a)은 상기 제2 도파로 부재(121b) 및/또는 상술한 반사기(예: 도 6의 반사기(101))를 향하는 면에서 개방되고 그 반대면, 예를 들면, 상기 도파로 안테나(102a)의 제2 면(F2)에서 폐쇄될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제2 도파로 부재(121b)는 예를 들면, 금속으로 제작될 수 있으며, 상기 제2 부분(123b)은 상기 제2 도파로 부재(121b)의 양면, 예컨대, 상기 제1 도파로 부재(121a)를 향하는 면과 반사기(예: 도 6의 반사기(101))를 향하는 면(예: 상기 도파로 안테나의 제1 면(F1))에서 모두 개방될 수 있다. 예컨대, 상기 도파로(123)는 적어도 상기 제1 부분(123a)과 상기 제2 부분(123b)의 조합으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 돌출부(124a, 124b, 124c)(들)는 상기 도파로(123)의 임계 주파수 조절, 수직 및/또는 수평 편파의 도파 등을 위한 것으로서, 그 형상, 크기, 형성 위치 등은 다양할 수 있다. 예컨대, 상기 돌출부(124a, 124b, 124c)(들)는 상기 도파로(123)의 단면 크기 등을 조절함으로써, 상기 도파로 안테나(102a)의 임계 주파수를 낮출 수 있다. 한 실시예에서, 상기 돌출부(124a, 124b, 124c)(들)는 상기 도파로(123)의 폐쇄된 단부와 상기 인쇄회로 기판 중 하나(예: 참조번호 '125a'로 지시된 인쇄회로 기판) 사이, 상기 인쇄회로 기판 중 다른 하나(예: 참조번호 '125b'로 지시된 인쇄회로 기판)와 상기 도파로(123)의 개방된 단부 사이, 복수의 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)이 제공된 경우, 후술할 더미 도파로 부재(121c)의 개구(123c) 상에도 형성될 수 있으며, 그 형상 등은 상기 도파로 안테나(102a)에서 요구되는 사양에 따라 다양할 수 있다.According to various embodiments, the
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나(102a)는 상기 제1 도파로 부재(121a)와 상기 제2 도파로 부재(121b) 각각에 형성된 홈(129a, 129b)들을 더 포함할 수 있다. 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)이 상기 제1 도파로 부재(121a)와 상기 제2 도파로 부재(121b) 사이에 고정되었을 때, 상기 홈(129a, 129b)들은 각각 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)이 형성된 영역과 대응하게 위치할 수 있다. 예컨대, 상기 홈(129a, 129b)들은 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)이 상기 제1 도파로 부재(121a) 및/또는 상기 제2 도파로 부재(121b)의 금속 부분과 접촉하는 것을 방지하며, TEM 파의 전파를 위한 환경을 조성할 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)의 선폭, 상기 홈(129a, 129b)들의 각각의 폭 등은 상기 도파로 안테나(102a)에서 요구되는 임피던스 등에 따라 다양하게 설계될 수 있다. According to various embodiments, the
한 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)은 복수로 제공될 수 있으며, 각각의 인쇄회로 기판을 통해 제공되는 급전 구조가 상이할 수 있다. 예컨대, 상기 도파로 안테나(102a)는 서로 다른 급전 구조를 통해 각각 급전을 제공받아 이중 편파 빔 포밍을 수행할 수 있다. 좀더 구체적으로 살펴보면, 두 개의 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)이 제공된 경우, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)들 중 제1 인쇄회로 기판에 배치된 마이크로스트립 라인은 제2 인쇄회로 기판에 배치된 마이크로스트립 라인에 대하여 수직 방향으로 정렬될 수 있으며, 상기 도파로(123)는 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)들 각각으로부터 급전으로 제공받아 서로 직교하는 이중 편파(예: 수평 편파와 수직 편파)를 생성할 수 있다. According to one embodiment, the printed
어떤 실시예에서, 상기 도파로 안테나(102a)가 복수의 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)을 포함하는 경우, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)들 사이에는 상기 더미 도파로 부재(121c)가 배치될 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 더미 도파로 부재(121c)는 상기 제1 도파로 부재(121a) 및/또는 상기 제2 도파로 부재(121b)와 동일한 금속 또는 금속화된 공동의 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 더미 도파로 부재(121c)는 금속으로 제작되면서, 상기 도파로(123)의 제1 부분(123a) 및/또는 상기 도파로(123)의 제2 부분(123b)과 상응하는 개구(123c)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 인쇄회로 기판(125a, 125b)들 각각의 양면에 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)이 배치된 경우, 상기 더미 도파로 부재(121c) 또한 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)이 형성된 영역에 상응하는 홈(129c)을 포함할 수 있다. In one embodiment, when the
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나(102a)는 측면들 중 일부에 각각 형성된 급전 단자(227a, 227b)들을 포함할 수 있다. 상기 급전 단자(227a, 227b)들은 예를 들면, 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b)들과 상기 홈(129a, 129b)들의 조합을 적어도 부분적으로 포함할 수 있으며, 각각이 무선통신모듈(RFIC)에 연결될 수 있다. 한 실시예에서 상기 급전 단자들 중 제1 급전 단자(예: 참조번호 '227a'로 지시된 급전 단자)는 수직 편파 생성을 위한 급전을 제공받을 수 있으며, 제2 급전 단자(예: 참조번호 '227b'로 지시된 급전 단자)는 수평 편파 생성을 위한 급전을 제공받을 수 있다. 상기 무선통신모듈(RFIC)은 상기 급전 단자(227a, 227b)들 서로에 대하여 독립된 또는 동일한 급전 신호를 제공할 수 있다. According to various embodiments, the
상술한 도파로 안테나(102a)의 구조는 실시예에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 인쇄회로 기판은 하나만 제공될 수 있으며, 하나의 인쇄회로 기판의 양면에 각각 마이크로스트립 라인들이 제공될 수 있다. 어떤 실시예에서 하나의 인쇄회로 기판의 일면에는 복수의 마이크로스트립 라인들이 서로 수직하는 방향으로 정렬되어 이중 편파를 위한 급전을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 도파로 안테나(102a)가 단일 편파를 생성하는 안테나라면, 상기와 같은 인쇄회로 기판, 마이크로스트립 라인 등의 배치 구조는 좀더 단순해질 수도 있다. 또 다른 실시예에서 상기 도파로 안테나(102a)가 단일 편파를 생성하는 안테나라면, 서로 인접하는 도파로 안테나는 서로 다른 편파의 전파를 방사할 수 있다.The structure of the
도 16과 도 17은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 급전 구조를 설명하기 위한 도면이다. 16 and 17 are views for explaining the feeding structure of the antenna device according to various embodiments of the present invention.
도 16과 도 17을 참조하면, 상기 위상 안테나 어레이(예: 도 12의 위상 안테나 어레이(102)) 및/또는 상기 도파로 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a)는 제1 도파로 부재(121a)와 더미 도파로 부재(121c) 사이에 고정된 인쇄회로 기판(125a)을 포함할 수 있으며, 마이크로스트립 라인(127a)과 상기 홈(129a, 129c)들의 조합을 통해 급전 구조가 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 인쇄회로 기판이 하나만 배치되는 경우, 인쇄회로 기판은 제1 도파로 부재와 제2 도파로 부재 사이에 고정될 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인(127a)은, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 인쇄회로 기판(125a)의 양면에 각각 배치되어 서로 대칭을 이룰 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인(127a)들 각각은 상기 홈(129a, 129c)들과 상기 인쇄회로 기판(125a)의 일부 영역(예: 상기 마이크로스트립 라인(127a)들 각각이 형성된 영역)으로 정의된 공간 내에 배치될 수 있다. 16 and 17, the phase antenna array (e.g., the
다양한 실시예에 따르면, 상기와 같은 급전 구조, 예컨대, 상기 마이크로스트립 라인(127a)이 일정 공간 내에 배치된 급전 구조에 급전 신호가 제공되면, 전자계의 분포는 상기 마이크로스트립 라인(127a)을 중심으로 대기 중에(예: 상기 마이크로스트립 라인(127a)들이 각각 배치된 공간 내에) 집중되도록 최적화될 수 있다. 이를 통해 급전 구조에서의 손실을 실질적으로 감축하고, 안테나 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 타코닉(Taconic) TLY 기반 유전체를 사용하는 H=0.8mm 및 28GHz 주파수의 일반적인 마이크로스트립 라인의 손실은 약 0.5dB/cm인 반면에, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 급전 구조에서는 상술한 제1, 제2 도파로 부재(121a, 121b)(및/또는 더미 도파로 부재(121c))를 그라운드로 활용하면서 상기 마이크로스트립 라인(127a, 127b) 주위에 일정 공간을 형성한 구조(air filling structure)를 통해 마이크로스트립 라인의 손실을 약 0.1dB/cm에 불과함을 확인할 수 있었다. According to various embodiments, if a feed signal is provided to the feed structure such as the feeding structure in which the
상기와 같은 급전 구조를 서로에 대하여 수직 방향으로 배치하여 이중 편파 빔 포밍이 가능하며, 이때, 교차 편파는 -15dB 이내로 억제되고, 상기 안테나 장치(예: 도 6의 안테나 장치(100))는 높은 효율을 유지할 수 있다. 이로써, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 설치 환경 등에 따라 요구되는 특정 조건과 부합하도록 수직 평면이나 수평 평면에서 방사 패턴의 형상이나 진폭 위상 분포(amplitude-phase distribution)를 형성할 수 있다. The dual polarization beamforming is possible by arranging the above-described power supply structures in the vertical direction with respect to each other. At this time, the cross polarization is suppressed to within -15 dB and the antenna device (for example, the
상기와 같은 도파로 안테나들의 조합으로 이루어진 위상 안테나 어레이와 파라볼릭-하이퍼볼릭 형상 프로파일을 조합한 안테나 장치(예: 도 6의 안테나 장치(100))는, 실제 제작된 크기, 형상 등에 따라 다소 차이가 있지만, 대체로, +-60도의 스캔 각도를 가지며, 각 도파로 안테나(예: 도 13의 도파로 안테나(102a))들의 급전 구조(예: 도 16의 급전 구조)들을 통해 이중 편파 빔 포밍이 가능하고, 에너지 효율이 대략 74% 정도에 이르며, 급전 손실은 1.5dB 미만으로 억제될 수 있다. 상기와 같은 안테나 장치는, 예를 들면, 차세대 통신 표준(예: 5G 표준)에 부합할 수 있으며, 차량용 레이다, 서치 레이다 등 모바일 밀리미터파 네트워크에서 유용하게 활용될 수 있다. The antenna apparatus (for example, the
도 18은 종래의 원통형 또는 파라볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치의 수직 평면(verticla (elevation) plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다. 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 수직 평면 방사 패턴을 나타내는 도면이다. 18 is a diagram showing a verticla (elevation plane) radiation pattern of an antenna device including a conventional cylindrical or parabolic reflector. 19 is a view showing a vertical plane radiation pattern of an antenna device according to various embodiments of the present invention.
도 18을 참조하면, 종래의 안테나 장치는 수직 평면에서 충분한 스캔 각도를 확보하지 못하므로, 추가적인 빔 스캐닝이 요구될 수 있다. 추가적인 빔 스캐닝은 트랜시버 측 제어 및 분배 장치 등의 복잡도를 높일 수 있다. 추가적인 빔 스캐닝을 하지 않으면서, 원하는 커버리지 영역 전반에 충분한 전파를 제공하기 위해서는 추가의 안테나 장치가 설치될 필요가 있다. Referring to FIG. 18, since the conventional antenna apparatus does not secure a sufficient scan angle in the vertical plane, additional beam scanning may be required. Additional beam scanning can increase the complexity of the transceiver-side control and distribution devices. Without additional beam scanning, additional antenna devices need to be installed to provide sufficient propagation across the desired coverage area.
도 19를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(예: 도 6의 안테나 장치(100))를 통해 용이하게 구현되는 코시컨트(cosecant) 패턴을 수직 평면에 적용함으로써, 추가적인 빔 스캐닝이나 추가의 안테나 장치를 설치하지 않더라도, 원하는 커버리지 영역(적어도 도 18에서 도시하는 커버리지 영역) 전반에서 충분한 전파를 제공할 수 있으며, 해당 커버리지 영역의 가장자리에서도 이득의 손실없이 안정된 무선통신 환경을 제공할 수 있다. 19, by applying a cosecant pattern that is easily implemented through an antenna device (e.g.,
어떤 실시예에서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 다중 입력 다중 출력(multi input multi output; MIMO) 방식으로 동작할 수도 있다. In some embodiments, the antenna apparatus according to various embodiments of the present invention may operate in a multi-input multi-output (MIMO) manner.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 반사기의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 산출 예를 설명하기 위한 도면이다.20 is a view for explaining an example of calculating a hyperbolic shape profile of a reflector in an antenna device according to various embodiments of the present invention.
본 발명의 다양한 실시예에서, 반사기(예: 도 6의 반사기(102))의 하이퍼볼릭 형상 프로파일은 다음의 [수학식 2]를 통해 산출될 수 있다. [수학식 2]에서 'M'은 초기 파라미터로서, 1.3~1.6 범위의 값 중에서 선택될 수 있다. 초기 파라미터가 상기한 범위를 벗어나 더 큰 값을 가지는 경우 스캔 각도가 증가할 수 있으나, 안테나 이득은 감소할 수 있다. In various embodiments of the present invention, the hyperbolic shape profile of a reflector (e.g.,
[수학식 2]에서, 이고, 이며, 't'는 자유 파라미터, 'f'는 초점 거리(도 20 참조)를 의미한다. In Equation (2) ego, , 'T' means a free parameter, and 'f' means a focal length (see FIG. 20).
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 안테나 장치는, According to various embodiments of the present invention,
제1 방향에 평행하게 절개한 제1 단면들은 파라볼릭 형상 프로파일(a profile of a parabolic)을 가지고, 상기 제1 방향에 수직하게 절개하여 상기 제1 단면들과 수직하게 교차하는 제2 단면들은 하이퍼볼릭 형상 프로파일(a profile of a hyperbolic)을 가지는 반사기(reflector); 및Wherein the first cross-sections cut parallel to the first direction have a profile of a parabolic, the second cross-sections perpendicular to the first cross-direction and perpendicular to the first cross- A reflector having a profile of a hyperbolic profile; And
상기 반사기의 적어도 일부를 비추면서(illuminate) 빔(beam)을 스캐닝(scanning)하는 적어도 하나의 위상 안테나 어레이를 구비하는 방사 구조(radiating structure)를 포함할 수 있고,And a radiating structure having at least one phase antenna array that illuminates at least a portion of the reflector to scan a beam,
상기 제1 단면의 파라볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조를 향하게 형성되고, 상기 제2 단면의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조로부터 멀어지는 방향을 향하게 형성될 수 있다.The parabolic profile ends of the first cross-section may be oriented toward the radiating structure, and the hyperbolic profile ends of the second cross-section may be oriented away from the radiating structure.
다양한 실시예에 따르면, 상기 위상 안테나 어레이는 선형으로 배열된 위상 안테나들을 포함할 수 있고, According to various embodiments, the phase antenna array may comprise linearly arranged phase antennas,
상기 위상 안테나들은 상기 제2 단면들 중 하나와 동일 평면 상에 정렬되면서, 상기 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 대칭축과 직교하게 정렬될 수 있다.The phase antennas may be aligned orthogonally to the symmetry axis of the hyperbolic shape profile while being aligned coplanar with one of the second cross-sections.
다양한 실시예에 따르면, 상기 방사 구조는 적어도 두 개의 상기 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있고, According to various embodiments, the radiating structure may comprise at least two of the phase antenna arrays,
각각의 상기 위상 안테나 어레이는 상기 반사기의 서로 다른 부분을 비추게 배치될 수 있다.Each of the phase antenna arrays may be arranged to illuminate different portions of the reflector.
다양한 실시예에 따르면, 상기 위상 안테나 어레이는 이중 편파 빔 포밍을 수행할 수 있다.According to various embodiments, the phase antenna array may perform dual polarization beamforming.
다양한 실시예에 따르면, 상기 위상 안테나 어레이를 이루는 각각의 위상 안테나는 도파로 안테나를 포함할 수 있다.According to various embodiments, each of the phase antennas forming the array of phase antennas may include a waveguide antenna.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는, 상기 반사기를 향하는 면이 개방되고 그 반대면은 폐쇄된 도파로를 포함할 수 있고,According to various embodiments, the waveguide antenna may comprise a waveguide whose face facing the reflector is open and whose opposite face is closed,
상기 도파로는 금속 또는 금속화된 공동(metalized hollow)의 내부에 형성될 수 있다.The waveguide may be formed inside a metal or a metalized hollow.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는,According to various embodiments, the waveguide antenna comprises:
금속 또는 금속화된 공동(metalized hollow)으로 이루어진 도파로; 및A waveguide made of a metal or a metalized hollow; And
상기 도파로의 내부로 급전을 제공하는 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 포함할 수 있다. And a microstrip line for feeding power to the inside of the waveguide.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는, According to various embodiments, the waveguide antenna comprises:
상기 도파로의 제1 부분을 포함하는 제1 도파로 부재;A first waveguide member including a first portion of the waveguide;
상기 도파로의 제2 부분을 포함하는 제2 도파로 부재; 및A second waveguide member including a second portion of the waveguide; And
상기 마이크로스트립 라인을 구비하는 적어도 하나의 인쇄회로 기판을 더 포함할 수 있고,And at least one printed circuit board having the microstrip line,
상기 인쇄회로 기판이, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 도파로의 축에 수직인 평면에 배치되어 상기 제1 도파로 부재와 상기 제2 도파로 부재 사이에 고정될 수 있다.The printed circuit board may be disposed between the first portion and the second portion in a plane perpendicular to the axis of the waveguide and fixed between the first waveguide member and the second waveguide member.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는 상기 제1 도파로 부재와 상기 제2 도파로 부재에 각각 형성된 홈들을 더 포함할 수 있고,According to various embodiments, the waveguide antenna may further include grooves formed respectively in the first waveguide member and the second waveguide member,
상기 홈들은 상기 마이크로스트립 라인이 형성된 영역과 대응하게 배치될 수 있다. The grooves may be disposed in correspondence with the regions where the microstrip lines are formed.
다양한 실시예에 따르면, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 인쇄회로 기판에서 선형으로 연장될 수 있으며,According to various embodiments, the microstrip line may extend linearly on the printed circuit board,
상기 마이크로스트립 라인의 한 단부는 상기 도파로의 내부로 연장되어 상기 도파로의 내벽과 수직을 이루게 배치됨으로써 상기 도파로의 내부에서 여자 프로브(excitation waveguide probe)를 형성할 수 있다.One end of the microstrip line extends into the waveguide and is arranged perpendicular to the inner wall of the waveguide, thereby forming an excitation waveguide probe in the waveguide.
다양한 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로 기판의 양면에 상기 마이크로스트립 라인이 각각 배치되어 서로 대칭을 이룰 수 있다.According to various embodiments, the microstrip lines may be disposed on both sides of the printed circuit board and symmetrical to each other.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는 두 개의 상기 인쇄회로 기판들을 포함할 수 있고, According to various embodiments, the waveguide antenna may comprise two printed circuit boards,
상기 인쇄회로 기판들 중 하나에 배치된 마이크로스트립 라인은 상기 인쇄회로 기판들 중 다른 하나에 배치된 마이크로스트립 라인과 수직으로 정렬될 수 있다.The microstrip line disposed on one of the printed circuit boards may be vertically aligned with the microstrip line disposed on the other of the printed circuit boards.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는, According to various embodiments, the waveguide antenna comprises:
두 개의 상기 인쇄회로 기판들 사이에 배치된 더미 도파로 부재를 더 포함할 수 있다.And a dummy waveguide member disposed between the two printed circuit boards.
다양한 실시예에 따르면, 상기 더미 도파로는 상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분에 상응하는 개구를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the dummy waveguide may include an opening corresponding to the first portion or the second portion.
다양한 실시예에 따르면, 상기 도파로 안테나는 상기 도파로의 내벽을 따라 형성된 돌출부들을 더 포함할 수 있고,According to various embodiments, the waveguide antenna may further include protrusions formed along the inner wall of the waveguide,
상기 돌출부들은 상기 도파로 안테나의 임계 주파수를 낮출 수 있다.The protrusions may lower the critical frequency of the waveguide antenna.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 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.
100: 안테나 장치 101: 반사기
102: 위상 어레이 안테나 102a: 도파로 안테나
103: 지지체100: Antenna device 101: Reflector
102: phased
103: Support
Claims (15)
제1 방향에 평행하게 절개한 제1 단면들은 파라볼릭 형상 프로파일(a profile of a parabolic)을 가지고, 상기 제1 방향에 수직하게 절개하여 상기 제1 단면들과 수직하게 교차하는 제2 단면들은 하이퍼볼릭 형상 프로파일(a profile of a hyperbolic)을 가지는 반사기(reflector); 및
상기 반사기의 적어도 일부를 비추면서(illuminate) 빔(beam)을 스캐닝(scanning)하는 적어도 하나의 위상 안테나 어레이를 구비하는 방사 구조(radiating structure)를 포함하고,
상기 제1 단면의 파라볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조를 향하게 형성되고, 상기 제2 단면의 하이퍼볼릭 형상 프로파일 단부들은 상기 방사 구조로부터 멀어지는 방향을 향하게 형성된 안테나 장치.
In the antenna device,
Wherein the first cross-sections cut parallel to the first direction have a profile of a parabolic, the second cross-sections perpendicular to the first cross-direction and perpendicular to the first cross- A reflector having a profile of a hyperbolic profile; And
And a radiating structure having at least one phase antenna array that illuminates at least a portion of the reflector to scan a beam,
Wherein the parabolic profile ends of the first cross section are directed toward the radiating structure and the hyperbolic profile ends of the second cross section are directed away from the radiating structure.
상기 위상 안테나들은 상기 제2 단면들 중 하나와 동일 평면 상에 정렬되면서, 상기 하이퍼볼릭 형상 프로파일의 대칭축과 직교하게 정렬된 안테나 장치.
2. The method of claim 1, wherein the phase antenna array comprises linearly arranged phase antennas,
Wherein the phase antennas are aligned coplanar with one of the second cross-sections while being orthogonal to an axis of symmetry of the hyperbolic shape profile.
각각의 상기 위상 안테나 어레이는 상기 반사기의 서로 다른 부분을 비추게 배치된 안테나 장치.
The antenna of claim 1, wherein the radiating structure comprises at least two of the phase antenna arrays,
Each of said phase antenna arrays being arranged to illuminate different portions of said reflector.
The antenna device of claim 1, wherein the phase antenna array performs dual polarization beamforming.
The antenna device of claim 1, wherein each of the phase antennas constituting the phase antenna array comprises a waveguide antenna.
상기 도파로는 금속 또는 금속화된 공동(metalized hollow)의 내부에 형성된 안테나 장치.
6. The waveguide antenna according to claim 5, wherein the waveguide antenna includes a waveguide whose face facing the reflector is open and whose opposite face is closed,
Wherein the waveguide is formed within a metal or metallized hollow.
금속 또는 금속화된 공동(metalized hollow)의 내부에 형성된 도파로; 및
상기 도파로의 내부로 급전을 제공하는 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 포함하는 안테나 장치.
6. The antenna of claim 5, wherein the waveguide antenna comprises:
A waveguide formed in the interior of a metalized or metallized hollow; And
And a microstrip line for feeding power to the inside of the waveguide.
상기 도파로의 제1 부분을 포함하는 제1 도파로 부재;
상기 도파로의 제2 부분을 포함하는 제2 도파로 부재; 및
상기 마이크로스트립 라인을 구비하는 적어도 하나의 인쇄회로 기판을 더 포함하고,
상기 인쇄회로 기판이, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 도파로의 축에 수직인 평면에 배치되어 상기 제1 도파로 부재와 상기 제2 도파로 부재 사이에 고정된(clamped) 안테나 장치.
8. The antenna of claim 7, wherein the waveguide antenna comprises:
A first waveguide member including a first portion of the waveguide;
A second waveguide member including a second portion of the waveguide; And
Further comprising at least one printed circuit board having the microstrip line,
Wherein the printed circuit board is clamped between the first waveguide member and the second waveguide member and disposed in a plane perpendicular to the axis of the waveguide between the first portion and the second portion.
상기 홈들은 상기 마이크로스트립 라인이 형성된 영역과 대응하게 배치된 안테나 장치.
The antenna of claim 8, wherein the waveguide antenna further comprises grooves formed respectively in the first waveguide member and the second waveguide member,
Wherein the grooves are arranged corresponding to a region where the microstrip line is formed.
상기 마이크로스트립 라인의 한 단부는 상기 도파로의 내부로 연장되어 상기 도파로의 내벽과 수직을 이루게 배치됨으로써 상기 도파로의 내부에서 여자 프로브(excitation waveguide probe)를 형성하는 안테나 장치.
9. The microstrip line of claim 8, wherein the microstrip line extends linearly on the printed circuit board,
Wherein one end of the microstrip line extends into the waveguide and is arranged perpendicular to an inner wall of the waveguide to form an excitation waveguide probe inside the waveguide.
The antenna device according to claim 8, wherein the microstrip lines are disposed on both sides of the printed circuit board and are symmetrical to each other.
상기 인쇄회로 기판들 중 하나에 배치된 마이크로스트립 라인은 상기 인쇄회로 기판들 중 다른 하나에 배치된 마이크로스트립 라인과 수직으로 정렬된 안테나 장치.
The method of claim 8, wherein the waveguide antenna comprises two printed circuit boards,
Wherein the microstrip line disposed on one of the printed circuit boards is vertically aligned with the microstrip line disposed on the other of the printed circuit boards.
두 개의 상기 인쇄회로 기판들 사이에 배치된 더미 도파로 부재를 더 포함하는 안테나 장치.
13. The antenna of claim 12, wherein the waveguide antenna comprises:
And a dummy waveguide member disposed between the two printed circuit boards.
14. The antenna device according to claim 13, wherein the dummy waveguide includes an opening corresponding to the first portion or the second portion.
상기 돌출부들은 상기 도파로 안테나의 임계 주파수를 낮추는 안테나 장치. 8. The optical waveguide according to claim 7, wherein the waveguide antenna further comprises protrusions formed along the inner wall of the waveguide,
Wherein the protrusions lower the critical frequency of the waveguide antenna.
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