KR20200142324A - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 따른 맨홀 뚜껑 주변에 설치되고, 지중 통신 장비와 연결되는 안테나 장치는, 보호용 케이스와; 상기 보호용 케이스 내부에 안착되는 베이스 기판과; 상기 베이스 기판에 구비되고, 상기 지중 통신 장비의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하여 이를 방사하는 제1 방사 소자와; 상기 베이스 기판에 구비되되, 상기 제1 방사 소자와 소정의 거리만큼 이격되어 평행하게 배열 형성되는 반사 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA APPARATUS}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중 통신 장비와 연결되는 안테나 장치에 관한 것이다.

지중 통신 장비는 땅 속에 매설 또는 땅 속의 소정 관로 등에 구비되는 것으로서, 배관 등의 누수, 노후화, 검침, 굴착 감지 등을 수행하여 외부로 알람 신호를 전송하는 장비이다.

예를 들어 지중 통신 장비는 도시 가스관이 매설된 곳 근처에서 굴착이 감지되거나, 또는 수도관 파이프가 손상되어 물이 유출되는 상태를 감지하여 외부의 관리 기관에 경고 메시지를 전송하는 기능을 수행한다.

이러한 지중 통신 장비는 설치의 용이성 및 관리의 효율성을 위해 일반적으로 맨홀에 구비될 수 있다.

지중 통신 장비는 그 목적상 외부와 통신이 이루어져야 하는데 상술한 바와 같이 맨홀에 구비되는 경우 유선 통신보다는 무선통신에 의해 외부 서버와 통신이 이루어진다.

그런데 무선 통신의 경우 통신 신호가 맨홀 공간을 벗어나 지상으로 효율적으로 전송되어야 하는데, 종래에는 맨홀 뚜껑을 가공하여 이러한 통신 신호 방사를 위한 안테나를 삽입하였다.

이처럼 지중 통신 장비와 연결되는 안테나를 맨홀 뚜껑을 가공하여 그 가공된 공간에 삽입하는 종래의 방식은 맨홀 뚜껑 가공 또는 제작을 위한 별도의 비용이 발생한다는 문제점이 있고, 또한 다양한 맨홀 뚜껑 사이즈에 대응하지 못함으로 인해 대중화가 어렵다는 문제점이 있다.

그렇다고 맨홀 뚜껑을 가공하지 않고 지표면에 노출시키는 경우 종래의 안테나 형태(일 예로 루프 안테나 등)로는 맨홀 뚜껑은 물론이고, 지표면의 영향으로 인해 효율적인 방사가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

따라서 맨홀 뚜껑을 가공한 공간 또는 맨홀 뚜껑 위해 안착되는 종래의 방식의 문제점을 해결하기 위해 맨홀 뚜껑 주변에 설치되면서도, 지중 통신 장비의 통신 신호를 지상으로 효율적으로 방사하는 패턴을 구비한 안테나 장치의 제시가 요망되고 있다.

등록실용신안 제20-0360412호

본 발명은 상기한 종래의 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 맨홀 뚜껑을 가공하지 않으면서도 지중 통신 장비의 통신 신호를 지상으로 효율적으로 방사하는 패턴을 구비한 안테나 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 맨홀 뚜껑 주변에 설치되고, 지중 통신 장비와 연결되는 안테나 장치는, 보호용 케이스와; 상기 보호용 케이스 내부에 안착되는 베이스 기판과; 상기 베이스 기판에 구비되고, 상기 지중 통신 장비의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하여 이를 방사하는 제1 방사 소자와; 상기 베이스 기판에 구비되되, 상기 제1 방사 소자와 소정의 거리만큼 이격되어 평행하게 배열 형성되는 반사 소자를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자는 동일한 두께를 갖는 금속 재질로 이루어져 상기 베이스 기판의 상면에 인쇄, 증착 또는 부착된 판형 형상일 수 있다.

여기서, 상기 제1 방사 소자는 제1 방향의 길이가 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향의 길이보다 더 긴 직사각형 형상으로 이루어지고, 상기 반사 소자는 상기 제1 방향으로 더 긴 직사각형 형상으로 이루어지는 것일 수 있다.

여기서, 상기 제1 방사 소자는 상기 지중 통신 장비의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하는 제1 안테나 패턴과, 상기 지중 통신 장비의 접지와 연결되는 제2 안테나 패턴으로 이루어지고, 상기 제1 안테나 패턴과 상기 제2 안테나 패턴은 상기 제1 방향으로 기 설정된 간격만큼 이격되어 있고, 상기 반사 소자의 상기 제1 방향으로의 길이는 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴의 상기 제1 방향으로의 전체 길이보다 더 긴 것일 수 있다.

여기서, 상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자 간의 간격은 상기 지중 통신 장비로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위일 수 있다.

여기서, 상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자 사이에 배치되고, 상기 제1 방사 소자의 상기 제1 방향의 길이 및 상기 제2 방향의 길이보다 더 작은 제1 방향의 길이 및 제2 방향의 길이를 갖는 제2 방사 소자를 더 포함하고, 상기 제2 방사 소자와 상기 제1 방사 소자는 소정의 급전 선로를 통해 연결될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 지중 통신 장비에서 발생되는 신호가 지상으로 효율적으로 전송될 수 있다.

특히, 맨홀 뚜껑을 가공하지 않으면서도 지중 통신 장비의 통신 신호를 지상으로 효율적으로 방사하는 방사 패턴이 구현될 수 있어서, 지중 통신 장비의 전력 소모를 최소화할 수 있고, 비상시 긴급 알림 신호가 지상의 외부 서버에 도달하지 않는 경우를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 맨홀에 인접하여 지상에 설치된 예를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 안테나 장치가 맨홀 내의 지중 통신 장비와 케이블을 통해 연결된 상태를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 외부 사시도이고,
도 4는 도 3의 안테나 장치의 분해 사시도이고,
도 5는 도 4의 베이스 기판에 대해 위쪽에서 바라본 평면도 및 정면도이고,
도 6은 도 4의 베이스 기판에 반사 소자가 구비되지 않은 상태의 전파 방사 패턴을 나타낸 도면이고,
도 7은 도 4의 베이스 기판에 반사 소자가 구비된 상태의 전파 방사 패턴을 나타낸 도면이고,
도 8은 도 4의 베이스 기판에 구비된 제1 방사 소자와 반사 소자간의 간격에 따른 S 파라미터 결과 측정치를 나타낸 도면이고,
도 9 내지 도 11은 도 8은 도 4의 베이스 기판에 구비된 제1 방사 소자와 반사 소자간의 간격에 따른 방사 패턴 결과 측정치를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

이하 본 발명에 따른 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과하고, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히 본 발명은 각 실시예에 포함되는 개별 구성, 개별 기능 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

우선, 이해를 돕기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)가 설치되는 위치의 일 예가 도 1 및 도 2에 도시되었다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 안테나 장치(1)는 맨홀 내에 구비된 지중 통신 장비(3)와 연결되고, 맨홀 덮개(즉, 맨홀 뚜껑)(2) 주변 지표면에 노출되도록 배치된다.

도 3은 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 외관을 나타낸 것이고, 도 4는 도 3에 대한 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는 보호용 케이스(10) 베이스 기판(20)을 포함하여 구성된다.

보호용 케이스(10)는 후술하는 바와 같이 안테나 패턴이 형성된 베이스 기판(20)을 보호하는 것으로서, 특히 상면 케이스(11)와 하면 케이스(12)로 이루어져 있을 수 있다.

이러한 보호용 케이스(10)는 플라스틱 등의 합성수지나 고무 등으로 이루어질 수 있다.

소정의 베이스 기판(20)을 보호하는 보호용 케이스(10) 그 자체는 공지된 기술에 해당하므로 보다 상세한 설명은 생략한다.

베이스 기판(20)은 보호용 케이스(10) 내부에 안착되는 것으로서, 제1 방사 소자(21) 및 반사 소자(23)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 5(a)는 도 4의 베이스 기판(20)의 평면도를 구체적으로 나타내고 있다.

즉, 제1 방사 소자(21)는 베이스 기판(20)에 구비되는 것으로서 지중 통신 장비(3)의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하여 이를 방사하는 기능을 수행한다.

반사 소자(23) 역시 베이스 기판(20)에 구비되는 것으로서, 제1 방사 소자(21)와 소정의 거리만큼 이격되어 평행하게 배열 형성될 수 있는데, 제1 방사 소자(21)에서 방사된 RF 신호를 반사하는 기능을 수행한다.

도 5(a)를 참조하면 베이스 기판(20)에 제2 방사 소자(22)가 더 형성되어 있는데, 제2 방사 소자(22)는 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 사이에 배치되고, 제1 방사 소자(21)와 소정의 급전 선로를 통해 연결된다.

제2 방사 소자(22)는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)가 효율적으로 방사하는 RF의 주파수를 범위를 확장시키는 기능을 수행한다.

이러한 제1 방사 소자(21), 제2 방사 소자(22), 반사 소자(23)는 동일한 두께(일 예로 0.2mm ~ 0.7mm)를 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있는데, 베이스 기판(20)의 상면에 인쇄, 증착 또는 부착된 판형 형상일 수 있다.

참고로, 도 5(b)는 도 5의 베이스 기판(20)의 평면도에 대응되는 정면도이다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이 제1 방사 소자(21)는 급전 선로(211_a, 212_a)를 제외하면 직사각형 형상으로 이루어질 수 있는데, 이때 길이가 더 긴 방향 즉, 도 5(a)에서 상하방향을 이하에서는 '제1 방향'이라 하고, 길이가 더 짧은 방향 즉, 도 5(a)에서 좌우방향을 이하에서는 '제2 방향'이라 한다.

즉, 제1 방사 소자(21)는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 더 긴 직사각형 형상으로 이루어져 있는 것이다.

반사 소자(23) 역시 제1 방사 소자(21)와 마찬가지로 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 더 긴 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다.

더 나아가 제2 방사 소자(22) 역시 제1 방사 소자(21)와 마찬가지로 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 더 긴 직사각형 형상으로 이루어질 수 있는데, 이때 제2 방사 소자(22)의 제1 방향의 길이 및 제2 방향의 길이는 제1 방사 소자(21)의 제1 방향의 길이 및 제2 방향의 길이 보다 더 작도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 도 5를 참조하면, 제1 방사 소자(21)는 지중 통신 장비(3)로부터 인출된 제1 통신 선로와 제2 통신 선로와 연결되는 제1 안테나 패턴(211) 및 제2 안테나 패턴(212)으로 구성될 수 있다.

즉, 제1 안테나 패턴(211)은 지중 통신 장비(3)로부터 인출된 제1 통신 선로와 연결되는 것이고, 제2 안테나 패턴(212)은 지중 통신 장비(3)로부터 인출된 제2 통신 선로와 연결되는 것인데, 여기서 제1 통신 선로는 예를 들어 지중 통신 장비(3)의 안테나 포트와 연결되는 선로이고, 제2 통신 선로는 지중 통신 장비(3)의 접지와 연결되는 선로이다.

이러한 제1 통신 선로 및 제2 통신 선로는 하나의 동축 케이블(4) 형태로 구성될 수도 있음은 물론이다.

제1 안테나 패턴(211)과 제2 안테나 패턴(212)은 제1 방향으로 기 설정된 간격만큼 이격되어 있을 수 있고, 그 이격된 끝단 각각에 상술한 바와 같이 제1 통신 선로 및 제2 통신 선로와 연결되는 급전 선로(211_a, 212_a)가 형성될 수 있다.

제1 방사 소자(21)와 마찬가지로 제2 방사 소자(22) 역시 도 5에 도시된 바와 같이 제1 안테나 패턴(221)과 제2 안테나 패턴(222)으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

제1 방사 소자(21)에 형성된 급전 선로(211_a, 212_a)와 상술한 제2 방사 소자(22)와 제1 방사 소자(21)를 연결하는 급전 선로(221_a, 222_a)는 모두 다른 패턴과 마찬가지로 베이스 기판(20)의 상면에 인쇄, 증착 또는 부착된 금속일 수 있다.

한편, 반사 소자(23)의 제1 방향으로의 길이는 제1 안테나 패턴(211) 및 제2 안테나 패턴(212)의 제1 방향으로의 전체 길이보다 더 길도록 구성됨이 방사 특성 및 효율을 고려할 때 바람직하다.

예를 들어 제1 안테나 패턴(211)과 제2 안테나 패턴(212)의 제1 방향으로의 전체 길이는 100mm ~ 110mm 인 경우, 반사 소자(23)의 제1 방향으로의 길이는 115mm ~ 130mm 일 수 있다.

특히, 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격이 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위가 되도록 함이 방사 특성 및 효율을 고려할 때 바람직하다.

이하에서는 상술한 구성에 따라 본 발명의 안테나 장치(1)에서 방사되는 방사 패턴의 특징을 다른 구성과 비교하여 설명한다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)에서는 2차원 동일 평면상에 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23)를 소정의 간격을 두고 배치하고 있다.

도 6 및 도 7은 이러한 반사 소자(23)의 유무에 따른 방사 특성을 나타내고 있다.

우선, 도 6은 반사 소자(23)가 제외된 상태에서 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주파수가 이동통신에서 사용되는 800MHz부터 2.7GHz 까지인 경우의 방사 특성을 나타내고 있고, 도 7은 반사 소자(23)가 포함된 상태에서 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주파수가 800MHz부터 2.7GHz 까지인 경우의 방사 특성을 나타내고 있다.

도 6 및 도 7을 비교해 보면, 반사 소자(23)가 존재하는 경우 지표면을 기준으로 지상으로 방사되는 RF 신호의 방사 패턴이 이동통신에 사용되는 주파수 대역들에서 상당히 개선되고 있음을 알 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)에서는 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격에 따른 산란계수(S-parameter)를 나타내고 있다.

여기서 산란계수는 특정주파수에서의 입력전압대 출력전압의 비를 의미(즉, 주파수 영역에서 바라보는 파라미터)하는데, 도 8은 850MHz의 RF 신호의 경우의 S파라미터를 나타내고 있다.

도 8을 살펴보면, 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격(L)이 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수(850MHz)에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위인 경우가 가장 개선되었음을 알 수 있다.

또한 도 9 내지 도 11에는 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격(L)에 따른 각 특정 주파수(800MHz, 850MHz, 900MHz)에서의 방사 패턴이 나타나 있는데, 해당 간격이 RF 신호의 주된 주파수(850MHz)에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위인 경우가 가장 효율적으로 지상을 향해 RF 신호를 방사하는 방사 패턴이 나타남을 알 수 있다.

베이스 기판(20)은 제1 방사 소자(21), 제2 방사 소자(22), 반사 소자(23)를 제외하고는 소정의 유전율을 가지는 유전체일 수 있는데, 베이스 기판(20) 유전율 무시한다면, 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격(L)이 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수(850MHz)에 대응되는 파장의 1/4임이 바람직하나, 실제로는 이러한 유전체의 영향으로 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23) 간의 간격(L)은 지중 통신 장비(3)로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수(850MHz)에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위로 구성됨이 바람직하다.

이러한 범위를 벗어나서 제1 방사 소자(21)와 반사 소자(23)가 더 근접하거나 더 멀어지게 되면 지상으로의 방사 효율은 떨어지게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 및 수정이 첨부되는 특허청구범위에 속한다면 본 발명에 포함된다는 것은 자명할 것이다.

1 : 안테나 장치 2 : 맨홀 뚜껑
3: 지중 통신 장비 10 : 보호용 케이스
20 : 베이스 기판 21 : 제1 방사 소자
22 : 제2 방사 소자 23 : 반사 소자

Claims (6)

1. 맨홀 뚜껑 주변에 설치되고, 지중 통신 장비와 연결되는 안테나 장치에 있어서,
   보호용 케이스와;
   상기 보호용 케이스 내부에 안착되는 베이스 기판과;
   상기 베이스 기판에 구비되고, 상기 지중 통신 장비의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하여 이를 방사하는 제1 방사 소자와;
   상기 베이스 기판에 구비되되, 상기 제1 방사 소자와 소정의 거리만큼 이격되어 평행하게 배열 형성되는 반사 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자는 동일한 두께를 갖는 금속 재질로 이루어져 상기 베이스 기판의 상면에 인쇄, 증착 또는 부착된 판형 형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 방사 소자는 제1 방향의 길이가 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향의 길이보다 더 긴 직사각형 형상으로 이루어지고,
   상기 반사 소자는 상기 제1 방향으로 더 긴 직사각형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 방사 소자는 상기 지중 통신 장비의 안테나 포트와 연결되어 RF 신호를 수신하는 제1 안테나 패턴과, 상기 지중 통신 장비의 접지와 연결되는 제2 안테나 패턴으로 이루어지고, 상기 제1 안테나 패턴과 상기 제2 안테나 패턴은 상기 제1 방향으로 기 설정된 간격만큼 이격되어 있고,
   상기 반사 소자의 상기 제1 방향으로의 길이는 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴의 상기 제1 방향으로의 전체 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자 간의 간격은 상기 지중 통신 장비로부터 입력되는 RF 신호의 주된 주파수에 대응되는 파장의 1/4 ~ 1/2 범위인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 방사 소자와 상기 반사 소자 사이에 배치되고, 상기 제1 방사 소자의 상기 제1 방향의 길이 및 상기 제2 방향의 길이보다 더 작은 제1 방향의 길이 및 제2 방향의 길이를 갖는 제2 방사 소자를 더 포함하고,
   상기 제2 방사 소자와 상기 제1 방사 소자는 소정의 급전 선로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.

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