KR20210010308A

KR20210010308A - 이동통신용 안테나

Info

Publication number: KR20210010308A
Application number: KR1020200055964A
Authority: KR
Inventors: 이주현; 박용현
Original assignee: (주) 에이앤티에스
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-01-27

Abstract

본 발명은 이동통신용 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이동통신용 안테나는 전파를 송수신하는 복사기; 상기 복사기의 전방에 위치하며, 전파를 지향하는 방향으로 배열하는 도파기소자들; 상기 복사기의 후방에 위치하면 전파를 반사하는 반사기; 및 상기 도파기소자들이 코팅되는 베이스기판; 을 포함하며, 상기 도파기소자들은 상호 이격되어서 상호 간에 전파의 유도를 통해서 전파를 송수신한다.
본 발명에 따르면 상호 이격된 도파기소자 간에 유도를 통해 전파가 진행됨으로써 이득이 증가하고 주파수대역이 확장되는 효과가 있다.

Description

이동통신용 안테나 {ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION}

본 발명은 이동통신용 안테나에 관한 것이다.

이동통신용 안테나(이하 ‘안테나’로 약칭함)는 기지국에서 담당할 수 없는 통신 음영 영역(예를 들면 터널 등)에서 이동통신 단말기와의 통신을 위한 용도로 사용된다.

도 1은 종래에 터널에서 사용되던 안테나(10)에 대한 개략도이다.

도 1에서 참조되는 바와 같이, 종래의 터널에서 사용되던 안테나(10)는 금속소재(예를 들면 알루미늄)의 도파기소자(13)들이 길게 배열되어 있다. 그리고 도파기소자(13)들은 연결대(17)에 의해 모두 연결된 구조를 가지며, 급전을 위한 RF케이블(12)이 최종 전단의 도파기소자(13F)까지 연장되어 있다.

일반적으로 안테나(10)의 이득 개선을 위해서는 도파기소자(13)의 개수를 증가시켜야 하는데, 이럴 경우 RF케이블(12)도 길어져야만 한다. 그런데, RF케이블(12)이 길어지면 케이블 손실이 발생하고, 이러한 손실은 주파수 대역이 높을수록 증가하게 된다. 그래서 5G 대역에서는 그 손실 정도가 커서 통신에 곤란함이 발생할 수 있다. 또한, 금속소재의 도파기소자(13)들이 동일한 금속소재의 연결대(17)에 결합되어 있는 구조이기 때문에 그 양산성도 떨어진다.

한편, 인쇄회로기판을 이용한 안테나는 도파기소자를 증가시켜 이득을 개선이 있을 경우, RF케이블의 길이를 짧게 가져갈 수 있어서 케이블 손실이 발생하지 않으며, 금속 소재가 아닌 인쇄회로기판 형태로 양산성이 좋다. 그러나 주파수 대역폭이 매우 협소하기 때문에 광대역 통신용으로 사용하기에는 한계가 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0666872호 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0077632호 대한민국 실용신안등록공보 제20-0346226호 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0010506호

본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 도파기소자를 증가시켜도 손실이 최소화될 수 있는 이동통신용 안테나의 구조에 관한 기술을 제공한다.

둘째, 표면효과에 의해 이득의 향상과 주파수대역의 확장이 가능한 이동통신용 안테나의 구조에 관한 기술을 제공한다.

셋째, 특정 주파수 대역의 이득을 향상시킬 수 있는 이동통신용 안테나의 구조에 관한 기술을 제공한다.

넷째, 전체 크기를 줄일 수 있는 이동통신용 안테나의 구조에 관한 기술을 제공한다.

본 발명에 따른 이동통신용 안테나는 전파를 송수신하는 복사기; 상기 복사기로 신호를 인가시키기 위한 급전케이블; 상기 복사기의 전방에 위치하며, 전파를 지향하는 방향으로 배열되는 도파기소자들; 상기 복사기의 후방에 위치하면 전파를 반사하는 반사기; 및 상기 복사기, 도파기소자들 및 반사기가 코팅되는 베이스기판; 을 포함하며, 상기 도파기소자들은 상호 이격되어서 상호 간의 유도를 통해서 전파가 이동되도록 되어 있다.

상기 도파기소자들은 내측이 빈 고리 형태를 가진다.

상기 도파기소자들의 형태는 사각 고리 형태, 일 측으로 구부러진 고리 형태, 사다리꼴 고리 형태 중 어느 하나일 수 있다.

상기 도파기소자들 간의 간격 중 적어도 어느 하나의 간격은 나머지 간격들과 다르다.

상기 베이스기판은 세라믹소재로 구비될 수 있다.

상기 베이스기판은 상기 도파기소자들이 있는 전체 구간 중 적어도 일부 구간의 폭이 나머지 구간의 폭과 다르다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상호 이격된 도파기소자들 간에 유도에 의해 전파가 진행되기 때문에 이득이 향상된다.

둘째, 고리 형태의 도파기소자에 의한 표면효과에 의해 이득이 더욱 향상되고 주파수대역이 확장된다.

셋째, 도파기소자들 간의 간격, 도파기소자의 형태, 고리 형태의 도파기소자들의 슬롯 크기, 베이스기판의 폭 등을 변경함으로써 특정 주파수 대역의 감응도, 정재파비, 이득을 조정할 수 있다.

넷째, 베이스기판을 세라믹소재로 채택함으로써 안테나의 크기를 축소시킬 수 있다.

다섯째, 베이스기판에 코팅된 동박을 프로그래밍에 의해 자동화된 에칭 공정을 통해 제작함으로써 양산성이 향상된다.

도 1은 종래 터널에서 사용되던 이동통신용 안테나에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동통신용 안테나에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동통신용 안테나에 대한 개략도이다.
도 4는 도 2의 이동통신용 안테나의 이득을 보여주고 있다.
도 5는 도 3의 이동통신용 안테나의 이득을 보여주고 있다.
도 6 내지 도 10은 도 3의 이동통신용 안테나에 대한 다양한 변형예들을 도시하고 있다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 설명의 간결함을 위해 중복되는 구성 또는 실질적으로 동일한 구성에 대한 설명은 가급적 생략하거나 압축하며, 동일한 기능의 구성에는 동일한 부호를 부여한다.

<제1 실시예>

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동통신용 안테나(20, 이하 ‘안테나’라 약칭함)에 대한 개략도이다.

본 실시예에 따른 안테나(20)는 복사기(21), 급전케이블(22), 도파기소자(23)들, 반사기(24) 및 베이스기판(25)을 포함한다.

복사기(21)는 전파를 송수신한다.

급전케이블(22)은 복사기(21)로 신호를 인가시키기 위해 마련되며, 그 종단이 복사기(21)에 결합되어 있다.

도파기소자(23)들은 복사기(21)의 전방에 위치하며, 전파를 지향하는 방향으로 배열된다. 도파기소자(23)들은 상호 이격되어 있어서 상호 간에 유도를 통해 전파가 이동되도록 되어 있다.

반사기(24)는 복사기(21)의 후방에 위치하며, 전파를 반사한다.

베이스기판(25)에는 복사기(21), 도파기소자(23)들 및 반사기(24)가 코팅되어 있다. 다시 말하면, 안테나(20)는 베이스기판(25)에 전체적으로 코팅된 동박을 요구되는 형태에 따라 일정 영역들을 에칭하고, 베이스기판(25)도 일정 부위를 절개함으로써 요구되는 형태로 제작될 수 있다. 이러한 베이스기판(25)은 유전체로서 기능하기 때문에, 베이스기판(25)의 유전율은 안테나(20)의 성능이나 특성에 영향을 미칠 수 있다. 그리고 만일 세라믹소재를 베이스기판(25)으로 사용하는 경우 도파기소자(23) 등의 크기를 줄여 전체 안테나(20)의 크기를 줄이는 것도 가능하다.

위와 같은 안테나(20)에 의하면 별도의 연결대가 없어서 전파가 유도에 의해서만 진행되기 때문에 전파가 연결대 및 유도에 의해 이동할 때보다도 이득이 향상된다.

<제2 실시예>

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(20)에 대한 개략도이다.

본 실시예에 따른 안테나(20)는 복사기(21), 급전케이블(22), 도파기소자(23)들, 반사기(24) 및 베이스기판(25)을 포함한다. 복사기(21), 본 실시예에 따른 안테나(20)에서 급전케이블(22), 반사기(24) 및 베이스기판(25)은 제1 실시예의 것과 동일하므로 그 설명을 생략한다.

본 실시예에서의 도파기소자(23)들은 사각 고리 형태로 구비된다. 즉, 도파기소자(23)의 내부는 동박이 에칭되어서 슬롯(S)을 구현함으로써 사각 고리 형태가 되는 것이다. 이렇게 고리 형태로 도파기소자(23)가 구비됨으로써 표면 효과에 의해 이득이 향상되고, 주파수대역이 확장될 수 있게 된다.

도 4는 제1 실시예에 따른 안테나(20)의 주파수 대역별 이득을 보여주고 있고, 도 5는 제2 실시예에 따른 안테나(20)의 주파수 대역별 이득을 보여주고 있다. 이들을 참조하면, 아래의 [표 1]에서와 같이 3G에서 3.8G의 각 주파수 대역별로 제1 실시예에 따른 안테나(20)의 이득보다 제2 실시예에 따른 안테나(20)의 이득이 높음을 알 수 있다.

구분	3GHz	3.2GHz	3.4GHz	3.6GHz	3.8GHz
제1 실시예의 안테나	12.1	8.0	13.4	14.6	14.8
제2 실시예의 안테나	12.2	11.7	13.6	14.7	14.9

<다수의 변형예>

도 6 내지 도 10은 다수의 변형에 따른 안테나(20)에 대한 개략도이다.

먼저, 도 6의 안테나(20)는 양단이 경사진 사다리꼴 고리 형태의 도파기소자(23)들을 가진다.

그리고 도 7과 도 8의 안테나(20)는 후방 또는 전방 측으로 구부러진 고리 형태의 도파기소자(23)들을 가진다.

한편, 도 9의 안테나(20)는 도파기소자(23)들의 간격이 비정형적일 수 있다. 즉, 상호 이웃하는 도파기소자(23)들의 간격들 중 적어도 하나의 간격(G₂)이 다른 간격(G₁)과는 다를 수 있다.

이와 같은 도 6 내지 도 9의 안테나(20)에 의하면 도파기소자(23)들의 형태 등이 달라서 그로 인해 각각 특정한 주파수대역에서의 이득이 향상된다. 즉, 본 발명에 따르면 안테나(20) 성능에 대한 주파수, 이득, 정재파비 등 다양한 파라미터에 의해 요구되는 형태에 따른 도파기소자(23)의 슬롯 크기나 형태를 결정하여 제작할 수 있다.

또한, 도 6 내지 도 8을 참조하여 베이스기판(25)의 폭을 살펴보면, 도파기소자(23)들이 있는 전체 구간 중 후방의 구간은 폭(W₁)이 넓고 전방의 구간은 폭(W₂)이 후방의 구간보다 좁다. 이러한 이유는 주파수 대역에 따라 도파기소자(23)들 사이의 유전율을 달리함으로써 최적의 특성을 가진 안테나(200)를 구현하기 위함이다. 즉, 전방의 구간은 온전히 베이스기판(25)의 유전율을 가지고 있고, 후방의 구간은 베이스기판(25)이 절개됨으로써 절개된 영역에서 공기의 유전율을 가지게 된다. 이렇게 베이스기판(25)의 일부 구간의 폭에 변경을 주면서 요구되는 주파수 대역에 맞춰 안테나(200)의 형태를 설정하고, 이러한 설정에 기반하여 자동화된 프로그램에 의해 안테나(200)를 제작함으로써 특정 주파수대역 마다 최적화된 안테나(200)의 양산이 가능해진다.

참고로, 도 6 내지 도 8의 안테나(200)에서는 베이스기판(25)의 폭이 전방의 구간 폭(W₁)보다 후방의 구간의 폭(W₂)이 좁은 형태만을 예시하였으나, 도 10에서와 같이 주파수 대역에 따라 그 특성을 최적화시키기 위해 베이스기판(25)의 어느 특정 부위(P)의 폭을 달리 가져갈 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예들는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상술한 실시예들에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등범위로 이해되어져야 할 것이다.

20 : 이동통신용 안테나
21 : 복사기
22 : 급전케이블
23 : 도파기소자
S : 슬롯
24 : 반사기
25 : 베이스기판

Claims

전파를 송수신하는 복사기;
상기 복사기로 신호를 인가시키기 위한 급전케이블;
상기 복사기의 전방에 위치하며, 전파를 지향하는 방향으로 배열되는 도파기소자들;
상기 복사기의 후방에 위치하며 전파를 반사하는 반사기; 및
상기 복사기, 도파기소자들 및 반사기가 코팅되고, 유전체로서 기능하는 베이스기판; 을 포함하며,
상기 복사기, 도파기소자들 및 반사기는 상기 베이스기판에 전체적으로 코팅된 동박을 요구되는 형태에 따라 일정 영역들을 에칭함으로써 형성되고,
상기 도파기소자들은 상호 이격되어서 상호 간의 유도를 통해서 전파가 이동되도록 되어 있는
이동통신용 안테나.
제1 항에 있어서,
상기 도파기소자들은 내측이 빈 고리 형태를 가진
이동통신용 안테나.
제2 항에 있어서,
상기 도파기소자들의 형태는 사각 고리 형태, 일 측으로 구부러진 고리 형태, 사다리꼴 고리 형태 중 어느 하나인
이동통신용 안테나.
제1 항에 있어서,
상기 도파기소자들 간의 간격 중 적어도 어느 하나의 간격은 나머지 간격들과 다른
이동통신용 안테나.
제1 항에 있어서,
상기 베이스기판은 세라믹소재로 구비되는
이동통신용 안테나.
제1 항에 있어서,
상기 베이스기판은 상기 도파기소자들이 있는 전체 구간 중 적어도 일부 구간의 폭이 나머지 구간의 폭과 다른
이동통신용 안테나.