WO2012105784A2 - 이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템 - Google Patents

이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템 Download PDF

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WO2012105784A2
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소성환
김인호
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    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type antennas

Definitions

  • the present invention relates to a base station antenna for mobile communication (PCS, Cellular, IMT-2000, etc.), and more particularly, to a dual polarized antenna and a multiband antenna system using the same.
  • frequency bands have been made available frequency bands in order to ensure sufficient frequency bands.
  • frequency bands are the low frequency band (698 to 960 MHz) and the high frequency band (1.71 to 2.17 GHz or 2.3 to 2.7 GHz).
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the antenna of the high frequency band is inserted in the same space as the antenna installation space of the low frequency band, so that the actual antenna area can keep the width of the low frequency band antenna as it is. It is difficult to insert any more without.
  • the size of the antenna is very important because mobile operators conceal the antenna as invisibly or decorate it environmentally. Furthermore, since the installation of antennas is legally prohibited without the consent of local residents, the antenna for mobile communication networks can be changed and installed only when the antenna width of the low frequency band (for example, about 300 mm) is not exceeded. Of course, classical problems such as wind loads and loads on the tower are still valid.
  • the antenna of the triple band is indispensable for a mobile communication network system recently, but if the antenna width is widened as in the prior art, it is in a contradictory situation that is not accepted in the market.
  • an object of the present invention is to provide a dual polarized antenna for a mobile communication base station and a multi-band antenna system using the same for enabling more optimized structure arrangement and optimization of antenna size to bring ease of antenna design.
  • Another object of the present invention is to provide a dual polarization antenna for a mobile communication base station and a multiband antenna system using the same to narrow the width of the antenna more or to implement a triple band antenna within a limited width.
  • the present invention is a dual polarization antenna; A reflector; A radiation module including first to fourth radiating elements each having first to fourth radiating arms having a bent portion; Each of the first to fourth radiating arms has bent portions sequentially adjacent to each other and are generally symmetrical in planar all directions. Is arranged to be 'shaped'; The first to fourth radiating elements include supporters integrally extending from the bent portions of the first to fourth radiating arms to the reflecting plates;
  • the radiation module characterized in that it comprises a first feeder is installed to transmit a signal to the first and third radiation arm, and a second feeder is installed to transmit a signal to the second and fourth radiation arm.
  • the present invention provides a multiband antenna system, comprising: a reflector; And first to fourth radiating elements each having first to fourth radiating arms having bent portions, each of the first to fourth radiating arms being sequentially adjacent to each other and generally symmetrically oriented in plan view.
  • the dual polarization antenna for a mobile communication base station and the multi-band antenna system using the same according to the present invention can enable more optimized structure arrangement and optimization of antenna size, which can bring about ease of antenna design.
  • the width of the antenna can be made narrower, or the triple band antenna can be implemented within a limited width.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a conventional dual polarized antenna
  • FIG. 2 is a plan view of a virtual structure of a triple band dual polarization antenna implementation using the antenna of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of a dual polarization antenna structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the portion A-A 'related in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view of a central upper portion of FIG. 1;
  • FIG. 6A is a perspective view of the first deformable structure of FIG. 1.
  • FIG. 6B is a perspective view of the second modified structure of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a multi-band antenna system using a dual polarized antenna structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8A is a top view of the variant structure of FIG.
  • FIG. 8B is a perspective view of FIG. 8B
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a double polarization is formed in a structure of a dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the radiation module 1 may be installed so that the first and second dipoles 1a and 1b intersect each other, and thus may be embodied in an 'X' shape as a whole.
  • the first dipole 1a is composed of two half dipoles 1a 'and 1a "and is installed at +45 angles with respect to the vertical axis or the horizontal axis, and the second dipole 1b likewise has two half dipoles 1b. ', 1b ") and installed at -45 degrees.
  • Each half dipoles 1a ', 1a ", 1b', 1b" of the first and second dipoles 1a, 1b are supported on the reflecting plate by the balun and the base 2.
  • a plurality of microstrips similar in shape to the overall hook The hook 3 is configured to effect signal transmission in a non-contact coupling manner. Also, a plurality of clips 4 of a suitable structure are installed to support the plurality of microstrip hooks 3 and to maintain a gap between the microstrip hooks 3 and the dipoles.
  • the double polarization of the 'X' shape is generated by the radiation module 1 implemented as an 'X' shape as a whole.
  • Current mobile communication base station antennas mainly support dual polarization diversity, and the conventional dipole antennas, which are mainly used, are thus 'X' shaped.
  • the triple band antenna is implemented in the antenna structure of the 'X' shape, as shown in FIG. 2, the outer end and the left and right sides of the dipole of the low frequency band located in the center portion are located.
  • the outer ends of the dipoles of the high frequency band are adjacent to each other, which greatly distorts the antenna radiation characteristics.
  • the present invention devised a new type antenna structure away from the X-shaped dipole structure in the prior art, and in particular, it is possible to minimize the antenna width when applied to a triple band antenna.
  • FIG. 3 is a perspective view of a dual polarization antenna structure according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply structure is schematically indicated by a dotted line.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an A-A 'related part of FIG. 1
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view of a central upper part of FIG. 1, showing a cutting shape in a state in which a feed structure is included.
  • the dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention may be implemented as a first radiation module 10 for one first frequency band (for example, about 700 to 1000 MHz band).
  • the first radiation module 10 according to the present invention has a bent portion, respectively, and includes, for example, first and fourth radiation arms 11, 12, 13, and 14 each having a ' ⁇ ' shape. It is provided with the 1st-4th radiation element.
  • each of the first to fourth radiation arms 11, 12, 13, and 14 has the bent portions sequentially adjacent to each other and are generally symmetrically in plan view. 'It is arranged to be shaped.
  • the first to fourth radiation arms 11, 12, 13, and 14 may have only the same structure in different positions and positions.
  • the bending angle of the bent portion of the first radiating element 11 may be, for example, at right angles.
  • each end of the ' ⁇ ' character is formed to have an angle of 90 degrees to each other, for example, and has an appropriate length according to the corresponding frequency.
  • It is composed of the conductive first side and the second side radiation arms (11a, 11b) are designed to have.
  • the support part 11c which extends integrally with the antenna reflector 5 is comprised in the connection part of the 1st side and the 2nd side radiation arms 11a and 11b, ie, the bent part of the 1st radiation arm 11.
  • the support 11c may be fixedly attached to the reflector 5 by a screw coupling method or a welding method.
  • the second to fourth radiation arms 12, 13, 14 also have a first side radiation arm 12a, 13a, 14a, a second side radiation arm 12b, 13b, 14b, and supports 12c, 13c, 14c. It is composed of Such first to fourth radiation arms 11, 12, 13, 14 are, for example, generally referred to as' In the form of 'character', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ' will form the structure of the character part sequentially. That is, the characters ' ⁇ ', ' ⁇ ', ',', and ' ⁇ ' are positioned in the third quadrant, the fourth quadrant, the second quadrant, and the first quadrant, respectively.
  • Each of the first to fourth radiating elements looks similar to an external dipole structure, but it can be seen that a bow-tie structure is actually adopted. That is, as will be described later, an appropriate radiation surface is formed at both sides of one support 11c, 12c, 13c, 14c, which forms a part of the feeding structure, and the support 11c, 12c, 13c, 14c, on both sides.
  • First side radiation arms 11a, 12a, 13a, 14a and second side radiation arms 11b, 12b, 13b, 14b are formed. At this time, the first side radiation arms 11a, 12a, 13a, 14a and the second side radiation arms 11b, 12b, 13b, 14b face each other radiation arms adjacent to each other in the adjacent radiation elements, as shown.
  • the width of the face (side on the drawing) is larger than the face on which the signal is emitted (upper face on the drawing). This is to minimize the influence on other radiation modules described below, and to achieve smooth radiation by performing impedance matching (adjustment) with other adjacent radiation arms.
  • the second feed line 22 is installed to transmit a signal in a non-contact coupling manner with the support (12c, 14c) of the second and fourth radiation arms (12, 14).
  • each support (11c, 12c, 13c, 14c) has a parallel surface configured to maintain a predetermined separation distance on the center longitudinal axis facing the stripline of the first, second feed line (21, 22),
  • the signal transmission is performed in a non-contact coupling manner with each other.
  • the parallel surface of each support (11c, 12c, 13c, 14c) and the strip line of the first, second feed line (21, 22) supports the feed line and the feed line and the support Spacers (31, 32, 33, 34, etc.) of a suitable structure to keep the spacing constant may be installed at a predetermined position. These spacers 32, 32, 33, 34, etc.
  • female threads located between the parallel surfaces of the supports 11c, 12c, 13c, 14c and the strip lines of the first and second feed lines 21. It may be composed of a structure, and a male screw structure that is coupled to the female screw structure through a hole formed at a corresponding position of the first and second feed lines 21 and 22 and / or the supports 11c, 12c, 13c, and 14c. .
  • the first feed line 21 may be formed in a stripline structure along the reflecting plate 5 to extend the first radiation arm ( 11 extends from the lower side of the support 11c to the upper side, and extends over the bent portion of the first radiation arm 11 to the third radiation arm 13 of the third radiation element facing in the diagonal direction. It extends beyond the bent part of the third radiation arm 13 to the support 13c of the third radiation arm 13.
  • the second feed line 22 is also formed along the supports 12c and 14c of the second radiation arm 12 and the fourth radiation arm 14.
  • the first and second feed lines 21 and 22 intersect (separated from each other) at the center portion of the first radiation module 10 as a whole, and in a portion orthogonal to each other, it prevents contact between the two feed lines.
  • a spacer 41 of a suitable structure may be provided.
  • each support 11c, 12c, 13c, 14c has a structure that extends some more in the form of surrounding the stripline of the first, second feed line (21, 22).
  • This structure allows the support to act as a grounding end, thus enabling improved grounding performance. That is, since the extension structure is inclined toward the stripline and surrounds the support surface, signal loss is reduced.
  • each support (11c, 12c, 13c, 14c) electrically serves as a ground terminal for the stripline, the length of each support is designed according to ⁇ / 4 of the wavelength of the corresponding processing signal, open state (Ground state).
  • the first radiation arm 11 and the third radiation arm 13 form a +45 degree polarization relative to the vertical axis among all 'X' polarizations.
  • the second and fourth radiation arms 12 and 14 form a -45 degree polarization.
  • FIG. 6A is a perspective view of the first deformable structure of FIG. 1, and FIG. 6B is a perspective view of the second deformable structure of FIG. 1, in which the structure shown in FIGS. There is a difference in structure.
  • the structure shown in FIG. 6A is, for example, although the first feed line 21 extends over the bent portion of the first radiation arm 11 to the third radiation arm 13 facing in the diagonal direction, but also the third radiation. The structure extends inward without exceeding the bent portion of the arm 13.
  • the structure shown in FIG. 6B is, for example, after the first feed line 21 extends over the bent portion of the first radiation arm 11 to the third radiation arm 13 facing in the diagonal direction, and then the third radiation arm. It is a structure directly connected to the bent part of (13) by welding or soldering.
  • the power supply structure of the present invention as described above, unlike the side bridge (side bridge) method that is installed between the sides of the radiating elements in the conventional dipole structure as shown in Figure 1, so-called over bridge (over bridge) It can be seen that the method is adopted.
  • the feed structure of the present invention as described above has an air-strip balun structure in which the supports serve as grounding ends of the feed lines of the stripline structure, it is separate from the radiating elements of the conventional dipole structure. Compared to the method of employing the balun structure of, it may be more simply and efficiently implemented.
  • the multi-band multi-antenna system for example, the first radiation module 10 for the first frequency band (for example, about 700 ⁇ 1000MHz band), the second frequency band ( For example, the second radiation modules 50-1 and 50-2 for the 1.7-2.2 GHz band and the third radiation modules 60-60 for the third frequency band (for example, the 2.3-2.7 GHz band). 1, 60-2).
  • the first radiation module 10 for the first frequency band for example, about 700 ⁇ 1000MHz band
  • the second frequency band
  • the second radiation modules 50-1 and 50-2 for the 1.7-2.2 GHz band
  • the third radiation modules 60-60 for the third frequency band (for example, the 2.3-2.7 GHz band). 1, 60-2).
  • the first radiation module 10 may have a dual polarized antenna structure according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 to 4.
  • the second radiation modules 50-1 and 50-2 and the third radiation modules 60-1 and 60-2 also have an antenna structure according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 to 4.
  • the antenna structure of the conventional dipole structure may be employed in addition to the above, and the overall external shape may also have various shapes such as a square, an 'X' shape, or a rhombus shape.
  • the second radiation module (50-1, 50-2) and the third radiation module (60-1, 60-2) as a whole ' 'It is installed on the upper and lower sides of the left and right at the installation site of the first radiation module 10 having a shape. That is, when the layout structure of the entire antenna system is viewed in a square shape, the second radiation modules 50-1 and 50-2 and the third radiation modules 60-1 and 60-2 in each corner portion of the square shape. ) Is installed, the first radiation module 10 is installed in the center.
  • the first radiation module 10 having a' shape has an empty space on the upper and lower left and right sides of the installation site, and the second radiation modules 50-1 and 50-2 and the third radiation module 60-1, The second and third radiation modules 50-1, 50-2, 60-1, such that the installation portion of the 60-2 overlaps at least a part of the empty space of the installation portion of the first radiation module 10. 60-2) is installed.
  • the overall size of the antenna system can be reduced, and an optimized form is possible when implementing a multi-band, in particular, triple-band antenna system.
  • the first radiation module 10 has a smaller size. Sufficient distance can be provided between the outer end of the radiating element and another second and third radiating module adjacent thereto.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate a plan view and a perspective view of the modified structure of FIG. 7, as shown in FIGS. 8A and 8B, all of the first to third radiation modules 10 are illustrated in FIGS. 2 to 4. It may have a dual polarized antenna structure according to an embodiment of the present invention shown in.
  • a dual polarization antenna for a mobile communication base station and a multi-band antenna system using the same can be configured.
  • specific embodiments have been described. It may be practiced without departing from the scope of the invention.

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Abstract

본 발명은 이중편파 안테나에 있어서; 반사판과; 절곡부를 갖는 제1 내지 제4방사 암을 각각 구비한 제1 내지 제4방사소자를 포함하는 방사모듈을 포함하고; 상기 제1 내지 제4방사 암은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 각각 '┐', '┌ ', '┘', '└' 자 부분의 구조를 순차적으로 형성하게 되는데, '┐', '┌ ', '┘', '└' 자 부분은 평면상 각각 제3사분면, 제4사분면, 제2사분면, 제1사분면에 위치하게 되며; 제1 내지 제4방사소자는, 제1 내지 제4방사 암의 각 절곡부에서 반사판으로 일체로 연장되는 지지대를 포함하고; 방사모듈은, 제1 및 제3방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제1급전선과, 제2 및 제4방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제2급전선을 포함한다.

Description

이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템
본 발명은 이동통신(PCS, Cellular, IMT-2000 등) 기지국 안테나에 관한 것으로, 특히 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템에 관한 것이다.
현재, 이동 통신의 보편화 및 무선 광대역 데이터 통신의 활성화에 따라, 부족한 주파수 대역을 충분히 확보하기 위하여 다양한 주파수 대역을 가용 주파수 대역화 하고 있다. 주로 사용되는 주파수 대역은 저주파 대역(698~960MHz)과 고주파 대역(1.71~2.17GHz 또는 2.3~2.7GHz)이다. 또한 다중 안테나 기반의 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 데이터 전송속도를 높이기 위한 필수적인 기술로서LTE(Long Term Evolution), Mobile WiMAX 등의 최근 이동통신 네트워크 시스템에 적용되고 있다.
그런데 다양한 주파수 대역에서 MIMO를 지원하기 위하여 다수의 안테나를 설치하려면 설치 비용의 증가는 물론, 실제 외부 환경에서는 안테나를 설치할 타워 공간이 턱없이 부족하다. 또한, 타워 임대 비용의 증가와 안테나 관리의 효율성도 큰 문제로 대두된다.
따라서 이중대역 안테나를 넘어 삼중대역의 안테나가 절실히 요구되고 있다. 이중대역 안테나는 저주파 대역의 안테나 설치 공간에 고주파 대역의 안테나를 동일 공간에 삽입하여, 실제 안테나 면적이 저주파 대역 안테나의 폭을 그대로 유지할 수 있었으나, 삼중대역 안테나를 구현하고자 할 경우에는 안테나 폭을 늘리지 않고서는 더 이상 삽입하기가 곤란하다.
한편 안테나에서 방사되는 전자파가 유해하다는 일반인들의 거부감으로 인하여, 이동통신 사업자들은 가능한 안테나를 보이지 않게 은폐하거나 환경 친화적으로 꾸미고 있으므로 안테나의 크기가 무척 중요해졌다. 나아가 지역 주민의 동의를 받지 않으면 안테나 설치가 법적으로 금지되는 추세라서, 기존에 설치된 저주파 대역의 안테나 폭(예를 들어, 약 300mm)을 넘지 않아야 최근 이동통신 네트워크용 안테나를 변경 설치할 수 있다. 물론 풍압 하중 및 타워에 걸리는 부하 등의 고전적인 문제는 여전히 유효하다.
따라서 삼중대역의 안테나는 최근 이동통신 네트워크 시스템에서 절실히 요구되고 있으나, 종래 기술대로 안테나 폭을 넓혀 만들면 시장에서는 받아들여지지 않는 모순된 상황에 빠져 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 최적화된 구조 배열 및 안테나 사이즈의 최적화를 가능하게 하여 안테나 설계의 용이성을 가져올 수 있도록 하기 위한 이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안테나의 폭을 보다 좁힐 수 있도록 하거나, 한정된 폭 내에서 삼중대역 안테나의 구현이 가능하도록 하기 위한 이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 견지에 따르면, 본 발명은 이중편파 안테나에 있어서; 반사판과; 절곡부를 갖는 제1 내지 제4방사 암을 각각 구비한 제1 내지 제4방사소자를 포함하는 방사모듈을 포함하고; 상기 제1 내지 제4방사 암은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 전체적으로 평면상 사방 대칭으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000001
'자 형상이 되게 배치되며; 상기 제1 내지 제4방사소자는, 상기 제1 내지 제4방사 암의 각 절곡부에서 상기 반사판으로 일체로 연장되는 지지대를 포함하고; 상기 방사모듈은, 상기 제1 및 제3방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제1급전선과, 상기 제2 및 제4방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제2급전선을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 본 발명은 다중대역 안테나 시스템에 있어서, 반사판과; 절곡부를 갖는 제1 내지 제4방사 암을 각각 구비한 제1 내지 제4방사소자를 포함하며, 상기 제1 내지 제4방사 암은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 전체적으로 평면상으로 사방 대칭으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000002
'자 형상이 되게 상기 반사판 상에 배치되는 제1방사모듈과; 상기 전체적으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000003
'자 형태를 가지는 상기 제1방사모듈의 설치 부위에서 좌우측의 각 상하측 중 적어도 일부에 설치되는 제2 또는 제3방사모듈을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템은 보다 최적화된 구조 배열 및 안테나 사이즈의 최적화를 가능하게 하여 안테나 설계의 용이성을 가져올 수 있도록 할 수 있으며, 특히 안테나의 폭을 보다 좁힐 수 있도록 하거나, 한정된 폭 내에서 삼중대역 안테나의 구현이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 이중편파 안테나의 일 예시 사시도
도 2는 도 1의 안테나를 이용한 삼중대역 이중편파 안테나 구현의 가상 구조의 평면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조의 사시도
도 4는 도 1 중 A-A' 관련 부분의 절단면도
도 5는 도 1 중 중앙 상단부의 확대 사시도
도 6a는 도 1의 제1변형 구조의 사시도
도 6b는 도 1의 제2변형 구조의 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조를 이용한 다중대역 안테나 시스템의 개략적인 평면도
도 8a는 도 7의 변형 구조의 평면도
도 8b는 도 8b의 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 다른 이중편파 안테나 구조에서 이중편파 형성 상태를 나타낸 도면
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 이해를 돕기 위해 먼저 종래의 이중편판 안테나 구조에 대해 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 이중편파 안테나의 일 예시 사시도로서, 'Andrew Corporation'의 미국 특허 제6,034,649호에 개시된 구조와 같다. 도 1을 참조하면, 종래의 이중편파 안테나에서 방사모듈(1)은 제1, 제2다이폴(1a, 1b)이 서로 교차되게 설치되어, 전체적으로 'X' 자 형태로 구현될 수 있다. 제1다이폴(1a)은 두 개의 하프(half) 다이폴(1a', 1a")로 구성되며 수직축 또는 수평축에 대해 +45각도로 설치되며, 제2다이폴(1b)도 마찬가지로 두 개의 하프 다이폴(1b', 1b")로 구성되며 -45각도로 설치된다. 제1, 제2다이폴(1a, 1b)의 각 하프 다이폴들(1a', 1a", 1b', 1b")은 발룬 및 베이스(2)에 의해 반사판 상에 지지된다.
이때, 제1다이폴(1a)의 두 개의 다이폴(1a', 1a") 사이 및 제2다이폴(1b)의 두 개의 하프 다이폴(1b', 1b") 사이에는 전체적으로 후크 형상과 유사한 다수의 마이크로스트립 후크(3)에 의해 비접촉 커플링 방식으로 신호 전달이 이루어지도록 구성된다. 또한 다수의 마이크로스트립 후크(3)를 지지하며 마이크로스트립 후크(3)와 다이폴간의 간격을 유지하기 위해 적절한 구조의 다수의 클립(4)이 설치된다.
이와 같이, 전체적으로 'X' 자 형태로 구현된 방사모듈(1)에 의해 'X' 자 형태의 이중편파가 발생된다. 현재의 이동통신 기지국 안테나는 주로 이중편파 다이버시티를 지원하고, 주로 사용되던 종래의 다이폴 안테나는 이와 같이 'X' 자 형태이다.
그런데, 이러한 'X' 자 형태의 안테나 구조로 삼중대역 안테나를 구현할 경우를 고려해 보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 가운데 부분에 위치하는 저주파수 대역의 다이폴의 외측 단부와 좌, 우 측면에 위치하는 고주파 대역의 다이폴의 외측 단부가 인접하게 되며, 이에 따라 발생하는 간섭으로 인해 안테나 방사 특성이 크게 왜곡된다. 이러한 문제를 쉽게 해결하기 위해서는 간섭에 의한 영향이 거의 없도록 안테나 폭을 키워 해결할 수 있으나, 이는 앞서 설명한 대로 사이즈의 문제와 시장에서 받아들이기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명에서는 종래 기술에서의 X자 형태의 다이폴 구조에서 탈피하여 새로운 형태의 안테나 구조를 고안하였고, 이는 특히 삼중대역 안테나에 적용시 안테나 폭을 최소화 할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조의 사시도로서, 도시의 편의를 위해 급전 구조에 대해서는 개략적으로 점선으로 표시하였다. 도 4는 도 1 중 A-A' 관련 부분의 절단면도이며, 도 5는 도 1 중 중앙 상단부의 확대 사시도로서, 급전 구조가 포함된 상태의 절단 형태를 보이고 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나는 하나의 제1주파수 대역(예를 들어 약 700~1000MHz 대역)용 제1방사모듈(10)로 구현될 수 있는데, 본 발명에 따른 제1방사모듈(10)은 각각 절곡부를 구비함으로써, 예를 들어 '┐' 자 형태를 가지는 제1 내지 제4방사 암(11, 12, 13, 14)을 각각 구비하는 제1 내지 제4방사소자를 구비한다. 이때 상기 제1 내지 제4방사 암(11, 12, 13, 14)은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 전체적으로 평면상 사방 대칭으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000004
'자 형상이 되게 배치된다.
즉, 상기 제1 내지 제4방사 암(11, 12, 13, 14)은 배치 방향 및 위치만 다를 뿐, 모두 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 제1방사소자(11)는 절곡부의 절곡 각도가 예를 들어 직각일 수 있으며, 이때 '┐' 자의 각 일단부가 예를 들어, 서로 90도의 각도를 가지게 형성되며 해당 주파수에 따른 적절한 길이를 가지게 설계되는 도전성 제1측 및 제2측 방사 암(arm)(11a, 11b)으로 구성된다. 이때, 제1측 및 제2측 방사 암(11a, 11b)의 연결 부위, 즉 제1방사 암(11)의 절곡부에는 안테나 반사판(5)으로 일체로 연장되는 지지대(11c)가 구성된다. 이때 지지대(11c)는 반사판(5)에 나사 결합 방식이나 용접 방식 등에 의해 고정되게 부착될 수 있다.
마찬가지로 제2 내지 제 4방사 암(12, 13, 14)도 제1측 방사 암(12a, 13a, 14a)과, 제2측 방사 암(12b, 13b, 14b) 및 지지대(12c, 13c, 14c)로 구성된다. 이러한 제1 내지 제4방사 암(11, 12, 13, 14)은 예를 들어, 전체적으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000005
'자 형태에서 각각 '┐', '┌ ', '┘', '└' 자 부분의 구조를 순차적으로 형성하게 된다. 즉, '┐', '┌ ', '┘', '└' 자 부분은 평면상 각각 제3사분면, 제4사분면, 제2사분면, 제1사분면에 위치하게 된다.
이러한 제1 내지 제4방사소자는 각각 외형상 다이폴 구조와 일견 유사해 보이기는 하나, 실제로는 보우타이(bow-tie) 구조를 채용하고 있음을 볼 수 있다. 즉 후술하는 바와 같이 급전 구조의 일부를 형성하는 하나의 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)와, 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)를 중심으로 양측에 해당 주파수에 따른 적절한 방사면을 형성하는 제1측 방사 암(11a, 12a, 13a, 14a) 및 제2측 방사 암(11b, 12b, 13b, 14b)이 형성된다. 이때, 제1측 방사 암(11a, 12a, 13a, 14a) 및 제2측 방사 암(11b, 12b, 13b, 14b)들은 도시된 바와 같이, 인접한 다른 방사소자에서 인접하는 다른 방사 암과 마주보는 면(도면상 측면)의 폭이 신호가 방사되는 면(도면상 상면)보다 더 크게 되어 있다. 이는 후술하는 다른 방사모듈에 영향을 최소화하고, 인접한 다른 방사 암과 임피던스 매칭(조정)을 하여 원활한 방사가 이루어지게 하기 위함이다.
한편, 이와 같이 구성되는 제1방사모듈(10)의 급전 구조를 살펴보면, 스트립라인 구조의 제1급전선(21)은 제1 및 제3방사 암(11, 13)의 지지대(11c, 13c)와 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달하도록 설치되며, 제2급전선(22)은 제2 및 제4방사 암(12, 14)의 지지대(12c, 14c)와 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달하도록 설치된다.
이때, 각 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)는 중심 종축에는 제1, 제2급전선(21, 22)의 스트립라인에 대향하면서 미리 설정된 이격 거리를 유지하도록 구성되는 평행한 면이 형성되어, 서로간에 비접촉 커플링 방식으로 신호 전달이 이루어지도록 한다. 상기 이격 거리를 유지하기 위해 각 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)의 상기 평행한 면과 제1, 제2급전선(21, 22)의 스트립라인 간에는 해당 급전선을 지지하고 해당 급전선과 해당 지지대의 간격이 일정하게 이격되도록 유지하는 적절한 구조의 스페이서(spacer)(31, 32, 33, 34 등)들이 미리 설정된 위치에 설치될 수 있다. 이러한 스페이서(32, 32, 33, 34 등)들은 예를 들어 상기 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)의 상기 평행한 면과 제1 및 제2급전선(21)의 스트립라인 사이에 위치되는 암나사 구조물과, 제1 및 제2급전선(21, 22) 및/또는 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)의 해당 위치에 형성되는 홀을 통해 해당 암나사 구조물과 결합하는 수나사 구조물 등으로 구성될 수 있다.
제1, 제2급전선(21, 22)의 설치 구조를 보다 상세히 설명하면, 예를 들어 제1급전선(21)은 반사판(5)을 따라 스트립라인 구조로 일부 연장된 상태에서 제1방사 암(11)의 지지대(11c)의 하측에서 상측을 따라 연장되며, 또한 제1방사 암(11)의 절곡부를 넘어서 사선방향으로 마주보는 제3방사소자의 제3방사 암(13)까지 연장되며, 또한 제3방사 암(13)의 절곡부를 넘어서 제3방사 암(13)의 지지대(13c)까지 더 연장되게 설치되는 구조를 가진다. 마찬가지로 제2급전선(22)도 제2방사 암(12) 및 제4방사 암(14)의 지지대(12c, 14c)를 따라 형성된다. 이러한 구조에 따라 제1, 제2급전선(21, 22)은 전체적인 제1방사모듈(10)의 가운데 부분에서 (서로 이격되게) 교차하게 되는데, 서로 직교하는 부위에는, 두 급전선간에 접촉을 방지하고 서로간 전송 신호에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 적절한 구조의 스페이서(41)가 구비될 수 있다.
한편, 각 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)의 중심 종축에서 제1, 제2급전선(21, 22)의 스트립라인에 대향하는 평행한 면의 외측, 즉 각 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)의 측면은 상기 제1, 제2급전선(21, 22)의 스트립라인을 감싸는 형태로 얼마간 더 연장되는 구조를 가진다. 이러한 구조는 해당 지지대가 접지단 역할을 하게 되므로, 보다 향상된 접지 성능이 발휘할 수 있도록 한다. 즉 해당 연장 구조가 스트립라인 쪽으로 기울어져 지지대 면을 감싸고 있으므로 신호의 유실이 적어지게 된다.
또한, 이때 각 지지대(11c, 12c, 13c, 14c)는 전기적으로는 스트립라인에 대해 접지단의 역할을 하므로, 각 지지대의 길이는 해당 처리 신호의 파장의 λ/4에 따라 설계되어, 오픈 상태(접지 상태)가 되도록 한다.
이와 같은 급전 구조를 구비하게 되므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1방사 암(11) 및 제3방사 암(13)은 전체 'X'자 편파 중에서, 수직축 대비 +45도 편파를 형성하며, 제2, 제4방사 암(12, 14)은 -45도 편파를 형성하게 된다.
도 6a는 도 1의 제1변형 구조의 사시도이며, 도 6b는 도 1의 제2변형 구조의 사시도로서, 도 6a, 도 6b에 도시된 구조는 상기 도 1에 도시된 구조에 비해, 특히 급전 구조에서 차이점이 있다. 도 6a에 도시된 구조는 예를 들어, 제1급전선(21)이 제1방사 암(11)의 절곡부를 넘어서 사선방향으로 마주보는 제3방사 암(13)까지 연장되기는 하나, 또한 제3방사 암(13)의 절곡부를 넘지 않고 그 안쪽으로 연장되는 구조이다.
도 6b에 도시된 구조는 예를 들어, 제1급전선(21)이 제1방사 암(11)의 절곡부를 넘어서 사선방향으로 마주보는 제3방사 암(13)까지 연장된 후, 제3방사 암(13)의 절곡부에 용접이나 납땜에 의해 직접 연결되는 구조이다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 급전 구조는 종래의 도 1에 도시된 바와 같은 다이폴 구조에서 방사 소자들의 측면간에 설치되는 방식인 사이드 브리지(side bridge) 방식과는 달리, 일명 오버 브지리(over bridge) 방식을 채용함을 알 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 급전 구조는 지지대들이 스트립라인 구조의 급전선들의 접지단 역할을 하는 에어스트립(air-strip) 발룬(balun) 구조를 가지므로, 종래의 다이폴 구조의 방사 소자들에서 별도의 발룬 구조를 채용하는 방식에 비해, 보다 간단하고 효율적으로 구현 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조를 이용한 다중대역 안테나 시스템의 개략적인 평면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 다중 안테나 시스템은 예로 들어 제1주파수 대역(예를 들어 약 700~1000MHz 대역)용 제1방사모듈(10), 제2주파수 대역(예를 들어 약 1.7~2.2GHz 대역)용 제2방사모듈들(50-1, 50-2) 및 제3주파수 대역(예를 들어 약 2.3~2.7GHz 대역)용 제3방사모듈들(60-1, 60-2)을 구비한다.
제1방사모듈(10)은 상기 도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조를 가질 수 있다.
제2방사모듈들(50-1, 50-2) 및 제3방사모듈(60-1, 60-2)도 물론 상기 도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조를 가질 수 있으나, 이외에도 종래의 다양한 방식의 다이폴 구조의 안테나 구조를 채용할 수 있으며, 전체적인 외형 형태도 네모나, 'X' 자 형태, 또는 마름모 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
이때, 상기에서 제2방사모듈들(50-1, 50-2) 및 제3방사모듈(60-1, 60-2)은 전체적으로 '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000006
'자 형태를 가지는 제1방사모듈(10)의 설치 부위에서 좌우측의 상하측에 설치된다. 즉, 전체 안테나 시스템의 배치 구조를 네모 형태로 볼 경우에, 네모 형태의 각 모서리 부분에 제2방사모듈들(50-1, 50-2) 및 제3방사모듈(60-1, 60-2)이 설치되며, 가운데 부분에 제1방사모듈(10)이 설치되는 구조이다.
이때, '
Figure PCTKR2012000712-appb-I000007
'자 형태를 가지는 제1방사모듈(10)은 설치 부위의 좌우측 상하부에 빈 공간이 있게 되며, 상기 제2방사모듈들(50-1, 50-2) 및 제3방사모듈(60-1, 60-2)의 설치 부위가 상기 제1방사모듈(10)의 설치 부위의 상기 빈 공간에 적어도 일부가 겹쳐지도록, 제2 및 제3방사모듈(50-1, 50-2, 60-1, 60-2)이 설치된다.
이와 같은 설치 구조를 가지므로, 안테나 시스템의 전체 사이즈가 줄어들 수 있으며, 다중대역, 특히 삼중대역의 안테나 시스템을 구현할 경우에 최적화된 형태가 가능하게 된다.
더욱이, 방사소자들에서는 방사 구조물의 외측 단부에 전계가 강하게 발생하여 인접한 방사소자들에게 신호 간섭을 일으키게 되는데, 상기한 본 발명에 따른 안테나 시스템의 구조에서는 보다 줄어든 사이즈로 제1방사모듈(10)의 방사 소자의 외측 단부와 인접하는 다른 제2 및 제3방사모듈간에 충분한 거리를 둘 수 있게 된다.
한편, 도 8a 및 8b에는 도 7의 변형 구조에 대한 평면도 및 사시도를 도시하고 있는데, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3방사모듈(10)은 모두 상기 도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 구조를 가질 수도 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 기지국용 이중편파 안테나 및 이를 이용한 다중대역 안테나 시스템이 구성될 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

Claims (18)

  1. 이중편파 안테나에 있어서,
    반사판과,
    절곡부를 갖는 제1 내지 제4방사 암을 각각 구비한 제1 내지 제4방사소자를 포함하는 방사모듈을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4방사 암은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 전체적으로 평면상 사방 대칭으로 '
    Figure PCTKR2012000712-appb-I000008
    '자 형상이 되게 배치되며,
    상기 제1 내지 제4방사소자는, 상기 제1 내지 제4방사 암의 각 절곡부에서 상기 반사판으로 일체로 연장되는 지지대를 포함하고,
    상기 방사모듈은, 상기 제1 및 제3방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제1급전선과, 상기 제2 및 제4방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제2급전선을 포함함을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2급전선은 스트립라인이며,
    상기 제1급전선은 적어도 상기 제1방사 암과 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달하며, 상기 제2급전선은 적어도 상기 제2방사 암과의 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달함을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1급전선은 상기 제1방사소자의 지지대를 따라 상기 제1방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제3 방사소자의 지지대까지 연장되고,
    상기 제2급전선은 상기 제2방사소자의 지지대를 따라 상기 제2방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제4방사소자의 지지대까지 연장되게 설치됨을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2급전선과 상기 제1 내지 제4방사소자의 지지대들 사이에는 해당 급전선을 지지하고, 해당 급전선과 해당 지지대의 간격이 일정하게 이격되도록 유지하는 다수의 스페이서가 구비되고,
    상기 제1 및 제2급전선이 교차하는 곳에는 두 급전선간의 접촉을 방지하기 위한 스페이서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1급전선은 상기 제1방사소자의 지지대를 따라 상기 제1방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제3방사소자의 제3방사 암과 연결되며,
    상기 제2급전선은 상기 제2방사소자의 지지대를 따라 상기 제2방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제4방사소자의 제4방사 암과 연결되게 설치됨을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 내지 제4방사소자의 제1 내지 제4방사 암은 각각, 인접한 다른 방사소자에서 인접하는 다른 방사 암과 마주보는 면의 폭이 신호가 방사되는 면의 폭보다 크게 된 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4방사 암의 상기 절곡부의 절곡 각도는 직각임을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4방사소자의 각 지지대의 길이는, 오픈 상태가 되도록 해당 처리 신호의 파장에 의거하여 설계됨을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  9. 다중대역 안테나 시스템에 있어서,
    반사판과,
    절곡부를 갖는 제1 내지 제4방사 암을 각각 구비한 제1 내지 제4방사소자를 포함하며, 상기 제1 내지 제4방사 암은 각각 절곡부가 순차적으로 상호 인접하고 전체적으로 평면상으로 사방 대칭으로 '
    Figure PCTKR2012000712-appb-I000009
    '자 형상이 되게 상기 반사판 상에 배치되는 제1방사모듈과,
    상기 전체적으로 '
    Figure PCTKR2012000712-appb-I000010
    '자 형태를 가지는 상기 제1방사모듈의 설치 부위에서 좌우측의 각 상하측 중 적어도 일부에서 상기 반사판 상에 설치되는 제2 또는 제3방사모듈을 포함함을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2방사모듈 또는 제3방사모듈의 설치 부위가 상기 '
    Figure PCTKR2012000712-appb-I000011
    '자 형태를 가지는 상기 제1방사모듈의 설치 부위의 좌우측 상하부에 빈 공간에 적어도 일부가 겹쳐지도록, 상기 제2방사모듈 또는 상기 제3방사모듈이 설치됨을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4방사소자는, 상기 제1 내지 제4방사 암의 각 절곡부에서 상기 반사판으로 일체로 연장되는 지지대를 포함하고,
    상기 제1방사모듈은, 상기 제1 및 제3방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제1급전선과, 상기 제2 및 제4방사 암에 신호를 전달하도록 설치되는 제2급전선을 포함함을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2급전선은 스트립라인이며,
    상기 제1급전선은 적어도 상기 제1방사 암과 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달하며, 상기 제2급전선은 적어도 상기 제2방사 암과의 비접촉 커플링 방식으로 신호를 전달함을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1급전선은 상기 제1방사소자의 지지대를 따라 상기 제1방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제3 방사소자의 지지대까지 연장되고,
    상기 제2급전선은 상기 제2방사소자의 지지대를 따라 상기 제2방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제4방사소자의 지지대까지 연장되게 설치됨을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2급전선과 상기 제1 내지 제4방사소자의 지지대들 사이에는 해당 급전선을 지지하고, 해당 급전선과 해당 지지대의 간격이 일정하게 이격되도록 유지하는 다수의 스페이서가 구비되고,
    상기 제1 및 제2급전선이 교차하는 곳에는 두 급전선간의 접촉을 방지하기 위한 스페이서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1급전선은 상기 제1방사소자의 지지대를 따라 상기 제1방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제3방사소자의 제3방사 암과 연결되며,
    상기 제2급전선은 상기 제2방사소자의 지지대를 따라 상기 제2방사 암의 절곡부를 걸쳐 사선방향으로 마주보는 제4방사소자의 제4방사 암과 연결되게 설치됨을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 내지 제4방사소자의 제1 내지 제4방사 암은 각각, 인접한 다른 방사소자에서 인접하는 다른 방사 암과 마주보는 면의 폭이 신호가 방사되는 면의 폭보다 크게 된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  17. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4방사 암의 상기 절곡부의 절곡 각도는 직각임을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  18. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4방사소자의 각 지지대의 길이는, 오픈 상태가 되도록 해당 처리 신호의 파장에 의거하여 설계됨을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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