WO2016027997A1 - 이동통신 서비스용 옴니 안테나 - Google Patents

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WO2016027997A1
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radiation
radiating element
radiating
polarized dipole
polarization
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문영찬
최오석
김인호
양형석
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주식회사 케이엠더블유
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole

Definitions

  • the present invention relates to an antenna that can be applied to a base station or a relay station in a mobile communication (PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE, etc.) network, and particularly relates to an omni antenna.
  • PCS mobile communication
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • GSM Global System for Mobile communications
  • LTE Long Term Evolution
  • Omni antennas are antennas that are designed to radiate electromagnetic waves evenly in a horizontal direction through 360 degrees.
  • a mobile communication terminal In a mobile communication network, a mobile communication terminal generally includes an omni antenna employing a circular mono-pole antenna structure because it cannot predict in which direction the mobile communication terminal moves.
  • Antennas installed in a mobile communication network base station or relay station are usually provided with a directional antenna for directing each service range divided into three sectors.
  • the LTE (Long Term Evolution) service is in full swing, it is required to build a small cell or a small cell device for smooth service in a shadow area such as a building, etc., and to increase data transmission speed. Since the outdoor small cell is serviced at a coverage of 0.5 to 1.5 km and the size of the equipment itself is also small, it may be useful to employ an omni antenna as the antenna applied to the equipment.
  • LTE Long Term Evolution
  • omni antennas mainly use single polarization (V-pol).
  • MIMO Multi Input Multi Output
  • a polarization antenna is necessary for this purpose.
  • double polarized wave refers to horizontal polarized wave (H-pol; 0 degree) and vertical polarized wave (V-pol; 90 degree).
  • the directional antenna generally applied to the base station or the relay station mainly uses the dual polarization (+/- 45) Doing. Accordingly, research has been conducted to generate +/- 45 degree double polarization in an omni antenna, but substantially satisfying even radiation characteristics in omni-direction and generating +/- 45 degree double polarization. Implementing the structure was a difficult task. Moreover, when considering the fact that the +/- 45 degree double polarization is generated and the size of the omni antenna is considered small in consideration of being installed in a small cell such as inside a building, this is a more difficult task.
  • an object of the present invention is to provide an omni antenna for a mobile communication service, which can generate +45 degrees or -45 degrees polarization while satisfying excellent omni-direction radiation characteristics.
  • Another object of the present invention is to provide an omni antenna for a mobile communication service for generating a +/- 45 degree double polarization.
  • Still another object of the present invention is to provide an omni antenna for a mobile communication service for generating a small size and generating +/- 45 degree double polarization.
  • the omni antenna for mobile communication services A plurality of radiating elements arranged at the same angle to each other on a horizontal plane to radiate beams, respectively;
  • a power supply unit for distributing and providing a power supply signal to each of the plurality of radiating elements;
  • Each of the plurality of radiating elements is characterized in that it has a combined structure of a horizontal polarized dipole radiating portion having two radiation arms and a vertical polarized dipole radiating portion having two radiation arms.
  • Each of the plurality of radiating elements may be configured by a pattern printing method using a flexible printed circuit board (F-PCB).
  • F-PCB flexible printed circuit board
  • the plurality of radiating elements may be disposed at predetermined intervals on the flexible printed circuit board, and the flexible printed circuit board may be installed in a cylindrical structure.
  • Each of the plurality of radiating elements may include one or the other radiation arm of the horizontally polarized dipole radiating portion and one or the other radiation arm of the vertically polarized dipole radiating portion respectively connected to each other at a center of the radiating element, or the horizontal polarization.
  • One side or the other side of the radiation arm for the dipole for radiation and the other side or one side of the vertical polarization for the dipole radiation portion has a structure connected to each other at the center of the radiation element;
  • the horizontally polarized dipole radiation pattern and the vertically polarized dipole radiation portion may be designed to be simultaneously fed to portions connected to the dipole radiation pattern.
  • the omni antenna for mobile communication services in the omni antenna for mobile communication services;
  • a plurality of radiating element arrays arranged at the same angle to each other on a horizontal plane and including a plurality of radiating elements each emitting a beam, each of the plurality of radiating element arrays continuously disposed in a vertical direction;
  • a feeding unit configured to distribute and provide a feeding signal to each of the plurality of radiating element arrays;
  • Each of the plurality of radiating elements of the plurality of radiating elements has a combination structure of a horizontally polarized dipole radiating portion having two radiation arms and a vertically polarized dipole radiating portion having two radiation arms.
  • each of the plurality of radiating elements In each of the plurality of radiating element arrays, each of the plurality of radiating elements, one side or the other side of the horizontal polarized dipole radiating portion and one side or the other side of the vertical polarization dipole radiating arm is located at the center of the radiating element.
  • Each of the first type of radiation elements having a structure connected to each other, or one or the other radiation arm of the horizontal polarized dipole radiation portion and the other or one radiation arm of the vertical polarization dipole radiation portion in the center of the radiation element
  • Second type radiating elements each having a structure connected to each other at a position;
  • the horizontally polarized dipole radiation pattern and the vertically polarized dipole radiation portion may be designed to be simultaneously fed to portions connected to the dipole radiation pattern.
  • the plurality of radiating elements may be simultaneously configured in a pattern printing method using one flexible printed circuit board (F-PCB).
  • F-PCB flexible printed circuit board
  • the plurality of radiating elements comprises first to third radiating elements;
  • the flexible printed circuit board on which the first to third radiating elements are formed may be installed in a cylindrical structure.
  • the plurality of radiating element arrays may have a combination structure of at least one radiating element array composed of the first type radiating elements and at least one radiating element array composed of the second type radiating elements.
  • the plurality of radiating element arrays have a structure in which the first to fourth radiating element arrays are continuously arranged in the vertical direction;
  • the first and second radiating element arrays may include the first type or the second type radiating elements, and the third and fourth radiating element arrays may have different types of radiating than the first and second radiating element arrays. It may consist of elements.
  • the power supply unit for distributing a power supply signal to each of the plurality of radiation element arrays, and including a plurality of power supply plates for providing a power supply signal for each of the plurality of radiation element arrays;
  • Each of the plurality of power supply plates includes a substrate inner layer; A feeding pattern formed on an upper surface of the substrate inner layer, the feeding pattern having a plurality of coupling feeding patterns for feeding each of the plurality of radiating elements formed in a corresponding radiating element array in a coupling manner; It may include a ground pattern formed on the lower surface of the substrate inner layer.
  • Each of the plurality of feeder plates is fed through a plurality of feeder lines; At least one connecting passage for passing at least one of the feed line (s) feeding the other feeder plate (s) is formed in the form of a through hole; The feeder line supported by the connection passage may be soldered with the ground pattern.
  • the omni antenna for the mobile communication service may generate a +/- 45 degree double polarization while satisfying excellent omnidirectional radiation characteristics, and may further realize a small overall antenna size.
  • FIG. 1 is a schematic separation structure diagram of an omni antenna for a mobile communication service according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structural diagram of a first type of one radiating element of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a structural diagram of a first type of one radiating element of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a structural diagram of a second type of one radiating element of FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing the radiation characteristics of the omni antenna of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of an omni antenna for a mobile communication service according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view of the omni antenna of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a combination characteristic of a polarization direction between the radiating element arrays of FIG.
  • FIG. 8 is a detailed perspective view of one radiation element array of FIG. 5; FIG.
  • FIG. 9 is an exploded plan view of one radiating element array of FIG.
  • FIG. 10 is an exploded plan view of another radiating element array of FIG.
  • FIG. 11 is a plan view of a feeder plate applied to the one radiating element array of FIG. 5.
  • FIG. 11 is a plan view of a feeder plate applied to the one radiating element array of FIG. 5.
  • FIG. 12 is a rear view of the feeder plate of FIG. 12.
  • FIG. 13 is a plan view of a feeder plate applied to another radiating element array of FIG. 5;
  • FIG. 14 is a rear view of the feeder plate of FIG. 13.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a connection structure of a feed line to feeders of the omni antenna of FIG.
  • 16 to 19 are graphs showing radiation characteristics of the omni antenna of FIG.
  • FIG. 20 is a perspective view of a radiating element array according to another embodiment of the present invention.
  • 21 is a structural diagram of a radiating element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic separation structure diagram of an omni antenna for a mobile communication service according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structure diagram according to a first type of each of the first to third radiating elements of FIG. 1.
  • the omni antenna according to the present invention may be, for example, a combination of three radiating elements, that is, first to third radiating elements 11: 11-1, 11-2, and 11-3. It may be implemented in a structure.
  • the radiation patterns 110 of the first to third radiation elements 11 each have two radiation arms 110b and 110d for horizontal polarization (H-pol). And a dipole radiation portion and a vertical polarized wave (V-pol) dipole radiation portion having two radiation arms 110a and 110c.
  • a feed point P at which one radiation arm 110d of the horizontally polarized dipole radiating portion and one radiation arm 110a of the vertically polarized dipole radiating portion is located at the center of the radiating element 110 in each radiating element 11 is provided.
  • one side radiation arm 110d of the horizontally polarized dipole radiator and one side radiation arm 110a of the vertically polarized dipole radiator are integrally provided in pairs, and the other side radiation arm 110b of the horizontal polarized dipole radiator 110b is paired.
  • the other radiation arm 110c of the vertically polarized dipole radiator are paired and integrally provided.
  • the feed point (P) of each radiating element 11 is connected to the feed line (for example, reference numeral 14 of FIG. 1) to feed Is connected to one side of the radiation arm 110d of the horizontal polarization dipole radiation pattern and one side radiation arm 110a of the vertical polarization dipole radiation pattern through the feed point (P), and the horizontal polarization dipole radiation portion
  • the other side radiation arm 110b and the other side radiation arm 110c of the vertical polarized dipole radiation portion is designed to feed at the same time.
  • the radiation patterns of each of the first to third radiation elements 11 may be formed by molding a thin metal plate (eg, copper plate).
  • a flexible printed circuit board (F-PCB) may be implemented as a circuit pattern through a pattern printing method using a flexible printed circuit board (F-PCB) 122.
  • the plurality of radiating elements 11 will be described using the technology implemented in the F-PCB as an example, but the plurality of radiating elements may be formed using a copper plate curved in a circular or elliptical shape without being limited to the PCB.
  • a general flat PCB may be formed of a polygon such as a triangle or a quadrangle to arrange a plurality of radiating elements. At least one radiating element may be disposed on each flat PCB.
  • the structure of the first to third radiating elements 11 combines a miniaturized bow tie-type horizontal polarization dipole antenna and a bowtie-type vertical polarization dipole antenna.
  • the structure (of the first type) that generates a polarization in the +45 degree direction.
  • the horizontally polarized dipole radiator and the vertically polarized dipole radiator may be symmetrically designed to generate an accurate +45 degree (or -45 degree) polarization.
  • FIG. 3 illustrates a structure according to the second type of each radiating element 11 illustrated in FIG. 1, and the radiation pattern of each radiating element 11 according to the second type illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 3 illustrates a structure according to the second type of each radiating element 11 illustrated in FIG. 1, and the radiation pattern of each radiating element 11 according to the second type illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 3 illustrates a structure according to the second type of each radiating element 11 illustrated in FIG. 1, and the radiation pattern of each radiating element 11 according to the second type illustrated in FIG. 3.
  • the horizontal polarized wave (H-pol) dipole radiator having two radiation arms 113b and 113d, respectively, and the vertical having two radiation arms 113a and 113c, respectively. It has a combined structure of polarized (V-pol) dipole radiation.
  • one radiation arm 113d of the horizontally polarized dipole radiator and the other radiation arm 113c of the vertically polarized dipole radiator correspond to the feed point P located at the center of the radiating element 113 in each radiating element. It is connected to each other at the site, the other side radiation arm 113b of the horizontally polarized dipole radiation portion and the other side radiation arm 113c of the vertically polarized dipole radiation portion has a structure connected at the portion corresponding to the feed point (P).
  • one side radiation arm 113d of the horizontally polarized dipole radiator and the other side radiation arm 113c of the vertically polarized dipole radiator are integrally provided in pairs, and are perpendicular to the other side radiation arm 113b of the horizontal polarized dipole radiator. It can be seen that the other radiation arm 113c of the polarization dipole radiation unit is provided as a pair.
  • connection portion between the one side radiation arm 113d of the horizontal polarization dipole radiation pattern and the other side radiation arm 113c of the vertical polarization dipole radiation portion, and the horizontal polarization dipole radiation portion The other radiation arm 113b and one side radiation arm 113a of the vertically polarized dipole radiation portion are designed to be simultaneously fed to the connection portion to which they are connected.
  • such a structure generates polarization in the -45 degree direction.
  • the required +45 degree or -45 degree polarization can be selectively generated.
  • Each of the first to third radiating elements 11 having the same configuration as shown in FIG. 2 or FIG. 3 is coupled to each other to form an omni antenna according to an embodiment of the present invention. It may be arranged at regular intervals from each other according to a predetermined angle. For example, as shown in Figure 1, the first to third radiating elements 11 are installed facing each other at the same angle of 120 degrees on the entire 360 degree horizontal plane, beams in the horizontal direction from the installed position It can be configured to emit. In this case, each feed point P of the first to third radiating elements 11 may be configured to receive a signal divided by 1/3 in one feed line 14.
  • the omni antenna according to the first embodiment of the present invention like a typical antenna structure, a case (not shown) including a radome structure, etc. forming the overall appearance of the omni antenna, each of the radiating elements 11 and It may be provided with a support (not shown) for supporting the feed line, and in addition, may further include signal processing equipment for processing the transmission and reception signals.
  • the four radiation arms are designed in the same shape in a symmetrical structure with each other.
  • a simulation operation for adjusting the amplitude, phase, etc. of the dipole radiation portion which must be performed when the radiation arms are asymmetrical, is omitted.
  • FIG. 4 is a graph showing three-dimensional radiation characteristics of the omni antenna of FIG. 1, and as shown in FIG. 4, according to the first embodiment of the present invention configured as shown in FIGS. 1 to 3. It can be seen that the omni antenna satisfies very good omni-direction radiation characteristics.
  • the omni antenna when the first to third radiating elements 11 is configured in the structure of the first type shown in FIG. 45 degree polarization is generated, and when the first to third radiating elements 11 are configured in the second type of structure shown in FIG. 3, the omni antenna generates -45 degree polarization as a whole.
  • another embodiment of the present invention proposes a structure for generating a +/- 45 degree double polarization using both the first type and the second type of radiating elements.
  • Such a structure may be configured by, for example, arranging a plurality of omni antenna structures including the first type radiating elements and omni antenna structures consisting of the second type radiating elements in a vertical direction. have.
  • FIG. 5 is a perspective view of an omni antenna for a mobile communication service according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a front view of the omni antenna of FIG. 5
  • FIG. 7 is a combination of polarization directions between the radiating element arrays of FIG. 5.
  • a schematic diagram showing the characteristics. 5 to 7, the omni antenna according to the second embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of omni antenna structures shown in FIG. 1 are combined. Each of the plurality of omni antenna structures combined is hereinafter referred to as a 'radiation element array'.
  • the first to fourth radiating element arrays 21, 22, 23, and 24 may be continuously arranged in the vertical direction.
  • the first and second radiating element arrays 21 and 22 may be configured of radiating elements of the second type shown in FIG. 3 to generate -45 degree polarization in all directions.
  • the third and fourth radiating element arrays 23 and 24 may be configured of radiating elements of the first type shown in FIG. 2 to generate +45 degree polarization in all directions.
  • the omni antenna according to the second embodiment of the present invention has a -45 degree polarization generated in the first and second radiating element arrays 21 and 22, and a third and fourth radiation as shown in FIG.
  • the +45 degree polarizations generated in the element arrays 23 and 24 are combined with each other to generate a double polarization of +/- 45 degree as a whole.
  • radiating element arrays having the same polarization may be bundled to be adjacent to each other.
  • the separation distance S between the radiating element arrays generating different polarizations increases, the isolation characteristic is improved.
  • the separation distance g between the same polarization radiating element arrays is a sidelobe characteristic and a gain. It is set appropriately in consideration of the like.
  • the separation distance g may be set to about 0.75 to 0.8 lambda ( ⁇ : wavelength) relative to the processing frequency. Since the separation distance g is proportional to the gain and the size of the side lobe, the smaller the separation distance g, the smaller the side lobe. This makes it possible to miniaturize the omni antenna.
  • each of the radiating elements arranged in the two radiating element arrays 22 may be installed to be positioned at, for example, 60 degrees, 180 degrees, or 300 degrees.
  • the omni antenna according to the second embodiment of the present invention may be configured.
  • the omni antenna according to the second embodiment of the present invention is a conventional antenna. Similar to the structure, the casing forms the overall shape of the omni antenna, which has an upper cap 28 and a lower cap 29, and further, radiating element arrays between the upper cap 28 and the lower cap 29. Disclosing is provided with a wrapping radome 27.
  • the omni antenna according to the second embodiment of the present invention is a plurality of radiating element arrays, for example, the first to third supports 261, 262 of a material (plastic, Teflon, etc.) that does not affect the propagation characteristics. 263 is shown.
  • the apparatus may further include a power supply structure for supplying power to each of the radiating element arrays and signal processing equipment for processing a transmission / reception signal.
  • FIG. 8 is a detailed perspective view of one radiation element array of FIG. 5, for example a third radiation element array 23, and FIG. 9 is a perspective view of one radiation element array of FIG. 5, for example a third radiation element array 23.
  • 10 is a developed plan view, and FIG. 10 is a developed plan view of another radiating element array, for example, a first radiating element array 21. 8 to 10, the first to fourth radiating element arrays 21 to 24 illustrated in FIG. 5 each include a plurality of, for example, three radiating elements on one flexible printed circuit board 232 or 212.
  • Elements 23-1, 23-2, 23-3, or 21-1, 21-2, 21-3 are printed by pattern printing to form (e.g., arranged continuously) at predetermined intervals It can have a configuration. (In FIG. 8, the configuration corresponding to the printed circuit board is omitted for convenience of description.)
  • the flexible printed circuit board 232 or 212 in which three radiating elements 23-1, 23-2, 23-3, or 21-1, 21-2, and 21-3 are continuously formed is then cylindrical. It is rolled round, and both sides which are in contact with each other are installed in a form that is attached to each other and fixed.
  • the radiating elements installed in the flexible printed circuit board 232 or 212 have a structure in which each of the radiating elements is fed through a feeding board (for example, 33 in FIG. 8) of a printed circuit board structure in which a feeding pattern is formed.
  • the feeder board may be formed in a circular shape having a size corresponding to the flexible printed circuit boards 232 and 212, and the flexible printed circuit boards 232 and 212 may be installed by being rolled up in a form surrounding the circular feeder board.
  • each flexible printed circuit board 232 or 212 for each radiating element (23-1, 23-2, 23-3, or 21-1, 21-2, 21-3), a dipole for horizontal polarization
  • Two radiation arms of the radiator may have through-holes 235 or 215 formed at portions adjacent to the feeding point.
  • protrusions a may be formed in the feeder plate (eg, 33 in FIG. 8) in a size corresponding to a position corresponding to a position where the through holes 235 and 215 are formed.
  • FIG. 8 a shape in which the protrusion a of the power feeding plate 33 is inserted through the through hole 235 of the flexible printed circuit board 232 is illustrated in more detail.
  • the power feeding plate 33 is formed with a ground pattern 334 (extending to the protrusion a) on the lower surface of the substrate inner layer 330 of epoxy or the like, and the protrusion a is the flexible printed circuit board 232.
  • the soldering operation is performed.
  • the flexible printed circuit board 232 and the power feeding plate 33 are more stably fixed, and in addition, each radiating element 23-1 formed in each through hole 235 of the flexible printed circuit board 232. , 23-2, 23-3, and the horizontal polarization dipole radiation pattern 230 and the ground pattern 334 of the power feeding plate 33 can be electrically connected.
  • each flexible printed circuit board 232 or 212 in each flexible printed circuit board 232 or 212, each of the radiating elements 23-1, 23-2, 23-3, or 21-1, 21-2, 21-3) are formed, and then each of the flexible printed circuit boards 232 or 212 is installed in a curled form, each of the radiating elements (23-1, 23-2, 23-3, or 21-1, 21-2, 21-3) It can be seen that the center part has a convex curved surface compared to the left and right edges, rather than the entire plane.
  • This configuration enables a design that can reduce the overall transverse size of the radiating element array and thus the omni antenna most, and furthermore, each radiating element 23-1, 23-2, 23-3, or 21-1,
  • the combination of radiation beams emitted in 21-2, 21-3) is optimized to have optimal omnidirectional radiation characteristics.
  • 11 and 12 are a plan view and a rear view of a first type feeder plate 33 applied to one radiating element array, for example, a third radiating element array 23 of FIG. 5 is a plan view and a rear view of a second type feeder plate 31 applied to another radiating element array, for example, the first radiating element array 21. 11 to 14, as a configuration of a power supply unit that provides a power supply signal to each radiating element array, the configuration of the power supply plate 33 or 31 will be described in more detail. First, the power supply plate 33 of the first type will be described.
  • a substrate inner layer 330 composed of an epoxy material or the like; Power feeding patterns 332-232-1, 232-2, and 232-3 that are formed on the upper surface of the substrate inner layer 330; A ground pattern 334 is formed on the bottom surface of the substrate inner layer 330.
  • a plurality of supports (for example, 261, 262, and 263 of FIGS. 5 and 6) pass through the first type feed substrate 33, and a plurality of through holes h11 to be supported by the plurality of supports. , h12 and h13 are formed, and as described below, a plurality of connection passages h21, h22, and h23 for passing the feed line (s) may be formed in the form of through holes at appropriate positions.
  • the feed patterns 332: 332-1, 332-2, and 332-3 are first to third coupling feed patterns for feeding power to each of the three radiating elements formed in the corresponding radiating element array 23 in a coupling manner. (332-2, 332-1, 332-3).
  • the first to third coupling feed patterns 332-2, 332-1, and 332-3 are formed at the protrusions 23 to which the feeder plate 33 and the radiating element array 23 are coupled.
  • Each of the radiating elements has a pattern for feeding in a coupling manner.
  • the first to third coupling feed patterns 332-2, 332-1, and 332-3 have a structure in which a feed signal is distributed from one feed point P formed at the center of the feed plate 33, respectively. Is formed.
  • the feed point P is configured to receive a feed signal through a feed line (eg, 43) which may be constituted by a coaxial cable.
  • FIG. 11 a connection structure of the feeder plate 33 and the feeder line 43 is illustrated in more detail in the circle area A indicated by a dashed line in FIG. 11, which may be connected to the feeder line 43 at the lower portion of the feeder plate 33.
  • the inner conductor 432 of the feed line 43 composed of a coaxial cable is inserted through the through hole h1 formed at the feed point P, penetrates through the feeder plate 33, and the feeder plate 33 of the feeder plate 33. It is connected to the power feeding pattern 332 on the upper surface.
  • the outer conductor 434 of the feed line 43 is connected to the ground pattern 334 on the lower surface of the feeder plate 33.
  • the upper surface of the feeder plate 33 is soldered with the inner conductor 332 of the feeder pattern 332 and the feeder line 43, and the ground pattern 334 and the feeder line 43 of the feeder plate 33 are soldered.
  • the outer conductor 434 is soldered.
  • a second type feeder plate 31 is shown, which, like the first type feeder plate 33, includes a substrate inner layer 310; Power feeding patterns 312: 312-1, 312-2, and 312-3 formed on the upper surface of the substrate inner layer 310; A ground pattern 314 is formed on the bottom surface of the substrate inner layer 310.
  • a plurality of support holes are penetrated, and a plurality of through holes h11, h12, and h13 for being supported by the plurality of supports, and a plurality of connecting passages h21, h22, and h23 for passing a plurality of feed lines are provided. It is formed at the proper position.
  • the feed patterns 312-312-1, 312-2, and 312-3 are first to third coupling feed patterns for feeding power to the three radiating elements formed in the corresponding radiating element array 21 in a coupling manner. (312-2, 312-1, 312-3).
  • the first to third coupling feed patterns 312-2, 312-1, and 312-3 have a structure in which feed signals are distributed from one feed point P formed at the center of the feed plate 31, respectively. Is formed.
  • the feed point P is configured to receive a feed signal through a feed line, which may be composed of a coaxial cable.
  • the first to third coupling feed patterns 312-1, 312-2, and 312-3 formed on the second type feeder plate 31 are the feeder plate 33 shown in FIGS. 11 and 12.
  • the first to third coupling feed patterns 312-2, 312-1, and 312-3 formed on the second type feeder plate 31 are the feeder plate 33 shown in FIGS. 11 and 12.
  • the advancing direction of the feed signal at the signal coupling portion is formed to be opposite to each other.
  • FIG. 15 is a structural diagram of a feeder line connected to feeders of the omni antenna of FIG. 5, wherein the first to fourth feeder plates 31, 32, 33, and 34 corresponding to each of the four radiating element arrays are continuously connected from the upper side.
  • the installation state is schematically shown.
  • the first to fourth feeder plates 31, 32, 33, and 34 are fed by the first to fourth feeder lines 41, 42, 43, and 44, respectively.
  • the first and second feed lines 41 and 42 are configured to receive the signals distributed through the first distributor 52 from the first common feed line 40-1, respectively.
  • the third and fourth feed lines 43 and 44 are configured to receive signals distributed through the second divider 54 from the second common feed line 40-2, respectively.
  • the feeder lines (41, 43, 40-1 in the example of FIG. 15) passing through other feeder plate portions of the respective feeder lines 41-44 are connected to each feeder plate 31-34. It is designed to pass through the passage h2 (eg, h21, h22, h23 in FIGS. 11-14).
  • h2 eg, h21, h22, h23 in FIGS. 11-14.
  • FIG. 15 a structure in which the first feed line 41 passes through the connecting passage h2 of the second feeder plate 32 is illustrated in more detail in the circle area A indicated by a dashed line in FIG. 15.
  • the first feed line 41 (the outer conductor), which may be constituted by a coaxial cable, is soldered with the ground pattern 324 formed on the bottom surface of the second feed plate 32.
  • each feeder board the feed lines passing through the connection passages of each feeder board are soldered with the ground pattern formed on the lower surface of the feeder board. Accordingly, the cable ground of the coaxial cable corresponding to each feed line and the ground of each feeder board are soldered to each other, whereby grounding characteristics can be more stabilized.
  • the length of the feed line connected to each feeder plate is designed to be the same, for example, to match the phase of the beam emitted from each radiating element array. Accordingly, for example, the lengths of the first feed line 41 and the second feed line 42 connected to the first distributor 52 may be the same. In this case, since the phases of the first feeder plate 31 and the second feeder plate 32 are the same using the same type of feeder plate, there is no phase difference between the two substrates. If the feeder plate of the first type and the feeder plate of the second type have a structure in which the feed signals between each other have a phase difference of 180 degrees according to the difference between the corresponding feed patterns, the types of feeder plates installed in each radiating element array are described.
  • the length of the feed line connected to one of the feeder plates may vary depending on the wavelength, dielectric constant.
  • the second feed line 42 may be shortened to 60 mm at 2 GHz and 40 mm at 2.6 GHz.
  • the configuration of the feed line can simplify the complex connection of a plurality of conventional feed cables.
  • the structural convenience in designing the antenna can be improved, the power loss due to the cable can be reduced, and the purpose of miniaturization and light weight is also met.
  • FIGS. 16 to 19 are graphs showing the radiation characteristics of the omni antenna of FIG. 5, FIG. 16 is a three-dimensional representation of the radiation characteristics of the omni antenna, and FIG. 17 is a radiation characteristic in the vertical direction.
  • FIGS. 18 and FIG. 19 shows the radiation characteristic in the horizontal direction. 15 to 19, it can be seen that the omni antenna according to the embodiment of the present invention has excellent omnidirectional radiation characteristics.
  • the horizontal ripple characteristic in the omnidirectional radiation pattern is about 0.2 dB in the design frequency band (eg, 2.5 GHz, 2.6 GHz, 2.7 GHz), It can be seen that it shows a very good radiation pattern.
  • the configuration and operation of the omni antenna for the mobile communication service according to the embodiments of the present invention can be made. Meanwhile, in the above description of the present invention, a specific embodiment has been described. Can be implemented without departing.
  • the description of the above embodiments discloses that the omni antenna or the radiating element array is formed of three radiating elements, which is intended to minimize the size of the radiating element array and the omni antenna. If the size constraints are not large in the design of the radiating element array and the omni antenna, it is also possible to combine one or more radiating elements to form one radiating element array or omni antenna. In some cases, it may be possible to combine only two radiating elements.
  • the number of radiating elements can be converted and designed according to the environment in which the antenna is used. For example, the radiating elements can be reduced and the number of radiating elements can be increased in the low frequency band to reduce the influence of the ripple that increases in proportion to the radiating pie in the high frequency band. .
  • the flexible printed circuit board on which the plurality of radiating elements are formed has been described as being cylindrical, but in addition, it may have a polyhedral form.
  • the flexible printed circuit board 251 may be folded in the form of a triangular pillar, for example, and may have a form in which each of the radiating elements 25-1, 25-2, and 25-3 is disposed on each side.
  • all of the radiation elements forming one omni antenna or one radiation element array are configured as the first type generating +45 degree polarization, or configured as the second type generating -45 degree polarization.
  • a structure in which the first type and the second type of radiating elements are mixed may be possible.
  • one radiating element array may be configured such that the first type of radiating element generating +45 degree polarization and the second type of radiating element generating -45 degree polarization are alternately arranged.
  • the omni antenna according to the second embodiment of the present disclosure has disclosed a structure in which four radiating element arrays are combined. In addition, a structure in which two or more radiating element arrays are combined may be possible. In addition, the omni antenna according to the second embodiment has been described as having a structure in which radiating element arrays having the same polarization are arranged to be adjacent to each other, but in addition, the radiating element array generating +45 degree polarization and -45 degree. Radiation element arrays for generating polarization may be configured to be alternately arranged in a vertical direction.
  • the structure of the radiation pattern 110 ′ of the radiation element according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 21 is similarly a dipole room for horizontal polarization having two radiation arms 110 d ′ and 110 b ′. It has a coupling structure with a quadrangle and a dipole radiator for vertical polarization having two radiation arms 110a 'and 110c'.
  • the radiation arms 110d 'and 110b' of the horizontally polarized dipole radiator and the radiation arms 110a 'and 110c' of the vertically polarized dipole radiator are not illustrated in the same shape.
  • the two radiation arms 110d 'and 110b' of the horizontally polarized dipole radiator have the same shape, and similarly, the two radiation arms 110a 'and 110c' of the vertically polarized dipole radiator have the same shape.

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Abstract

본 발명은 이동통신 서비스용 옴니 안테나에 있어서; 수평면 상에서 상호 동일한 각도로 배치되어, 각각 빔을 방사하는 복수의 방사소자와; 복수의 방사소자의 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 급전부를 포함하며; 복수의 방사소자 각각은, 두 개의 방사암을 가지는 수평 편파용 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암을 가지는 수직 편파용 다이폴 방사부의 결합 구조를 가진다.

Description

이동통신 서비스용 옴니 안테나
본 발명은 이동통신(PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE 등) 네트워크에서, 기지국이나 중계국에 적용될 수 있는 안테나에 관한 것으로서, 특히 옴니 안테나에 관한 것이다.
무지향성(Non-directional) 안테나라고 불리는, 옴니 안테나는 수평방향으로 360도 전체방향으로 고르게 전자파가 방사되도록 설계되는 안테나를 뜻한다. 이동통신 네트워크에서, 이동통신 단말기는 그 특성상 어느 방향으로 이동할지 예측할 수 없기 때문에 통상 원형의 모노폴(mono-pole) 안테나 구조를 채용한 옴니 안테나를 구비한다. 이동통신 네트워크 기지국이나 중계국에 설치되는 안테나는 통상 3섹터로 분할된 각 서비스 범위를 지향하기 위한 지향성 안테나가 설치된다.
최근, LTE(Long Term Evolution) 서비스가 본격화되면서 건물 내부 등과 같은 음영지역의 원활한 서비스를 위해서, 또한, 데이터 전송속도를 높이기 위해 소형 셀(small Cell) 또는 초소형 셀 장비 구축이 요구되고 있다. 아웃도어(outdoor)용 소형 셀은 0.5 ~ 1.5km의 커버리지(coverage)에서 서비스되며, 장비 자체의 사이즈도 소형을 요구하므로, 해당 장비에 적용되는 안테나는 옴니 안테나를 채용하는 것이 유용할 수 있다.
통상 사용되는 옴니 안테나는 단일편파(V-pol)를 주로 사용하고 있다. 그러나 LTE 서비스를 하기 위해서 MIMO(Multi Input Multi Output) 기술이 필연적이며, 이를 위해 복편파 안테나가 반드시 필요하다. 옴니 안테나에서, 기존에 복편파라고 하면 수평 편파(H-pol; 0도), 수직 편파(V-pol; 90도)를 말한다.
그러나 이중편파(+/-45도)가 페이딩에 의해 전파의 반사 또는 회절에 두 편파간에 상관도가 가장 낮아서, 통상 기지국이나 중계국에 적용되는 지향성 안테나는 이중편파(+/-45)를 주로 사용하고 있다. 이에 따라 옴니 안테나에서도 +/-45도 이중편파를 발생하기 위한 연구가 진행되고 있으나, 실질적으로 전방향(Omni-direction)의 고른 방사 특성을 만족시키면서, +/-45도 이중편파를 발생하기 위한 구조를 구현하는 것은 어려운 과제였다. 더욱이, +/-45도 이중편파를 발생하는 것과 더불어, 건물 내부 등과 같이 소형 셀에 설치되는 것을 고려하여, 옴니 안테나의 사이즈를 소형으로 구현하는 것을 고려할 경우에, 이는 더욱 어려운 과제였다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 전방향(Omni-direction) 방사 특성을 만족시키면서, +45도 또는 -45도 편파를 발생시킬 수 있도록 하기 위한 이동통신 서비스용 옴니 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 +/-45도 이중편파를 발생할 수 있도록 하기 위한 이동통신 서비스용 옴니 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 사이즈를 소형으로 구현하면서 +/-45도 이중편파를 발생할 수 있도록 하기 위한 이동통신 서비스용 옴니 안테나를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징에 따르면, 이동통신 서비스용 옴니 안테나에 있어서; 수평면 상에서 상호 동일한 각도로 배치되어, 각각 빔을 방사하는 복수의 방사소자와; 상기 복수의 방사소자의 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 급전부를 포함하며; 상기 복수의 방사소자 각각은, 두 개의 방사암을 가지는 수평 편파용 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암을 가지는 수직 편파용 다이폴 방사부의 결합 구조를 가짐을 특징으로 한다.
상기 복수의 방사소자 각각은, 연성인쇄회로기판(F-PCB: Flexible - Printed Circuit Board)을 이용하여 패턴 인쇄 방식으로 구성될 수 있다.
상기 복수의 방사소자들은, 상기 연성인쇄회로기판에 미리 지정된 간격에 따라 배치되며, 상기 연성인쇄회로기판은 원통형 구조로 설치될 수 있다.
상기 복수의 방사소자 각각은, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암이 해당 방사소자의 중심에 위치에서 각각 서로 연결되거나, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 또는 일측 방사암이 해당 방사소자의 중심에 위치에서 각각 서로 연결되는 구조를 가지며; 상기 수평 편파용 다이폴 방사패턴과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부가 연결되는 부위들에 동시에 급전되도록 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 이동통신 서비스용 옴니 안테나에 있어서; 수평면 상에서 상호 동일한 각도로 배치되어, 각각 빔을 방사하는 복수의 방사소자를 포함하며 구성되며, 각각 수직 방향으로 연속적으로 배치되는 복수의 방사소자어레이와; 상기 복수의 방사소자어레이 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 급전부를 포함하며; 상기 복수의 방사소자들의 각각의 복수의 방사소자 각각은, 두 개의 방사암을 가지는 수평 편파용 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암을 가지는 수직 편파용 다이폴 방사부의 결합 구조를 가짐을 특징으로 한다.
상기 복수의 방사소자어레이 각각에서, 상기 복수의 방사소자 각각은, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암이 해당 방사소자의 중심에 위치에서 각각 서로 연결되는 구조를 가지는 제1 타입 방사소자들로 구성되거나, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 또는 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 또는 일측 방사암이 해당 방사소자의 중심에 위치에서 각각 서로 연결되는 구조를 가지는 제2 타입 방사소자들로 구성되며; 상기 수평 편파용 다이폴 방사패턴과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부가 연결되는 부위들에 동시에 급전되도록 설계될 수 있다.
상기 복수의 방사소자어레이 각각에서, 상기 복수의 방사소자들은, 하나의 연성인쇄회로기판(F-PCB: Flexible - Printed Circuit Board)을 이용하여 패턴 인쇄 방식으로 동시에 구성될 수 있다.
상기 복수의 방사소자어레이 각각에서, 상기 복수의 방사소자는, 제1 내지 제3 방사소자로 구성하며; 상기 제1 내지 제3 방사소자가 형성되는 상기 연성인쇄회로기판은 원통형 구조로 설치될 수 있다.
상기 복수의 방사소자어레이는, 상기 제1 타입 방사소자들로 구성되는 적어도 하나의 방사소자어레이와, 상기 제2 타입 방사소자들로 구성되는 적어도 하나의 방사소자어레이의 조합 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 방사소자어레이는, 제1 내지 제4 방사소자어레이가 수직방향으로 연속적으로 배치되는 구조를 가지며; 상기 제1 및 제2 방사소자어레이는 상기 제1 타입 또는 제2타입 방사소자들로 구성되며, 상기 제3 및 제4 방사소자어레이는 상기 제1 및 제2 방사소자어레이와는 다른 타입의 방사소자들로 구성될 수 있다.
상기 복수의 방사소자어레이 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 상기 급전부는, 상기 복수의 방사소자어레이 각각별로 급전 신호를 제공하는 복수의 급전기판을 포함하며; 상기 복수의 급전기판 각각은, 기판내층과; 상기 기판내층의 상면에 형성되며, 대응되는 방사소자어레이에 형성된 복수의 방사소자에 각각 커플링 방식으로 급전하기 위한 복수의 커플링급전패턴을 가지는 급전패턴과; 상기 기판내층의 하면에 형성되는 접지패턴을 포함할 수 있다.
상기 복수의 급전기판 각각은, 복수의 급전선로를 통해 급전되며; 다른 급전기판(들)으로 급전하는 급전선로(들) 중 적어도 하나가 지나가기 위한 적어도 하나의 연결통로가 관통 홀의 형태로 형성되며; 상기 연결통로를 통해 지가는 급전선로는 상기 접지패턴과 솔더링될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 서비스용 옴니 안테나는, 우수한 전방향 방사 특성을 만족시키면서, +/-45도 이중편파를 발생할 수 있으며, 더욱이 전체 안테나 사이즈를 소형으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동통신 서비스용 옴니 안테나의 개략적인 분리 구조도
도 2는 도 1의 일 방사소자의 제1 타입 구조도
도 3은 도 1의 일 방사소자의 제2 타입 구조도
도 4는 도 1의 옴니 안테나의 방사 특성을 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동통신 서비스용 옴니 안테나의 사시도
도 6은 도 5의 옴니 안테나의 정면도
도 7은 도 5의 방사소자어레이들 간의 편파 방향의 조합 특성을 나타낸 개략도
도 8은 도 5의 일 방사소자어레이의 상세 사시도
도 9는 도 5의 일 방사소자어레이의 전개 평면도
도 10은 도 5의 다른 방사소자어레이의 전개 평면도
도 11은 도 5의 일 방사소자어레이에 적용되는 급전기판의 평면도
도 12는 도 12의 급전기판의 배면도
도 13은 도 5의 다른 방사소자어레이에 적용되는 급전기판의 평면도
도 14는 도 13의 급전기판의 배면도
도 15는 도 5의 옴니 안테나의 급전기판들에 대한 급전선로의 연결 구조도
도 16 내지 도 19는 도 5의 옴니 안테나의 방사 특성들을 나타낸 그래프
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사소자어레이의 사시도
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사소자의 구조도
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이동통신 서비스용 옴니 안테나의 개략적인 분리 구조도이며, 도2는 도 1의 제1 내지 제3 방사소자 각각의 제1 타입에 따른 구조도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 옴니 안테나는 예를 들어, 3개의 방사소자, 즉 제1 내지 제3 방사소자(11: 11-1, 11-2, 11-3)의 조합 구조로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 방사소자(11)의 방사패턴(110)은 각각 두 개의 방사암(radiating arm)(110b, 110d)을 가지는 수평 편파용(H-pol) 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암(110a, 110c)을 가지는 수직 편파용(V-pol) 다이폴 방사부의 결합 구조를 가진다. 이때, 각각의 방사소자(11)에서 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(110d)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(110a)이 방사소자(110)의 중심에 위치하는 급전점(P)에 대응하는 부위에서 서로 연결되며, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110c)이 상기 급전점(P)에 대응하는 부위에서 연결되는 구조를 가진다.
즉, 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(110d)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(110a)이 페어(pair)를 이루어 일체로 마련되고, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110c)이 페어를 이루어 일체로 마련됨을 알 수 있다.
각 방사소자(11)로 급전 신호를 제공하는 급전부의 구성을 살펴보면, 각 방사소자(11)의 급전점(P)은 급전선로(예를 들어, 도 1의 참조번호 14)와 연결되어 급전되는데, 급전점(P)을 통해, 상기 수평 편파용 다이폴 방사패턴의 일측 방사암(110d)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(110a)이 연결되는 연결부위와, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(110c)이 연결되는 연결부위에 동시에 급전되도록 설계된다.
제1 내지 제3 방사소자(11) 각각의 방사 패턴들은 얇은 금속 판(예를 들어, 동판)을 성형하여 구성할 수도 있다. 또한, 도 2의 예에서 도시한 바와 같이, 연성인쇄회로기판(F-PCB: Flexible - Printed Circuit Board)(122)을 이용하여 패턴 인쇄 방식을 통한 회로 패턴(pattern)으로 구현될 수도 있다.
여기서는 상기 복수의 방사소자들(11)이 F-PCB에 구현된 기술을 예로 들어 설명하지만, 상기 복수의 방사소자들은 PCB에 한정하지 않고 원형 또는 타원형으로 휘어진 동판을 이용하여 형성될 수도 있다. 또한, 상기 F-PCB 대신에 일반적인 평판(flat) PCB를 삼각형, 사각형 등 다각형으로 구성하여 복수의 방사소자들을 배치할 수도 있다. 각 평판(flat) PCB에는 적어도 하나 이상의 방사소자가 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 내지 제3 방사소자(11)의 구조는 소형화된 보우타이(bow tie) 형태의 수평 편파용 다이폴 안테나와, 보우타이 형태의 수직 편파용 다이폴 안테나를 결합하여 예를 들어, +45도 방향의 편파를 발생하는 (제1타입의) 구조임을 알 수 있다. 이때 수평 편파용 다이폴 방사부와 수직 편파용 다이폴 방사부를 서로 대칭으로 설계하여, 정확한 +45도(또는 -45도) 편파를 발생할 수 있다. 한편, 도 3에는 상기 도 1에 도시된 각 방사소자(11)의 제2 타입에 따른 구조가 도시되고 있는데, 도 3에 도시된 제2 타입의 구조에 따른 각 방사소자(11)의 방사패턴(113)은 도 2에 도시된 구조와 마찬가지로, 각각 두 개의 방사암(113b, 113d)을 가지는 수평 편파용(H-pol) 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암(113a, 113c)을 가지는 수직 편파용(V-pol) 다이폴 방사부의 결합 구조를 가진다.
이때, 각각의 방사소자에서 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(113d)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113c)이 방사소자(113)의 중심에 위치하는 급전점(P)에 대응하는 부위에서 서로 연결되며, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113c)이 상기 급전점(P)에 대응하는 부위에서 연결되는 구조를 가진다. 즉, 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(113d)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113c)이 페어를 이루어 일체로 마련되고, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113c)이 페어를 이루어 일체로 마련됨을 알 수 있다.
이때 급전점(P)을 통해, 상기 수평 편파용 다이폴 방사패턴의 일측 방사암(113d)과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113c)이 연결되는 연결부위와, 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암(113b)과 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암(113a)이 연결되는 연결부위에 동시에 급전되도록 설계된다.
이러한 구조는 -45도 방향의 편파를 발생하는 구조임을 알 수 있다. 이와 같이, 도 2 또는 도 3에 도시된 구조로 제1 내지 제4 방사소자의 방사패턴을 형성함으로써, 요구되는 +45도 또는 -45도 편파를 선택적으로 발생할 수 있다.
상기 도 2 또는 도 3에 도시된 같은 구성을 가지는 각각의 제1 내지 제3 방사소자(11)를 상호 결합하여 본 발명의 실시예에 따른 옴니 안테나를 구성하는데, 수평면 상 한 기준점에서 수평 방향으로 미리 지정된 각도에 따라 상호 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 방사소자(11)가 전체 360도 수평면 상에서 120도 각도의 동일한 각도로 서로 등을 마주대고 설치되어, 설치된 위치에서 수평 방향으로 빔을 방사하도록 구성할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 방사소자(11)의 각 급전점(P)은 하나의 급전선로(14)에서 1/3으로 분배된 신호를 각각 제공받도록 구성될 수 있다. 이외에도 본 발명의 제1 실시예에 따른 옴니 안테나는, 통상적인 안테나 구조와 마찬가지로, 옴니 안테나의 전체 외형을 형성하는 레이돔 구조 등을 포함하는 케이스(미도시)와, 각 방사소자(11)들 및 급전선로를 지지하기 위한 지지물(미도시) 등을 구비할 수 있으며, 이와 더불어, 송수신 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장비들을 추가로 더 구비할 수 있다.
상기에서, 도 2와 도 3에서 보는 것과 같이, 4개의 방사암들은 서로 대칭형 구조로 동일한 형상으로 설계되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 4개의 방사암들이 서로 대칭형으로 동일한 형상으로 설계되어 있을 경우에는, 방사암들이 비대칭 구조일 때 반드시 수행해야 하는 다이폴 방사부의 진폭(amplitude), 위상(phase) 등을 조절하는 시뮬레이션 작업을 생략할 수 있는 장점이 있다. 따라서 제조 공정을 단순화하고 제작 시간을 단축할 수 있으며 대량생산에도 용이하다.
도 4는 도 1의 옴니 안테나의 방사 특성을 3차원적으로 나타낸 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 옴니 안테나는 매우 우수한 전방향(Omni-direction) 방사 특성을 만족시키고 있음을 알 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 옴니 안테나의 구성에서, 제1 내지 제3 방사소자(11)를 도 2에 도시된 제1 타입의 구조로 구성할 경우에는 옴니 안테나는 전체적으로 +45도 편파를 발생하며, 제1 내지 제3 방사소자(11)를 도 3에 도시된 제2 타입의 구조로 구성할 경우에는 옴니 안테나는 전체적으로 -45도 편파를 발생한다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 타입 및 제2 타입의 방사소자들을 모두 사용하여 +/-45도 이중편파를 발생하기 위한 구조를 제안한다. 이러한 구조는 예를 들어, 제1 타입의 방사소자들로 구성한 도 1에 도시된 바와 같은 옴니 안테나 구조와, 제2 타입의 방사소자들로 구성한 옴니 안테나 구조들을 수직 방향으로 복수개 배치하여 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이동통신 서비스를 위한 옴니 안테나의 사시도이며, 도 6은 도 5의 옴니 안테나의 정면도이며, 도 7은 도 5의 방사소자어레이들 간의 편파 방향의 조합 특성을 나타낸 개략도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 상기 도 1에 도시된 옴니 안테나 구조가 복수개 조합된 구조를 가진다. 복수개 조합되는 옴니 안테나 구조 각각을 이하 '방사소자어레이'라 칭하기로 한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 제1 내지 제4 방사소자어레이(21, 22, 23, 24)가 수직 방향으로 연속적으로 배치되어 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 방사소자어레이(21, 22)는 상기 도 3에 도시된 제2 타입의 방사소자들로 구성되어 -45도 편파를 전방향으로 발생하는 구성을 가질 수 있다. 또한, 제3 및 제4 방사소자어레이(23, 24)는 상기 도 2에 도시된 제1 타입의 방사소자들로 구성되어 +45도 편파를 전방향으로 발생하는 구성을 가질 수 있다.
이에 따라 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 방사소자어레이(21, 22)에서 발생되는 -45도 편파와, 제3 및 제4 방사소자어레이(23, 24)에서 발생되는 +45도 편파가 서로 조합되어, 전체적으로 +/-45도의 이중편파를 발생한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, +/-45도 편파들 간의 격리도(Isolation)를 높이기 위해 동일 편파를 가진 방사소자어레이들끼리 서로 묶어서 인접하게 배치하는 구조를 가질 수 있다.
서로 다른 편파를 발생하는 방사소자어레이들(예를 들어, 제2 및 제3방사소자어레이)간의 이격 거리(S)는 커질수록 격리도 특성이 향상된다. 하지만, 안테나의 소형화 등을 위해 이격 거리(S)를 줄일 필요가 있다. 이격 거리(S)에 영향을 주는 몇 가지 요인이 있는데, 각 방사소자어레이의 방사 빔 폭이 감소하면 방사소자어레이 간에 간섭이 감소하고 이격 거리(S)도 더 줄일 수 있다. 또한, 이격 거리(S)는 방사소자어레이들의 수가 증가하면 그에 반비례한다.
또한, 동일 편파 방사소자어레이들(예를 들어, 제1 및 제2방사소자어레이, 또는 제3 및 제4방사소자어레이)간의 이격 거리(g)는 사이드로브(sidelobe) 특성 및 이득(gain) 등을 고려하여 적절하게 설정된다. 예를 들어, 이격 거리(g)는 처리 주파수 대비 약 0.75 ~ 0.8λ(λ: 파장)로 설정될 수 있다. 상기 이격 거리(g)는 이득과 사이드로브의 크기에 비례하므로 이격 거리(g)가 작을수록 사이드로브를 줄일 수 있다. 이를 통해 옴니 안테나를 좀 더 소형화시키는 것이 가능하다.
또한, 동일 편파를 가지는 방사소자어레이들 간에는 보다 높은 격리도를 확보하기 위하여, 수평면 상에서 상대적으로 약 60도의 차이를 가지게 설치된다. 예를 들어, 도 6에 보다 명확히 도시된 바와 같이, 제1 방사소자어레이(21)에 배치된 방사소자들이 수평면에서, 0도, 120도, 240도를 향하는 위치에 있도록 설치될 경우에, 제2 방사소자어레이(22)에 배치된 각 방사소자들은 예를 들어, 60도, 180도, 300도를 향하는 위치에 있도록 설치될 수 있다.
상기 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나가 구성될 수 있는데, 도 5 및 도 6에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나가 통상적인 안테나 구조와 유사하게, 옴니 안테나의 전체 외형을 형성하는 케이스로서 상부 캡(28)과, 하부 캡(29)을 구비하며, 또한, 상부 캡(28)과 하부 캡(29) 사이에서 방사소자어레이들을 감싸는 레이돔(27)을 구비하는 것을 개시하고 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 방사소자어레이들을 지지하는 복수, 예를 들어 전파 특성에 영향을 주지 않는 재질(플라스틱, 테플론 등)의 제1 내지 제3 지지대(261, 262, 263)를 구비하는 것이 도시되고 있다. 이외에도 각 방사소자어레이들에 급전하기 위한 급전 구조 및 송수신 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장비들을 추가로 더 구비할 수 있다.
도 8은 도 5의 일 방사소자어레이, 예를 들어 제3 방사소자어레이(23)의 상세 사시도이며, 도 9는 도 5의 일 방사소자어레이, 예를 들어 제3 방사소자어레이(23)의 전개 평면도이며, 도 10은 도 5의 다른 방사소자어레이, 예를 들어 제1 방사소자어레이(21)의 전개 평면도이다. 도 8 내지 도 10을 참조하면, 도 5에 도시된 제1 내지 제4 방사소자어레이(21-24)는 각각 하나의 연성인쇄회로기판(232 또는 212) 상에 복수개 예를 들어, 3개의 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3)가 패턴 인쇄 방식으로 인쇄되어 미리 지정된 간격에 따라 (예를 들어, 연속적으로 배치되게) 형성되는 구성을 가질 수 있다. (도 8에서는 설명의 편의를 위해 인쇄회로기판에 해당하는 구성에 대한 도시는 생략하였다.)
이와 같이, 3개의 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3)가 연속적으로 형성되는 연성인쇄회로기판(232 또는 212)은 이후 원통형으로 둥글게 말리고, 서로 접하게 되는 양 측면이 서로 부착되어 고정되는 형태로 설치된다. 이러한 연성인쇄회로기판(232 또는 212)에 설치되는 방사소자들은 후술하는 바와 같이, 급전패턴이 형성되는 인쇄회로기판 구조의 급전기판(예를 들어, 도 8의 33)들을 통해 각각 급전되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 급전기판은 연성인쇄회로기판(232, 212)에 대응되는 사이즈를 가지는 원형으로 형성되며, 연성인쇄회로기판(232, 212)은 원형의 급전기판을 감싸는 형태로 둥글게 말려서 설치될 수 있다.
이때, 각 연성인쇄회로기판(232 또는 212)에서, 각각의 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3) 별로, 수평 편파용 다이폴 방사부의 두 개의 방사암에는 급전 지점과 인접하는 부위에 각각 관통홀(235 또는 215)이 형성될 수 있다. 또한, 급전기판(예를 들어, 도 8의 33)에는 이러한 관통홀(235, 215)들이 형성되는 위치와 대응되는 위치에는 대응되는 크기로 각각 돌출부(a)가 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통해 연성인쇄회로기판(232, 212)이 급전기판을 감싸는 형태로 둥글게 말려서 설치될 경우에, 상기 관통홀(235, 215)에 급전기판의 상기 돌출부(a)가 끼워지는 형태로 설치될 수 있다.
도 8에서 일점쇄선을 표시한 원 영역 A에는 연성인쇄회로기판(232)의 관통홀(235)을 통해 급전기판(33)의 돌출부(a)가 끼워진 형태가 보다 상세히 도시되고 있다. 이때, 급전기판(33)은 에폭시 등의 재질의 기판내층(330)의 하부면에 (상기 돌출부a까지 연장되는) 접지패턴(334)이 형성되며, 돌출부(a)가 연성인쇄회로기판(232)의 관통홀(235)에 끼워진 상태에서 b 부위로 도시한 바와 같이, 이후 솔더링 작업을 수행한다. 이를 통해, 연성인쇄회로기판(232)과 급전기판(33)을 더욱 안정되게 고정하며, 이와 더불어, 연성인쇄회로기판(232)의 각 관통홀(235) 부위에 형성된 각 방사소자(23-1, 23-2, 23-3)의 수평 편파용 다이폴 방사패턴(230)과 급전기판(33)의 접지패턴(334)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 도 8 내지 도 10에 도시된 구성에서 명확해 지는 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에 따른 옴니 안테나에서는, 각 연성인쇄회로기판(232 또는212)에서, 각각의 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3)가 형성되며, 이후 각 연성인쇄회로기판(232 또는 212)이 둥글게 말려진 형태로 설치됨에 따라, 각각의 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3) 전체적으로 완전한 평면이 아니라, 좌우 가장자리에 비해 가운데 부위가 볼록한 곡면을 가짐을 알 수 있다. 이러한 형태는 방사소자어레이 및 이에 따른 옴니 안테나의 전체 가로방향 사이즈를 가장 줄일 수 있는 설계가 가능하게 하며, 더욱이, 각 방사소자(23-1, 23-2, 23-3, 또는 21-1, 21-2, 21-3)에서 방사되는 방사 빔의 조합이 최적화되어 최적의 전방향 방사 특성을 갖도록 한다.
도 11 및 도 12는 도 5의 일 방사소자어레이, 예를 들어 제3 방사소자어레이(23)에 적용되는 제1 타입의 급전기판(33)의 평면도 및 배면도이며, 도 13 및 도 14는 도 5의 다른 방사소자어레이, 예를 들어 제1 방사소자어레이(21)에 적용되는 제2 타입의 급전기판(31)의 평면도 및 배면도이다. 도 11 내지 도 14를 참조하여, 각 방사소자어레이들로 급전 신호를 제공하는 급전부의 구성으로서, 급전기판(33 또는 31)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 먼저 제1 타입의 급전기판(33)은 에폭시 재질 등으로 구성되는 기판내층(330)과; 기판내층(330)의 상면에 형성되는 급전패턴(332: 232-1, 232-2, 232-3)과; 기판내층(330)의 하면에 형성되는 접지패턴(334)을 포함한다. 또한, 제1 타입의 급전 기판(33)에는 복수의 지지대(예를 들어, 도 5, 도 6의 261, 262, 263)가 관통되며, 복수의 지지대에 의해 지지되기 위한 복수의 관통홀(h11, h12, h13)이 형성되며, 또한, 후술하는 바와 같이, 급전선로(들)가 지나가기 위한 복수의 연결통로(h21, h22, h23)가 적절한 위치에 관통 홀의 형태로 형성될 수 있다.
급전패턴(332: 332-1, 332-2, 332-3)은 대응되는 방사소자어레이(23)에 형성된 3개의 방사소자에 각각 커플링 방식으로 급전하기 위한 제1 내지 제3 커플링급전패턴(332-2, 332-1, 332-3)을 가진다. 제1 내지 제3 커플링급전패턴(332-2, 332-1, 332-3)은 급전기판(33)과 방사소자어레이(23)가 결합되는 돌출부(a)에서 해당 방사소자어레이의(23) 각 방사소자들로 커플링 방식으로 급전하기 위한 패턴을 가진다. 제1 내지 제3 커플링급전패턴(332-2, 332-1, 332-3)은 급전기판(33)의 중앙에 형성되는 하나의 급전점(P)으로부터 급전신호를 각각 분배받는 구조로 패턴이 형성된다. 급전점(P)은 동축케이블로 구성될 수 있는 급전선로(예를 들어, 43)를 통해 급전신호를 제공받게 구성된다.
도 11에서 일점쇄선으로 표시한 원 영역 A에는 급전기판(33)과 급전선로(43)의 연결 구조가 보다 상세히 도시되고 있는데, 급전기판(33)의 하부에서 급전선로(43)에 연결될 수 있다. 동축케이블로 구성되는 급전선로(43)의 내부도체(432)는 급전점(P) 지점에 형성되는 관통홀(h1)을 통해서 삽입되어 급전기판(33)을 관통하고, 급전기판(33)의 상면의 급전패턴(332)과 연결된다. 이때 급전선로(43)의 외부도체(434)는 급전기판(33)의 하면의 접지패턴(334)과 연결된다. 이후 급전기판(33)의 상면에서 급전패턴(332)과 급전선로(43)의 내부도체(332)와 솔더링되며, 급전기판(33)의 하면에서 접지패턴(334)과 급전선로(43)의 외부도체(434)가 솔더링된다.
도 13 및 도 14에서는 제2 타입의 급전기판(31)이 도시되고 있는데, 제2 타입의 급전기판(31)은 상기 제1 타입의 급전기판(33)과 마찬가지로, 기판내층(310)과; 기판내층(310)의 상면에 형성되는 급전패턴(312: 312-1, 312-2, 312-3)과; 기판내층(310)의 하면에 형성되는 접지패턴(314)을 포함한다. 또한, 복수의 지지대가 관통되며, 복수의 지지대에 의해 지지되기 위한 복수의 관통홀(h11, h12, h13)과, 복수의 급전선로가 지나가기 위한 복수의 연결통로(h21, h22, h23)가 적절한 위치에 형성된다.
급전패턴(312: 312-1, 312-2, 312-3)은 대응되는 방사소자어레이(21)에 형성된 3개의 방사소자에 각각 커플링 방식으로 급전하기 위한 제1 내지 제3 커플링급전패턴(312-2, 312-1, 312-3)을 가진다. 제1 내지 제3 커플링급전패턴(312-2, 312-1, 312-3)은 급전기판(31)의 중앙에 형성되는 하나의 급전점(P)으로부터 급전신호를 각각 분배받는 구조로 패턴이 형성된다. 급전점(P)은 동축케이블로 구성될 수 있는 급전선로를 통해 급전신호를 제공받게 구성된다.
이때, 제2 타입의 급전기판(31)에 형성되는 제1 내지 제3 커플링급전패턴(312-1, 312-2, 312-3)은 상기 도 11 및 도 12에 도시된 급전기판(33)에 형성되는 패턴과 다소 차이가 있다. 즉, 제2 타입의 급전기판(31)에 형성되는 제1 내지 제3 커플링급전패턴(312-2, 312-1, 312-3)은 상기 도 11 및 도 12에 도시된 급전기판(33)에 형성되는 패턴에 비해 신호 커플링 부위에서 급전 신호의 진행 방향이 서로 반대되게 형성된다.
도 15는 도 5의 옴니 안테나의 급전기판들에 대한 급전선로의 연결 구조도로서, 4개의 방사소자어레이 각각에 대응되는 제1 내지 제4 급전기판(31, 32, 33, 34)들이 상측에서부터 연속적으로 설치되는 상태를 개략적으로 도시하고 있다. 도 15를 참조하면, 제1 내지 제4 급전기판(31, 32, 33, 34)은 각각 제1 내지 제4 급전선로(41, 42, 43, 44)에 의해 급전된다. 이때, 제1 및 제2 급전선로(41, 42)는 제1 공통 급전선로(40-1)로부터 제1 분배기(52)를 통해 분배된 신호를 각각 제공받도록 구성된다. 마찬가지로, 제3 및 제4 급전선로(43, 44)는 제2 공통 급전선로(40-2)로부터 제2분배기(54)를 통해 분배된 신호를 각각 제공받도록 구성된다.
이러한 구성에서, 각 급전선로(41-44)들 중에서 다른 급전기판 부위를 지나가는 급전선로들(도 15의 예에서는, 41, 43, 40-1)은 각 급전기판(31-34)에 형성된 연결통로(h2: 예를 들어, 도 11 내지 도 14의 h21, h22, h23)를 통과하도록 설계된다. 도 15에서 일점쇄선으로 표시한 원 영역 A에는 예를 들어 제2 급전기판(32)의 연결통로(h2)를 통해 제1 급전선로(41)가 지나가는 구조가 보다 상세히 도시되고 있다. 이때, 동축케이블로 구성될 수 있는 제1 급전선로(41)(의 외부도체)는 제2 급전기판(32)의 하면에 형성된 접지패턴(324)과 솔더링된다. 마찬가지로, 각 급전기판의 연결통로를 통해 지나가는 급전선로들은 해당 급전기판의 하면에 형성된 접지패턴과 솔더링된다. 이에 따라, 각각의 급전선로에 해당하는 동축케이블의 케이블 접지와, 각 급전기판의 접지가 상호 솔더링되어, 접지 특성을 보다 안정화시킬 수 있게 된다.
한편, 상기한 구성에서, 각 급전기판과 연결되는 급전선로의 길이는 각 방사소자어레이에서 방사되는 빔의 위상을 맞추기 위해 예를 들어, 동일하게 설계된다. 이에 따라, 예를 들어, 제1 분배기(52)와 연결되는 제1 급전선로(41)와 제2 급전선로(42)의 길이가 동일하게 설계될 수 있다. 이러한 경우에 제1급전기판(31)과 제2급전기판(32)은 동일한 타입의 급전기판을 사용하여 위상이 동일하므로 두 기판 간에 위상차는 없다. 만약 상기 제1 타입의 급전기판과 제2타입의 급전기판은 해당 급전패턴의 차이에 따라 서로 간의 급전 신호가 180도의 위상 차이를 가지는 구조를 갖는다면 각 방사소자어레이에 설치되는 급전기판의 타입을 적절히 달리 설계하여, 어느 한쪽의 급전기판과 연결되는 급전선로의 길이를 180도의 위상차이와 대응되게 상당한 길이를 줄일 수 있게 된다. 이때 줄어드는 급전선로의 길이는 파장, 유전율 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 제1급전선로(41)가 100mm인 경우 제2급전선로(42)는 2GHz에서 60mm, 2.6GHz에서 40mm 등으로 길이를 줄이는 것이 가능하다.
이러한 급전선로의 구성은 종래 다수의 급전 케이블들이 복잡하게 연결되는 점을 단순화할 수 있다. 따라서 안테나를 설계하는데 구조적 편리성이 향상되고 케이블에 따른 전력 손실도 절감시킬 수 있으며 소형경량화의 목적에도 부합한다.
도 16 내지 도 19는 도 5의 옴니 안테나의 방사 특성들을 나타낸 그래프로서, 도 16은 옴니 안테나의 방사 특성을 3차원적으로 나타내고 있으며, 도 17은 수직방향의 방사 특성을 나타내며, 도 18 및 도 19는 수평방향의 방사 특성을 나타낸다. 도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 옴니 안테나는 전방향 방사 특성이 매우 우수하게 형성됨을 알 수 있다. 특히, 도 18 및 도 19에서 도시된 바와 같이, 전방향 방사 패턴에서 수평방향의 리플(ripple) 특성이 설계 주파수 대역(예를 들어, 2.5GHz, 2.6GHz, 2.7GHz)에서 약 0.2dB로서, 매우 우수한 방사 패턴을 보이고 있음을 알 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 이동통신 서비스용 옴니 안테나의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.
예를 들어, 상기의 실시예들에 대한 설명에서는 옴니 안테나 또는 방사소자어레이들이 세개의 방사소자들로 형성하는 것을 개시하고 있는데, 이는 방사소자어레이 및 옴니 안테나의 사이즈를 최소화 하고자 하기 위한 구성이다. 만약, 방사소자어레이 및 옴니 안테나의 설계시에 사이즈 제약이 크지 않다면, 방사소자들을 네 개 이상 조합하여 하나의 방사소자어레이 또는 옴니 안테나를 형성하는 것도 가능하다. 또한, 경우에 따라서는 방사소자를 두 개만 조합하는 것도 가능할 수 있다. 안테나 사용 환경에 따라 방사소자 수를 변환하여 설계할 수 있는데, 예를 들어 고주파 대역에서 방사 파이에 비례하여 커지는 리플의 영향을 줄이기 위해 방사소자를 줄이고 저주파 대역에서는 방사소자의 수를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기의 설명에서는, 복수의 방사소자가 형성되는 연성인쇄회로기판이 원통형인 것으로 설명하였으나, 이외에도, 다면체 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 방사소자어레이(25)는 3개의 방사소자(25-1, 25-2, 25-3)가 연성인쇄회로기판(251)에 형성되는 것이 도시되고 있는데, 이때, 연성인쇄회로기판(251)은 예를 들어 삼각 기둥 형태로 접혀서, 각 측면에 각각의 방사소자(25-1, 25-2, 25-3)가 하나씩 배치되는 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 상기의 설명에서는 하나의 옴니안테나 또는 하나의 방사소자어레이를 형성하는 방사소자들이 모두 +45도 편파를 발생하는 제1 타입으로 구성하거나, 또는 -45도 편파를 발생하는 제2 타입으로 구성하는 것으로 설명하였으나, 이외에도 제1 타입 및 제2 타입의 방사소자들이 섞인 구조도 가능할 수 있다. 예를 들어, 하나의 방사소자어레이는 +45도 편파를 발생하는 제1 타입의 방사소자와 -45도 편파를 발생하는 제2 타입의 방사소자들이 서로 교대로 배치되는 형태로 구성할 수도 있다.
또한, 상기의 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 방사소자어레이가 4개가 조합되는 구조를 개시하였으나, 이외에도, 방사소자어레이가 2개 또는 6개 이상 조합되는 구조도 가능할 수 있다. 또한, 상기 제2 실시예에 따른 옴니 안테나는 동일 편파를 가지는 방사소자어레이들끼리 서로 묶어서 인접하게 배치하는 구조를 가지는 것으로 설명하였으나, 이외에도, +45도 편파를 발생하는 방사소자어레이와 -45도 편파를 발생하는 방사소자어레이가 수직방향으로 서로 교대로 배치되는 형태로 구성할 수도 있다.
또한, 상기의 설명에서는 각 방사소자의 4개의 방사암들이 제조 공정을 단순화하고 제작 시간을 단축할 수 있도록 하기 위하여, 서로 대칭형 구조로 동일한 형상으로 설계되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 4개의 방사암들이 서로 다른 형상으로 구현될 수도 있다. 예를 들면, 도 21에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사소자의 방사패턴(110')의 구조는, 마찬가지로, 두 개의 방사암(110d', 110b')을 가지는 수평 편파용 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암(110a', 110c')을 가지는 수직 편파용 다이폴 방사부의 결합 구조를 가진다. 이때, 수평 편파용 다이폴 방사부의 방사암들(110d', 110b')과, 수직 편파용 다이폴 방사부의 방사암들(110a', 110c')은 상호 동일한 형상이 아닌 것으로 도시되고 있다. 이때, 수평 편파용 다이폴 방사부의 두 개의 방사암(110d', 110b')은 서로 동일한 형상을 가지며, 마찬가지로, 수직 편파용 다이폴 방사부의 두 개의 방사암(110a', 110c')도 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 다양한 변형 또는 변경이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 이동통신 서비스용 옴니 안테나에 있어서,
    수평면상 한 기준점에서 수평 방향으로 미리 지정된 각도에 따라 상호 일정한 간격으로 배치되어, 각각 빔을 방사하는 복수의 방사소자와;
    상기 복수의 방사소자의 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 급전부
    를 구비한 방사소자어레이를 포함하며;
    상기 복수의 방사소자 각각은,
    두 개의 방사암(radiating arm)을 갖는 수평 편파용 다이폴 방사부와, 두 개의 방사암을 갖는 수직 편파용 다이폴 방사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사소자어레이는 수직방향으로 복수 개가 연속 배치된 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자 각각은, 연성인쇄회로기판(F-PCB: Flexible - Printed Circuit Board)을 이용하여 패턴(pattern)으로 구비된 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자들은 상기 연성인쇄회로기판에 미리 지정된 간격에 따라 연속 배치되며,
    상기 연성인쇄회로기판은 다면체 형태 또는 원통형인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자의 방사패턴은,
    상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암이 페어(pair)를 이루어 일체로 마련되고, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암이 페어를 이루어 일체로 마련되는 제1 타입 또는,
    상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암이 페어를 이루어 일체로 마련되고, 상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 타측 방사암과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 일측 방사암이 페어를 이루어 일체로 마련되는 제2 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 방사암들과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 방사암들에 동시에 급전되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 방사암들과 상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 방사암들은 적어도 두 개 이상이 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일체형 페어로 마련된 수평 편파용 방사부의 방사암과 수직 편파용 방사부의 방사암은 상호 대칭 형상인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수평 편파용 다이폴 방사부의 방사암들은 상호 동일한 형상이며,
    상기 수직 편파용 다이폴 방사부의 방사암들은 상호 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자의 개수는, 3개인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자어레이는, 제1편파 및 제2편파를 발생하는 적어도 2개 이상이 수직방향으로 연속 배치되며, 편파 방향이 다른 방사소자어레이들이 수직방향으로 극성이 상호 대칭을 이루며 동일한 개수로 배치되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 편파 방향이 다른 방사소자어레이들 사이의 거리는 방사소자어레이 수에 반비례하는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자어레이는, 제1편파를 발생하는 방사소자어레이들과 제2편파를 발생하는 방사소자어레이들로 구성되며,
    상기 복수의 방사소자어레이 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 상기 급전부는, 상기 복수의 방사소자어레이마다 급전 신호를 제공하는 급전패턴을 구비한 복수의 급전기판을 포함하며;
    상기 복수의 급전기판은
    상기 급전패턴의 차이에 의해 급전 신호가 상호 위상차를 갖는 제1타입과 제2타입으로 구분하여 구성되며;
    상기 제1타입과 제2타입의 급전기판들은 동일 편파를 발생하는 방사소자어레이들에 교호적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자어레이는, 제1편파를 발생하는 방사소자어레이들과 제2편파를 발생하는 방사소자어레이들로 구성되며,
    동일 편파를 발생하는 방사소자어레이들은 수평면 상에서 상호간 미리 지정된 각도의 차이를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 미리 지정된 각도는 60도인 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 방사소자어레이 각각으로 급전 신호를 분배하여 제공하는 상기 급전부는, 상기 복수의 방사소자어레이마다 급전 신호를 제공하는 복수의 급전기판을 포함하며;
    상기 복수의 급전기판 각각은,
    기판내층과;
    상기 기판내층의 상면에 형성되며, 대응되는 방사소자어레이에 형성된 복수의 방사소자에 각각 커플링 방식으로 급전하기 위한 복수의 커플링 급전패턴을 가지는 급전패턴과;
    상기 기판내층의 하면에 형성되는 접지패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 옴니 안테나.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 급전기판 각각은,
    복수의 급전선로를 통해 급전되며;
    다른 급전기판(들)으로 급전하는 급전선로(들) 중 적어도 하나가 지나가기 위한 적어도 하나의 연결통로가 관통 홀의 형태로 형성되며;
    상기 연결통로를 통해 지나가는 급전선로는 상기 접지패턴과 솔더링됨을 특징으로 하는 옴니 안테나.
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