WO2019017661A1 - Beam-forming antenna - Google Patents

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WO2019017661A1
WO2019017661A1 PCT/KR2018/008022 KR2018008022W WO2019017661A1 WO 2019017661 A1 WO2019017661 A1 WO 2019017661A1 KR 2018008022 W KR2018008022 W KR 2018008022W WO 2019017661 A1 WO2019017661 A1 WO 2019017661A1
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WO
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antenna
beamforming
antennas
substrate
circuit
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/008022
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
성원모
김기호
김의선
최세아
Original Assignee
주식회사 이엠따블유
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • 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 a beam-forming antenna, and more particularly, to a beam-forming antenna that can improve antenna performance through a directivity characteristic and is miniaturized as compared with a conventional beam-forming antenna.
  • the type of communication is evolving into high - speed wireless communication, which exchanges large - volume multimedia data including media, voice, and images.
  • the quality, security, reliability and high-speed transmission ratio of the communication service may vary depending on the method of communication. Beam-forming technology has been attracting attention in order to provide a high-quality communication service that can exchange large amounts of data in accordance with the above-described change in communication environment.
  • the smart antenna scheme based on the beamforming scheme can be classified into a switched beam smart antenna and an adaptive beam smart antenna.
  • the fixed beam selection method uses a fixed beam pattern of the antenna. If the user is positioned between the antenna pattern and the pattern, the fixed beam selection method may have a decreased performance.
  • the adaptive beam method has an advantage that it can change the pattern of the antenna according to the time or the surrounding environment, adapt to the environment more intelligently than the fixed beam, and form a beam directly to the user .
  • Patent Document 1 Korean Published Patent Application No. 10-2011-0088176 (Aug. 23, 2011)
  • a beamforming antenna including: an array antenna including a plurality of antennas; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna; A diversity module coupled to the beamforming circuitry for diversifying the signal; A control unit for controlling the diversity module; And an input / output unit connected to the diversity module.
  • a beamforming antenna including: an array antenna including a plurality of antennas; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna; A switching module connected to the beam forming circuit and switching the signal; A control unit for controlling the switching module; And an input / output unit connected to the switching module.
  • the plurality of antennas includes a first antenna, a second antenna, a third antenna and a fourth antenna
  • the beam forming circuit portion includes a first beam forming circuit and a second beam forming circuit
  • the first antenna and the third antenna are connected to the first beam forming circuit
  • the second antenna and the fourth antenna are connected to the second beam forming circuit.
  • the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed on one substrate, and the first antenna, the third antenna, the second antenna, And the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed at an interval of 90 degrees from each other with respect to the center of the substrate.
  • the first antenna and the third antenna are spaced from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times a first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beam-forming antenna.
  • the second antenna and the fourth antenna are spaced from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times a first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beam-forming antenna.
  • the operating frequency may be between 470 and 800 MHz.
  • the first beamforming circuit and the second beamforming circuit are each a hybrid coupler, the hybrid coupler has two input terminals and two output terminals, and the two outputs / RTI > can have a phase difference of? / 2 to 3? / 2.
  • the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna may be CPW (coplanar waveguide) dipole antennas.
  • the first antenna, the third antenna, and the first beamforming circuit are disposed on a first substrate, and the second antenna, the fourth antenna, and the second beamforming circuit are disposed on a second substrate And the first substrate and the second substrate may have a laminated structure.
  • the beamforming antenna may be a digital TV antenna.
  • the beamforming antenna of the present invention can be downsized and the performance of the antenna can be improved by utilizing the directivity characteristic of the antenna through diversity or switching using a plurality of antennas.
  • the present invention can be miniaturized as compared with conventional beam-forming antennas, and thus can be optimized for high integration.
  • the present invention minimizes loss because there is no phase shift circuit used in conventional beamforming antennas.
  • a diversity gain can be obtained by using four different antennas.
  • FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating a beamforming antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating a beamforming antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a view for explaining the configuration of the beam-forming antenna of FIG. 1A.
  • 2A is a conceptual diagram illustrating a beamforming antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining the configuration of the beam-forming antenna of FIG. 2A.
  • 3A is a view for explaining an antenna arrangement of a first substrate and a second substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a view for explaining a lamination structure of a first substrate and a second substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 5A to 5D are measurement results of the radiation characteristics of the first to fourth antennas according to the embodiment of the present invention.
  • 6A to 6D are measurement results of radiation characteristics according to frequency of a second antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a conceptual view for explaining a beam-forming antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a view for explaining a configuration of a beam-forming antenna of FIG. 1A
  • FIG. 3B is a view for explaining the stacking structure of the first substrate and the second substrate according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a conceptual view for explaining a beam-forming antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a view for explaining a configuration of a beam-forming antenna of FIG. 1A
  • FIG. 3B is a view for explaining the stacking structure of the first substrate and the second substrate according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a conceptual view for explaining a beam-forming antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a view for explaining a configuration of a beam-forming antenna of FIG. 1A
  • FIG. 3B is a view for explaining the stacking structure of the first substrate and the second substrate according to the embodiment
  • a beam-forming antenna 1000 includes an array antenna unit 110, a beam forming circuit unit 120, a diversity module 130, a control unit 140, / Output unit 150, as shown in FIG.
  • the array antenna unit 110 may include a plurality of antennas.
  • the plurality of antennas may include a first antenna 112, a second antenna 114, a third antenna 116, and a fourth antenna 118.
  • a non-directional antenna may be used as the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116 and the fourth antenna 118, and a coplanar waveguide (CPW) dipole antenna a dipole antenna may be used as the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116 and the fourth antenna 118, respectively.
  • CPW coplanar waveguide
  • the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 may be used as transmit / receive antennas, but are preferably used as antennas for receiving digital TV signals.
  • the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 are disposed on one substrate, and the first antenna 112 and the third antenna 116 And the second antenna 114 and the fourth antenna 118 may be disposed so as to face each other.
  • the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 may be disposed at intervals of 90 degrees with respect to the center of the substrate. This is because the beam-forming antenna 1000 according to the embodiment of the present invention is an omnidirectional antenna for receiving digital TV signals and exhibits excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz.
  • the substrate for miniaturization may be a PCB substrate having a size of 150 mm x 150 mm and the array antenna unit 110, the beam forming circuit unit 120 and the diversity module 130 may be mounted on one surface of the substrate And the control unit 140 and the input / output unit 150 may be disposed on the other surface opposite to the one surface of the substrate.
  • the first antenna 112 and the third antenna 116 are spaced 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 1000
  • the second antenna 114 and The fourth antenna 118 is preferably spaced a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 1000.
  • This is an antenna for receiving a digital TV signal so as to exhibit excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz and at the same time to achieve miniaturization of the beam forming antenna 1000.
  • a first antenna 112, a third antenna 116, and a first beamforming circuit 122 are disposed on a first substrate 20, and a second antenna (not shown)
  • the first substrate 20 and the second substrate 10 may have a stacked structure.
  • the first substrate 20 and the second substrate 10 may have a stacked structure, have.
  • the laminated structure is disadvantageous.
  • a laminated structure as shown in FIG. 3B is employed in order to secure a better antenna performance It is possible.
  • the beam forming circuit unit 120 is connected to a plurality of antennas and can distribute a signal transmitted through the antenna.
  • the beamforming circuit portion 120 includes a first beamforming circuit 122 and a second beamforming circuit 124.
  • the first antenna 112 and the third antenna 116 are connected to a first beamforming circuit 122 and the second antenna 114 and the fourth antenna 118 are connected to the second beam forming circuit 124.
  • the first beamforming circuit 122 and the second beamforming circuit 124 are hybrid couplers and the hybrid couplers 122 and 124 each have two input terminals and two output terminals, The phase difference of the two outputs may be between? / 2 and 3? / 2.
  • the outputs of the first antenna 112 and the third antenna 116 may be respectively coupled to the two inputs of the first beamforming circuit 122 and the outputs of the second antenna 114 and the fourth antenna 118 May be coupled to two inputs of a second beamforming circuit 124, respectively.
  • the diversity module 130 is connected to the beam forming circuit unit 120 and is capable of diversifying the signal.
  • the signal may be a signal transmitted through an antenna or a signal received through an antenna when used as an antenna for receiving a digital TV signal.
  • diversity is a reception method in which a plurality of reception signals having different electric field intensities or signal to noise ratios (S / N) are combined or changed to obtain a single signal output. Incident angle, and the like may be combined, or a combination of these may be performed.
  • the control unit 140 may control the diversity module 130.
  • the controller 140 may control the diversity module in the following three ways.
  • the first method is a DOA (Direction of Arrival) based algorithm.
  • DOA Direction of Arrival
  • the second scheme is a training sequence based algorithm, which obtains a beam pattern based on a training sequence, that is, a previously known signal.
  • These training sequence-based algorithms include SMI (Sample Matrix Inversion), LMS (Least Means Square), and RLS (Recursive Least Square).
  • the third scheme is a blind smart antenna algorithm, which determines a beam pattern using only the characteristics of a signal without using a training sequence. The performance of the beamforming antenna can be improved by appropriately performing beamforming through such a method.
  • the input / output unit 150 may be connected to the diversity module 130.
  • the input / output unit 150 may be an RF connector and may be an SMA mount type.
  • a signal received through the diversity module 130 may be received on the digital TV through the input / output unit 150.
  • the array antenna unit 110, the beam forming circuit unit 120, the diversity module 130, the control unit 140, and the input / output unit 150 may be connected through an RF cable.
  • the gain of the beamforming antenna 1000 according to the embodiment of the present invention may have a value of -2 dBi to 0 dBi (typical).
  • FIG. 2A is a conceptual view for explaining a beamforming antenna according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a view for explaining a configuration of the beamforming antenna of FIG. 2A.
  • a beamforming antenna 2000 includes an array antenna unit 210, a beam forming circuit unit 220, a switching module 230, a control unit 240, And an output unit 250.
  • the array antenna unit 210 may include a plurality of antennas.
  • the plurality of antennas may include a first antenna 212, a second antenna 214, a third antenna 216, and a fourth antenna 218.
  • a non-directional antenna may be used as the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218, and a coplanar waveguide (CPW) a dipole antenna may be used as the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218, respectively.
  • CPW coplanar waveguide
  • the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 may be used as transmit / receive antennas, but are preferably used as antennas for receiving digital TV signals.
  • the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 are disposed on one substrate, and the first antenna 212 and the third antenna 216 And the second antenna 214 and the fourth antenna 218 may be arranged to face each other.
  • the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 may be disposed at intervals of 90 ° from each other with respect to the center of the substrate. This is because the beam-forming antenna 2000 according to another embodiment of the present invention is an omnidirectional antenna for receiving digital TV signals and exhibits excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz.
  • the substrate for miniaturization may be a PCB substrate having a size of 150 mm x 150 mm and the array antenna unit 210, the beam forming circuit unit 220 and the diversity module 230 may be mounted on one surface of the substrate in order to minimize external interference. And the control unit 240 and the input / output unit 250 may be disposed on opposite sides of one side of the substrate.
  • the first antenna 212 and the third antenna 216 are separated from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 2000,
  • the fourth antenna 218 is preferably spaced 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 2000. This is an antenna for receiving a digital TV signal so as to exhibit excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz and to achieve miniaturization of the beam forming antenna 2000.
  • the first antenna 212, the third antenna 216, and the first beamforming circuit 222 are formed on the first substrate 20,
  • the second antenna 214, the fourth antenna 218 and the second beam forming circuit 224 are disposed on the second substrate 10 and the first substrate 20 and the second substrate 10 ) May have a laminated structure.
  • the beamforming circuit unit 220 is connected to a plurality of antennas, and can distribute a signal transmitted through the antenna.
  • the beamforming circuitry 220 includes a first beamforming circuit 222 and a second beamforming circuit 224, wherein the first antenna 212 and the third antenna 216 are coupled to a first beamforming circuit 222 and the second antenna 214 and the fourth antenna 218 are connected to the second beamforming circuit 224.
  • the reception performance of the antenna can be improved by orienting the antenna in the direction in which the signal is strongly incident through the beam forming circuit 214.
  • the first beam-forming circuit 222 and the second beam-forming circuit 224 are hybrid couplers, and the hybrid couplers 222 and 224 have two input terminals and two output terminals, respectively.
  • the phase difference of the two outputs may be between? / 2 and 3? / 2.
  • the output of the first antenna 212 and the output of the third antenna 216 may be coupled to the two inputs of the first beamforming circuit 222 and the output of the second antenna 214 and the output of the fourth antenna 218, May be coupled to two inputs of a second beamforming circuit 224, respectively.
  • the switching module 230 is connected to the beam forming circuit unit 220 and can switch the signal.
  • the signal may be a signal transmitted through an antenna or a signal received through an antenna when used as an antenna for receiving a digital TV signal.
  • the switching module 230 can direct one of the four antennas 212, 214, 216, and 218 to be activated so that the beam forming circuit 214 directs the antenna in a direction in which the signal is strongly incident, Can be improved.
  • a SP4T Single Pole 4 Throw
  • the control unit 240 may control the switching module 230.
  • the control unit 240 may control the switching module 230 by connecting only one input port of the switching module 230 and one output port of the four output ports so as to be electrically communicable.
  • the input / output unit 250 may be connected to the switching module 230.
  • the input / output unit 250 may be an RF connector and may be an SMA mount type.
  • a signal received through the switching module 230 may be received on the digital TV through the input / output unit 250.
  • the array antenna unit 210, the beam forming circuit unit 220, the switching module 230, the control unit 240, and the input / output unit 250 may be connected through an RF cable.
  • the gain of the beamforming antenna 2000 according to another embodiment of the present invention may have a value of -2.5 dBi to -0.5 dBi (typical).
  • the VSWR1 of the first antenna 112, the VSWR2 of the second antenna 114, the VSWR3 of the third antenna 116, and the VSWR3 of the fourth antenna 118 exhibits the same characteristics, and it can be confirmed that the performances of the four antennas are all good.
  • 5A to 5D are measurement results of the radiation characteristics of the first to fourth antennas according to the embodiment of the present invention.
  • both the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 are excellent in radiation characteristics and directivity, and four It is possible to have different radiation patterns by arranging the antennas to be orthogonal to each other.
  • 6A to 6D are measurement results of radiation characteristics according to frequency of a second antenna according to an embodiment of the present invention.

Abstract

A beam-forming antenna is disclosed. The beam-forming antenna comprises: an array antenna unit including a plurality of antennas; a beam-forming circuit unit, connected to each of the plurality of antennas, for distributing signals transmitted through the antennas; a diversity module, connected to the beam-forming circuit unit, for diversifying the signals; a control unit for controlling the diversity module; and an input/output unit connected to the diversity module.

Description

빔포밍 안테나Beam forming antenna
본 발명은 빔포밍 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지향성 특성을 통한 안테나 성능을 향상시킬 수 있고, 기존 빔포밍 안테나에 비하여 소형화된 빔포밍 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a beam-forming antenna, and more particularly, to a beam-forming antenna that can improve antenna performance through a directivity characteristic and is miniaturized as compared with a conventional beam-forming antenna.
정보화 시대가 도래함에 따라 통신의 형태가 미디어, 음성 및 영상들을 포함하는 대용량의 멀티미디어형 데이터를 주고 받는 고속 전송 무선 통신으로 발전하고 있다. 고전 전송 무선 네트워크에서 통신 서비스의 품질, 보안, 신뢰성 및 고속 전송비는 통신의 방법에 따라 달라질 수 있다. 상술된 통신 환경의 변화에 따라, 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있고, 고품질의 통신 서비스를 제공하기 위해 빔포밍(Beam-forming) 기술이 주목을 받고 있다. As the information age comes, the type of communication is evolving into high - speed wireless communication, which exchanges large - volume multimedia data including media, voice, and images. In a classical transmission wireless network, the quality, security, reliability and high-speed transmission ratio of the communication service may vary depending on the method of communication. Beam-forming technology has been attracting attention in order to provide a high-quality communication service that can exchange large amounts of data in accordance with the above-described change in communication environment.
상술한 빔 성형(beamforming) 방식에 근거한 스마트 안테나의 방식을 분류하면 고정빔 선택 방식(switched beam smart antenna)과 적응빔 방식(adaptive beam smart antenna)으로 분류할 수 있다. 상기 고정빔 선택 방식은 안테나의 빔 패턴이 고정되어 있는 것을 사용하는 방식으로, 안테나 패턴과 패턴 사이에 사용자가 위치하게 되면 성능이 감소하는 결과를 가지고 올 수도 있다. 반면, 적응빔 방식은 안테나의 패턴을 시간이나 혹은 주위 환경에 따라서 변하게 하는 것으로, 상기 고정빔에 비하여 좀더 지능적으로 환경에 적응하도록 하는 것이 가능하며, 사용자에게 직접 빔을 형성할 수 있는 장점이 있다. The smart antenna scheme based on the beamforming scheme can be classified into a switched beam smart antenna and an adaptive beam smart antenna. The fixed beam selection method uses a fixed beam pattern of the antenna. If the user is positioned between the antenna pattern and the pattern, the fixed beam selection method may have a decreased performance. On the other hand, the adaptive beam method has an advantage that it can change the pattern of the antenna according to the time or the surrounding environment, adapt to the environment more intelligently than the fixed beam, and form a beam directly to the user .
다만, 빔포밍(Beam-forming)을 위해 사용되는 소자의 크기에 대한 제약으로 고집적화된 빔포밍소자를 제공하는데 어려움이 있다. 따라서, 소형화된 빔포밍 소자를 구현하여, 고집적화된 빔포밍 통신 모듈을 구현하기 위한 많은 연구들이 진행 중이며, 기존 빔포밍 안테나의 경우 4개의 지향성 안테나를 선택하는 방식으로 크기가 매우 크다는 문제가 있다.However, there is a difficulty in providing a highly integrated beam-forming device due to the limitation on the size of a device used for beam-forming. Therefore, many researches are being conducted to realize a highly integrated beam-forming communication module by implementing a miniaturized beam-forming device. In the case of the conventional beam-forming antenna, there is a problem in that the size of the beam-forming antenna is very large because four directional antennas are selected.
[선행기술문헌][Prior Art Literature]
[특허문헌][Patent Literature]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2011-0088176호(2011.08.03.)(Patent Document 1) Korean Published Patent Application No. 10-2011-0088176 (Aug. 23, 2011)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전방향성을 가지면서도 안테나의 성능이 향상되며, 기존 빔포밍 안테나 대비 소형화된 빔포밍 안테나를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a beamforming antenna with improved omnidirectional performance and miniaturized compared to existing beamforming antennas.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나는 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 안테나부; 상기 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 상기 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배하는 빔포밍 회로부; 상기 빔포밍 회로부와 연결되고, 상기 신호를 다이버시티하는 다이버시티 모듈; 상기 다이버시티 모듈을 제어하는 제어부; 및 상기 다이버시티 모듈과 연결된 입/출력부를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a beamforming antenna including: an array antenna including a plurality of antennas; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna; A diversity module coupled to the beamforming circuitry for diversifying the signal; A control unit for controlling the diversity module; And an input / output unit connected to the diversity module.
본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나는 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 안테나부; 상기 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 상기 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배하는 빔포밍 회로부; 상기 빔포밍 회로부와 연결되고, 상기 신호를 스위칭하는 스위칭 모듈; 상기 스위칭 모듈을 제어하는 제어부; 및 상기 스위칭 모듈과 연결된 입/출력부를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a beamforming antenna including: an array antenna including a plurality of antennas; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna; A switching module connected to the beam forming circuit and switching the signal; A control unit for controlling the switching module; And an input / output unit connected to the switching module.
하나의 실시예로 상기 복수 개의 안테나는, 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함하고, 상기 빔포밍 회로부는, 제1 빔포밍 회로 및 제2 빔포밍 회로를 포함하며, 상기 제1 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 빔포밍 회로와 연결되어 있고, 상기 제2 안테나 및 상기 제4 안테나는 상기 제2 빔포밍 회로와 연결되어 있을 수 있다. In one embodiment, the plurality of antennas includes a first antenna, a second antenna, a third antenna and a fourth antenna, and the beam forming circuit portion includes a first beam forming circuit and a second beam forming circuit The first antenna and the third antenna are connected to the first beam forming circuit, and the second antenna and the fourth antenna are connected to the second beam forming circuit.
하나의 실시예로 상기 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나는 하나의 기판 상에 배치되고, 상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나, 상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는 각각 서로 마주보도록 배치되어 있으며, 상기 기판의 중심을 기준으로 상기 제1 안테나, 상기 제2 안테나, 상기 제3 안테나 및 상기 제4 안테나는 서로 90° 간격을 두고 배치되어 있는 것이 바람직하다. In one embodiment, the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed on one substrate, and the first antenna, the third antenna, the second antenna, And the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed at an interval of 90 degrees from each other with respect to the center of the substrate.
하나의 실시예로 상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나는, 상기 빔포밍 안테나의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다. In one embodiment, the first antenna and the third antenna are spaced from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times a first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beam-forming antenna.
하나의 실시예로 상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는, 상기 빔포밍 안테나의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다. In one embodiment, the second antenna and the fourth antenna are spaced from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times a first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beam-forming antenna.
하나의 실시예로 상기 동작 주파수는, 470 내지 800㎒일 수 있다. In one embodiment, the operating frequency may be between 470 and 800 MHz.
하나의 실시예로 상기 제1 빔포밍 회로 및 제2 빔포밍 회로는 각각 하이브리드 커플러이고, 상기 하이브리드 커플러는 2개의 입력단자와 2개의 출력단자를 구비하고 있으며, 상기 출력단자로부터 출력되는 2개의 출력의 위상차는 π/2 내지 3π/2를 갖을 수 있다. In one embodiment, the first beamforming circuit and the second beamforming circuit are each a hybrid coupler, the hybrid coupler has two input terminals and two output terminals, and the two outputs / RTI > can have a phase difference of? / 2 to 3? / 2.
하나의 실시예로 상기 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나는 각각 CPW(coplanar waveguide) 다이폴 안테나(dipole antenna)일 수 있다. In one embodiment, the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna may be CPW (coplanar waveguide) dipole antennas.
하나의 실시예로 상기 제1 안테나, 제3 안테나 및 상기 제1 빔포밍 회로는 제1 기판 상에 배치되고, 상기 제2 안테나, 제4 안테나, 상기 제2 빔포밍 회로는 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 적층된 구조를 갖을 수 있다. In one embodiment, the first antenna, the third antenna, and the first beamforming circuit are disposed on a first substrate, and the second antenna, the fourth antenna, and the second beamforming circuit are disposed on a second substrate And the first substrate and the second substrate may have a laminated structure.
하나의 실시예로 상기 빔포밍 안테나는 디지털 티비용 안테나일 수 있다.In one embodiment, the beamforming antenna may be a digital TV antenna.
상기와 같은 본 발명은 빔포밍 안테나의 소형화가 가능하며 복수 개의 안테나를 이용한 다이버시티 또는 스위칭을 통한 안테나의 지향성 특성을 이용함으로써 안테나의 성능 향상이 가능하다. As described above, the beamforming antenna of the present invention can be downsized and the performance of the antenna can be improved by utilizing the directivity characteristic of the antenna through diversity or switching using a plurality of antennas.
본 발명은 기존 빔포밍 안테나 대비 소형화가 가능하므로 고집적화에 최적화될 수 있다. The present invention can be miniaturized as compared with conventional beam-forming antennas, and thus can be optimized for high integration.
본 발명은 기존 빔포밍 안테나에 사용되는 위상변위 회로가 없어 손실을 최소화시킬 수 있다. The present invention minimizes loss because there is no phase shift circuit used in conventional beamforming antennas.
본 발명은 서로 다른 4개의 안테나를 이용함으로써 다이버시티 이득(Diversity Gain)을 얻을 수 있다. In the present invention, a diversity gain can be obtained by using four different antennas.
도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating a beamforming antenna according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1b는 도 1a의 빔포밍 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1B is a view for explaining the configuration of the beam-forming antenna of FIG. 1A.
도 2a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나를 설명하기 위한 개념도이다. 2A is a conceptual diagram illustrating a beamforming antenna according to another embodiment of the present invention.
도 2b는 도 2a의 빔포밍 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2B is a diagram for explaining the configuration of the beam-forming antenna of FIG. 2A.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판과 제2 기판의 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다. 3A is a view for explaining an antenna arrangement of a first substrate and a second substrate according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판과 제2 기판의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다. 3B is a view for explaining a lamination structure of a first substrate and a second substrate according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나의 정재파비(VSWR)을 측정한 결과이다. 4 is a result of measuring the VSWR of the beam-forming antenna according to the embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제4 안테나의 방사 특성을 측정한 결과이다. 5A to 5D are measurement results of the radiation characteristics of the first to fourth antennas according to the embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 안테나의 주파수에 따른 방사특성을 측정한 결과이다. 6A to 6D are measurement results of radiation characteristics according to frequency of a second antenna according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나를 설명하기 위한 개념도이고, 도 1b는 도 1a의 빔포밍 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판과 제2 기판의 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판과 제2 기판의 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1A is a conceptual view for explaining a beam-forming antenna according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a view for explaining a configuration of a beam-forming antenna of FIG. 1A, FIG. 3B is a view for explaining the stacking structure of the first substrate and the second substrate according to the embodiment of the present invention. FIG.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나(1000)는 어레이 안테나부(110), 빔포밍 회로부(120), 다이버시티 모듈(130), 제어부(140) 및 입/출력부(150)를 포함할 수 있다. 1A and 1B, a beam-forming antenna 1000 according to an embodiment of the present invention includes an array antenna unit 110, a beam forming circuit unit 120, a diversity module 130, a control unit 140, / Output unit 150, as shown in FIG.
어레이 안테나부(110)는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있다. 일 예로 복수 개의 안테나는 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)를 포함할 수 있다. 일 예로 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)로는 무지향성 안테나가 사용될 수 있고, 예를 들면, CPW(coplanar waveguide) 다이폴 안테나(dipole antenna)가 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)로 각각 사용될 수 있다. The array antenna unit 110 may include a plurality of antennas. For example, the plurality of antennas may include a first antenna 112, a second antenna 114, a third antenna 116, and a fourth antenna 118. For example, a non-directional antenna may be used as the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116 and the fourth antenna 118, and a coplanar waveguide (CPW) dipole antenna a dipole antenna may be used as the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116 and the fourth antenna 118, respectively.
제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)는 송/수신 안테나로 사용될 수 있으나 디지털 티비 신호 수신용 안테나로 사용되는 것이 바람직하다. The first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 may be used as transmit / receive antennas, but are preferably used as antennas for receiving digital TV signals.
일 예로 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)는 하나의 기판 상에 배치되고, 제1 안테나(112)와 제3 안테나(116)이 서로 마주보도록 배치되며, 제2 안테나(114)와 제4 안테나(118)이 서로 마주보도록 배치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기판의 중심을 기준으로 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118)는 서로 90° 간격을 두고 배치되어 있을 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나(1000)가 전방향성을 가지면서도 디지털 티비 신호 수신용 안테나로서 동작 주파수 470 내지 800㎒에서 우수한 성능을 발휘하기 위함이다. For example, the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 are disposed on one substrate, and the first antenna 112 and the third antenna 116 And the second antenna 114 and the fourth antenna 118 may be disposed so as to face each other. The first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 may be disposed at intervals of 90 degrees with respect to the center of the substrate. This is because the beam-forming antenna 1000 according to the embodiment of the present invention is an omnidirectional antenna for receiving digital TV signals and exhibits excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz.
소형화를 위한 상기 기판은 150mm X 150mm 사이즈를 갖는 PCB 기판일 수 있고, 외부 간섭을 최소화하기 위하여 어레이 안테나부(110), 빔포밍 회로부(120) 및 다이버시티 모듈(130)은 상기 기판의 일면에 배치되고, 제어부(140) 및 입/출력부(150)는 상기 기판의 일면과 반대되는 타면에 배치되도록 구성될 수 있다. The substrate for miniaturization may be a PCB substrate having a size of 150 mm x 150 mm and the array antenna unit 110, the beam forming circuit unit 120 and the diversity module 130 may be mounted on one surface of the substrate And the control unit 140 and the input / output unit 150 may be disposed on the other surface opposite to the one surface of the substrate.
일 예로 제1 안테나(112)와 제3 안테나(116)는 빔포밍 안테나(1000)의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있고, 제2 안테나(114)와 제4 안테나(118)는 빔포밍 안테나(1000)의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이는 디지털 티비 신호 수신용 안테나로서 동작 주파수 470 내지 800㎒에서 우수한 성능을 발휘함과 동시에 빔포밍 안테나(1000)의 소형화를 이루기 위함이다. For example, the first antenna 112 and the third antenna 116 are spaced 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 1000, and the second antenna 114 and The fourth antenna 118 is preferably spaced a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 1000. This is an antenna for receiving a digital TV signal so as to exhibit excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz and at the same time to achieve miniaturization of the beam forming antenna 1000.
다른 일 예로 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 안테나(112), 제3 안테나(116) 및 제1 빔포밍 회로(122)는 제1 기판(20) 상에 배치되고, 제2 안테나(114), 제4 안테나(118), 제2 빔포밍 회로(124)는 제2 기판(10) 상에 배치되며, 제1 기판(20)과 제2 기판(10)은 적층된 구조를 갖을 수 있다. 빔포밍 안테나(1000)의 소형화를 위하여는 적층 구조가 불리한 점이 있지만 빔포밍 안테나(1000)의 성능 또한 중요한 사항이므로 보다 좋은 안테나 성능을 확보하기 위하여 도 3b에 도시된 바와 같은 적층된 구조가 채용될 수도 있다. 3A and 3B, a first antenna 112, a third antenna 116, and a first beamforming circuit 122 are disposed on a first substrate 20, and a second antenna (not shown) The first substrate 20 and the second substrate 10 may have a stacked structure. The first substrate 20 and the second substrate 10 may have a stacked structure, have. In order to miniaturize the beam-forming antenna 1000, the laminated structure is disadvantageous. However, since the performance of the beam-forming antenna 1000 is also important, a laminated structure as shown in FIG. 3B is employed in order to secure a better antenna performance It is possible.
빔포밍 회로부(120)는 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배할 수 있다. 일 예로 빔포밍 회로부(120)는 제1 빔포밍 회로(122) 및 제2 빔포밍 회로(124)를 포함하며, 제1 안테나(112) 및 제3 안테나(116)는 제1 빔포밍 회로(122)와 연결되어 있고, 제2 안테나(114) 및 제4 안테나(118)는 제2 빔포밍 회로(124)와 연결되어 있다. 빔포밍 회로부(120)를 통해 신호가 강하게 입사되는 방향으로 안테나를 지향되도록 하여 안테나의 수신 성능을 향상시킬 수 있고, 4개의 안테나(112, 114, 116, 118) 모두를 활성화하여 전방향성을 가지도록 조정할 수 있다. The beam forming circuit unit 120 is connected to a plurality of antennas and can distribute a signal transmitted through the antenna. The beamforming circuit portion 120 includes a first beamforming circuit 122 and a second beamforming circuit 124. The first antenna 112 and the third antenna 116 are connected to a first beamforming circuit 122 and the second antenna 114 and the fourth antenna 118 are connected to the second beam forming circuit 124. [ It is possible to improve the reception performance of the antenna by directing the antenna in a direction in which the signal is strongly incident through the beam forming circuit unit 120 and to activate all four antennas 112, 114, 116, .
제1 빔포밍 회로(122) 및 제2 빔포밍 회로(124)는 각각 하이브리드 커플러이고, 하이브리드 커플러(122, 124)는 각각 2개의 입력단자와 2개의 출력단자를 구비하고 있으며, 출력단자로부터 출력되는 2개의 출력의 위상차는 π/2 내지 3π/2를 갖을 수 있다. 일 예로 제1 안테나(112) 및 제3 안테나(116)의 출력은 제1 빔포밍 회로(122)의 2개의 입력에 각각 연결될 수 있고 제2 안테나(114) 및 제4 안테나(118)의 출력은 제2 빔포밍 회로(124)의 2개의 입력에 각각 연결될 수 있다. The first beamforming circuit 122 and the second beamforming circuit 124 are hybrid couplers and the hybrid couplers 122 and 124 each have two input terminals and two output terminals, The phase difference of the two outputs may be between? / 2 and 3? / 2. For example, the outputs of the first antenna 112 and the third antenna 116 may be respectively coupled to the two inputs of the first beamforming circuit 122 and the outputs of the second antenna 114 and the fourth antenna 118 May be coupled to two inputs of a second beamforming circuit 124, respectively.
다이버시티 모듈(130)은 빔포밍 회로부(120)와 연결되고, 상기 신호를 다이버시티할 수 있다. 상기 신호는 안테나를 통해 전달되는 신호로서 송신 또는 수신 신호를 의미할 수 있고, 디지털 티비 신호 수신용 안테나로 사용되는 경우에는 안테나를 통하여 수신되는 신호를 의미할 수 있다. The diversity module 130 is connected to the beam forming circuit unit 120 and is capable of diversifying the signal. The signal may be a signal transmitted through an antenna or a signal received through an antenna when used as an antenna for receiving a digital TV signal.
다이버시티는 페이딩의 영향을 줄이기 위해 전계 강도 또는 신호 대 잡음비(S/N)가 다른 여러 개의 수신 신호를 합성하거나 바꾸어 단일 신호 출력을 얻는 수신 방식으로 서로 다른 전파로 편파(偏波), 주파수 및 입사각 등을 단독으로 조합하거나 다시 이들을 상호 조합하는 방식을 수행될 수 있다. In order to reduce the influence of fading, diversity is a reception method in which a plurality of reception signals having different electric field intensities or signal to noise ratios (S / N) are combined or changed to obtain a single signal output. Incident angle, and the like may be combined, or a combination of these may be performed.
제어부(140)는 다이버시티 모듈(130)을 제어할 수 있다. 일 예로 제어부(140)는 아래와 같은 3가지 방식으로 다이버시티 모듈을 제어할 수 있다.The control unit 140 may control the diversity module 130. [ For example, the controller 140 may control the diversity module in the following three ways.
제1 방식은 DOA(Direction of Arrival)기반 알고리즘으로 이 방식에서는 먼저 신호의 입사 방향을 방향 탐지 알고리즘을 사용하여 찾고, 찾은 방향에 대하여 빔 성형을 수행하는 방식이다. 제2 방식은 트레이닝 시퀀스 기반 알고리즘(training sequence based algorithm)으로, 트레이닝 시퀀스(training sequence), 즉 사전에 미리 알고 있는 신호를 근거로 하여 빔 패턴(beam pattern)을 구하는 방식이다. 이러한 트레이닝 시퀀스 기반 알고리즘 방식에는 SMI(Sample Matrix Inversion), LMS(Least Means Square), RLS(Recursive Least Square) 등이 있다. 제3 방식은 블라인드 스마트 안테나 알고리즘(blind smart antenna algorithm)으로, 트레이닝 시퀀스를 사용하지 않고 다만 신호의 특성만을 이용하여 빔 패턴을 결정하는 방식이다. 이와 같은 방식을 통하여 적절하게 빔포밍을 수행함으로써 빔포밍 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다. The first method is a DOA (Direction of Arrival) based algorithm. In this method, the direction of incidence of the signal is first detected by using a direction detection algorithm, and beam forming is performed on the detected direction. The second scheme is a training sequence based algorithm, which obtains a beam pattern based on a training sequence, that is, a previously known signal. These training sequence-based algorithms include SMI (Sample Matrix Inversion), LMS (Least Means Square), and RLS (Recursive Least Square). The third scheme is a blind smart antenna algorithm, which determines a beam pattern using only the characteristics of a signal without using a training sequence. The performance of the beamforming antenna can be improved by appropriately performing beamforming through such a method.
입/출력부(150)는 다이버시티 모듈(130)과 연결될 수 있다. 일 예로 입/출력부(150)는 RF 커넥터일 수 있고, SMA 마운트 타입일 수 있다. 일 예로 다이버시티 모듈(130)을 통하여 수신되는 신호는 입/출력부(150)를 통하여 디지털 티비로 수신될 수 있다. The input / output unit 150 may be connected to the diversity module 130. For example, the input / output unit 150 may be an RF connector and may be an SMA mount type. For example, a signal received through the diversity module 130 may be received on the digital TV through the input / output unit 150.
일 예로 어레이 안테나부(110), 빔포밍 회로부(120), 다이버시티 모듈(130), 제어부(140) 및 입/출력부(150)는 RF 케이블을 통하여 연결될 수 있다. For example, the array antenna unit 110, the beam forming circuit unit 120, the diversity module 130, the control unit 140, and the input / output unit 150 may be connected through an RF cable.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나(1000)의 이득은 -2dBi ~ 0dBi(typical)을 가질 수 있다. The gain of the beamforming antenna 1000 according to the embodiment of the present invention may have a value of -2 dBi to 0 dBi (typical).
도 2a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2b는 도 2a의 빔포밍 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2A is a conceptual view for explaining a beamforming antenna according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a view for explaining a configuration of the beamforming antenna of FIG. 2A.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나(2000)는 어레이 안테나부(210), 빔포밍 회로부(220), 스위칭 모듈(230), 제어부(240) 및 입/출력부(250)를 포함할 수 있다. 2A and 2B, a beamforming antenna 2000 according to another embodiment of the present invention includes an array antenna unit 210, a beam forming circuit unit 220, a switching module 230, a control unit 240, And an output unit 250. [
어레이 안테나부(210)는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있다. 일 예로 복수 개의 안테나는 제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)를 포함할 수 있다. 일 예로 제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)로는 무지향성 안테나가 사용될 수 있고, 예를 들면, CPW(coplanar waveguide) 다이폴 안테나(dipole antenna)가 제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)로 각각 사용될 수 있다. The array antenna unit 210 may include a plurality of antennas. For example, the plurality of antennas may include a first antenna 212, a second antenna 214, a third antenna 216, and a fourth antenna 218. For example, a non-directional antenna may be used as the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218, and a coplanar waveguide (CPW) a dipole antenna may be used as the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218, respectively.
제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)는 송/수신 안테나로 사용될 수 있으나 디지털 티비 신호 수신용 안테나로 사용되는 것이 바람직하다. The first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 may be used as transmit / receive antennas, but are preferably used as antennas for receiving digital TV signals.
일 예로 제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)는 하나의 기판 상에 배치되고, 제1 안테나(212)와 제3 안테나(216)이 서로 마주보도록 배치되며, 제2 안테나(214)와 제4 안테나(218)이 서로 마주보도록 배치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기판의 중심을 기준으로 제1 안테나(212), 제2 안테나(214), 제3 안테나(216) 및 제4 안테나(218)는 서로 90° 간격을 두고 배치되어 있을 수 있다. 이는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나(2000)가 전방향성을 가지면서도 디지털 티비 신호 수신용 안테나로서 동작 주파수 470 내지 800㎒에서 우수한 성능을 발휘하기 위함이다. For example, the first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 are disposed on one substrate, and the first antenna 212 and the third antenna 216 And the second antenna 214 and the fourth antenna 218 may be arranged to face each other. The first antenna 212, the second antenna 214, the third antenna 216, and the fourth antenna 218 may be disposed at intervals of 90 ° from each other with respect to the center of the substrate. This is because the beam-forming antenna 2000 according to another embodiment of the present invention is an omnidirectional antenna for receiving digital TV signals and exhibits excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz.
소형화를 위한 상기 기판은 150mm X 150mm 사이즈를 갖는 PCB 기판일 수 있고, 외부 간섭을 최소화하기 위하여 어레이 안테나부(210), 빔포밍 회로부(220) 및 다이버시티 모듈(230)은 상기 기판의 일면에 배치되고, 제어부(240) 및 입/출력부(250)는 상기 기판의 일면과 반대되는 타면에 배치되도록 구성될 수 있다. The substrate for miniaturization may be a PCB substrate having a size of 150 mm x 150 mm and the array antenna unit 210, the beam forming circuit unit 220 and the diversity module 230 may be mounted on one surface of the substrate in order to minimize external interference. And the control unit 240 and the input / output unit 250 may be disposed on opposite sides of one side of the substrate.
일 예로 제1 안테나(212)와 제3 안테나(216)는 빔포밍 안테나(2000)의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있고, 제2 안테나(214)와 제4 안테나(218)는 빔포밍 안테나(2000)의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이는 디지털 티비 신호 수신용 안테나로서 동작 주파수 470 내지 800㎒에서 우수한 성능을 발휘함과 동시에 빔포밍 안테나(2000)의 소형화를 이루기 위함이다. The first antenna 212 and the third antenna 216 are separated from each other by a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 2000, The fourth antenna 218 is preferably spaced 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the beamforming antenna 2000. This is an antenna for receiving a digital TV signal so as to exhibit excellent performance at an operating frequency of 470 to 800 MHz and to achieve miniaturization of the beam forming antenna 2000.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 빔포밍 안테나(2000)의 경우에도 제1 안테나(212), 제3 안테나(216) 및 제1 빔포밍 회로(222)는 제1 기판(20) 상에 배치되고, 제2 안테나(214), 제4 안테나(218), 제2 빔포밍 회로(224)는 제2 기판(10) 상에 배치되며, 제1 기판(20)과 제2 기판(10)은 적층된 구조를 갖을 수 있다. 3A and 3B, the first antenna 212, the third antenna 216, and the first beamforming circuit 222 are formed on the first substrate 20, The second antenna 214, the fourth antenna 218 and the second beam forming circuit 224 are disposed on the second substrate 10 and the first substrate 20 and the second substrate 10 ) May have a laminated structure.
빔포밍 회로부(220)는 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배할 수 있다. 일 예로 빔포밍 회로부(220)는 제1 빔포밍 회로(222) 및 제2 빔포밍 회로(224)를 포함하며, 제1 안테나(212) 및 제3 안테나(216)는 제1 빔포밍 회로(222)와 연결되어 있고, 제2 안테나(214) 및 제4 안테나(218)는 제2 빔포밍 회로(224)와 연결되어 있다. 빔포밍 회로부(214)를 통해 신호가 강하게 입사되는 방향으로 안테나를 지향되도록 하여 안테나의 수신 성능을 향상시킬 수 있다. The beamforming circuit unit 220 is connected to a plurality of antennas, and can distribute a signal transmitted through the antenna. For example, the beamforming circuitry 220 includes a first beamforming circuit 222 and a second beamforming circuit 224, wherein the first antenna 212 and the third antenna 216 are coupled to a first beamforming circuit 222 and the second antenna 214 and the fourth antenna 218 are connected to the second beamforming circuit 224. The reception performance of the antenna can be improved by orienting the antenna in the direction in which the signal is strongly incident through the beam forming circuit 214. [
제1 빔포밍 회로(222) 및 제2 빔포밍 회로(224)는 각각 하이브리드 커플러이고, 하이브리드 커플러(222, 224)는 각각 2개의 입력단자와 2개의 출력단자를 구비하고 있으며, 출력단자로부터 출력되는 2개의 출력의 위상차는 π/2 내지 3π/2를 갖을 수 있다. 일 예로 제1 안테나(212) 및 제3 안테나(216)의 출력은 제1 빔포밍 회로(222)의 2개의 입력에 각각 연결될 수 있고 제2 안테나(214) 및 제4 안테나(218)의 출력은 제2 빔포밍 회로(224)의 2개의 입력에 각각 연결될 수 있다. The first beam-forming circuit 222 and the second beam-forming circuit 224 are hybrid couplers, and the hybrid couplers 222 and 224 have two input terminals and two output terminals, respectively. The phase difference of the two outputs may be between? / 2 and 3? / 2. The output of the first antenna 212 and the output of the third antenna 216 may be coupled to the two inputs of the first beamforming circuit 222 and the output of the second antenna 214 and the output of the fourth antenna 218, May be coupled to two inputs of a second beamforming circuit 224, respectively.
스위칭 모듈(230)은 빔포밍 회로부(220)와 연결되고, 상기 신호를 스위칭할 수 있다. 상기 신호는 안테나를 통해 전달되는 신호로서 송신 또는 수신 신호를 의미할 수 있고, 디지털 티비 신호 수신용 안테나로 사용되는 경우에는 안테나를 통하여 수신되는 신호를 의미할 수 있다. 스위칭 모듈(230)은 빔포밍 회로부(214)가 신호가 강하게 입사되는 방향으로 안테나가 지향되도록 하여 4개의 안테나(212, 214, 216, 218) 중 하나의 안테나가 활성화되도록 할 수 있어 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 일 예로 스위칭 모듈(230)로는 RF 스위치 중 SP4T(Single Pole 4 Throw) 스위치가 사용될 수 있다. The switching module 230 is connected to the beam forming circuit unit 220 and can switch the signal. The signal may be a signal transmitted through an antenna or a signal received through an antenna when used as an antenna for receiving a digital TV signal. The switching module 230 can direct one of the four antennas 212, 214, 216, and 218 to be activated so that the beam forming circuit 214 directs the antenna in a direction in which the signal is strongly incident, Can be improved. For example, as the switching module 230, a SP4T (Single Pole 4 Throw) switch among RF switches may be used.
제어부(240)는 스위칭 모듈(230)을 제어할 수 있다. 일 예로 제어부(240)는 스위칭 모듈(230)의 하나의 입력 포트와 4개의 출력 포트 중 하나의 출력 포트만을 전기적으로 소통가능하도록 연결하는 방식을 통하여 스위칭 모듈(230)을 제어할 수 있다. The control unit 240 may control the switching module 230. For example, the control unit 240 may control the switching module 230 by connecting only one input port of the switching module 230 and one output port of the four output ports so as to be electrically communicable.
입/출력부(250)는 스위칭 모듈(230)과 연결될 수 있다. 일 예로 입/출력부(250)는 RF 커넥터일 수 있고, SMA 마운트 타입일 수 있다. 일 예로 스위칭 모듈(230)을 통하여 수신되는 신호는 입/출력부(250)를 통하여 디지털 티비로 수신될 수 있다. The input / output unit 250 may be connected to the switching module 230. For example, the input / output unit 250 may be an RF connector and may be an SMA mount type. For example, a signal received through the switching module 230 may be received on the digital TV through the input / output unit 250.
일 예로 어레이 안테나부(210), 빔포밍 회로부(220), 스위칭 모듈(230), 제어부(240) 및 입/출력부(250)는 RF 케이블을 통하여 연결될 수 있다. For example, the array antenna unit 210, the beam forming circuit unit 220, the switching module 230, the control unit 240, and the input / output unit 250 may be connected through an RF cable.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 안테나(2000)의 이득은 -2.5dBi ~ -0.5dBi(typical)을 가질 수 있다. The gain of the beamforming antenna 2000 according to another embodiment of the present invention may have a value of -2.5 dBi to -0.5 dBi (typical).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 안테나의 정재파비(VSWR)을 측정한 결과이다. 4 is a result of measuring the VSWR of the beam-forming antenna according to the embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제1 안테나(112)의 정재파비(VSWR1), 제2 안테나(114)의 정재파비(VSWR2), 제3 안테나(116)의 정재파비(VSWR3), 제4 안테나(118)의 정재파비(VSWR4)가 동일한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 4개의 안테나의 성능이 모두 양호한 것을 확인할 수 있다. 4, the VSWR1 of the first antenna 112, the VSWR2 of the second antenna 114, the VSWR3 of the third antenna 116, and the VSWR3 of the fourth antenna 118 (VSWR4) exhibits the same characteristics, and it can be confirmed that the performances of the four antennas are all good.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제4 안테나의 방사 특성을 측정한 결과이다. 5A to 5D are measurement results of the radiation characteristics of the first to fourth antennas according to the embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 제1 안테나(112), 제2 안테나(114), 제3 안테나(116) 및 제4 안테나(118) 모두 방사 특성 및 지향성이 우수한 것을 확인할 수 있고, 4개의 안테나가 서로 직교하는 형태로 배치시킴으로써 서로 다른 방사 패턴을 갖도록 하는 것이 가능하다. 5A and 5B, both the first antenna 112, the second antenna 114, the third antenna 116, and the fourth antenna 118 are excellent in radiation characteristics and directivity, and four It is possible to have different radiation patterns by arranging the antennas to be orthogonal to each other.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 안테나의 주파수에 따른 방사특성을 측정한 결과이다. 6A to 6D are measurement results of radiation characteristics according to frequency of a second antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 동작 주파수 영역 내에서 방사 특성과 지향성에 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있고, 동작 주파수 영역 내에서의 성능이 주파수 변경에 따라 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있다. 6A to 6D, it can be seen that there is no significant change in the radiation characteristic and the directivity within the operating frequency range, and it can be seen that there is no significant difference in performance within the operating frequency range according to the frequency change.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

Claims (11)

  1. 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 안테나부; An array antenna unit including a plurality of antennas;
    상기 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 상기 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배하는 빔포밍 회로부; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna;
    상기 빔포밍 회로부와 연결되고, 상기 신호를 다이버시티하는 다이버시티 모듈; A diversity module coupled to the beamforming circuitry for diversifying the signal;
    상기 다이버시티 모듈을 제어하는 제어부; 및 A control unit for controlling the diversity module; And
    상기 다이버시티 모듈과 연결된 입/출력부를 포함하는, 빔포밍 안테나.And an input / output unit connected to the diversity module.
  2. 복수 개의 안테나를 포함하는 어레이 안테나부; An array antenna unit including a plurality of antennas;
    상기 복수 개의 안테나와 각각 연결되고, 상기 안테나를 통해 전달되는 신호를 분배하는 빔포밍 회로부; A beam forming circuit unit connected to the plurality of antennas and distributing a signal transmitted through the antenna;
    상기 빔포밍 회로부와 연결되고, 상기 신호를 스위칭하는 스위칭 모듈; A switching module connected to the beam forming circuit and switching the signal;
    상기 스위칭 모듈을 제어하는 제어부; 및 A control unit for controlling the switching module; And
    상기 스위칭 모듈과 연결된 입/출력부를 포함하는, 빔포밍 안테나. And an input / output section connected to the switching module.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3. The method according to claim 1 or 2,
    상기 복수 개의 안테나는, Wherein the plurality of antennas comprises:
    제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함하고, A first antenna, a second antenna, a third antenna, and a fourth antenna,
    상기 빔포밍 회로부는, The beamforming circuit unit includes:
    제1 빔포밍 회로 및 제2 빔포밍 회로를 포함하며, A first beamforming circuit and a second beamforming circuit,
    상기 제1 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 빔포밍 회로와 연결되어 있고, Wherein the first antenna and the third antenna are connected to the first beamforming circuit,
    상기 제2 안테나 및 상기 제4 안테나는 상기 제2 빔포밍 회로와 연결되어 있는, 빔포밍 안테나. And the second antenna and the fourth antenna are connected to the second beamforming circuit.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나는 하나의 기판 상에 배치되고, The first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed on one substrate,
    상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나, 상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는 각각 서로 마주보도록 배치되어 있으며, The first antenna, the third antenna, the second antenna, and the fourth antenna are arranged to face each other,
    상기 기판의 중심을 기준으로 상기 제1 안테나, 상기 제2 안테나, 상기 제3 안테나 및 상기 제4 안테나는 서로 90° 간격을 두고 배치되어 있는, 빔포밍 안테나. Wherein the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are disposed at 90 DEG intervals from each other with respect to the center of the substrate.
  5. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나는, Wherein the first antenna and the third antenna comprise:
    상기 빔포밍 안테나의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는, 빔포밍 안테나. Wherein the beamforming antenna is spaced a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beamforming antenna.
  6. 제5항에 있어서, 6. The method of claim 5,
    상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는, Wherein the second antenna and the fourth antenna comprise:
    상기 빔포밍 안테나의 최대 동작 주파수에 대응하는 제1 파장의 0.15 내지 0.35배 거리만큼 이격되어 있는, 빔포밍 안테나.Wherein the beamforming antenna is spaced a distance of 0.15 to 0.35 times the first wavelength corresponding to a maximum operating frequency of the beamforming antenna.
  7. 제6항에 있어서, The method according to claim 6,
    상기 동작 주파수는, The operating frequency may be,
    470 내지 800㎒인, 빔포밍 안테나. 470 to 800 MHz.
  8. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제1 빔포밍 회로 및 제2 빔포밍 회로는 각각 하이브리드 커플러이고, Wherein the first beamforming circuit and the second beamforming circuit are hybrid couplers,
    상기 하이브리드 커플러는 2개의 입력단자와 2개의 출력단자를 구비하고 있으며, 상기 출력단자로부터 출력되는 2개의 출력의 위상차는 π/2 내지 3π/2를 갖는, 빔포밍 안테나. Wherein the hybrid coupler has two input terminals and two output terminals, and the phase difference between the two outputs output from the output terminal is in a range of? / 2 to 3? / 2.
  9. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나는 각각 CPW(coplanar waveguide) 다이폴 안테나(dipole antenna)인, 빔포밍 안테나. Wherein the first antenna, the second antenna, the third antenna, and the fourth antenna are coplanar waveguide (CPW) dipole antennas, respectively.
  10. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제1 안테나, 제3 안테나 및 상기 제1 빔포밍 회로는 제1 기판 상에 배치되고, Wherein the first antenna, the third antenna, and the first beamforming circuit are disposed on a first substrate,
    상기 제2 안테나, 제4 안테나, 상기 제2 빔포밍 회로는 제2 기판 상에 배치되며, Wherein the second antenna, the fourth antenna, and the second beamforming circuit are disposed on a second substrate,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 적층된 구조를 갖는, 빔포밍 안테나. Wherein the first substrate and the second substrate have a laminated structure.
  11. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 빔포밍 안테나는 디지털 티비용 안테나인, 빔포밍 안테나. Wherein the beam-forming antenna is a digital TV antenna.
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