WO2022035109A1 - 안테나 장치 - Google Patents

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WO2022035109A1
WO2022035109A1 PCT/KR2021/010106 KR2021010106W WO2022035109A1 WO 2022035109 A1 WO2022035109 A1 WO 2022035109A1 KR 2021010106 W KR2021010106 W KR 2021010106W WO 2022035109 A1 WO2022035109 A1 WO 2022035109A1
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heat dissipation
antenna
dissipation housing
filter
housing
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PCT/KR2021/010106
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김덕용
지교성
유치백
강성만
최오석
서용원
양형석
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주식회사 케이엠더블유
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    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device (ANTENNA APPARATUS), and more particularly, by removing the radome of the conventional antenna device and arranging the radiating element in the front housing of the antenna device, heat dissipation performance is improved, slimming is possible, and manufacturing cost of the product It relates to an antenna device that can save
  • a base station antenna including a repeater used in a mobile communication system has various shapes and structures, and has a structure in which a plurality of radiating elements are appropriately disposed on at least one reflecting plate that is usually erected in the longitudinal direction.
  • the radiating element made of a dielectric substrate made of plastic or ceramic is usually plated and bonded to a PCB (printed circuit board) through soldering. The method is widely used.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an antenna device according to the prior art.
  • a plurality of radiating elements 35 are output in a desired direction to facilitate beam forming to the front side of the antenna housing body 10 in the beam output direction. It is arranged to be exposed, and for protection from the external environment, a radome 50 is mounted on the front end of the antenna housing body 10 with a plurality of radiating elements 35 interposed therebetween.
  • the antenna housing body 10 is provided in the shape of a thin rectangular parallelepiped enclosure with an open front surface, and a plurality of heat dissipation fins 11 are integrally formed on the rear surface, and the antenna housing body 10 is stacked on the rear of the interior.
  • the main board 20 and the antenna board 30 stacked on the front of the interior of the antenna housing body 10 are included.
  • a plurality of power supply-related component elements for calibration power supply control are mounted, and the heat of the elements generated during the power feeding process is rearwardly radiated through a plurality of heat dissipation fins 11 at the rear of the antenna housing body 10 . do.
  • the PSU board 40 on which the PSU (Power Supply Unit) elements are mounted is stacked or disposed at the same height, and heat generated from the PSU elements
  • the rear heat is radiated through the PSU heat dissipation fins (16).
  • a plurality of RF filters 25 provided in a cavity filter type are disposed on the front surface of the main board 10
  • the rear surface of the antenna board 30 is disposed to be stacked on the front surface of the plurality of RF filters 25 .
  • a radome 50 may be installed so that radiation from it is made smoothly.
  • the front part of the antenna housing body 10 is shielded by the radome 50 so that the heat dissipation area is limited as much as the area of the radome 50, and the radiation
  • the elements 35 are also designed to transmit and receive RF signals only, so that the heat generated from the radiating elements 35 is not radiated forward, so that the heat generated inside the antenna housing body 10 is uniformly dissipated into the antenna housing.
  • the heat dissipation efficiency is greatly reduced because it has to be discharged to the rear of the main body 10 , and the demand for a new heat dissipation structure design to solve this problem is increasing.
  • the in-building due to the volume of the radome 50 and the volume occupied by the arrangement structure in which the radiating element 35 is spaced apart from the front surface of the antenna board 30, the in-building ( There is a problem in that it is very difficult to implement a base station with a slim size required for in-building) or 5G shadow areas.
  • the present invention has been devised to solve the above technical problem, and since the radome is deleted and the radiating element is disposed in the front housing of the antenna device, the heat dissipation performance is greatly improved by using both the front and rear housings of the antenna device for front and rear heat dissipation
  • An object of the present invention is to provide an antenna device.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna device capable of efficiently transferring heat inside the antenna housing to the front of the antenna device by using a filter as a heat transfer medium.
  • another object of the present invention is to provide an antenna device that can easily implement a base station of a slim size required for in-building installation or 5G shadow area, since it is possible to reduce the front and rear volume occupied by the conventional radome by deleting the radome. do it with
  • the antenna device is integrally formed between an antenna arrangement unit in which at least one radiating element is disposed on the front side, and adjacent antenna arrangement units among the at least one antenna arrangement unit, and is exposed to the outside air and generated from the rear side.
  • a front heat dissipation housing including a heat dissipation unit for transferring heat to the front, and a rear heat dissipation housing coupled to the front heat dissipation housing and provided with a filter for filtering RF signals and a main board on which the RF element is mounted; Heat generated in the filter is transferred to the front surface of the front heat radiation housing through contact with the rear surface of the front heat radiation housing using the filter itself as a heat transfer medium.
  • the antenna device a plurality of radiating elements for generating one of the double polarized wave;
  • the plurality of radiating elements are formed integrally between a plurality of antenna arrangement units disposed to be spaced apart from each other and adjacent antenna arrangement units among the plurality of antenna arrangement units so that the plurality of radiating elements are disposed on the front side, respectively, and heat generated from the rear by exposure to the outside air
  • the radiating element may include: an antenna patch circuit unit printed on a printed circuit board for a radiating element disposed in the antenna arrangement unit; and a radiation director formed of a conductive metal material and electrically connected to the antenna patch circuit unit.
  • the radiation director guides the radiation beam in a forward direction and simultaneously transfers heat generated from the rear of the printed circuit board for the radiation element to the front through heat conduction.
  • a PSU unit including a PSU substrate that is stacked in the inner space of the rear heat dissipation housing at the same height as the main board, and on which a plurality of electronic devices including PSU elements are mounted on either the front or the rear surface.
  • the heat generated at the rear of the printed circuit board for the radiating device may be defined as heat generated from the filter and the plurality of electronic devices.
  • the radiation director may be made of a thermally conductive material capable of thermal conduction.
  • a feeding line for supplying a feeding signal to the antenna patch circuit unit may be formed on the upper surface of the printed circuit board for the radiating element.
  • At least two of the antenna patch circuit unit and the radiation director form one antenna module, and the antenna module covers the antenna module cover to protect the antenna patch circuit part except for the radiation director exposed to the outside air. may further include.
  • a through hole is formed in one surface of the antenna module cover, and the radiation director is coupled to be exposed to outside air on the front surface of the antenna module cover, and may be electrically connected to the patch circuit unit through the through hole.
  • the antenna module cover is injection-molded, and a director fixing part fitted to a rear surface of the radiation director is provided on one surface of the antenna module cover, and at least one director is fixed to the director fixing part that can be coupled to the radiation director.
  • a protrusion is formed to protrude forward, and the spinning director may be fixed by being press-fitted into at least one director fixing groove formed to be depressed at a position corresponding to the at least one director fixing protrusion on the rear surface.
  • the antenna module cover may be injection molded, and a filter fixing hole for coupling with the filter may be formed through the antenna module cover.
  • the antenna module cover may be injection-molded, and at least one board fixing hole for screw fastening with the fixing screw to the printed circuit board for the radiating element may be formed through the antenna module cover.
  • At least one fixing boss is formed on the rear surface of the radiation director and exposed to the rear surface of the antenna module cover through the substrate fixing hole, and in the printed circuit board for the radiation element, the fixing screw is fixed It may be fixed to the rear surface of the antenna module cover by the operation of being fastened to the boss.
  • the fixing screw may be provided as a flat head screw that is fastened so that a rear end surface matches the rear surface of the filter.
  • the antenna module cover may be injection-molded, and at least one reinforcing rib may be integrally formed on one surface of the antenna module cover.
  • At least four positioning holes are formed in the printed circuit board for the radiating element, and the printed circuit board for the radiating element has at least two positioning protrusions formed on the rear surface of the antenna module cover provided to cover the front surface.
  • At least two positioning protrusions formed on the front surface of the front heat dissipation housing which are press-fitted and inserted into two positioning holes among the four positioning holes, and which are provided to be in close contact with the rear surface, are configured to position two of the four positioning holes. It can be inserted by press-fitting into the hole.
  • a thermal pad may be interposed between the filter and the rear surface of the front heat dissipation housing.
  • a field programmable gate array may be disposed on the upper surface of the main board, and heat generated from the FPGA may be transferred to a heat dissipation unit on the front surface of the front heat dissipation housing through the rear surface of the front heat dissipation housing.
  • FPGA field programmable gate array
  • the heat generated in the FPGA may be transferred via any one of a heat pipe or a vapor chamber connecting the FPGA and the rear surface of the front heat dissipation housing.
  • the filter is integrally formed with a clamshell that performs a signal blocking function at the rear end, and the heat generated inside the filter shielded by the crème shell is rearwardly radiated through the rear heat dissipation housing.
  • the filter is formed to protrude to the rear at the end of the crème shell and is fixed to the main board through a fixing pipe having an empty inside, and the main board has a heat exhaust via hole communicating with the fixing pipe can be formed.
  • the heat dissipation via hole may be plated with a thermally conductive material.
  • the front heat dissipation housing is made of a metal material, and the at least one antenna arrangement portion is disposed to be exposed to the outside air, and some of the heat generated toward the front of the main board as the rear of the front heat dissipation housing is the at least one The heat is radiated forward through the radiating element of the , and the rest is radiated forward through the front heat dissipation housing, and the heat generated in the rear of the main board may be dissipated rearward through the rear heat dissipation housing.
  • the following various effects can be achieved.
  • the radome which is a hindrance to heat dissipation in front of the antenna, is removed, and the radiating element is disposed so as to be exposed to the outside air in the front heat dissipation housing of the antenna device, so that heat dissipation is possible in the front and rear of the antenna device, thereby greatly improving the heat dissipation performance.
  • the radome which is an essential component of the conventional antenna device, can be removed, it has the effect of greatly reducing the manufacturing cost of the product.
  • the length of the heat dissipation fin of the rear heat dissipation housing can be reduced, so that the overall slim design of the product is easy.
  • heat dissipation is possible even through a radiation director that performs a radiation function of electromagnetic waves among the antenna modules, so that the heat radiation area of the front heat radiation housing can be maximized.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an antenna device according to the prior art
  • FIG. 2 is a front perspective view of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are a front view and a rear view of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an exploded perspective view showing the inner space of the antenna device shown in Figure 2
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 3A and a partially enlarged view thereof;
  • FIG. 6A and 6B are front and rear exploded perspective views showing the main board and the filter stacked in the inner space of the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a direct rear heat dissipation structure through the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 8A and 8B are front and rear exploded perspective views showing the installation of a sub-board and a shielding panel with respect to the main board in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view for explaining the electrical connection of the PSU unit to the main board in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 10 is an exploded perspective view for explaining the coupling state of the filter to the main board in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 11 is a partially cut-away perspective view for explaining the heat dissipation state through the rear heat dissipation housing of the heat generated from the filter in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 12A and 12B are front and rear exploded perspective views illustrating an assembly process of internal components for the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 13 is an exploded perspective view for explaining the assembly process of the outer members with respect to the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of the front side for explaining the installation of the antenna module to the front heat dissipation housing in the configuration of FIG. 2;
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the front side and the rear side showing an installation state of the front heat dissipation housing of the antenna module in the configuration of FIG. 14;
  • FIG. 16 is a perspective view showing an antenna module in the configuration of FIG. 14;
  • 17A and 17B are a front side exploded perspective view and a rear side exploded perspective view of FIG. 14;
  • FIG. 18 is a front view of the antenna module in the configuration of FIG. 14 and a cross-sectional and cut-away perspective view taken along line B-B.
  • antenna unit 100 front heat dissipation housing
  • antenna module cover 120 printed circuit board
  • FIG. 2 is a front perspective view of an antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 3A and 3B are front and rear views of the antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is shown in FIG. It is an exploded perspective view showing the internal space of the antenna device
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A and a partially enlarged view thereof.
  • the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2 , a front heat dissipation housing 100 forming a front exterior of the antenna device 1 and a rear exterior of the antenna device 1 . and a rear heat dissipation housing 200 to form.
  • the front heat dissipation housing 100 includes an antenna arrangement unit (refer to reference numeral '170' in FIG. 14 to be described later) in which at least one radiating element 116, 117 is disposed on the front side, and heat generated from the rear by exposure to the outside air. It includes a heat dissipation unit 105 to transmit to.
  • At least one antenna arrangement unit 170 is integrally formed on the front surface of the front heat dissipation housing 100 and is disposed to be spaced apart from each other, and the heat dissipation unit 105 fills the space between the adjacent antenna arrangement units 170 . It may be formed with respect to the entire front area of the front heat dissipation housing 100 .
  • the front heat dissipation housing 100 is provided with a metal material with excellent thermal conductivity so that the heat generated between the heat dissipation housing 200 and the rear heat dissipation housing 200 to be described later can be directly radiated forward.
  • the front surface of the front heat dissipation housing 100 may be largely divided into an antenna arrangement unit 170 and a heat dissipation unit 105 in appearance.
  • the remaining space except for the antenna arrangement unit 170 mainly functions as a heat dissipation unit 105
  • the heat dissipation unit 105 is in the form of a plurality of heat dissipation fins, and includes the front heat dissipation housing 100 and the front heat dissipation housing 100 to have a predetermined pattern shape. It is integrally formed, and heat generated in the internal space between the front heat dissipation housing 100 and the rear heat dissipation housing 200 can be rapidly radiated forward through the heat dissipation unit 150 provided in the form of the plurality of heat dissipation fins. .
  • one embodiment (1) of the antenna device according to the present invention compared to the prior art having a radome (raydome), the antenna device (1) by improving the structure in which the heat dissipation to the front is limited, the antenna device ( A new concept of heat dissipation structure that dissipates heat through all directions of 1) is proposed.
  • the area occupied by the existing radome can be converted into a heat dissipation area.
  • the entire area of the heat dissipation unit 105 excluding the area occupied by the antenna module 110 which will be described later, is converted into an available area capable of dissipating heat.
  • the radiation detector 117 in the configuration of the antenna module 110 with a metal material capable of heat conduction, it is possible to secure more heat dissipation available area.
  • the front heat dissipation housing 100 has a shape that covers the front end of the rectangular parallelepiped housing of the rear heat dissipation housing 200 to be described later, as shown in FIG. 3A , and may be provided as a substantially rectangular plate body.
  • An antenna arrangement unit 170 to which a plurality of antenna modules 110 to be described later are coupled may be formed flat on the front surface of the front heat dissipation housing 100 .
  • the plurality of antenna arrangement units 170 are formed to match the external appearance of the plurality of antenna modules 110 , and the plurality of antenna modules 110 are provided with a rectangular plate body formed elongated in the vertical direction, respectively, and each antenna Since the modules 110 are arranged in a matrix to be spaced apart by a predetermined distance in the left-right direction and the vertical direction, the plurality of antenna arrangement units 170 may also be arranged in the same shape on the front surface of the front heat dissipation housing 100 .
  • the heat generated from the plurality of PSU elements 417 of the PSU unit 400 to be described later is directly radiated through the heat dissipation unit 105, which facilitates direct heat dissipation.
  • the plurality of antenna arrangement units 170 may not be formed to do so.
  • the aforementioned heat dissipation unit 105 may be formed to be filled in the form of a plurality of heat dissipation fins.
  • the heat dissipation part 105 is a shape design for the dispersion or rapid discharge of the upward airflow of the rear row in which a plurality of rear heat dissipation fins 201 integrally formed in the rear heat dissipation housing 200, which will be described later, are dissipated. If the heat dissipation area through the heat dissipation housing 100 is increased, it may be formed in a sufficient shape.
  • the heat dissipation unit 105 does not necessarily have a shape for dispersing or rapidly discharging the upward airflow of the dissipated front heat (however, it is natural that such a shape increases heat dissipation performance), the front heat dissipation housing ( 100), it will be possible to adopt any shape as long as it increases the surface area.
  • the rear heat dissipation housing 200 is combined with the front heat dissipation housing 100 to form the rear exterior of the entire antenna device 1, and the rear heat dissipation housing 200 includes a plurality of filters 350 for filtering RF signals and , a main board 310 on which a plurality of RF devices (not shown) related thereto are mounted is provided.
  • the rear heat dissipation housing 200 is provided with a metal material with excellent thermal conductivity so that heat dissipation according to heat conduction is advantageous as a whole, is formed in a rectangular parallelepiped housing shape with a thin thickness in the approximately front and rear directions, and is formed with an open front inside, so that a plurality of RF
  • the internal space 200S in which the filter 350, various RF devices, and the main board 310 on which the FPGA (Field Programmable Gate Array, 317) is mounted is formed.
  • a plurality of rear heat dissipation fins 201 are integrally formed with the rear heat dissipation housing 200 to have a predetermined pattern shape, and the inner space of the rear heat dissipation housing 200 .
  • Heat generated at the rear side of the 200S may be directly radiated to the rear through the plurality of rear heat dissipation fins 201 .
  • the plurality of rear heat dissipation fins 201 are disposed to be inclined upward toward the left and right ends based on the central portion of the left and right width (refer to reference numerals 201a and 201b in FIG. 3B), and are radiated toward the rear of the rear heat dissipation housing 200
  • the heat dissipation fin 201 may be designed to form an upward airflow dispersed in the left and right directions of the rear heat dissipation housing 200 , respectively, to dissipate heat more quickly, but the shape of the heat dissipation fin 201 is not limited thereto.
  • the rear heat dissipation fin is located in the middle so that heat radiated by the blower fan module is discharged more quickly. It may be preferable to be formed parallel to the left end and the right end, respectively, in the blowing fan module disposed in the .
  • a bracket mounting part 205 to which a clamping device (not shown) for coupling the antenna device 1 to a holding pole (not shown) is coupled to a part of the plurality of rear heat dissipation fins 201 is integrally can be formed with
  • the clamping device is for adjusting the directionality of the antenna device 1 by rotating the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention installed at the tip of the antenna device 1 in the left and right direction or by tilting the antenna device 1 in the vertical direction. It can be configuration.
  • the heat generated around the plurality of filters 350 is directly used by the front heat dissipation housing 100 as a heat transfer medium, or the filter 170 ) as a heat transfer medium, it is transferred to the front of the front heat dissipation housing 100 through contact with the rear surface of the front heat dissipation housing 100 .
  • some of the heat generated inside the plurality of filters 350 may be directly radiated to the rear through the rear heat dissipation housing 200 . A detailed description thereof will be described later in more detail.
  • a clamshell in which a plurality of RF filters 350 perform functions of blocking and interfering with external electromagnetic waves is integrally formed and mounted at a preset position of the main board 310 .
  • a total of eight RF filters 350 are arranged adjacent to each other in the left and right directions, and the plurality of RF filters 350 are respectively arranged in the vertical direction.
  • a total of four columns are employed, but the present invention is not limited thereto, and it will be natural that the arrangement position and the number of RF filters 170 may be variously designed and modified.
  • the plurality of RF filters 3500 are each provided with a plurality of cavities therein, and a cavity filter for filtering the frequency band of the output signal versus the input signal through frequency control using a resonator of each cavity It can be employed and deployed.
  • the RF filter 170 is not necessarily limited to a cavity filter, and a ceramic waveguide filter is not excluded.
  • the RF filter 350 having a small thickness in the front-rear direction, is advantageous in designing a slimming implementation of the entire product.
  • the RF filter 350 may consider adopting a ceramic waveguide filter having an advantageous miniaturization design rather than a cavity filter having a limited front-rear thickness reduction design.
  • the RF filter 350 is used as a heat transfer medium to effectively dissipate the heat generated inside the antenna.
  • the use of a cavity filter may be preferred in that the heat generated in the filter 350 can be transferred to the front of the front heat dissipation housing 100 .
  • the heat generated by the RF filter 350 may be transferred to the front side of the front heat dissipation housing 100 through contact with the rear surface of the front heat dissipation housing 100, and between the filter 350 and the rear surface of the front heat dissipation housing 100 A thermal pad 109 (thermal pad) may be interposed.
  • the thermal pad 109 not only performs a function of smoothly transferring the heat generated by the filter 350 through surface contact with the front heat dissipation housing 100 , but also when assembling between the filter 350 and the front heat dissipation housing 100 . It also performs the function of resolving the tolerance.
  • the inner surface forming the inner space 200S of the rear heat dissipation housing 200 is formed in a shape in which the back surface of the main board 310 and the sub-board 320 to be described later are mated.
  • heat dissipation performance may be improved by increasing the thermal contact area with the rear surfaces of the main board 310 and the sub-board 320 .
  • a handle part ( 160) may be further installed.
  • various external mounting members 500 for cable connection with a base station device (not shown) and coordination of internal components may be through-assembled.
  • FIGS. 8A and 8B are front and rear exploded perspective views showing the main board and the filter stacked in the inner space of the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. 2, and FIG. 7 is a direct rear view through the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. It is an exploded perspective view showing a heat dissipation structure, and FIGS. 8A and 8B are front and rear exploded perspective views showing an installation state of a sub-board and a shielding panel with respect to the main board in the configuration of FIG. 2 , and FIG. 9 is a configuration of FIG. It is an exploded perspective view to explain the electrical connection of the PSU unit to the main board.
  • the antenna device 1 includes an antenna stack assembly 300 stacked in the inner space 200S of the rear heat dissipation housing 200 . can do.
  • the antenna stack assembly 300 is an RF filter stacked on the front side with respect to the main board 310 as referenced in FIGS. 6A and 6B , and includes a plurality of filters 350 and the main board 310 as a reference. It may include a sub-board 320 laminated on the rear surface.
  • the main board 310 is provided stacked in a plurality of layers, and a power supply circuit for feeding the plurality of filters 350 may be pattern printed inside or on the surface.
  • a power supply circuit for feeding the plurality of filters 350 may be pattern printed inside or on the surface.
  • the LNA element 312 among the plurality of feeding parts may be mounted, and a plurality of feeding connectors 360 for feeding connection to the plurality of filters 350 are inserted and mounted.
  • the sub-board 320 like the main board 310, on the front side, a power supply circuit 321 for feeding a plurality of filters 350 is pattern-printed in pairs as a transmission path and a reception path, respectively, and a plurality of The PA element 322 may be mounted among the power feeding parts of the .
  • the main board 310 has a plurality of penetrations so that the power supply circuit 321 and the PA element 322 on the front of the sub-board 320 stacked on the rear surface are exposed to the rear side of the plurality of filters 350 .
  • the portion 312 may be machined.
  • a clamshell (not shown) is integrally formed, and the rear end side of the plurality of filters 350 and the main board 310 and the sub-board A predetermined air layer is formed between the 320, and the heat generated from the LNA element 312 and the PA element 322, which are representative heating elements, is discharged through a heat dissipation via hole (reference numeral '357a in FIG. 11) formed in the main board 310. ') through the rear heat dissipation housing 200 side.
  • a plurality of FPGA elements 317a and RFIC elements 317b may be mounted and disposed.
  • the plurality of FPGA elements 317a and the plurality of RFIC elements 317b are semiconductor elements that emit a large amount of heat when driven, and are in direct thermal surface contact with the inner surface of the inner space 200S of the rear heat dissipation housing 200. It is adopted as a structure for dissipating rear heat through the rear heat dissipation housing 200 .
  • a thermal contact receiving surface 203a to which the surfaces of a plurality of FPGAs 317a and RFIC elements 317b are in direct thermal contact.
  • a thermal contact groove 203b in which a plurality of embossed pattern-printed or mounted protruding parts are accommodated may be formed to be recessed rearward. Accordingly, since all of the rear surfaces of the main board 310 and the sub-board 320 are in thermal surface contact with the inner surface of the rear heat dissipation housing 200 , it has the advantage of greatly improving the heat dissipation performance.
  • the shielding pad 330 may be laminated and coupled to the remaining portion of the front surface of the main board 310 , except for the portion occupied by the plurality of filters 350 .
  • the shielding pad 330 is disposed between the main board 310 and the front heat dissipation housing 100, except for the electrical signal line through the plurality of filters 350, the electrical components of the remainder of the area or signal influence by external electromagnetic waves. It is a shielding member to secure more stable signal performance by blocking.
  • the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6a and 6b, and FIG. 7 , a plurality of filters 350 and a PSU unit 400 for feeding the antenna module 110 . ) may be further included.
  • the PSU unit 400 is, as shown in FIGS. 6a and 6b and 7, the inner space 200S of the rear heat dissipation housing 200 at the same height as the main board 310 on the lower side of the main board 310. may be stacked on the
  • Such a PSU unit 400 includes a PSU substrate 410 and a plurality of electronic elements 419 including a plurality of PSU elements 417 disposed on either the front or rear surface of the PSU substrate 410 . can do.
  • the PSU unit 400 may be provided to distribute power to the main board 310 via a plurality of bus bars 340 . More specifically, the plurality of bus bars 340, as shown in FIGS. 6A and 6B and FIG. 9 , respectively, interconnect the left and right ends of the PSU substrate 410 and the main board 310 to each other. In particular, the plurality of bus bars 340 may be connected by an operation of being inserted into the connection hole 319 previously formed in the main board 310 .
  • the PSU element 417 and the electronic element 419 of the PSU unit 400 discharge a large amount of heat when driven, and as shown in FIG. 7 , the inner space 200S of the rear heat dissipation housing 200 In a portion occupied by the PSU substrate 410 , the thermal contact accommodating part 217 may be formed to be recessed rearward to correspond to the shapes of the PSU element 417 and the electronic element 419 . Accordingly, heat generated from the PSU element 417 and the electric element 419 of the PSU unit 400 may be rearwardly radiated using the rear heat dissipation housing 200 as a heat transfer medium.
  • the heat generated from the PSU unit 400 is dissipated to the rear through the rear heat dissipation housing 200, and although not shown, a vapor chamber or heat pipe structure provided separately as a heat transfer medium forward It will be understood that it is also possible to be provided so as to radiate heat forward toward the heat dissipation housing 100 .
  • the front heat dissipation through the front heat dissipation housing 100 has an advantageous structure.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view for explaining the coupling of the filter to the main board in the configuration of FIG. 2, and FIG. 11 is the heat generated from the filter in the configuration of FIG. It is a partially cut-away perspective view.
  • a plurality of filters as an RF filter (350) is mounted on the front surface of the main board (310).
  • the plurality of filters 350 are cavity filters provided with a clamshell integrally at the rear end of each, and are inserted into the filter assembly holes 317 formed in the main board 310 at the portions where the clamshells are formed to assemble.
  • At least one filter assembling protrusion 357 is formed for the purpose, and the filter assembling protrusion 357 may be formed in a tube shape with an empty interior.
  • the heat generated from the LNA element 312 and the PA element 322 in the air layer between the rear end of each of the plurality of filters 350 and the main board 310 and collected is a tube-shaped filter assembly protrusion 357 . And it is possible to easily dissipate heat toward the rear heat dissipation housing 200 through the heat dissipation via hole 357a formed in the main board 310 .
  • a pair of mainboard side coaxial connectors 353a electrically connected to the power supply connector 360 mounted on the main board 310 is provided, and a plurality of filters 350 are provided.
  • a pair of antenna-side coaxial connectors 353b electrically connected to the antenna module 110 disposed on the front surface of the front heat dissipation housing 100 may be provided at the front end of the .
  • a thermal pad 109 that mediates heat transfer to the rear surface of the front heat dissipation housing 100 is disposed at the front end of the plurality of filters 350 , and heat generated from each of the plurality of filters 350 is transferred to the front heat dissipation housing (100) is used as a heat transfer medium so that the front heat can be dissipated more quickly.
  • a screw fastening hole 359 for screw coupling using a set screw 351 to the front heat dissipation housing 100 is formed at the front end of the plurality of filters 350 , and the set screw 351 is a front heat dissipation
  • the front heat dissipation housing 100 may be laminatedly coupled to the front surface of the plurality of filters 350 by passing through the screw through hole 119 formed in the housing 100 and being fastened to the screw fastening hole 359 .
  • the heat generated by the filter 350 is directly in contact with the rear surface of the front heat dissipation housing 100 or the radiation director 117 during the configuration of the antenna module 110, so that the heat of the filter 3500 is It was confirmed that the effect of about 14 ⁇ 16 °C lower than that of the prior art.
  • This is not only the effect of the deletion of the radome, which was a conventional element of heat dissipation, but also the direct heat transfer (heat conduction) to the rear surface of the front heat dissipation housing 100 made of a material suitable for dissipating the heat of the filter 350 and the director 117 for radiation. It is understood that the effect of improving the heat transfer performance through
  • FIGS. 12A and 12B are front and rear side exploded perspective views illustrating an assembly process of internal components with respect to the rear heat dissipation housing in the configuration of FIG. It is an exploded perspective view for explaining.
  • the rear heat dissipation housing 200 is completely shielded and sealed by the assembly of the front heat dissipation housing 100 and the antenna module 110 to be described later, and a protective member such as a separate radome. will not require
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of the front side for explaining the installation of the antenna module to the front heat dissipation housing in the configuration of FIG. It is an exploded perspective view of the front side and the rear side
  • FIG. 16 is a perspective view showing the antenna module in the configuration of FIG. 14
  • FIGS. 17A and 17B are an exploded perspective view of the front side and the rear side of FIG. 14
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of FIG. It is a front view of the antenna module during construction and a cross-sectional view and a cut-away perspective view taken along line BB.
  • a plurality of radiating elements are required as an array antenna, and a plurality of radiating elements are narrow directional beams. Can be created to increase the concentration of radio waves in a specified direction.
  • a plurality of radiating elements dipole-type dipole antenna (Dipole antenna) or patch-type patch antenna (Patch antenna) is utilized with the highest frequency, and is designed and arranged to be spaced apart to minimize the signal interference between each other.
  • a radome for protecting the plurality of radiating elements from the outside is essential.
  • the antenna board on which the plurality of radiating elements and the plurality of radiating elements 130 are installed is not exposed to the outside air, so that the system heat generated due to the operation of the antenna device 1 is transferred to the outside. Heat dissipation was very limited.
  • the radiating element 117 of the antenna device 1 includes an antenna patch circuit 116 and It is formed of a conductive metal material and includes a radiation director 117 electrically connected to the antenna patch circuit unit 116 .
  • An antenna patch circuit unit 116 is printed on the printed circuit board 115 for the radiating element, and it is provided as a double polarization patch element that generates either a double polarized wave of either ⁇ 45 orthogonal polarization or vertical/horizontal polarization.
  • a feed line (not shown) for supplying a feed signal to the antenna patch circuit unit 116 is patterned to interconnect each of the antenna patch circuit units 116 .
  • the feeding line has to form a feeding line at the lower part of the printed circuit board on which the antenna patch circuit unit is mounted. It occupies the lower space of the circuit board 115, and there is a problem that acts as an element that prevents direct surface thermal contact between the filter 350 and the printed circuit board 115 for the radiating element, but in the embodiment of the present invention
  • the feeding line according to the pattern printing is formed on the same front surface as the printed circuit board 115 for the radiating element on which the antenna patch circuit unit 116 is pattern-printed, thereby simplifying the feed structure as well as printing the filter 350 and the radiating element. There is an advantage in that it is possible to secure a bonding space that is in direct thermal contact with the surface on the circuit board 115 .
  • the radiation director 117 is formed of a thermally conductive or conductive metal material and is electrically connected to the antenna patch circuit unit 116 .
  • the radiation director 117 may perform a function of guiding the radiation beam in a forward direction and simultaneously transferring heat generated from the rear of the printed circuit board 115 for a radiation element forward through heat conduction.
  • the radiation director 117 may be made of a metal of a conductive material through which radio waves flow well, and is installed to be spaced apart from the upper portion of each antenna patch circuit unit 116 .
  • the height of the heat dissipation unit 105 (heat dissipation fin) of the front heat dissipation housing 100 may be set as much as the height of the radiation director 117 coupled to the antenna module cover 111 to be described later. It goes without saying that by designing the height of the radiation director 117 variably, the amount of heat dissipation can be adjusted by varying the height of the heat dissipation unit 105 (heat dissipation fin) accordingly.
  • the radiation element using the antenna patch circuit unit 116 and the radiation director 117 has been described.
  • the configuration of the radiation director can be omitted, and the height of the dipole antenna is relatively high. It is possible to increase the amount of heat dissipation by setting the height of the heat dissipation unit 105 (heat dissipation fin) to be high as much as possible.
  • the projection 117a formed on the rear surface of the radiation director 117 is electrically connected to the antenna patch circuit unit 116 through the through hole 114a of the antenna module cover 111 .
  • the overall size, shape, and installation location of the radiation director 117 may be appropriately designed by measuring the characteristics of the radiation beam radiated from the corresponding antenna patch circuit unit 116 and experimentally or by simulating the corresponding characteristics.
  • the radiation director 117 serves to guide the direction of the radiation beam generated by the antenna patch circuit unit 116 in all directions, further reducing the beam width of the entire antenna and improving the characteristics of the side lobe. In addition, it is possible to compensate for the loss due to the patch-type antenna and to perform a heat dissipation function as it is made of a conductive metal.
  • the shape of the radiation director 117 is preferably, but not limited to, an appropriate shape for guiding the direction of the radiation beam in an omni-direction, for example, a circular shape having non-directionality.
  • At least two antenna patch circuit units 116 and a radiation director 117 may form one antenna module 110 .
  • 14 to 18 show an example in which three antenna patch circuit units 116 and a radiation director 117 form one unit antenna module 110, and optimal design of an antenna module to increase gain Accordingly, the number of the antenna patch circuit unit 116 and the radiation director 117 may vary.
  • the antenna module 110 may further include an antenna module cover 111 that seals at least one surface of the printed circuit board 115 for a radiating element in the configuration of the antenna module 110 .
  • Each of the antenna modules 110 may be fixed to the front surface of the antenna arrangement unit 170 by the operation of being fastened to the formed screw fastening hole 359 .
  • a receiving rib 178 in which at least the edge end of the antenna module cover 111 is accommodated is formed on the edge of the antenna arrangement unit 170 , and the antenna module cover Reference numeral 111 is preferably formed to a size that is press-fitted to the receiving rib 178 of the antenna arrangement unit 170 to be airtight or waterproof.
  • the printed circuit board 115 for the radiating element is formed with positioning holes 115-1 to 115-4 penetrating in the front-rear direction at four places on the corner side forming a quadrilateral, , on the front of the antenna arrangement unit 170, two positioning holes 115-1 and 115-2 in the diagonal direction among the four positioning holes 115-1 to 115-4 formed in the printed circuit board 115 for the radiating element.
  • ) is formed with two positioning projections 173a and 173b press-fitted to the rear surface of the antenna module cover 111, and four positioning holes 115-1 to 115- formed in the printed circuit board 115 for a radiating element. 4) two positioning projections ( 111-3, 111-4) may be formed.
  • the printed circuit board 115 for the radiating element is moved to the rear side of the antenna module cover 111 to form two The positioning projections 111-3 and 111-4 press-fit the two positioning projections 111-3 and 111-4 formed on the rear side of the antenna module cover 111 into the two positioning holes 115-3 and 115-4. After fixing by the operation of inserting (refer to (b) of FIG.
  • the antenna module cover 111 to which the printed circuit board 115 for the radiating element is coupled is attached to the antenna arrangement unit formed on the front surface of the front heat dissipation housing 110 ( 170), the two positioning protrusions 173a and 173b can be temporarily fixed by pressing and inserting the two positioning protrusions 173a and 173b into the two positioning holes 115-1 and 115-2 of the printed circuit board 115 for a radiating element. .
  • the printed circuit board 115 for the radiating element is on the front surface of the antenna arrangement unit 170 of the front heat dissipation housing 100 provided so that the rear surface and the rear surface of the antenna module cover 111 provided to cover the front surface are in close contact with each other.
  • Each of the positioning protrusions 111-3, 111-4, 173a, and 173b is press-fitted into the positioning holes 115-1 to 115-4 and inserted therebetween, so that they can be stably disposed therebetween.
  • the above-described antenna patch circuit unit 116 is printed on the front surface of the printed circuit board 115 for a radiating element, and conductive contacts are formed on the rear surface of the printed circuit board 115 for a radiating element.
  • the pattern 115c is formed by printing, and power feeding can be made toward the antenna patch circuit unit 116 by the contact point between the antenna-side coaxial connector 353b and the contact pattern 115c provided at the front end of the filter 350 .
  • the antenna module cover 111 is injection-molded with a plastic material, and on one surface of the antenna module cover 111 , as shown in FIG. 17A , a director fixing part 114 fitted to the rear surface of the radiation director 117 . ), a director fixing protrusion 114b capable of being coupled to the radiating director 117 may be formed to protrude forward in the director fixing portion 114 .
  • the radiation director 117 is press-fitted and fixed into at least one director fixing groove 117b formed to be depressed at a position corresponding to the at least one director fixing protrusion 114b on the rear surface thereof.
  • a filter fixing hole 113 for coupling with the filter 350 may be formed through the antenna module cover 111 .
  • the filter fixing screw (not shown) penetrates the antenna module cover 111 through the filter fixing hole 113, the filter 350 passes through the through hole 115b formed in the printed circuit board 115 for the radiating element.
  • the front heat dissipation housing 100 may be firmly laminated and coupled to the front surface of the filter 350 .
  • the filter fixing hole 113 is preferably sealed through the hole shielding cap 119 .
  • At least one substrate fixing hole 114a for screw fastening with the fixing screw 180 with the printed circuit board 115 for the radiating element may be formed.
  • At least one fixing boss 117a penetrating through the substrate fixing hole 114a and exposed to the rear surface of the antenna module cover 111 may be formed on the rear surface of the used director 117 .
  • the printed circuit board 115 for the radiating element is formed by the fixing screw 180 passing through the director fixing hole 178 formed to penetrate the antenna arrangement 170 of the front heat dissipation housing 110 in the front-rear direction, and then the fixing boss ( 117a) may be fixed to the rear surface of the antenna module cover 111 by an operation.
  • the fixing screw 180 is preferably provided as a flat head screw that is fastened to match the rear end to the front of the filter 350 located at the rear. This is so that the rear end surface of the fixing screw 180 provided as a flat head screw is in thermal contact with the front surface of the filter 350 in the largest possible area.
  • the fixing screw 180 and the radiation director 117 are made of a thermally conductive material, and the internal space between the front heat dissipation housing 100 provided with the filter 350 and the main board 310 and the PSU unit 400 .
  • the heat emitted to the 200S may be radiated to the front side through heat conduction of the front heat dissipation housing 100 itself or a heat conduction method through the fixing screw 180 and the radiation director 117 .
  • At least one reinforcing rib 111a is formed on one surface of the antenna module cover 111 to form the exterior of the antenna module cover 111 and to reinforce the strength of the antenna module cover 111 made of plastic material.
  • the heat generated between the front heat dissipation housing 100 with respect to the main board 310 and the heat generated from the filter 350 corresponding to the space therebetween are in direct surface thermal contact with the rear surface of the front heat dissipation housing 100 or Heat may be radiated to the front of the front heat dissipation housing 100 via the filter 350 and the radiation director 117 .
  • the heat generated on the back side of the main board 310 and the heat generated on the back side of the PSU unit 400 are in direct surface thermal contact with the rear heat dissipation housing 200 to the rear Heat can be quickly dissipated to the rear by using a plurality of heat dissipation fins 201 integrally formed in the heat dissipation housing 200 .
  • the heat collected by the clamshell is the filter assembly protrusion 357 of the filter 350 and the heat dissipation via hole 357a of the main board 310 ).
  • the rear heat dissipation housing 200 can be dissipated to the rear using the heat transfer medium.
  • the antenna device 1 includes the front as well as the rear of the system heat inside the antenna device 1 by the area of the front heat dissipation housing 100 that is increased due to the deletion of the radome. can radiate in all directions, and the antenna module 110 is disposed in the front heat dissipation housing 100 of the antenna device 1 and is disposed to be exposed to the outside air, so that the front and rear heat dissipation of the antenna device 1 is possible, so that the heat dissipation performance is greatly improved have an improving effect.
  • the present invention provides an antenna device with greatly improved heat dissipation performance by eliminating the radome and disposing the radiating element in the front housing of the antenna device, so that both the front housing and the rear housing of the antenna device are used for front and rear heat radiation.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 방사소자가 전면에 배치되는 안테나 배치부와, 상기 인접하는 안테나 배치부들 사이에 형성되고, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부를 포함하는 전방 하우징 및 상기 전방 하우징과 결합하고, RF 신호를 필터링하는 필터 및 RF 소자가 실장되는 메인보드가 구비되는 후방 하우징을 포함하고, 상기 필터에서 발생한 열은 상기 필터를 열전달 매개체로 하여 상기 전방 하우징 배면과의 접촉을 통해 상기 전방 하우징 전면으로 전달된다.

Description

안테나 장치
본 발명은 안테나 장치(ANTENNA APPARATUS)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 안테나 장치의 레이돔을 제거하고 방사소자를 안테나 장치의 전방 하우징에 배치함으로써 방열 성능을 향상시키고 슬림화 제작이 가능하며 제품의 제조 비용을 절감할 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템에 사용되는 중계기를 비롯한 기지국 안테나는 다양한 형태와 구조를 가지며, 통상 길이방향으로 직립하는 적어도 하나의 반사판 상에 다수의 방사소자가 적절히 배치되는 구조를 가진다.
최근에는 다중입출력(MIMO) 기반 안테나에 대한 고성능 요구를 만족함과 동시에, 소형화, 경량화 및 저비용 구조를 달성하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 선형편파 또는 원형편파를 구현하기 위한 패치 타입 방사소자가 적용된 안테나 장치의 경우 통상적으로 플라스틱이나 세라믹 소재의 유전체 기판으로 이루어진 방사소자에 도금을 하고 PCB(인쇄회로기판) 등에 솔더링을 통해 결합하는 방식이 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나 장치의 일 예를 나타낸 분해 사시도이다.
종래 기술에 따른 안테나 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 방사소자(35)가 원하는 방향으로 출력되어 빔 포밍이 용이하도록 빔 출력 방향인 안테나 하우징 본체(10)의 전면 측으로 노출되도록 배열되고, 외부 환경으로부터의 보호를 위하여 레이돔(radome,50)이 안테나 하우징 본체(10)의 전단부에 다수의 방사소자(35)를 사이에 두고 장착된다.
보다 상세하게는, 전면이 개구된 얇은 직육면체 함체 형상으로 구비되고, 후면에는 다수의 방열핀(11)이 일체로 형성된 안테나 하우징 본체(10)와, 안테나 하우징 본체(10)의 내부 중 후면에 적층 배치된 메인 보드(20) 및 안테나 하우징 본체(10)의 내부 중 전면에 적층 배치된 안테나 보드(30)를 포함한다.
메인 보드(20)에는, 캘리브레이션 급전 제어를 위한 다수의 급전 관련 부품 소자들이 실장되고, 급전 과정에서 발생하는 소자들의 열은 안테나 하우징 본체(10)의 후방의 다수의 방열핀(11)을 통해 후방 방열된다.
그리고, 메인 보드(20)의 하측 또는 안테나 하우징 본체(10)의 하측에는 PSU(Power Supply Unit) 소자들이 실장된 PSU 보드(40)가 적층 또는 동일한 높이로 배치되고, PSU 소자들로부터 발생된 열 또한 안테나 하우징 본체(10)의 후방에 일체로 구비된 상기 다수의 방열핀(11) 또는 안테나 하우징 본체(10)와는 별개로 형성되어 안테나 하우징 본체(10)의 배면에 부착된 PSU 하우징(15)의 PSU 방열핀(16)을 통해 후방 방열된다. 메인 보드(10)의 전면에는 캐비티 필터 타입으로 구비된 다수의 RF 필터(25)가 배치되고, 안테나 보드(30)의 후면이 다수의 RF 필터(25)의 전면에 적층되도록 배치된다.
안테나 보드(30)의 전면에는, 패치 타입 방사소자 또는 다이폴 타입의 방사소자들(35)이 실장되고, 안테나 하우징 본체(10)의 전면에는 내부의 각 부품들을 외부로부터 보호하면서 방사소자들(35)로부터의 방사가 원활하게 이루어지도록 하는 레이돔(50)이 설치될 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 안테나 장치의 일 예(1)는, 안테나 하우징 본체(10)의 전방부가 레이돔(50)에 의해 차폐되어 레이돔(50)이 가지는 면적만큼 방열 면적이 제한적일 수 밖에 없고, 방사소자들(35) 또한 RF 신호의 송수신만을 수행하도록 설계되어 방사소자들(35)에서 발생한 열이 전방으로 방출되지 못함에 따라, 안테나 하우징 본체(10)의 내부에서 발생된 열을 일률적으로 안테나 하우징 본체(10)의 후방으로 배출할 수 밖에 없어 방열 효율이 크게 저하되는 문제가 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 방열 구조 설계에 대한 요구가 높아지고 있다.
또한, 종래 기술에 따른 안테나 장치의 일 예(1)에 따르면, 레이돔(50)의 부피 및 안테나 보드(30) 전면으로부터 방사소자(35)가 이격된 배치구조가 차지하는 부피로 인해, 인빌딩(in-building) 또는 5G 음영지역에 요구되는 슬림한 사이즈의 기지국의 구현이 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이돔을 삭제하고 방사소자가 안테나 장치의 전방 하우징에 배치됨으로써 안테나 장치의 전방 하우징과 후방 하우징을 모두 전후방 방열에 이용함으로써 방열 성능이 크게 향상된 안테나 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 필터를 열전달 매개체로 이용하여 안테나 하우징 내부의 열을 안테나 장치 전방으로 효율적으로 전달할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은, 레이돔을 삭제하여 종래 레이돔이 차지하는 전후 부피를 줄일 수 있는 바, 인빌딩 설치 또는 5G 음영지역에 요구되는 슬림한 사이즈의 기지국 구현이 용이한 안테나 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 안테나 장치는, 적어도 하나의 방사소자가 전면에 배치되는 안테나 배치부와, 상기 적어도 하나의 안테나 배치부들 중 인접하는 안테나 배치부들 사이에 일체로 형성되고, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부를 포함하는 전방 방열 하우징, 및 상기 전방 방열 하우징과 결합하고, 내부에 RF 신호를 필터링하는 필터 및 RF 소자가 실장되는 메인보드가 구비되는 후방 방열 하우징을 포함하고, 상기 필터에서 발생한 열은 상기 필터 그 자체를 열전달 매개체로 하여 상기 전방 방열 하우징의 배면과의 접촉을 통해 상기 전방 방열 하우징 전면으로 전달된다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 이중편파 중 일 편파를 발생시키는 다수의 방사소자; 상기 다수의 방사소자가 각각 전면에 배치되도록 상호 이격되게 배치된 다수의 안테나 배치부 및 상기 다수의 안테나 배치부 중 상호 인접하는 안테나 배치부들 사이에 일체로 형성되고, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부, 를 포함하는 전방 방열 하우징 및 상기 전방 방열 하우징과 결합되고, RF 신호를 필터링하는 필터 및 RF 소자가 실장되는 메인보드가 수용되는 후방 방열 하우징을 포함한다.
또한, 상기 방사소자는, 상기 안테나 배치부에 배치되는 방사소자용 인쇄회로기판 상에 인쇄 형성된 안테나 패치회로부; 및 도전성 금속재질로 형성되어 상기 안테나 패치회로부와 전기적으로 연결되는 방사용 디렉터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방사용 디렉터는 방사 빔의 방향을 전방향으로 유도함과 동시에 상기 방사소자용 인쇄회로기판 후방에서 발생한 열을 열전도를 통해 전방으로 전달할 수 있다.
또한, 상기 후방 방열 하우징의 내부 공간에 상기 메인보드와 동일한 높이로 적층 배치되고, 전면 또는 후면 중 어느 하나에 PSU 소자를 포함하는 다수의 전장소자가 실장 배치된 PSU 기판을 포함하는 PSU 유닛을 더 포함하고, 상기 방사소자용 인쇄회로기판 후방에서 발생한 열은, 상기 필터 및 상기 다수의 전장소자로부터 발생된 열로 정의될 수 있다.
또한, 상기 방사용 디렉터는, 상기 열전도가 가능한 열전도성 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 방사소자용 인쇄회로기판 상면에는 상기 안테나 패치회로부에 급전신호를 공급하는 급전라인이 형성될 수 있다.
또한, 적어도 2개의 상기 안테나 패치회로부와 상기 방사용 디렉터는 하나의 안테나 모듈을 형성하고, 상기 안테나 모듈은, 외기에 노출된 상기 방사용 디렉터를 제외한 상기 안테나 패치회로부를 보호하도록 밀폐시키는 안테나 모듈 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 안테나 모듈 커버의 일면에는 관통홀이 형성되고, 상기 방사용 디렉터는, 상기 안테나 모듈 커버의 전면 외기로 노출되게 결합되되, 상기 관통홀을 통해 상기 패치회로부와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고, 상기 안테나 모듈커버 일면에는, 상기 방사용 디렉터의 배면에 형합되는 디렉터 고정부가 구비되되, 상기 디렉터 고정부에는 상기 방사용 디렉터와 결합 가능한 적어도 하나의 디렉터 고정돌기부가 전방으로 돌출되게 형성되며, 상기 방사용 디렉터는, 배면에 상기 적어도 하나의 디렉터 고정돌기부와 대응되는 위치에 함몰되게 형성된 적어도 하나의 디렉터 고정홈에 압입되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고, 상기 안테나 모듈 커버에는, 상기 필터와의 결합을 위한 필터 고정홀이 관통 형성될 수 있다.
또한, 상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고, 상기 안테나 모듈 커버에는, 상기 방사소자용 인쇄회로기판과의 고정 스크류에 의한 스크류 체결을 위한 적어도 하나의 기판 고정홀이 관통 형성될 수 있다.
또한, 상기 방사용 디렉터의 배면에는, 상기 기판 고정홀을 관통하여 상기 안테나 모듈 커버의 배면으로 노출되는 적어도 하나의 고정 보스가 형성되고, 상기 방사소자용 인쇄회로기판은, 상기 고정 스크류가 상기 고정 보스에 체결되는 동작으로 상기 안테나 모듈 커버의 배면에 고정될 수 있다.
또한, 상기 고정 스크류는, 후단면이 상기 필터의 배면과 매칭되게 체결되는 접시머리 스크류로 구비될 수 있다.
또한, 상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고, 상기 안테나 모듈 커버 일면에는 적어도 하나의 보강 리브가 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 방사소자용 인쇄회로기판에는 적어도 4개의 위치 설정홀이 형성되고, 상기 방사소자용 인쇄회로기판은, 전면을 커버링하도록 구비된 상기 안테나 모듈 커버의 배면에 형성된 적어도 2개의 위치설정 돌기가 상기 4개의 위치 설정홀 중 2개의 위치 설정홀에 압입하여 삽입되고, 배면이 밀착하도록 구비된 상기 전방 방열 하우징의 전면에 형성된 적어도 2개의 위치설정 돌기가 상기 4개의 위치 설정홀 중 2개의 위치 설정홀에 압입하여 삽입될 수 있다.
또한, 상기 필터와 상기 전방 방열 하우징 배면 사이에는 서멀패드(Thermal Pad)가 개재될 수 있다.
또한, 상기 메인 보드 상면에는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 배치되고 상기 FPGA에서 발생한 열은 상기 전방 방열 하우징 배면을 통해 상기 전방 방열 하우징 전면의 방열부로 전달될 수 있다.
또한, 상기 FPGA에서 발생한 열은, 상기 FPGA와 상기 전방 방열 하우징의 배면을 연결하는 히트 파이프 또는 베이퍼 챔버 중 어느 하나를 매개로 전달될 수 있다.
또한, 상기 필터는 후단부에 신호 차단 기능을 수행하는 크렘쉘(Clamshell)이 일체로 형성되고, 상기 크렘쉘에 의하여 차폐된 상기 필터의 내측에 생성된 열은 상기 후방 방열 하우징을 통해 후방 방열될 수 있다.
또한, 상기 필터는, 상기 크렘쉘의 단부에 후방으로 돌출 형성되되 내부가 비어 있는 형상의 고정용 파이프를 매개로 상기 메인보드에 고정되고, 상기 메인보드에는 상기 고정용 파이프와 연통하는 열배출 비어홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 열배출 비어홀은, 열전도성 재질로 도금될 수 있다.
또한, 상기 전방 방열 하우징은, 금속 재질로 이루어지되 상기 적어도 하나의 안테나 배치부는 외기에 노출되도록 배치되고, 상기 전방 방열 하우징의 후방으로써 상기 메인보드의 전방으로 생성된 열 중, 일부는 상기 적어도 하나의 방사소자를 매개로 전방 방열되고, 나머지는 상기 전방 방열 하우징을 매개로 전방 방열되며, 상기 메인보드의 후방으로 생성된 열은 상기 후방 방열 하우징을 매개로 후방 방열될 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 안테나 전방 방열의 방해요소인 레이돔을 제거하고, 방사소자가 안테나 장치의 전방 방열 하우징에 외기에 노출되도록 배치됨으로써 안테나 장치의 전후방 방열이 가능하여 방열 성능이 크게 향상되는 효과를 갖는다.
둘째, 종래 안테나 장치의 필수 구성이었던 레이돔을 제거 가능하므로, 제품의 제조 단가를 크게 절감하는 효과를 가진다.
셋째, 레이돔의 삭제로 인하여 증가되는 방열 커버의 면적만큼 안테나 하우징 본체 내부의 시스템 열을 전방으로 방열시킬 수 있으므로, 방열 성능이 크게 향상되는 효과를 가진다.
넷째, 전방으로의 전면적인 방열이 가능하므로, 후방 방열 하우징의 방열핀의 길이를 축소할 수 있으므로, 전체적으로 제품의 슬림 설계가 용이한 효과를 가진다.
다섯째, 안테나 모듈 중 전자기파의 방사 기능을 수행하는 방사용 디렉터를 매개로도 방열이 가능함에 따라, 전방 방열 하우징의 방열 면적을 최대화할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나 장치의 일 예를 나타낸 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 정면부 사시도이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 정면도 및 배면도이고,
도 4는 도 2에 도시된 안테나 장치의 내부 공간을 나타낸 분해 사시도이며,
도 5는 도 3a의 A-A선을 따라 취한 단면도 및 그 부분 확대도이고,
도 6a 및 도 6b는 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징의 내부 공간에 적층되는 메인보드 및 필터를 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이며,
도 7은 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징을 통한 직접 후방 방열 구조를 나타낸 분해 사시도이고,
도 8a 및 도 8b는 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 서브보드 및 차폐 패널의 설치 모습을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이며,
도 9는 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 PSU 유닛의 전기적 연결 모습을 설명하기 위한 분해 사시도이고,
도 10은 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 필터의 결합 모습을 설명하기 위한 분해 사시도이며,
도 11은 도 2의 구성 중 필터로부터 생성된 열의 후방 방열 하우징을 매개로 한 방열 모습을 설명하기 위한 부분 절개 사시도이고,
도 12a 및 도 12b는 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징에 대한 내부 구성품의 조립 과정을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이며,
도 13은 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징에 대한 외측 부재들의 조립 과정을 설명하기 위한 분해 사시도이고,
도 14는 도 2의 구성 중 전방 방열 하우징에 대한 안테나 모듈의 설치 모습을 설명하기 위한 전방 측 분해 사시도이며,
도 15는 도 14의 구성 중 안테나 모듈의 전방 방열 하우징의 전면에 대한 설치 모습을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이고,
도 16은 도 14의 구성 중 안테나 모듈을 나타낸 사시도이며,
도 17a 및 도 17b는 도 14의 전면 측 분해 사시도 및 배면 측 분해 사시도이고,
도 18은 도 14의 구성 중 안테나 모듈의 정면도 및 B-B선에 따라 취한 단면도 및 절개 사시도이다.
<부호의 설명>
1: 안테나 장치 100: 전방 방열 하우징
110: 안테나 모듈 커버 120: 인쇄회로기판
121: 디렉터 122: 안테나 패치부
124: 급전 라인 125: 디렉터 고정홀
140: 안테나 배치부 150: 방열부
170: 필터 180: 고정 스크류
200: 후방 방열 하우징 210: 후방 방열핀
220: 메인 보드
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 정면부 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 정면도 및 배면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 안테나 장치의 내부 공간을 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 도 3a의 A-A선을 따라 취한 단면도 및 그 부분 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 2에 참조된 바와 같이, 안테나 장치(1)의 전방 외관을 형성하는 전방 방열 하우징(100)과 안테나 장치(1)의 후방 외관을 형성하는 후방 방열 하우징(200)을 포함한다. 여기서, 전방 방열 하우징(100)은 적어도 하나의 방사소자(116,117)가 전면에 배치되는 안테나 배치부(후술하는 도 14의 도면부호 '170' 참조)와, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부(105)를 포함한다. 특히, 안테나 배치부(170)는 적어도 하나 이상이 전방 방열 하우징(100)의 전면에 일체로 형성되어 상호 이격되도록 배치되고, 방열부(105)는 인접하는 안테나 배치부(170) 사이를 채우도록 전방 방열 하우징(100)의 전면 전체 면적에 대하여 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 전방 방열 하우징(100)은 후술하는 후방 방열 하우징(200)과의 사이에 생성된 열을 직접 전방으로 방열할 수 있도록 열전도성이 우수한 금속재질로 구비되고, 상술한 바와 같이, 전방 방열 하우징(100)의 전면은 외관상 크게 안테나 배치부(170)와 방열부(105)로 구분될 수 있다.
여기서, 안테나 배치부(170)를 제외한 나머지 공간은 방열부(105)로서 기능을 주로 수행하며, 방열부(105)는 다수의 방열핀 형태로써, 소정 패턴 형상을 가지도록 전방 방열 하우징(100)과 일체로 형성되고, 전방 방열 하우징(100)과 후방 방열 하우징(200) 사이의 내부 공간에서 생성된 열은 상기 다수의 방열핀 형태로 구비된 방열부(150)를 통해 신속하게 전방으로 방열될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 안테나 장치의 일 실시예(1)는, 레이돔(raydome)을 구비하였던 종래와 비교하여, 안테나 장치(1)의 전방으로의 방열이 제한되었던 구조를 개선하여, 안테나 장치(1)의 전방위를 통하여 방열되는 새로운 개념의 방열 구조를 제안한다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 안테나 장치의 일 실시예(1)는, 전방 방열 하우징(100)을 도입함으로써, 기존 레이돔이 차지하였던 면적 만큼을 열 방출 면적으로 전환시킬 수 있다.
전방 방열 하우징(100)은, 적어도 후술하는 안테나 모듈(110)이 차지하는 면적을 제외한 방열부(105)의 면적 전부를 열 방출이 가능한 가용 면적으로 전환된다. 아울러, 안테나 모듈(110)의 구성 중 방사용 디텍터(117)를 열전도가 가능한 금속 재질로 구비함으로써, 보다 많은 열 방출 가용 면적을 확보할 수 있다.
전방 방열 하우징(100)은, 도 3a에 참조된 바와 같이, 후술하는 후방 방열 하우징(200)의 직육면체 함체 전단부를 덮는 형상으로써, 대략 직사각형의 판체로 구비될 수 있다.
전방 방열 하우징(100)의 전면에는, 후술하는 다수의 안테나 모듈(110)이 결합되는 안테나 배치부(170)가 평평하게 형성될 수 있다.
다수의 안테나 배치부(170)는 다수의 안테나 모듈(110)의 외형과 매칭되게 형성되는 것으로써, 다수의 안테나 모듈(110)이 각각 상하방향으로 길게 형성된 직사각형의 판체로 구비되고, 각각의 안테나 모듈(110)이 좌우 방향 및 상하 방향으로 소정거리 이격되게 행렬 배치되는 바, 다수의 안테나 배치부(170) 또한 이와 동일한 형상으로 전방 방열 하우징(100)의 전면에 배치될 수 있다.
여기서, 후술하는 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간 중 하측에는 후술하는 PSU 유닛(400)의 다수의 PSU 소자(417)로부터 발생된 열을 상술한 방열부(105)를 통한 직접 전방 방열이 용이하도록 다수의 안테나 배치부(170)가 형성되지 않을 수 있다.
전방 방열 하우징(100)의 전면 중 다수의 안테나 배치부(170)가 점유하지 않는 나머지 면적에 해당되는 부분에는 상술한 방열부(105)가 다수의 방열핀 형태로 채워지도록 형성될 수 있다. 여기서의 방열부(105)는 후술하는 후방 방열 하우징(200)에 일체로 형성된 다수의 후방 방열핀(201)이 방열된 후방 열의 상승 기류의 분산 또는 신속한 배출을 위한 형상 설계가 고려된 것과는 달리, 전방 방열 하우징(100)을 통한 방열 면적을 증가시키면 족한 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 방열부(105)는, 반드시 방열된 전방 열의 상승 기류를 분산 또는 신속한 배출을 위한 형상일 필요는 없고(다만, 그와 같은 형상이 방열 성능을 증가시키는 것은 당연하다), 전방 방열 하우징(100)의 표면적을 증가시키는 한도에서 여하한 형상의 채택도 가능할 것이다.
한편, 후방 방열 하우징(200)은 전방 방열 하우징(100)과 결합하여 전체 안테나 장치(1)의 후방 외관을 형성하고, 후방 방열 하우징(200)에는 RF 신호를 필터링하는 다수의 필터(350)와, 이와 관련된 다수의 RF 소자(도면부호 미표기) 등이 실장되는 메인보드(310)가 구비된다. 후방 방열 하우징(200)은 전체적으로 열전도에 따른 방열이 유리하도록 열전도성이 우수한 금속재질로 구비되되, 대략 전후 방향의 두께가 얇은 직육면체 함체 형상으로 형성되고, 전면이 개구되게 형성되어 내부에는 다수의 RF 필터(350), 각종 RF 소자 및 FPGA(Field Programmable Gate Array, 317) 등이 실장되는 메인보드(310)가 설치되는 내부 공간(200S)을 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 후방 방열 하우징(200)의 배면에는 다수의 후방 방열핀(201)이 소정 패턴 형상을 가지도록 후방 방열 하우징(200)과 일체로 형성되고, 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S) 중 후방부 측에서 생성된 열은 다수의 후방 방열핀(201)을 통해 후방으로 직접 방열될 수 있다.
다수의 후방 방열핀(201)은, 좌우 폭 가운데 부분을 기준으로 좌측단 및 우측단으로 갈수록 상향 경사지게 배치되어(도 3b의 도면부호 201a 및 201b 참조), 후방 방열 하우징(200)의 후방으로 방열되는 열이 각각 후방 방열 하우징(200)의 좌측 및 우측 방향으로 분산된 상승기류를 형성하여 보다 신속하게 열이 분산되도록 설계될 수 있으나, 방열핀(201)의 형상이 이에 한정되지는 않는다. 가령, 도면에 도시되지 않았으나, 후방 방열 하우징(200)의 배면 측에 송풍팬 모듈(미도시)이 구비된 경우에는, 송풍팬 모듈에 의하여 방열된 열이 보다 신속하게 배출되도록, 후방 방열핀은 가운데에 배치된 송풍팬 모듈에서 각각 좌측단 및 우측단으로 평행되게 형성되는 것이 선호될 수 있다.
또한, 도시되어 있지는 않지만, 다수의 후방 방열핀(201) 일부에는, 안테나 장치(1)를 지주 폴(미도시)에 결합하기 위한 클램핑 장치(미도시)가 결합되는 브라켓 마운팅부(205)가 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 클램핑 장치는, 그 선단부에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)를 좌우 방향으로 로테이팅 회동시키거나 상하 방향으로 틸팅 회동시켜, 안테나 장치(1)의 방향성을 조절하기 위한 구성일 수 있다.
한편, 전방 방열 하우징(100)의 배면과 후방 방열 하우징(200)의 사이 공간으로써, 다수의 필터(350) 주변에서 발생한 열은, 직접 전방 방열 하우징(100)을 열전달 매개체로 하거나, 필터(170)를 열전달 매개체로 하여 전방 방열 하우징(100) 배면과의 접촉을 통해 전방 방열 하우징(100) 전면으로 전달된다. 아울러, 다수의 필터(350) 내부에서 발생한 열 중 일부는 후방 방열 하우징(200)을 통해 직접 후방 방열될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 뒤에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
후방 방열 하우징(200)의 전면에는 다수의 RF 필터(350)가 외부의 전자파의 차단 및 간섭 기능을 수행하는 크램쉘(Clamshell)이 일체형으로 형성되어 메인 보드(310)의 기설정된 위치에 실장 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)에 있어서, 다수의 RF 필터(350)는 좌우방향으로 총 8개가 인접하게 배열됨과 아울러, 이와 같은 다수의 RF 필터(350)가 상하방향으로 각각 총 4열 배치된 것을 채택하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 그 배열 위치 및 RF 필터(170)의 개수는 다양하게 설계 변형될 수 있음은 당연하다고 할 것이다.
다수의 RF 필터(3500)는, 도면에 도시되지 않았으나, 각각 내부에 다수의 캐비티(cavity)가 구비되고 각 캐비티의 공진기를 이용한 주파수 조절을 통해 입력 신호 대비 출력 신호의 주파수 대역을 필터링하는 캐비티 필터로 채용되어 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 RF 필터(170)가 캐비티 필터로 한정되는 것은 아니고, 세라믹 도파관 필터(Ceramic Waveguide Filter)를 배제하는 것은 아니다.
RF 필터(350)는, 전후 방향의 두께가 작은 것이 제품 전체의 슬림화구현 설계에 있어서 유리하다. 이와 같은 제품의 슬림화 설계 측면에서, RF 필터(350)는 전후 방향 두께의 축소 설계가 제한적인 캐비티 필터보다는 소형화 설계가 유리한 세라믹 도파관 필터의 채택이 고려될 수 있다. 하지만, 5G 주파수 환경에서 요구되는 기지국 안테나의 고출력 성능을 만족하기 위해서는 그에 수반하는 안테나 방열 문제를 필연적으로 해결하여야 하고, 안테나 내부에서 발생한 열을 효과적으로 방출하기 위해 RF 필터(350)를 열전달 매개체로 활용하여 필터(350)에서 발생한 열을 전방 방열 하우징(100) 전면으로 전달할 수 있다는 점에서 캐비티 필터의 채용이 선호될 수 있다.
이와 같은 RF 필터(350)에서 발생한 열은 전방 방열 하우징(100) 배면과의 접촉을 통해 전방 방열 하우징(100) 전면으로 전달될 수 있으며, 필터(350)와 전방 방열 하우징(100) 배면 사이에는 서멀패드(109, Thermal Pad)가 개재될 수 있다. 서멀패드(109)는 필터(350)에서 발생한 열을 전방 방열 하우징(100)과의 면접촉을 통해 원활히 전달하는 기능을 수행할 뿐 아니라, 필터(350)와 전방 방열 하우징(100) 간 조립시 공차를 해소하는 기능도 함께 수행한다.
한편, 도 4에 참조된 바와 같이, 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S)을 형성하는 내측면은 메인보드(310) 및 후술하는 서브보드(320)의 배면 부위가 형합되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 메인보드(310) 및 서브보드(320)의 배면과의 열 접촉 면적을 증대시켜 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
후방 방열 하우징(200)의 좌우 양측에는, 현장에서 작업자가 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)를 운송하거나 지주폴(미도시)에 대한 장착하기 용이하도록 파지할 수 있는 손잡이부(160)가 더 설치될 수 있다.
아울러, 후방 방열 하우징(200)의 하단부 외측에는, 미도시의 기지국 장치와의 케이블 연결 및 내부 부품의 조율을 위한 각종 외측 장착 부재(500)가 관통 조립될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징의 내부 공간에 적층되는 메인보드 및 필터를 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이고, 도 7은 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징을 통한 직접 후방 방열 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 도 8a 및 도 8b는 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 서브보드 및 차폐 패널의 설치 모습을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이고, 도 9는 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 PSU 유닛의 전기적 연결 모습을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 6a 및 도 6b에 참조된 바와 같이, 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S)에 적층 배치되는 안테나 적층 어셈블리(300)를 포함할 수 있다.
안테나 적층 어셈블리(300)는, 도 6a 및 도 6b에 참조된 바와 같이, 메인보드(310)를 기준으로 전면에 적층되는 RF 필터로써 다수의 필터(350)와, 메인보드(310)를 기준으로 배면에 적층되는 서브보드(320)를 포함할 수 있다.
메인보드(310)는, 도시되지 않았으나, 다수의 레이어로 적층 구비되고, 내부 또는 면에 다수의 필터(350)에 대한 급전을 위한 급전 회로가 패턴 인쇄될 수 있다. 특히, 메인보드(310)의 전면에는, 다수의 급전 부품 중 LNA 소자(312)가 실장될 수 있고, 다수의 필터(350)에 대한 급전 연결을 위한 다수의 급전 커넥터(360)가 삽입 실장될 수 있다.
한편, 서브보드(320)는, 전면에 메인보드(310)와 같이, 다수의 필터(350)에 대한 급전을 위한 급전 회로(321)가 송신 경로 및 수신 경로로써 각각 한 쌍씩 패턴 인쇄되고, 다수의 급전 부품 중 PA 소자(322)가 실장될 수 있다.
여기서, 메인보드(310)에는 그 배면에 적층된 서브보드(320)의 구성 중 그 전면의 급전 회로(321) 및 PA 소자(322)가 다수의 필터(350)의 배면 측으로 노출되도록 다수의 관통부(312)가 가공 형성될 수 있다.
또한, 다수의 필터(350)의 후단부 측에는 상술한 바와 같이, 크램쉘(도면부호 미표기)이 일체로 형성되는 바, 다수의 필터(350)의 후단부 측과 메인보드(310) 및 서브보드(320) 사이에는 소정의 에어 레이어가 형성되고, 대표적인 발열소자인 LNA 소자(312) 및 PA 소자(322)로부터 발생한 열을 메인보드(310)에 형성된 열방출 비어홀(도 11의 도면부호 '357a' 참조)을 통해 후방 방열 하우징(200) 측으로 방열시킬 수 있다.
메인보드(310)의 배면에는, 도 7에 참조된 바와 같이, 발열소자 중 대표적인 것으로서, 다수의 FPGA 소자(317a) 및 RFIC 소자(317b)가 실장 배치될 수 있다. 다수의 FPGA 소자(317a) 및 다수의 RFIC 소자(317b)는 그 구동 시 다량의 열을 방출하는 반도체 소자로써, 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S)의 내측면에 직접 열표면 접촉되어 후방 방열 하우징(200)을 통해 후방 방열하는 구조로 채택된다.
보다 상세하게는, 후방 방열 하우징(200)의 내측면에는, 도 7에 참조된 바와 같이, 다수의 FPGA(317a) 및 RFIC 소자(317b)의 표면이 직접 열접촉되는 열접촉 수용면(203a)이 전방으로 돌출되게 형성됨과 아울러, 서브보드(320)의 배면 측에 양각으로 패턴 인쇄되거나 실장된 다수의 돌출 부품들이 수용되는 열접촉홈(203b)이 후방으로 함몰되게 형성될 수 있다. 따라서, 메인보드(310) 및 서브보드(320)의 배면 전부가 후방 방열 하우징(200)의 내측면에 열표면 접촉되므로, 방열 성능을 크게 향상시키는 이점을 가진다.
한편, 메인보드(310)의 전면 중 다수의 필터(350)가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분에는, 도 8a 및 도 8b에 참조된 바와 같이, 차폐 패드(330)가 적층 결합될 수 있다. 차폐 패드(330)는, 메인보드(310)와 전방 방열 하우징(100) 사이에 배치되어, 다수의 필터(350)를 통한 전기적 신호 라인을 제외한 나머지 부위의 전장 부품 또는 외부 전자기파에 의한 신호 영향을 차단함으로써 보다 안정적인 신호 성능을 확보하도록 하는 차폐 부재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 6a 및 도 6b, 그리고 도 7에 참조된 바와 같이, 다수의 필터(350) 및 안테나 모듈(110)에 급전하기 위한 PSU 유닛(400)을 더 포함할 수 있다.
PSU 유닛(400)은, 도 6a 및 도 6b와 도 7에 참조된 바와 같이, 메인보드(310)의 하측에 메인보드(310)와 동일한 높이로 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S)에 적층 배치될 수 있다.
이와 같은 PSU 유닛(400)은, PSU 기판(410)과, PSU 기판(410)의 전면 또는 후면 중 어느 하나에 배치된 다수의 PSU 소자(417)를 포함하는 다수의 전장소자(419)를 포함할 수 있다.
PSU 유닛(400)은 다수의 버스 바(340)를 매개로 메인보드(310) 측으로 전원을 분산 공급하도록 구비될 수 있다. 보다 상세하게는, 다수의 버스 바(340)는, 도 6a 및 도 6b, 그리고 도 9에 참조된 바와 같이, 각각 PSU 기판(410) 및 메인보드(310)의 좌측단과 우측단을 상호 연결하도록 배치되고, 특히, 다수의 버스 바(340)는, 메인보드(310)에 기 형성된 접속홀(319)에 삽입되는 동작으로 연결될 수 있다.
특히, PSU 유닛(400) 중 PSU 소자(417) 및 전장소자(419)는 구동 시 다량의 열을 배출하는 바, 도 7에 참조된 바와 같이, 후방 방열 하우징(200)의 내부 공간(200S) 중 PSU 기판(410)이 차지하는 부위에 PSU 소자(417) 및 전장소자(419)의 형상에 대응되게 열접촉 수용부(217)가 후방으로 함몰되게 형성될 수 있다. 따라서, PSU 유닛(400)의 PSU 소자(417) 및 전장소자(419)로부터 발생한 열은 후방 방열 하우징(200)을 열전달 매개체로 하여 후방 방열될 수 있다.
그러나, 반드시 PSU 유닛(400)에서 발생된 열이 후방 방열 하우징(200)을 통하여 후방 방열되도록 구비될 필요는 없고, 미도시 되었으나, 열전달 매개체로서 별도로 구비되는 베이퍼 챔버 또는 히트 파이프 구조를 매개로 전방 방열 하우징(100) 측으로 전방 방열되도록 구비되는 것도 가능함은 당연하다고 할 것이다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 경우, 종래 레이돔이 구비되는 경우와는 달리, 전방 방열 하우징(100)을 통해 전방 방열이 유리한 구조를 가지기 때문이다.
도 10은 도 2의 구성 중 메인보드에 대한 필터의 결합 모습을 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 11은 도 2의 구성 중 필터로부터 생성된 열의 후방 방열 하우징을 매개로 한 방열 모습을 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다.
메인보드(310)의 전면 및 배면에 대하여 상술한 바와 같이, 차폐 패드(330) 및 서브보드(320)를 각각 적층 배치하면, 도 10 및 도 11에 참조된 바와 같이, RF 필터로써 다수의 필터(350)를 메인보드(310)의 전면에 실장 배치한다.
이때, 다수의 필터(350)는 각각의 후단부에 크램쉘이 일체형으로 구비된 캐비티 필터로써, 크램쉘이 형성된 부위에는 각각 메인보드(310)에 형성된 필터 조립홀(317)에 삽입되어 조립하기 위한 필터 조립 돌기(357)가 적어도 하나 이상 형성되고, 필터 조립 돌기(357)는 내부가 비어있는 튜브 형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 다수의 필터(350) 각각의 후단부와 메인보드(310) 사이의 에어 레이어에 LNA 소자(312) 및 PA 소자(322)로부터 발생하여 포집된 열은 튜브 형상의 필터 조립 돌기(357) 및 메인보드(310)에 형성된 열방출 비어홀(357a)을 통해 후방 방열 하우징(200) 측으로 용이하게 방열시킬 수 있다.
한편, 다수의 필터(350)의 후단부에는, 메인보드(310)에 실장된 급전 커넥터(360)와 전기적으로 접속되는 메인보드측 동축 커넥터(353a) 한 쌍이 구비되고, 다수의 필터(350)의 전단부에는, 전방 방열 하우징(100)의 전면에 배치된 안테나 모듈(110)과 전기적으로 접속되는 안테나측 동축 커넥터(353b) 한 쌍이 구비될 수 있다.
아울러, 다수의 필터(350)의 전단부에는, 전방 방열 하우징(100)의 배면에 대한 열전달을 매개하는 서멀패드(109)가 배치되어, 다수의 필터(350) 각각으로부터 발생한 열이 전방 방열 하우징(100)을 열전달 매개체로 하여 보다 신속하게 전방 방열될 수 있도록 한다.
또한, 다수의 필터(350)의 전단부에는, 전방 방열 하우징(100)에 대한 고정 나사(351)를 이용한 나사 결합을 위한 스크류 체결홀(359)이 형성되고, 고정 나사(351)가 전방 방열 하우징(100)에 형성된 스크류 관통홀(119)을 관통하여 스크류 체결홀(359)에 체결되는 동작으로 다수의 필터(350)의 전면에 전방 방열 하우징(100)이 적층 결합될 수 있다.
상기 구성에 의하면, 필터(350)에서 발생한 열이 직접적으로 전방 방열 하우징(100)의 배면 또는 안테나 모듈(110)의 구성 중 방사용 디렉터(117)와 직접 접촉하게 되어 필터(3500)의 열이 종래 대비 약 14~16℃ 가 낮아지는 효과를 확인할 수 있었다. 이는 종래 방열의 방해요소였던 레이돔의 삭제로 인한 영향 뿐만 아니라 필터(350)의 열을 방열에 적합한 재질로 이루어진 전방 방열 하우징(100)의 배면 및 방사용 디렉터(117)에 대한 직접적인 열전달(열전도)을 통해 열전달 성능의 향상이 이루어진 영향인 것으로 이해된다.
도 12a 및 도 12b는 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징에 대한 내부 구성품의 조립 과정을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이고, 도 13은 도 2의 구성 중 후방 방열 하우징에 대한 외측 부재들의 조립 과정을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 11에 참조된 바와 같이, 메인보드(310)에 대한 구성품들의 조립 및 후방 방열 하우징(200)에 대한 적층 어셈블리(300)의 조립이 완료되면, 외측 부재(500)를 후방 방열 하우징(200)의 하단부에서 이동시켜 조립을 완료한다.
여기서의 후방 방열 하우징(200)은, 후술하는 전방 방열 하우징(100) 및 안테나 모듈(110)의 조립에 의하여 내부 공간(200S)이 완전히 차폐되어 밀봉되고, 별도의 레이돔(radome)과 같은 보호 부재를 요하지 않게 된다.
도 14는 도 2의 구성 중 전방 방열 하우징에 대한 안테나 모듈의 설치 모습을 설명하기 위한 전방 측 분해 사시도이고, 도 15는 도 14의 구성 중 안테나 모듈의 전방 방열 하우징의 전면에 대한 설치 모습을 나타낸 전방 측 및 후방 측 분해 사시도이며, 도 16은 도 14의 구성 중 안테나 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 17a 및 도 17b는 도 14의 전면 측 분해 사시도 및 배면 측 분해 사시도이며, 도 18은 도 14의 구성 중 안테나 모듈의 정면도 및 B-B선에 따라 취한 단면도 및 절개 사시도이다.
빔포밍(Beamforming)의 구현을 위해서는, 도 14 내지 도 18에 참조된 바와 같이, 배열 안테나(Array antenna)로써 다수의 방사소자가 필요하고, 다수의 방사소자는 좁은 방향성 빔(narrow directional beam)을 생성하여 지정된 방향으로의 전파 집중을 증가시킬 수 있다. 최근 다수의 방사소자는, 다이폴 타입의 다이폴 안테나(Dipole antenna) 또는 패치 타입의 패치 안테나(Patch antenna)가 가장 높은 빈도로 활용되고 있으며, 상호간의 신호 간섭이 최소화되도록 이격되게 설계 배치된다. 종래에는, 일반적으로 이와 같은 다수의 방사소자들의 배열 설계가 외부 환경 요인에 의하여 변경되지 않도록 하기 위하여 다수의 방사소자들을 외부로부터 보호하는 레이돔(radome)을 필수 구성으로 하였다. 따라서, 레이돔이 덮고 있는 면적 부분에 한해서는 다수의 방사소자 및 다수의 방사소자들(130)이 설치되는 안테나 보드가 외기에 노출되지 않아 안테나 장치(1)의 동작으로 인하여 발생하는 시스템 열을 외부로 방열함에 있어서 매우 제한적이었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 방사소자(117)는, 안테나 배치부(170)에 배치되는 방사소자용 인쇄회로기판(115) 상에 인쇄 형성된 안테나 패치회로부(116) 및 도전성 금속재질로 형성되어 안테나 패치회로부(116)와 전기적으로 연결되는 방사용 디렉터(117)을 포함한다. 방사소자용 인쇄회로기판(115)에는 안테나 패치회로부(116)가 인쇄 형성되어 있고, 직교하는 ±45 편파 또는 수직/수평 편파 중 어느 하나의 이중편파를 발생시키는 이중편파 패치 소자로 구비된다. 방사소자용 인쇄회로기판(115) 상면에는 안테나 패치회로부(116)에 급전신호를 공급하는 급전라인(미도시)이 안테나 패치회로부(116) 각각을 상호 연결되도록 패턴 형성된다.
종래 안테나 장치에서 급전라인은, 안테나 패치회로부가 실장되는 인쇄회로기판의 하부에서 급전 선로를 형성하여야 하므로, 이를 위해 다수의 관통홀을 구비하는 등 급전 구조가 복잡해지고, 급전구조가 방사소자용 인쇄회로기판(115)의 하부 공간을 차지하게 되어, 필터(350)와 방사소자용 인쇄회로기판(115)간 직접 표면 열접촉을 방해하는 요소로 작용하는 문제가 발생되지만, 본 발명의 실시예에 따른 급전라인은 안테나 패치회로부(116)가 패턴 인쇄되는 방사소자용 인쇄회로기판(115)과 동일한 전면에 패턴 인쇄 형성됨으로써, 급전구조가 매우 단순해질 뿐 아니라, 필터(350)와 방사소자용 인쇄회로기판(115) 상 직접 표면 열접촉되는 결합 공간을 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 방사용 디렉터(117)는 열전도성 또는 도전성 금속재질로 형성되어 안테나 패치회로부(116)와 전기적으로 연결된다. 방사용 디렉터(117)는 방사 빔의 방향을 전방향으로 유도함과 동시에 방사소자용 인쇄회로기판(115) 후방에서 발생한 열을 열전도를 통해 전방으로 전달하는 기능도 함께 수행할 수 있다. 방사용 디렉터(117)는 전파가 잘 흐르는 도전성 재질의 금속으로 구성될 수 있으며, 각각의 안테나 패치회로부(116)의 상부에서 이격되게 설치된다.
여기서, 후술할 안테나 모듈 커버(111)에 결합하는 방사용 디렉터(117)의 높이만큼 전방 방열 하우징(100)의 방열부(105, 방열핀)의 높이를 설정할 수 있다. 방사용 디렉터(117)의 높이를 가변 설계함으로써 그에 따른 방열부(105, 방열핀)의 높이를 가변하여 방열량을 조절할 수 있음은 당연하다.
본 발명의 실시예에서는 안테나 패치회로부(116) 및 방사용 디렉터(117)를 이용한 방사소자를 설명하였으나, 다이폴 안테나를 적용하는 경우 방사용 디렉터의 구성을 생략할 수 있으며, 다이폴 안테나의 높이가 상대적으로 높은 만큼, 방열부(105, 방열핀)의 높이를 높게 설정하여 방열량을 증가시킬 수 있다.
도 14 내지 도 18을 참조하면, 방사용 디렉터(117)는 배면에 형성된 돌출부(117a)가 안테나 모듈 커버(111)의 관통홀(114a)을 통해 안테나 패치회로부(116)와 전기적으로 연결된다. 방사용 디렉터(117)의 전체적인 크기, 형태 및 설치 위치 등은 해당 안테나 패치회로부(116)에서 방사되는 방사 빔의 특성을 측정하여 실험적으로，또는 해당 특성을 시뮬레이션하여 적절히 설계될 수 있다. 방사용 디렉터(117)는 안테나 패치회로부(116)에서 발생되는 방사 빔의 방향을 전방향으로 유도하는 역할을 하여， 전체적인 안테나의 빔폭을 보다 더 줄이면서，사이드 로브의 특성도 양호하게 한다. 뿐만 아니라, 패치형 안테나로 인한 손실을 보상하고, 도전성 재질의 금속으로 이루어져 방열 기능도 함께 수행할 수 있다. 방사용 디렉터(117)의 형상은 방사 빔의 방향을 전방향으로 유도하기 위한 적절한 형태, 가령 무방향성을 갖는 원형으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 국한하지는 않는다.
한편, 적어도 2개의 안테나 패치회로부(116)와 방사용 디렉터(117)는 하나의 안테나 모듈(110)을 형성할 수 있다. 도 14 내지 도 18에는 3개의 안테나 패치회로부(116)와 방사용 디렉터(117)가 하나의 단위 안테나 모듈(110)을 형성한 예가 도시되어 있으며, 이득(gain)을 높이기 위한 안테나 모듈의 최적 설계에 따라 안테나 패치회로부(116) 및 방사용 디렉터(117)의 수는 가변될 수 있다.
안테나 모듈(110)은, 안테나 모듈(110)의 구성 중 방사소자용 인쇄회로기판(115)의 적어도 일면을 밀폐하는 안테나 모듈 커버(111)를 더 포함할 수 있다.
안테나 모듈 커버(111) 및 방사소자용 인쇄회로기판(115)에는 각각 전후 방향으로 관통된 커버 관통홀(113) 및 기판 관통홀(115b)이 형성되고, 고정 나사(351)가 전방 방열 하우징(100)의 외측에서 순차적으로 커버 관통홀(113) 및 기판 관통홀(115b)을 관통한 후 전방 방열 하우징(100)의 스크류 관통홀(119)을 관통하여 다수의 필터(350)의 전단부에 형성된 스크류 체결홀(359)에 체결되는 동작으로 안테나 모듈(110) 각각이 안테나 배치부(170)의 전면에 고정될 수 있다.
여기서, 도 15의 (a)에 참조된 바와 같이, 안테나 배치부(170)의 테두리 부위에는, 적어도 안테나 모듈 커버(111)의 테두리 단부가 수용되는 수용 리브(178)가 형성되고, 안테나 모듈 커버(111)는 안테나 배치부(170)의 수용 리브(178)에 억지 끼움되어 기밀 또는 방수가 가능한 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다.
한편, 도 15에 참조된 바와 같이, 방사소자용 인쇄회로기판(115)에는 4각형을 이루는 모서리 측의 4개소에 전후 방향으로 관통되는 위치 설정홀(115-1~115-4)이 형성되고, 안테나 배치부(170)의 전면에는 방사소자용 인쇄회로기판(115)에 형성된 4개의 위치 설정홀(115-1 내지 115-4) 중 대각선 방향의 2개의 위치 설정홀(115-1,115-2)에 압입되는 2개의 위치설정 돌기(173a,173b)가 형성되며, 안테나 모듈 커버(111)의 배면에는 방사소자용 인쇄회로기판(115)에 형성된 4개의 위치 설정홀(115-1 내지 115-4) 중 안테나 배치부(170)의 전면에 형성된 상기 2개의 위치설정 돌기(173a,173b)가 점하지 않는 나머지 2개의 위치 설정홀(115-3,115-4)에 압입되는 2개의 위치설정 돌기(111-3,111-4)가 형성될 수 있다.
따라서, 도 15에 참조된 바와 같이, 안테나 모듈(110)을 안테나 배치부(170)에 설치할 때, 안테나 모듈 커버(111)의 배면 측에 방사소자용 인쇄회로기판(115)을 이동시켜 2개의 위치설정 돌기(111-3,111-4)가 2개의 위치 설정홀(115-3,115-4)에 안테나 모듈 커버(111)의 배면 측에 형성된 2개의 위치설정 돌기(111-3,111-4)를 압입하여 삽입하는 동작으로 고정시킨 후(도 15의 (b) 참조), 방사소자용 인쇄회로기판(115)이 결합된 안테나 모듈 커버(111)를 전방 방열 하우징(110)의 전면에 형성된 안테나 배치부(170) 측으로 이동시켜 2개의 위치설정 돌기(173a,173b)를 방사소자용 인쇄회로기판(115)의 2개의 위치 설정홀(115-1,115-2)에 압입하여 삽입하는 동작으로 임시 고정시킬 수 있다.
즉, 방사소자용 인쇄회로기판(115)는, 전면을 커버링하도록 구비된 안테나 모듈 커버(111)의 배면과 배면이 밀착되도록 구비된 전방 방열 하우징(100)의 안테나 배치부(170)의 전면에 각각 위치설정 돌기(111-3,111-4, 173a, 173b)가 위치 설정홀(115-1 내지 115-4)에 압입되어 삽입됨으로써 양자 사이에 안정적으로 배치될 수 있다.
한편, 도 15에 참조된 바와 같이, 방사소자용 인쇄회로기판(115)의 전면에는 상술한 안테나 패치회로부(116)가 인쇄 형성되고, 방사소자용 인쇄회로기판(115)의 배면에는 도전성의 접점패턴(115c)이 인쇄 형성되며, 필터(350)의 전단에 구비된 안테나측 동축 커넥터(353b)와 접점패턴(115c)의 접점에 의해 안테나 패치회로부(116) 측으로 급전 피딩이 이루어질 수 있다.
여기서, 안테나 모듈 커버(111)는 플라스틱 소재로 사출 성형되고, 안테나 모듈 커버(111)의 일면에는, 도 17a에 참조된 바와 같이, 방사용 디렉터(117)의 배면에 형합되는 디렉터 고정부(114)가 구비되되, 디렉터 고정부(114)에는 방사용 디렉터(117)와 결합 가능한 디렉터 고정돌기부(114b)가 전방으로 돌출되게 형성될 수 있다.
아울러, 도 17b에 참조된 바와 같이, 방사용 디렉터(117)는 그 배면에 적어도 하나의 디렉터 고정돌기부(114b)와 대응되는 위치에 함몰되게 형성된 적어도 하나의 디렉터 고정홈(117b)에 압입되어 고정될 수 있다.
또한, 안테나 모듈 커버(111)에는, 필터(350)와의 결합을 위한 필터 고정홀(113)이 관통 형성될 수 있다. 필터 고정홀(113)을 통하여 필터 고정 나사(미도시)가 안테나 모듈 커버(111)을 관통한 후, 방사소자용 인쇄회로기판(115)에 형성된 관통홀(115b)을 관통하여 필터(350)에 형성된 스크류 체결홀(359)에 체결되면, 필터(350)의 전면에 전방 방열 하우징(100)이 견고하게 적층 결합될 수 있다. 필터 고정홀(113)은, 도 16에 참조된 바와 같이, 홀 차폐캡(119)을 통해 밀폐됨이 바람직하다.
여기서, 안테나 모듈 커버(111)에는, 방사소자용 인쇄회로기판(115)과의 고정 스크류(180)에 의한 스크류 체결을 위한 적어도 하나의 기판 고정홀(114a)이 형성될 수 있다, 그리고, 방사용 디렉터(117)의 배면에는, 기판 고정홀(114a)을 관통하여 안테나 모듈 커버(111)의 배면으로 노출되는 적어도 하나의 고정 보스(117a)가 형성될 수 있다. 방사소자용 인쇄회로기판(115)은, 고정 스크류(180)가 전방 방열 하우징(110)의 안테나 배치부(170)를 전후 방향으로 관통하도록 형성된 디렉터 고정홀(178)을 관통한 후 고정 보스(117a)에 체결되는 동작으로 안테나 모듈 커버(111)의 배면에 고정될 수 있다.
한편, 고정 스크류(180)는, 후방에 위치되는 필터(350)의 전면에 후단부가 매칭되게 체결되는 접시머리 스크류로 구비됨이 바람직하다. 이는, 접시머리 스크류로 구비된 고정 스크류(180)의 후단면이 필터(350)의 전면과 가능한 최대의 면적으로 표면 열접촉되도록 하기 위함이다. 고정 스크류(180) 및 방사용 디렉터(117)는 열전도성 재질로 구비되는 바, 필터(350)가 구비된 전방 방열 하우징(100)과 메인 보드(310) 및 PSU 유닛(400) 사이의 내부 공간(200S)으로 방출된 열은, 전방 방열 하우징(100) 자체의 열전도 또는 상기 고정 스크류(180)와 방사용 디렉터(117)를 통한 열전도 방식을 통해 전방 측으로 방열될 수 있다.
또한, 안테나 모듈 커버(111) 일면에는 적어도 하나의 보강 리브(111a)가 형성되어 안테나 모듈 커버(111)의 외관을 형성하고, 플라스틱 소재의 안테나 모듈 커버(111)의 강도를 보강할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 방열 모습을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
메인보드(310)를 기준으로 전방 방열 하우징(100) 사이에 생성된 열과, 그 사이 공간에 해당하는 필터(350)로부터 생성된 열은, 전방 방열 하우징(100)의 배면에 직접 표면 열접촉 또는 필터(350)와 방사용 디렉터(117)을 매개로 전방 방열 하우징(100)의 전방으로 방열될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 경우, 종래의 레이돔을 삭제하는 대신 레이돔이 차지하는 면적만큼을 방열 면적으로 전환함으로써, 보다 우수한 방열 성능을 달성할 수 있게 된다.
메인보드(310)를 기준으로 하되, 메인보드(310)의 배면 측에 생성된 열 및 PSU 유닛(400)의 배면 측에 생성된 열은, 후방 방열 하우징(200)과 직접 표면 열접촉되어 후방 방열 하우징(200)에 일체로 형성된 다수의 방열핀(201)을 이용하여 신속하게 후방으로 방열될 수 있다.
이때, 필터(350)와 메인보드(310)의 사이 공간으로써, 크램쉘에 의하여 포집된 열은, 필터(350)의 필터 조립 돌기(357) 및 메인보드(310)의 열방출 비어홀(357a)을 통해 후방 방열 하우징(200)을 열전달 매개체로 하여 후방으로 방열될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 레이돔의 삭제로 인하여 증가되는 전방 방열 하우징(100)의 면적만큼 안테나 장치(1) 내부의 시스템 열을 후방 뿐만 아니라 전방을 포함하는 전방위로 방출할 수 있고, 안테나 모듈(110)이 안테나 장치(1)의 전방 방열 하우징(100)에 배치되되 외기에 노출되도록 배치됨으로써 안테나 장치(1)의 전후방 방열이 가능하여 방열 성능이 크게 향상되는 효과를 가진다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
본 발명은 레이돔을 삭제하고 방사소자가 안테나 장치의 전방 하우징에 배치됨으로써 안테나 장치의 전방 하우징과 후방 하우징을 모두 전후방 방열에 이용함으로써 방열 성능이 크게 향상된 안테나 장치를 제공한다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 방사소자가 전면에 배치되는 적어도 하나의 안테나 배치부;
    상기 적어도 하나의 안테나 배치부들 중 인접하는 안테나 배치부들 사이에 일체로 형성되고, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부를 포함하는 전방 방열 하우징; 및
    상기 전방 방열 하우징과 결합하고, 내부에 RF 신호를 필터링하는 필터 및 RF 소자가 실장되는 메인보드가 구비되는 후방 방열 하우징; 을 포함하고,
    상기 필터에서 발생한 열은 상기 필터 그 자체를 열전달 매개체로 하여 상기 전방 방열 하우징의 배면과의 접촉을 통해 상기 전방 방열 하우징 전면으로 전달되는, 안테나 장치.
  2. 이중편파 중 일 편파를 발생시키는 다수의 방사소자;
    상기 다수의 방사소자가 각각 전면에 배치되도록 상호 이격되게 배치된 다수의 안테나 배치부 및 상기 다수의 안테나 배치부 중 상호 인접하는 안테나 배치부들 사이에 일체로 형성되고, 외기에 노출되어 후방에서 발생한 열을 전방으로 전달하는 방열부, 를 포함하는 전방 방열 하우징; 및
    상기 전방 방열 하우징과 결합되고, RF 신호를 필터링하는 필터 및 RF 소자가 실장되는 메인보드가 수용되는 후방 방열 하우징; 을 포함하는, 안테나 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 방사소자는,
    상기 안테나 배치부에 배치되는 방사소자용 인쇄회로기판 상에 인쇄 형성된 안테나 패치회로부; 및
    도전성 금속재질로 형성되어 상기 안테나 패치회로부와 전기적으로 연결되는 방사용 디렉터; 를 포함하는, 안테나 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 방사용 디렉터는 방사 빔의 방향을 전방향으로 유도함과 동시에 상기 방사소자용 인쇄회로기판 후방에서 발생한 열을 열전도를 통해 전방으로 전달하는, 안테나 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 후방 방열 하우징의 내부 공간에 상기 메인보드와 동일한 높이로 적층 배치되고, 전면 또는 후면 중 어느 하나에 PSU 소자를 포함하는 다수의 전장소자가 실장 배치된 PSU 기판을 포함하는 PSU 유닛; 을 더 포함하고,
    상기 방사소자용 인쇄회로기판 후방에서 발생한 열은, 상기 필터 및 상기 다수의 전장소자로부터 발생된 열인, 안테나 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 방사용 디렉터는, 상기 열전도가 가능한 열전도성 재질로 이루어진, 안테나 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 방사소자용 인쇄회로기판 상면에는 상기 안테나 패치회로부에 급전신호를 공급하는 급전 라인이 형성된 안테나 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    적어도 2개의 상기 안테나 패치회로부와 상기 방사용 디렉터는 하나의 안테나 모듈을 형성하고,
    상기 안테나 모듈은, 외기에 노출된 상기 방사용 디렉터를 제외한 상기 안테나 패치회로부를 보호하도록 밀폐시키는 안테나 모듈 커버, 를 더 포함하는, 안테나 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 안테나 모듈 커버의 일면에는 관통홀이 형성되고,
    상기 방사용 디렉터는, 상기 안테나 모듈 커버의 전면 외기로 노출되게 결합되되, 상기 관통홀을 통해 상기 패치회로부와 전기적으로 연결되는, 안테나 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고,
    상기 안테나 모듈 커버 일면에는, 상기 방사용 디렉터의 배면에 형합되는 디렉터 고정부가 구비되되, 상기 디렉터 고정부에는 상기 방사용 디렉터와 결합 가능한 적어도 하나의 디렉터 고정돌기부가 전방으로 돌출되게 형성되며,
    상기 방사용 디렉터는, 배면에 상기 적어도 하나의 디렉터 고정돌기부와 대응되는 위치에 함몰되게 형성된 적어도 하나의 디렉터 고정홈에 압입되어 고정되는, 안테나 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고,
    상기 안테나 모듈 커버에는 상기 필터와의 결합을 위한 필터 고정홀이 관통 형성된, 안테나 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고,
    상기 안테나 모듈 커버에는, 상기 방사소자용 인쇄회로기판과의 고정 스크류에 의한 스크류 체결을 위한 적어도 하나의 기판 고정홀이 관통 형성된, 안테나 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 방사용 디렉터의 배면에는, 상기 기판 고정홀을 관통하여 상기 안테나 모듈 커버의 배면으로 노출되는 적어도 하나의 고정 보스가 형성되고,
    상기 방사소자용 인쇄회로기판은, 상기 고정 스크류가 상기 고정 보스에 체결되는 동작으로 상기 안테나 모듈 커버의 배면에 고정되는, 안테나 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 고정 스크류는, 후단면이 상기 필터의 전면과 매칭되게 체결되는 접시머리 스크류로 구비된, 안테나 장치.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 안테나 모듈 커버는 사출 성형되고, 상기 안테나 모듈 커버 일면에는 적어도 하나의 보강 리브가 일체로 형성된, 안테나 장치.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 방사소자용 인쇄회로기판에는 적어도 4개의 위치 설정홀이 형성되고,
    상기 방사소자용 인쇄회로기판은, 전면을 커버링하도록 구비된 상기 안테나 모듈 커버의 배면에 형성된 적어도 2개의 위치설정 돌기가 상기 4개의 위치 설정홀 중 2개의 위치 설정홀에 압입하여 삽입되고, 배면이 밀착하도록 구비된 상기 전방 방열 하우징의 전면에 형성된 적어도 2개의 위치설정 돌기가 상기 4개의 위치 설정홀 중 2개의 위치 설정홀에 압입하여 삽입되는, 안테나 장치.
  17. 청구항 3에 있어서,
    상기 필터와 상기 전방 방열 하우징 배면 사이에는 서멀패드(Thermal Pad)가 개재된 안테나 장치.
  18. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인 보드 상면에는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 배치되고 상기 FPGA에서 발생한 열은 상기 전방 방열 하우징의 배면을 통해 상기 전방 하우징 전면의 방열부로 전달되는, 안테나 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 FPGA에서 발생한 열은, 상기 FPGA와 상기 전방 방열 하우징의 배면을 연결하는 히트 파이프 또는 베이퍼 챔버 중 어느 하나를 매개로 전달되는, 안테나 장치.
  20. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 필터는 후단부에 신호 차단 기능을 수행하는 크렘쉘(Clamshell)이 일체로 형성되고,
    상기 크렘쉘에 의하여 차폐된 상기 필터의 내측에 생성된 열은 상기 후방 방열 하우징을 통해 후방 방열되는, 안테나 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 필터는, 상기 크렘쉘의 단부에 후방으로 돌출 형성되되 내부가 비어 있는 형상의 고정용 파이프를 매개로 상기 메인보드에 고정되고,
    상기 메인보드에는 상기 고정용 파이프와 연통하는 열배출 비어홀이 형성된, 안테나 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 열배출 비어홀은, 열전도성 재질로 도금된, 안테나 장치.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 전방 방열 하우징은, 금속 재질로 이루어지되 상기 적어도 하나의 안테나 배치부는 외기에 노출되도록 배치되고,
    상기 전방 방열 하우징의 후방으로써 상기 메인보드의 전방으로 생성된 열 중, 일부는 상기 적어도 하나의 방사소자를 매개로 전방 방열되고, 나머지는 상기 전방 방열 하우징을 매개로 전방 방열되며,
    상기 메인보드의 후방으로 생성된 열은 상기 후방 방열 하우징을 매개로 후방 방열되는, 안테나 장치.
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