WO2022131648A1 - 개선된 격리도 특성을 가지는 다중 대역 기지국 안테나 - Google Patents

개선된 격리도 특성을 가지는 다중 대역 기지국 안테나 Download PDF

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Abstract

개선된 격리도 특성을 가지는 다중 대역 기지국 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 반사판, 상기 반사판상에 배열되는 다수의 고대역 방사체; 및 상기 반사판상에 배열되는 다수의 저대역 방사체를 포함하되, 상기 다수의 저대역 방사체 각각은, 방사 기판, 상기 방사 기판상에 형성되는 제1 + 다이폴 아암 및 제1 - 다이폴 아암을 포함하는 제1 다이폴 방사체, 상기 방사 기판상에 형성되는 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암을 포함하는 제2 다이폴 방사체, 및 상기 방사 기판 하부에 결합되는 메탈 커플러를 포함하며, 상기 메탈 커플러는 상기 제1 + 다이폴 아암 하부에 위치하는 제1 커플링 패치, 상기 제1 -다이폴 아암과 하부에 위치하는 제2 커플링 패치, 상기 제2 +다이폴 아암과 하부에 위치하는 제3 커플링 패치 및 상기 제2 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제4 커플링 패치를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 저대역 방사체와 고대역 방사체간 양호한 격리도를 확보하고 안정적인 정재파비 특정을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

개선된 격리도 특성을 가지는 다중 대역 기지국 안테나
본 발명은 기지국 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개선된 격리도 특성을 가지는 다중 대역 기지국 안테나에 관한 것이다.
기지국 안테나는 기지국에 설치되어 미리 설정된 커버리지 내에 있는 단말들과 신호를 송수신하는 안테나이다. 5G 시스템이 도입되면서 비교적 높은 신규 주파수 대역이 통신에 사용되면서 기지국 안테나에 대해 이를 커버할 수 있는 다중 밴드 방사 특성이 요구되고 있으며 이로 인해 기지국 안테나에는 서로 다른 주파수 대역으로 방사하는 다수의 방사체가 하나의 하우징(레이돔)에 함께 배치되고 있다.
도 1은 종래의 다중 대역 기지국 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 다중 대역 기지국 안테나는 반사판(100), 다수의 저대역 방사체(110) 및 다수의 고대역 방사체(120)를 포함한다.
저대역 방사체(110)는 상대적으로 낮은 대역의 RF 신호를 방사하도록 설정된 방사체이고, 고대역 방사체(120)는 상대적으로 높은 대역의 RF 신호를 방사하도록 설정된 방사체이다.
저대역 방사체(110) 및 고대역 방사체(120) 소정의 배열 구조를 가지며 반사판(100)상에 결합된다.
기지국 안테나의 방사 주파수는 안테나의 방사체 사이즈에 의해 결정된다.
그런데, 저대역 방사체와 고대역 방사체가 공존하는 종래의 기지국 안테나에서는 고대역 방사체로부터 방사되는 RF신호가 저대역 방사체로 유기되어 재방사됨으로써 결국 고대역 방사체의 성능을 떨어뜨리는 문제가 발생하였다. 하여, 이러한 불필요한 방사를 억제하기 위한 새로운 구조의 방사체가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체와 고대역 방사체간 양호한 격리도를 확보하여 불필요한 방사를 억제할 수 있는 저대역 방사체의 구조를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 반사판, 상기 반사판상에 배열되는 다수의 고대역 방사체; 및 상기 반사판상에 배열되는 다수의 저대역 방사체를 포함하되, 상기 다수의 저대역 방사체 각각은, 방사 기판, 상기 방사 기판상에 형성되는 제1 + 다이폴 아암 및 제1 - 다이폴 아암을 포함하는 제1 다이폴 방사체, 상기 방사 기판상에 형성되는 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암을 포함하는 제2 다이폴 방사체, 및 상기 방사 기판 하부에 결합되는 메탈 커플러를 포함하며, 상기 메탈 커플러는 상기 제1 + 다이폴 아암 하부에 위치하는 제1 커플링 패치, 상기 제1 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제2 커플링 패치, 상기 제2 +다이폴 아암 하부에 위치하는 제3 커플링 패치 및 상기 제2 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제4 커플링 패치를 포함하는 다중 대역 기지국 안테나가 제공된다.
상기 메탈 커플러는 중앙에 슬롯이 형성된 고리형 패치부; 및 상기 고리형 패치부로부터 수직으로 돌출되는 제1 내지 제4 서포터를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제4 커플링 패치 각각은 상기 제1 내지 제4 서포터와 각각 결합된다.
상기 저대역 방사체는 임피던스 매칭을 수행하고 급전 신호를 제공하는 발룬부를 더 포함하되, 상기 발룬부는 상기 슬롯을 관통하여 상기 방사 기판에 결합된다.
상기 저대역 방사체는 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 + 다이폴 아암과 전자기적 커플링 가능한 위치에 형성되는 제1 +커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 - 다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제1 -커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 +다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 +커플링 아암 및 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 -다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 -커플링 아암을 더 포함한다.
상기 제1 + 커플링 아암, 제1 -커플링 아암, 제2 +커플링 아암 및 제2 -커플링 아암은 상기 제1 +다이폴 아암, 제1 -다이폴 아암, 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암 각각의 연장 방향과 비교하여 소정 각도 회전시킨 방향으로 연장된다.
상기 회전 시킨 방향은 상기 고대역 방사체로부터 멀어지는 방향인 것이 바람직하다.
상기 방사 기판 상부에는 상기 제1 다이폴 방사체 및 상기 제2 다이폴 방사체 사이에 형성되는 다수의 보조 아암이 형성된다.
상기 방사 기판 하부에 상기 다수의 보조 아암 각각과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 다수의 커플링 보조 아암이 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반사판, 상기 반사판상에 배열되는 다수의 고대역 방사체; 및 상기 반사판상에 배열되는 다수의 저대역 방사체를 포함하되, 상기 다수의 저대역 방사체 각각은, 방사 기판, 상기 방사 기판상에 형성되는 제1 + 다이폴 아암 및 제1 - 다이폴 아암을 포함하는 제1 다이폴 방사체, 상기 방사 기판상에 형성되는 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암을 포함하는 제2 다이폴 방사체, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 + 다이폴 아암과 전자기적 커플링 가능한 위치에 형성되는 제1 +커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 - 다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제1 -커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 +다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 +커플링 아암, 및 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 -다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 -커플링 아암을 포함하되, 상기 제1 + 커플링 아암, 제1 -커플링 아암, 제2 +커플링 아암 및 제2 -커플링 아암은 상기 제1 +다이폴 아암, 제1 -다이폴 아암, 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암 각각의 연장 방향과 비교하여 소정 각도 회전시킨 방향으로 연장되는 다중 대역 기지국 안테나가 제공된다.
본 발명은 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체와 고대역 방사체간 양호한 격리도를 확보하고 안정적인 정재파비 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 다중 대역 기지국 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나 장치의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 구조를 제1 방향에서 바라본 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 구조를 제2 방향에서 바라본 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 기판의 상부면을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 방사 기판 하부 구조를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 방사 기판 상하부를 함께 표시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 방사 기판을 제거한 상태의 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 커플러의 구조를 나타낸 사시도.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나는 다수의 저대역 방사체(200), 다수의 고대역 방사체(300) 및 반사판(400)을 포함한다.
다수의 저대역 방사체들(200)은 상대적으로 낮은 대역의 RF 신호를 방사하기 위한 방사체들이다. 저대역 방사체들(200)은 미리 설정된 간격으로 배열되어 배열 구조를 형성한다.
도 2에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나 장치에는 다수의 페이즈 쉬프터를 포함하며, 페이즈 쉬프터는 저대역 방사체들(200) 각각으로 급전되는 신호의 위상을 제어한다.
배열된 저대역 방사체들(200)로 급전되는 신호의 위상 조절을 통해 저대역 방사체들(200)에 의해 방사되는 저대역 RF 신호의 빔 방향을 조절할 수 있다.
다수의 고대역 방사체들(300)은 상대적으로 높은 대역의 RF 신호를 방사하기 위한 방사체들이다. 고대역 방사체들(300) 역시 미리 설정된 간격으로 배열되어 배열 구조를 형성한다.
다수의 페이즈 쉬프터들은 고대역 방사체들(300)에 대해서도 급전되는 신호의 위상을 조절하고, 위상 조절을 통해 배열된 고대역 방사체들(300)에 의해 방사되는 고대역 RF 신호의 빔 방향이 조절된다.
도 2에는 두 개의 대역에 대한 방사체를 구비하는 기지국 안테나 장치가 도시되어 있으나 더 많은 수의 대역에 대한 방사체가 구비될 수도 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
다수의 저대역 방사체들(200) 및 고대역 방사체들(300)은 반사판(400)상에 형성된다. 반사판(400)은 금속 재질로 이루어지며 전기적으로 접지 전위를 가진다.
다수의 저대역 방사체들(200)과 고대역 방사체들(300)은 볼트 결합, 솔더링 등과 같은 다양한 결합 방식을 이용하여 반사판(400)에 결합될 수 있다.
반사판(400)은 다수의 방사체들(200, 300)에서 방사되는 신호가 반사판의 전면 방향으로 방사되도록 신호의 빔 방향을 제어하기 위한 구성 요소로서, 접지 전위를 가진 반사판(400)에서 신호가 반사되면서 반사판(400)의 후면 방향으로는 신호의 방사가 억제된다.
도 2를 참조하면, 일부 영역에서 저대역 방사체(200)와 고대역 방사체(300)가 상하로 오버랩되는데, 저대역 방사체(200)가 고대역 방사체(300)에 비해 더 높은 높이를 가지면서 상하로 오버랩될 수 있다. 이러한 오버랩 구조는 배열 안테나의 전체적인 면적을 줄이기 위한 것이며, 이러한 오버랩 구조가 필수적으로 요구되는 것은 아니다.
한편, 도 2에는 두 개의 저대역 방사체(200) 및 6개의 고대역 방사체(300)가 배열된 경우가 도시되어 있으나, 저대역 방사체(200)와 고대역 방사체(300)의 갯수 역시 요구되는 특성 및 사이즈에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 구조를 제1 방향에서 바라본 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 구조를 제2 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 방사체는 방사 기판(500), 발룬부(800) 및 메탈 커플러(700)를 포함한다.
방사 기판(500)은 방사체가 형성되는 기판이며, 유전체 재질로 이루어지는 기판이다. 방사 기판(500)의 상하부에는 방사를 위한 방사 패턴이 형성되며, 방사 패턴의 상세한 구조는 별도의 도면을 참조하여 설명한다.
발룬부(800)는 반사판(400)에 결합되며 미리 설정된 높이를 가져 임피던스 매칭 역할을 수행한다. 발룬부(800)에는 급전 선로가 결합되어 급전 신호를 방사 기판(500)의 상하부에 형성된 방사패턴에 급전 신호를 제공한다. 일례로, 발룬부(800)는 두 개의 기판이 서로 직교하여 결합되는 구조를 가질 수 있으며, 발룬부(800)의 상세 구조는 별도의 도면을 참조하여 설명한다.
메탈 커플러(700)는 방사 기판(500) 하부에 결합된다. 메탈 커플러(700)는 고대역 방사체(300))에 의해 저대역 방사체(200)가 받게 되는 신호 간섭 현상을 억제하기 위해 본 발명에서 제안하는 엘리먼트이다. 메탈 커플러(700)는 저대역 방사체(200)와 고대역 방사체(300)간 격리도 확보 및 저대역 방사체의 교차 편파비를 향상시키는 기능을 한다. 메탈 커플러(700)의 상세한 구조는 별도의 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 기판의 상부면을 나타낸 도면이다.
방사 기판(500)의 상부에는 방사 패턴이 형성되며, 방사 패턴은 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 - 다이폴 아암(510-2)을 포함하는 제1 다이폴 방사체와 제2 + 다이폴 아암(520-1)과 제2 - 다이폴 아암(520-2)을 포함하는 제2 다이폴 방사체를 포함한다.
제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 - 다이폴 아암(510-2)은 각각 + 급전과 - 급전을 받는 제1 다이폴 방사체로 동작하며, 일례로 제1 다이폴 방사체는 +45도 편파의 RF 신호를 방사하는 방사체로 기능할 수 있다.
제2 + 다이폴 아암(520-1)과 제2 - 다이폴 아암(520-2)은 각각 + 급전과 - 급전을 받는 제2 다이폴 방사체로 동작하며, 일례로 -45도 편파의 RF 신호를 방사하는 방사체로 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 방사체는 +45도 및 -45도의 이중 편파 신호를 방사하도록 설정된 방사체이나, 단일 편파의 신호를 방사하는 경우도 본 발명의 범주에 포함된다는 점은 당업자에게 있어 자명하며, 이러한 방사체는 하나의 다이폴 방사체만을 포함할 수 있을 것이다.
일반적으로, 기판에 형성되는 기지국 안테나의 방사 패턴은 기판 상부에만 형성된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 방사체는 기판의 상하부에 모두 형성되며, 기판 하부에 형성된 방사 패턴 구조는 별도의 도면을 참조하여 설명한다.
제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 - 다이폴 아암(510-2)은 동일한 각도로 형성되며, 기판의 중앙으로부터 각각 동일한 각도의 반대 방향으로 연장된다. 도 5에는 기판의 중앙에서부터 +45도 방향으로 연장되는 경우가 도시되어 있다.
일반적으로 다이폴 방사체의 아암은 방사 주파수의 약 0.25λ의 길이를 가진다. 그러나, 본 발명의 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 - 다이폴 아암(510-2)은 0.25λ보다 짧은 길이를 가진다. 일례로, 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 - 다이폴 아암(510-2)의 길이는 약 0.2λ의 길이를 가진다.
제2 + 다이폴 아암(520-1)과 제2 - 다이폴 아암(520-2)은 동일한 각도로 형성되며, 기판의 중앙으로부터 각각 동일한 각도의 반대 방향으로 연장된다. 도 4에는 기판의 중앙에서부터 -45도 방향으로 연장되는 경우가 도시되어 있다.
제2 + 다이폴 아암(520-1)과 제2 - 다이폴 아암(520-2)도 0.25λ보다 작은 길이를 가지며, 약 0.2λ의 길이를 가지도록 설정될 수 있다.
다이폴 아암의 길이가 0.2λ일 경우 방사 주파수를 적절히 방사할 수 없다. 그럼에도 불구하고 본 발명은 0.2λ의 길이를 가지도록 제1 다이폴 아암(510-1, 510-2) 및 제2 다이폴 아암(520-1, 520-2)의 길이를 설정하며, 필요한 잔여 길이는 기판 하부에 형성되는 후술하는 커플링 아암들(510-3, 510-4, 520-3, 520-4)을 이용하여 보상한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 방사 기판 하부 구조를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 저대역 방사체의 방사 기판 상하부를 함께 표시한 도면이다.
제1 + 커플링 아암(510-3)은 제1 + 다이폴 아암(510-1)에 필요한 잔여 길이를 보상하기 위한 아암으로서, 제1 + 커플링 아암(510-3)은 기판 하부에 형성되며, 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 커플링을 통해 전자기적으로 연결 가능한 위치에 형성된다. 이러한 커플링 연결 구조를 통해 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 + 커플링 아암(510-3)이 하나의 + 다이폴 아암으로 동작한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 + 커플링 아암(510-3)의 시작단과 제1+ 다이폴 아암(510-1)의 종단이 서로 상하로 일치하도록 제1 + 커플링 아암(510-3)의 위치가 설정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 +커플링 아암(510-3)은 제1 +다이폴 아암(510-1)과 비교하여 소정 각도 회전된 각도로 형성될 수 있다. 제1 +커플링 아암(510-3)은 고대역 방사체와 멀어지는 방향으로 제1 +다이폴 아암(510-1)과 비교하여 소정 각도 회전될 수 있다.
물론, 제1 +커플링 아암(510-3)이 제1 +다이폴 아암(510-1)과 동일한 방향으로 형성될 수도 있을 것이며, 제1 +커플링 아암(510-3)이 고대역 방사체와 멀어지는 방향으로 회전될 때 보다 양호한 격리도 특성을 확보할 수 있다.
제1 + 커플링 아암(510-3)은 제1 + 다이폴 아암(510-1)이 실질적으로 하나의 + 다이폴 아암으로 동작하기에 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 + 커플링 아암(510-3)을 합친 길이는 0.25λ로 설정된다. 예를 들어, 제1 + 다이폴 아암(510-1)의 길이가 0.2λ일 경우, 제1 + 커플링 아암(510-3)의 길이는 0.05λ로 설정될 수 있다.
만약, 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제1 + 커플링 아암(510-3)이 일부 오버랩될 경우, 오버랩된 길이는 제외한 길이를 제외하고 0.25λ가 되도록 설정될 수 있을 것이다.
제1 - 커플링 아암(510-4)은 제1 - 다이폴 아암(510-2)에 필요한 잔여 길이를 보상하기 위한 아암으로서, 제1 -커플링 아암(510-4)도 기판 하부에 형성되며, 제1 - 다이폴 아암(510-2)과 커플링을 통해 전자기적으로 연결 가능한 위치에 형성된다. 이러한 커플링 연결 구조를 통해 제1 - 다이폴 아암(510-2)과 제1 - 커플링 아암(510-3)이 하나의 - 다이폴 아암으로 동작한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 - 커플링 아암(510-4)의 시작단과 제1 - 다이폴 아암(510-2)의 종단이 서로 일치하도록 제1 - 커플링 아암(510-4)의 위치가 설정될 수 있다. 물론, 제1 - 커플링 아암(510-4)도 제1 - 다이폴 아암(510-2)과 일부가 오버랩되도록 그 위치가 설정될 수도 있을 것이다.
제1 +커플링 아암(510-3)의 경우와 동일하게, 제1 -커플링 아암(510-4)은 제1 -다이폴 아암(510-2)과 비교하여 소정 각도 회전된 각도로 형성될 수 있으며, 제1 -커플링 아암(510-4)은 고대역 방사체와 멀어지는 방향으로 제1 -다이폴 아암(510-2)과 비교하여 소정 각도 회전될 수 있다. 물론, 제1 -커플링 아암(510-4) 역시 제1 -다이폴 아암(510-2)과 동일한 각도로 형성될 수 있을 것이다.
제1 - 커플링 아암(510-4)은 제1 - 다이폴 아암(510-2)이 실질적으로 하나의 - 다이폴 아암으로 동작하기에 제1 - 다이폴 아암(510-2)과 제1 - 커플링 아암(510-3)을 합친 길이 역시 0.25λ로 설정된다.
제2 + 커플링 아암(520-3)과 제2 - 커플링 아암(520-4) 역시 동일한 방식으로 기판(500) 하부에 형성되며, 제2 + 커플링 아암(520-3)과 제2 + 다이폴 아암(520-1)이 하나의 + 다이폴 방사체로 기능하고, 제2 - 커플링 아암(520-4)과 제2 - 다이폴 아암(520-2)이 하나의 - 다이폴 방사체로 기능한다.
도 7을 참조하면, 기판 상부에 형성된 다이폴 아암들과 기판 하부에 형성된 커플링 아암들을 함께 표시하고 있으며, 도 7을 통해 다이폴 아암과 커플링 아암이 전자기적 커플링을 통해 하나의 다이폴 방사체로 기능하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 다이폴 아암을 기판 상하로 격리시키는 구조는 저대역 방사체와 고대역 방사체가 공존하는 기지국 안테나에서 고대역 방사체로부터 방사되는 RF신호가 저대역 방사체로 유기되어 재방사되는 것을 방지하기 위해서이다. 즉, 고대역 안테나와 저대역 안테나의 격리도를 확보하기 위한 구조로서, 저대역 방사체에 유기되는 고대역 신호는 상하로 분리된 두 개의 아암으로 인해 억제된다. 또한, 앞서 설명한 본 발명의 다이폴 아암 구조는 저대역 방사체의 정재파비 특성을 향상시키는 효과도 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 다수의 보조 아암(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670)들이 형성된다. 다수의 보조 아암(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670)들은 다이폴 아암들(510-1, 510-2, 520-1, 520-2) 사이에 형성된다.
도 5 및 도 6에는 각 다이폴 아암들(510-1, 510-2, 520-1, 520-2)사이에두 개의 보조 아암이 돌출되어 총 8개의 보조 아암(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670)이 형성되는 경우가 도시되어 있으나 보조 아암의 개수가 필요에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
다수의 보조 아암들의 연장 방향은 저대역 방사체들의 배열 방향과 평행하거나 배열 방향에 대해 수직일 수 있다. 예를 들어, 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 제2 +다이폴 아암(520-1) 사이에는 제1 보조 아암(600) 및 제2 보조 아암(610)이 형성되며, 제1 보조 아암(600) 및 제2 보조 아암(610)은 저대역 방사체들의 배열 방향과 평행한 방향으로 연장된다.
제1 +다이폴 아암(510-1)과 제2 -다이폴 아암(520-2) 사이에는 제3 보조 아암(620) 및 제4 보조 아암(630)이 형성된다. 제3 보조 아암(620) 및 제4 보조 아암(630)은 저대역 방사체들의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장된다.
제2 -다이폴 아암(520-2)과 제1 -다이폴 아암(510-2) 사이에는 제5 보조아암(640) 및 제6 보조 아암(650)이 형성된다. 제5 보조 아암(640) 및 제6 보조 아암(650)은 저대역 방사체들의 배열 방향과 평행한 방향으로 연장된다.
제1- 다이폴 아암(510-2)과 제2 +다이폴 아암(520-1) 사이에는 제7 보조 아암(660)과 제8 보조 아암(670)이 형성된다. 제7 보조 아암(660) 및 제8 보조 아암(670)은 저대역 방사체들의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장된다.
도 6을 참조하면, 기판의 하부에는 각 보조 아암들(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670)과 연관되는 커플링 보조 아암들(600-1, 610-1, 620-1, 630-1, 640-1, 650-1, 660-1, 670-1)이 형성된다.
제1 커플링 보조 아암(600-1), 제2 커플링 보조 아암(610-1), 제5 커플링 보조 아암(640-1) 및 제6 커플링 보조 아암(650-1) 각각은 제1 보조 아암(600), 제2 보조 아암(610), 제5 보조 아암(640) 및 제6 보조 아암(650) 하부에 형성되어 전자기적 커플링이 발생하도록 한다.
한편, 기판 상부에는 제1 보조 아암(600), 제2 보조 아암(610), 제5 보조 아암(640) 및 제6 보조 아암(650)과 이격된 제1 커플링 부재(600-2), 제2 커플링 부재(610-2), 제5 커플링 부재(640-2) 및 제6 커플링 부재(650-2)가 형성된다.
제1 보조 아암(600)과 제1 보조 아암(600) 하부에 위치하는 제1 커플링 보조 아암(600-1)사이에서 1차 커플링이 발생하고, 제1 커플링 보조 아암(600-1)과 제1 커플링 부재(600-2) 사이에서 2차 커플링이 발생하며, 이는 다른 보조 아암들의 경우에도 동일하게 적용된다. 보조 아암을 단일 부재로 형성하지 않고 다단의 커플링을 통해 전자기적으로 연결되도록 하는 구조에 의해 배열 간격에 따라 열화되는 격리도와 반사손실을 개선 및 고대역 방사소자의 패턴열화 현상을 저감시키므로 고대역 방사 패턴을 양호하게 유지하면서 양호한 저대역 방사소자의 격리도 특성과 반사손실 특성을 확보하는 것이 가능하다.
제3 보조 아암(620), 제4 보조 아암(630), 제7 보조 아암(660) 및 제8 보조 아암(670) 하부에는 각각 제3 커플링 보조 아암(620-1), 제4 커플링 보조 아암(630-1), 제7 보조 아암(660-1) 및 제8 커플링 보조 아암(670-1)이 형성된다.
제3 커플링 보조 아암(620-1), 제4 커플링 보조 아암(630-1), 제7 보조 아암(660-1) 및 제8 커플링 보조 아암(670-1)과 연관된 보조 아암 사이에도 전자기적 커플링이 발생한다.
보조 아암들(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670) 및 커플링 보조 아암들(600-1, 610-1, 620-1, 630-1, 640-1, 650-1, 660-1, 670-1)은 저대역 방사체간의 어레이 간격을 조절할 때 정재파특성이 변하는 것을 보상하기 위한 튜닝수단으로서의 기능도 수행한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 기지국 안테나에서 방사 기판을 제거한 상태의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 발룬부(800)는 두 개의 기판(800a, 800b)으로 이루어져 있다. 제1 기판(800a) 및 제2 기판(800b)은 서로 직교하며, 반사판에 수직으로 세워지는 두 개의 기판(800a, 800b)이 임피던스 매칭을 위한 발룬부(600)로 기능한다. 두 개의 기판(800a, 800b)의 하단은 반사판과 결합되고, 상단은 방사 기판(500)과 결합된다.
두 개의 기판(800a, 800b)에는 급전 선로 및 접지 선로가 형성되어 급전 선로를 통해 급전 신호 및 접지 신호가 다수의 다이폴 방사체들에 제공된다. 급전 신호 및 접지 신호를 다이폴 방사체들에 제공하는 구조는 널리 알려진 구조이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 8에 도시된 발룬부(800)의 구조는 예시적인 것이며, 다양한 형태로 발룬부가 형성될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
도 8을 참조하면, 방사 기판(500)의 하부에는 메탈 커플러(700)가 결합된다. 방사 기판(500)의 하부에는 다수의 커플링 보조 아암 및 다수의 커플링 아암들이 형성되어 있는데, 메탈 커플러(700)는 기판 다수의 커플링 보조 아암 및 다수의 커플링 아암과 전기적으로 접촉되지 않는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 메탈 커플러(700)는 발룬부(800)를 형성하는 기판(800a, 800b)과도 접촉하지 않기에 메탈 커플러(700)는 신호 또는 접지와 전기적으로 연결되지 않는다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 커플러의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 커플러(700)는 중앙에 슬롯이 형성된 고리형 패치부(710), 상기 고리형 패치부(710)로부터 상향으로 돌출되는 다수의 서포터(720-1, 720-2, 720-3, 720-4) 및 상기 다수의 서포터(720-1, 702-2, 720-3, 720-4) 각각으로부터 연장되는 다수의 커플링 패치(730-1, 730-2, 730-3, 730-4)를 포함할 수 있다. 메탈 커플러(700)를 구성하는 고리형 패치부(710), 서포터 및 커플링 패치는 동일 재질로 이루어지며, 금속 재질이다.
고리형 패치부(710)의 중앙에 형성된 슬롯으로는 발룬부(800)를 형성하는 두 개의 기판(800a, 800b)이 관통한다.
고리형 패치부(710)로부터 4개의 서포터(720-1, 720-2, 720-3, 720-4)가 수직 방향으로 돌출된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 서포터의 수 및 커플링 패치의 수는 다이폴 아암의 수에 기초하여 결정된다. 본 실시예에서는 4개의 다이폴 아암(510-1, 510-2, 520-1, 520-2)이 사용되므로, 4개의 서포터(720-1, 720-2, 720-3, 720-4)가 형성되어 있다.
다수의 서포터(720-1, 720-2, 720-3, 720-4) 각각으로부터 커플링 패치(730-1, 730-2, 730-3, 730-4)가 연장된다. 커플링 패치(730-1, 730-2, 730-3, 730-4)는 서포터의 돌출 방향과 수직으로 연장되며, 따라서 방사 기판(500)과 평행한 방향으로 연장된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 커플링 패치(730-1)는 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 동일한 방향으로 연장되고, 제2 커플링 패치(730-2)는 제1 -다이폴 아암(510-2)과 동일한 방향으로 연장되며, 제3 커플링 패치(730-3)는 제2 +다이폴 아암(520-1)과 동일한 방향으로 연장되고, 제4 커플링 패치(730-4)는 제2 -다이폴 아암(520-2)과 동일한 방향으로 연장된다.
다수의 커플링 패치들(730-1, 730-2, 730-3, 730-4)의 종단은 수직으로 절곡될 수 있으며, 이러한 수직 절곡 구조가 필수적으로 요구되는 것은 아니다.
각각의 커플링 패치들은 기판 하부에 결합되며, 기판 상부에 배치되어 인접하는 다이폴 아암들과의 전자기적 커플링이 발생한다. 제1 커플링 패치(730-1)는 제1 + 다이폴 아암(510-1)과 상하로 오버랩되어 제1 +다이폴 아암과의 전자기적 커플링을 발생시킨다. 제2 커플링 패치(730-2)는 제1 -다이폴 아암(510-2)과 상하로 오버랩되어 제1 -다이폴 아암과의 전자기적 커플링을 발생시킨다. 이러한 전가기적 커플링은 제3 커플링 패치(730-3) 및 제4 커플링 패치(730-4)에 대해서도 동일한 방식으로 발생한다.
커플링 패치들에서의 전자기적 커플링을 통해 발생하는 전류는 서포터를 경우하여 고리형 패치부(710)로 흐르게 된다.
상술한 바와 같은 구조를 가지는 메탈 커플러(700)는 다이폴 아암들과의 커플링을 통해 고대역 방사체에 유기되는 신호를 높은 임피던스로 차단하는 역할을 하므로 저대역 방사체와 고대역 방사체간의 격리도를 개선 시키며 저대역 방사체의 교차 편파비를 개선한다..
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 반사판,
    상기 반사판상에 배열되는 다수의 고대역 방사체; 및
    상기 반사판상에 배열되는 다수의 저대역 방사체를 포함하되,
    상기 다수의 저대역 방사체 각각은,
    방사 기판,
    상기 방사 기판상에 형성되는 제1 + 다이폴 아암 및 제1 - 다이폴 아암을 포함하는 제1 다이폴 방사체,
    상기 방사 기판상에 형성되는 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암을 포함하는 제2 다이폴 방사체, 및
    상기 방사 기판 하부에 결합되는 메탈 커플러를 포함하며,
    상기 메탈 커플러는 상기 제1 + 다이폴 아암 하부에 위치하는 제1 커플링 패치, 상기 제1 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제2 커플링 패치, 상기 제2 +다이폴 아암 하부에 위치하는 제3 커플링 패치 및 상기 제2 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제4 커플링 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 커플러는 중앙에 슬롯이 형성된 고리형 패치부; 및
    상기 고리형 패치부로부터 수직으로 돌출되는 제1 내지 제4 서포터를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 커플링 패치 각각은 상기 제1 내지 제4 서포터와 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저대역 방사체는,
    임피던스 매칭을 수행하고 급전 신호를 제공하는 발룬부를 더 포함하되,
    상기 발룬부는 상기 슬롯을 관통하여 상기 방사 기판에 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저대역 방사체는,
    상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 + 다이폴 아암과 전자기적 커플링 가능한 위치에 형성되는 제1 +커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 - 다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제1 -커플링 아암, 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 +다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 +커플링 아암 및 상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 -다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 -커플링 아암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 + 커플링 아암, 제1 -커플링 아암, 제2 +커플링 아암 및 제2 -커플링 아암은 상기 제1 +다이폴 아암, 제1 -다이폴 아암, 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암 각각의 연장 방향과 비교하여 소정 각도 회전시킨 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전 시킨 방향은 상기 고대역 방사체로부터 멀어지는 방향인 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 방사 기판 상부에는 상기 제1 다이폴 방사체 및 상기 제2 다이폴 방사체 사이에 형성되는 다수의 보조 아암이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방사 기판 하부에 상기 다수의 보조 아암 각각과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 다수의 커플링 보조 아암이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  9. 반사판,
    상기 반사판상에 배열되는 다수의 고대역 방사체; 및
    상기 반사판상에 배열되는 다수의 저대역 방사체를 포함하되,
    상기 다수의 저대역 방사체 각각은,
    방사 기판,
    상기 방사 기판상에 형성되는 제1 + 다이폴 아암 및 제1 - 다이폴 아암을 포함하는 제1 다이폴 방사체,
    상기 방사 기판상에 형성되는 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암을 포함하는 제2 다이폴 방사체,
    상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 + 다이폴 아암과 전자기적 커플링 가능한 위치에 형성되는 제1 +커플링 아암,
    상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제1 - 다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제1 -커플링 아암,
    상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 +다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 +커플링 아암, 및
    상기 방사 기판 하부에 형성되며 상기 제2 -다이폴 아암과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 제2 -커플링 아암을 포함하되,
    상기 제1 + 커플링 아암, 제1 -커플링 아암, 제2 +커플링 아암 및 제2 -커플링 아암은 상기 제1 +다이폴 아암, 제1 -다이폴 아암, 제2 +다이폴 아암 및 제2 -다이폴 아암 각각의 연장 방향과 비교하여 소정 각도 회전시킨 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저대역 방사체는,
    상기 방사 기판 하부에 결합되는 메탈 커플러를 더 포함하며, 상기 메탈 커플러는 상기 제1 + 다이폴 아암 하부에 위치하는 제1 커플링 패치, 상기 제1 -다이폴 아암과 하부에 위치하는 제2 커플링 패치, 상기 제2 +다이폴 아암과 하부에 위치하는 제3 커플링 패치 및 상기 제2 -다이폴 아암 하부에 위치하는 제4 커플링 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메탈 커플러는 중앙에 슬롯이 형성된 고리형 패치부; 및
    상기 고리형 패치부로부터 수직으로 돌출되는 제1 내지 제4 서포터를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 커플링 패치 각각은 상기 제1 내지 제4 서포터와 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저대역 방사체는,
    임피던스 매칭을 수행하고 급전 신호를 제공하는 발룬부를 더 포함하되,
    상기 발룬부는 상기 슬롯을 관통하여 상기 방사 기판에 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 회전 시킨 방향은 상기 고대역 방사체로부터 멀어지는 방향인 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 방사 기판 상부에는 상기 제1 다이폴 방사체 및 상기 제2 다이폴 방사체 사이에 형성되는 다수의 보조 아암이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방사 기판 하부에 상기 다수의 보조 아암 각각과 전자기적 커플링이 가능한 위치에 형성되는 다수의 커플링 보조 아암이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 기지국 안테나.
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