WO2023132715A1 - 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치 - Google Patents

안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치 Download PDF

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WO2023132715A1
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WO
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panel
antenna
stripline
board assembly
reflecting
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PCT/KR2023/000356
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소성환
최오석
서용원
강성만
양형석
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주식회사 케이엠더블유
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/212—Frequency-selective devices, e.g. filters suppressing or attenuating harmonic frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna board assembly and an antenna device including the same (ANTENNA BOARD ASSEMBLY AND ANTENNA APPARATUS INCLUDING THE SAME), and more particularly, a power supply line pattern-printed on an existing PCB is a conductor on a panel made of general plastic resin It relates to an antenna board assembly capable of minimizing insertion loss by constructing a feed stripline and an antenna device including the same.
  • Wireless communication technology for example, MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • a transmitter transmits different data through each transmit antenna
  • a receiver is a spatial multiplexing technique that distinguishes transmitted data through appropriate signal processing.
  • the channel capacity increases, allowing more data to be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10, about 10 times the channel capacity is secured using the same frequency band compared to the current single-antenna system.
  • Massive MIMO technology Up to 8 antennas are used in 4G LTE-advanced, products equipped with 64 or 128 antennas are currently being developed in the pre-5G stage, and base station equipment with a much larger number of antennas is expected to be used in 5G , this is called Massive MIMO technology. While the current cell operation is 2-Dimension, if Massive MIMO technology is introduced, 3D-Beamforming becomes possible, so it is also called FD-MIMO (Full Dimension).
  • a plurality of array antenna elements may implement beamforming through antenna radiation beams to provide optimal services in response to changes in usage density of subscribers by region and time.
  • Such a plurality of array antenna elements are mounted on the front surface of the antenna element substrate coupled to the front part of the RF filter, and a plurality of transmission lines for electrically connecting the antenna element substrate to the RF filter are patterned on the front and rear surfaces of the antenna element substrate. can be printed
  • the antenna element substrate is made of a PCB material (eg, FR4 material) having a predetermined permittivity, insertion loss due to a plurality of pattern-printed transmission lines increases, thereby degrading the performance of the antenna device. .
  • a PCB material eg, FR4 material
  • connection part of the RF filter and the plurality of transmission lines is connected using a coaxial connector (Direct Coaxial Connector, DCC)
  • a ground washer made of a conductor material serving as a ground around the coaxial connector as a front of the RF filter is provided
  • a predetermined avoidance space must be provided between the RF filter and the antenna element substrate, which increases the overall thickness of the front and rear products.
  • the present invention has been made to solve the above technical problems, and an object of the present invention is to provide an antenna board assembly capable of improving system performance by reducing insertion loss compared to conventional PCB materials and an antenna device including the same.
  • the present invention provides an antenna board assembly that is provided to easily electrically connect without increasing the volume of the connection portion of the RF filter and the plurality of transmission lines to prevent the overall volume increase of the product, and an antenna device including the same provided for a different purpose.
  • An antenna board assembly includes a reflecting panel provided to reflect antenna beams radiated from a plurality of array antenna elements provided on the front side, and stacked and coupled to the rear surface of the reflecting panel.
  • a rear panel made of a non-conductive material and a front panel laminated and coupled to a front surface of the reflecting panel and made of a non-conductive material, wherein the rear panel and the front panel are formed by the rear panel and the front panel based on the reflecting panel
  • the panels are integrally molded by the double injection method and laminated together.
  • a plurality of power supply striplines coupled to the front and rear surfaces of the reflecting panel are further included to supply power to the plurality of array antenna elements, and in the reflecting panel, power is supplied to the plurality of array antenna elements.
  • At least one connection hole may be formed to pass through in the forward and backward directions so that some of the plurality of power supply striplines prepared for the purpose of passing through and connecting from the rear side to the front side.
  • the plurality of feed striplines are disposed on the rear panel, one end is connected to the output port of the unit RF filter body, and the other end is connected to the rear feed stripline passing through the at least one connection hole and to the front panel Disposed, one end provided to supply power from the rear feed stripline, the other end including a front feed stripline provided to feed power to the plurality of array antenna elements, and on the rear panel and the front panel, the rear Stripline installation slits may be formed to pass through in the front and rear directions so that the feed stripline and the front feed stripline are accommodated within a thickness range.
  • a plurality of fixing pins are integrally formed with respect to the rear panel and the front panel, respectively, so that arbitrary movements of the rear feed strip line and the front feed strip line are suppressed, and the rear feed strip
  • a plurality of pin fixing holes through which the plurality of fixing pins are fastened may be formed in the line and the front feeding strip line.
  • the plurality of fixing pins formed in the stripline installation slit are fixed to the plurality of pin fixing holes of the rear feeding stripline and the front feeding stripline, and then melted by external heat. It can be formed in a size that protrudes into.
  • a part of one end of the rear feed stripline connected to the output port of the RF filter body may be provided as a low-pass filter (LPF) for removing high-frequency noise.
  • LPF low-pass filter
  • the front end of the low pass filter is electrically connected via a direct coaxial connector (DCC) installed at the output port of the plurality of unit RF filter bodies, and is formed in a semicircular shape around the coaxial connector. It can be connected through the open part of the ground washer installed as
  • the rear feed stripline and the front feed stripline are respectively formed on the stripline installation slit (hereinafter referred to as 'rear installation slit') formed on the rear panel and the stripline installation slit (hereinafter referred to as 'rear installation slit') formed on the front panel.
  • 'front installation slit' may be provided in the form of a thin conductor bar made of a conductor material that does not exceed each thickness.
  • the rear power supply stripline is electrically connected to any one of the input end of the variable circuit board fixed to the front surface of the reflecting panel and the input end of the front power supply stripline through a connection pin extending forwardly at each end thereof. can be connected to
  • the front power supply stripline has one end of a variable circuit board fixed to the front surface of the reflecting panel and an input terminal connected to the rear power supply stripline, and the other end is inserted and supported on the front surface of the front panel. It is supported by pins and may be connected to power supply to the plurality of array antenna elements.
  • variable circuit board fixed to the front surface of the reflecting panel and pattern-printed with a variable circuit having at least one disconnection point capable of varying the phase of a frequency through a change in the physical length of at least a transmission line is printed on the front surface. and a phase shifter configured to do so, and a variable circuit board avoidance groove cut to expose the variable circuit board forward may be cut and formed on the front panel.
  • the phase shifter is a phase shift drive motor fixed between the unit RF filter bodies as a rear side of the rear panel, horizontally in an up and down direction at the rear of the rear panel according to a motor shaft rotation direction of the phase shift drive motor
  • a horizontal mounting bar that moves while being maintained, a variable switch panel rotatably provided on the front surface of the variable circuit board fixed to the front surface of the reflecting panel, one end connected to the horizontal mounting bar, and the other end relative to the variable switch panel It includes a vertical mounting bar hinged, and on the reflecting panel, the rear panel, and the front panel, vertical and downward movements for avoiding interference with the vertical movement of a hinge connecting pin protruding forward from the horizontal mounting bar and connected to the vertical mounting bar.
  • a guide slot may be formed.
  • An antenna device is provided to be electrically connected to an RF filter provided with a plurality of unit RF filter bodies stacked on the front surface of a main board and the front of the RF filter, and implements antenna beamforming.
  • a radiating element module including a plurality of array antenna elements arranged to do so, wherein the radiating element module includes a reflecting panel provided to forwardly reflect antenna beams radiated from the plurality of array antenna elements, the ripple
  • An antenna board assembly including a rear panel laminated and coupled to a rear surface of a directing panel and made of a non-conductive material, and a front panel laminated and coupled to a front surface of the reflecting panel, wherein the rear panel and the front panel are made of a metal material Based on the reflecting panel provided as a standard, the rear panel and the front panel made of a plastic resin material among the non-conductive materials are integrally molded by a double injection method and laminated together.
  • the antenna device includes the above-described antenna board assembly.
  • an antenna element substrate of an existing PCB material is changed to a plastic resin material, and a medium of a dielectric layer is used to form a feeder stripline corresponding to a plurality of transmission lines.
  • FIGS. 1A and 1B are front and rear perspective views showing some components of an antenna board assembly and an antenna device including the same according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 1A and 1B are exploded perspective views showing a coupling structure of a phase shifter among the configurations of FIGS. 1A and 1B;
  • 3A and 3B are exploded perspective views of the front and rear parts in which the antenna board assembly is disassembled among the configurations of FIGS. 1A and 1B;
  • FIGS. 4A and 4B are exploded perspective views of front and rear parts in which a front feed stripline and a rear feed stripline equipped with a low-pass filter (LPF) are disassembled among the configurations of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B,
  • LPF low-pass filter
  • 5A and 5B are exploded perspective views in which a reflecting panel and components related thereto are disassembled during the construction of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B;
  • FIGS. 6A and 6B are exploded perspective views in which a rear panel and components related thereto are disassembled during the construction of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B;
  • FIGS. 7A and 7B are exploded perspective views in which a front panel and components related thereto are disassembled during the configuration of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B;
  • FIG 8 and 9 are perspective views of the front and rear parts and enlarged views of each part showing the connection part of the rear feed stripline including the RF filter and the low pass filter (LPF).
  • LPF low pass filter
  • 210A, 210B RF filter 211: unit RF filter body
  • opening part 310 antenna board part
  • 311C Front installation slit 320A, 320B: Front feed stripline
  • 330A, 330B rear feed stripline 335A, 335B: low pass filter
  • FIGS. 1A and 1B are front and rear perspective views illustrating some components of an antenna board assembly and an antenna device including the antenna board assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a phase shifter among the components of FIGS. 1A and 1B
  • 3A and 3B are exploded perspective views of the front and rear parts in which the antenna board assembly is disassembled among the configurations of FIGS. 1A and 1B
  • FIGS. 4A and 4B are exploded perspective views of FIGS. 1A and 1B It is an exploded perspective view of the front part and the rear part in which the front feed strip line and the rear feed strip line equipped with the low-pass filter (LPF) are disassembled among the components of the antenna board assembly.
  • LPF low-pass filter
  • An antenna device may be an antenna device in which Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology is reflected.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • MIMO technology is a technology that dramatically increases data transmission capacity by using a plurality of array antenna elements.
  • the transmitter transmits different data through each transmit antenna, and the receiver distinguishes the transmitted data through appropriate signal processing. It is a spatial multiplexing technique. Therefore, as the number of transmit/receive antennas is simultaneously increased, the channel capacity increases, allowing more data to be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10, about 10 times the channel capacity is secured using the same frequency band compared to a single antenna system.
  • the antenna device arranges TRx modules (not shown) that perform transmitter and receiver functions in vertical and horizontal directions (V (Vertical)-H (Horizontal)), and a plurality of electrically connected TRx modules for each TRx module.
  • An array antenna element 235 may be arranged.
  • the channel capacity built for each TRx module can be redefined as an "RF chain”, and a plurality of "array antenna elements 235" as described above as a group unit in which a plurality of antenna elements are arranged for antenna beamforming. can be defined as
  • the plurality of array antenna elements 235 are a plurality of dual polarization antenna modules in order to reduce the fading effect caused by multipath and to perform a polarization diversity function. It is common to design as an array.
  • the antenna device includes an antenna housing portion (not shown) forming the left and right side and rear exteriors of the antenna device, forming a front exterior of the antenna device, and openings in the antenna housing portion.
  • a radome panel (not shown) is provided to shield the front surface of the antenna housing and protects internal parts (including the RF filter 210 and the antenna board assembly 310, which will be described later) provided in the internal space of the antenna housing from the outside. can include
  • the functions and detailed features of the antenna housing and the radome panel have very little relation to the technical features of an embodiment of the present invention, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the RF filter 210 may include a plurality of unit RF filter bodies disposed on the front surface of a main board (not shown) disposed in the inner space of the antenna housing unit.
  • the RF filter 210 may be provided as a dual-band antenna type to which various specifications are applied in combination in order to cover a plurality of frequency bands.
  • the RF filter 210 may be provided as a low frequency RF filter for covering a low frequency band (refer to reference numeral 210A) and may be provided as a high frequency RF filter for covering a high frequency band (reference numeral 210A).
  • 210B may be provided as a low frequency RF filter for covering a low frequency band (refer to reference numeral 210A) and may be provided as a high frequency RF filter for covering a high frequency band.
  • the low frequency RF filter 210A is relatively larger in size than the high frequency RF filter 210B, and among the front array antenna elements 350 electrically connected thereto, which will be described later,
  • the area of the radiation surface of the low frequency band antenna patch element 350A may also be larger than that of the high frequency band antenna patch element 350B.
  • the antenna device includes a plurality of array antenna elements 350 provided to be electrically connected to the front of the RF filter 210 configured as described above and arranged to implement antenna beamforming.
  • a radiating element module 300 including may be further included.
  • the radiating element module 300 may include an antenna board assembly 310 to which a plurality of array antenna elements 350 are fixed to be arranged V-H on the front surface.
  • the 'V-H arrangement' may define the vertical direction of the front surface of the antenna board assembly 310 as the 'V-direction', and the left and right horizontal directions of the front surface of the antenna board assembly 310
  • the direction may be defined as 'H-direction (Horizontal direction)', and means an arrangement direction of the plurality of array antenna elements 350.
  • the antenna board assembly 310 has a reflector provided to forwardly reflect antenna beams radiated from the plurality of array antenna elements 350. It may include a panel 310A, a rear panel 310B laminated and coupled to the rear surface of the reflecting panel 310A, and a front panel 310C laminated and coupled to the front surface of the reflecting panel 310A.
  • the reflecting panel 310A may be made of an electromagnetic wave shielding material through which antenna beams are not transmitted, and preferably may be formed of a metal material having at least a high melting point.
  • the rear panel 310B and the front panel 310C provided on the rear and front surfaces of the reflecting panel 310A are made of a non-conductive (non-conductive) material, and the reflecting panel 310A and a molding method (eg, a double injection method described later) method), it is preferable to be provided with a plastic resin material that is easy to manufacture integrally.
  • the material of the reflecting panel 310A is provided with a material different from the material constituting the rear panel 310B and the front panel 310C, and the reflecting panel Based on (310A), the rear panel (310B) and the front panel (310C) may be provided with a plastic resin material that is easy to be integrally manufactured by a double injection method.
  • the antenna board unit 310 is provided in the form of a printed circuit board as a normal PCB material (eg, FR4 material), and a power feeding line (transmission line, corresponding to the power feeding strip line of the present invention to be described later) configuration) is formed by printing on the front or rear surface of the printed circuit board by the pattern printing method.
  • a power feeding line transmission line, corresponding to the power feeding strip line of the present invention to be described later
  • the power supply and feeding lines are formed directly on a dielectric layer having a predetermined permittivity, so there is a problem of increasing insertion loss. It has already been described in the 'Background technology' section.
  • the radiating element module 300 penetrates the reflecting panel 310A, or the rear panel 310B and A plurality of power supply striplines 320A, 320B, 330A, and 330B made of a conductive material are disposed to penetrate at least one of the front panels 310C and are disposed for electrical connection between the RF filters 210A and 210B. can include more.
  • the plurality of power supply striplines 320A, 320B, 330A, and 330B are, as shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of rear power supply striplines 330A and 330B disposed on the rear panel 310B and a front panel It includes a plurality of front feed striplines 320A and 320B disposed at 310C. This will be described in more detail later.
  • the rear panel 310B and the front panel 310C have a plurality of power supply striplines 320A, 320B, 330A, and 330B installed in the air layer to accommodate each of the striplines
  • the slits 311B and 311C may be formed to pass through in the front and rear directions.
  • those formed on the rear panel 310B are defined as 'rear installation slits 311B', and those formed on the front panel 310C are referred to as 'front installation slits 311C'.
  • 'rear installation slits 311B' those formed on the rear panel 310B are defined as 'rear installation slits 311B', and those formed on the front panel 310C are referred to as 'front installation slits 311C'.
  • the front feed stripline (connected from the RF filter 210 to the plurality of array antenna elements 350) 320A and 320B) may further include a phase shifter 500 that implements a desired phase shift value by physically changing the length of the transmission line to change the phase by a predetermined value with respect to the same plane as the reference phase.
  • a fixed antenna was initially used as a base station antenna, but in recent years, a vertical beam tilt control antenna capable of vertical (and/or horizontal) beam tilting has been popularized due to many advantages, and such vertical beam tilt
  • the beam-tilt method in the control antenna can be largely classified into a mechanical beam-tilt method and an electrical beam-tilt method. .
  • the mechanical beam tilting method is a method based on a manual or power-operated bracket structure provided in a portion of an antenna that is coupled to a support pole. Due to the operation of the bracket structure, the installation inclination of the antenna is changed so that the vertical beam tilt of the antenna is possible.
  • the phase shifter 500 is the rear side of the antenna board assembly 310, and the phase shift drive motor 510 fixed between the unit RF filter bodies and the antenna according to the rotation direction of the motor shaft of the phase shift drive motor 510 With respect to the horizontal mounting bar 520 which moves while maintaining the vertical direction on the rear side of the board unit 310, one end is connected to the horizontal mounting bar 520, and the other end is connected to the variable switch panel 540 to be described later.
  • the aforementioned variable switch panel 540 rotatably provided on the front surface of the variable circuit board 505 fixed on the front surface of the reflecting panel 310A can include
  • phase shifter 500 can be applied to all dual-band antenna types capable of covering a plurality of frequency bands, and as shown in FIGS. 1A and 1B, a low-frequency band antenna patch element 350A It is also possible to be provided to change only the phase value of the antenna beam related to .
  • the variable circuit board 505 is a type of printed circuit board, and a variable circuit having at least one electrical disconnection point capable of varying the phase of a frequency through a transmission line is pattern-printed on the front surface thereof, and the rear surface of the variable switch panel 540. , at least one conducting terminal pattern for conducting a disconnection point of the variable circuit board 505 may be printed.
  • variable switch panel 540 is provided so as to be always elastically supported toward the front side of the variable circuit board 505 via an elastic member 570 provided as a plate spring, and the elastic member 570 is a hinge panel 571 By fixing the hinge, it can be elastically supported toward the variable switch panel 540 .
  • variable circuit board 505 may be electrically connected to and supplied with rear power supply striplines 330A and 330B disposed on the rear surface of the antenna board assembly 310 .
  • the other ends of the rear power supply striplines 330A and 330B protrude forward to pass through the reflecting panel 310A, and at least two of the variable circuits 506 pattern-printed on the variable circuit board 505 are formed. It can be connected to two input points 507a and 507b.
  • variable circuit 506 printed on the variable circuit board 505 passes through the front feed stripline 320A branching from the input points 507a and 507b of the feed signal supplied from the rear feed stripline 330A. It can function as a variable length pattern that changes the physical transmission length to the first polarization side and the second polarization side of each of the plurality of array antenna elements 350 for forming the polarized beam.
  • variable circuit board avoidance groove 313C cut to expose the variable circuit board 505 forward may be formed in the front panel 310C.
  • the above-described variable switch panel 540 may be rotatably disposed on the front portion of the variable circuit board 505 exposed through the variable circuit board avoidance groove 313C by means of the vertical mounting bar 530 .
  • the horizontal mounting bar 520 is located on the rear surface of the rear panel 310B, and covers a low frequency band among the RF filters 210A and 210B spaced apart in the V-direction.
  • a unit RF filter (210A) The vertical mounting bar 530 may be positioned on the front side of the front panel 310C, and on the front side of the horizontal mounting bar 520, a hinge with the vertical mounting bar 530 A plurality of hinge connection pins 525 prepared for connection may be formed to protrude forward by a predetermined length.
  • a plurality of hinge connection pins 525 of the horizontal mounting bar 530 penetrate through the reflecting panel 310A, the rear panel 310B, and the front panel 310C, as shown in FIG.
  • Upper and lower guide slots 317A, 317B, and 317C may be respectively formed to avoid interference with the vertical movement of the horizontal mounting bar 530 .
  • the vertical mounting bar 530 and the variable switch panel 540 are coupled to the variable switch panel 540 by a hinge screw 535 penetrating the screw through hole 533 so that the relative It can be rotatably hinged.
  • FIGS. 5A and 5B are exploded perspective views in which a reflecting panel and components related thereto are disassembled among the configurations of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B
  • FIGS. 6A and 6B are configurations of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B
  • FIGS. 7A and 7B are exploded perspective views of the front panel and components related thereto among the configuration of the antenna board assembly of FIGS. 1A and 1B .
  • the reflecting panel 310A is provided as a panel type made of a material capable of shielding electromagnetic waves as described above, and the front surface of the phase shifter 500 described above.
  • the variable circuit board 505 may be fixed, and at least one connection hole 311A may be formed to penetrate in the front and rear directions so that parts of the rear feeding striplines 330A and 330B penetrate and are connected from the rear side to the front side. there is.
  • a plurality of rear feed striplines 330A and 330B may be installed on the rear panel 310B, as shown in FIGS. 6A and 6B, As shown in FIGS. 7A and 7B , a plurality of front feed striplines 320A and 320B may be installed on the front panel 310C.
  • the rear feed striplines 330A and 330B have one end connected to the output port of the unit RF filter body (refer to reference numeral 250 in FIG. 8) and the other end connected to the variable circuit 506 of the variable circuit board 505 described above. It can be connected to the two input points 507a and 507b formed at ).
  • a part of one end connected to the output port 250 of the unit RF filter body is a low-pass filter (335A, 335B, Low Pass Filter, LPF) for removing high-frequency noise ) may be provided.
  • the rear feed striplines 330A and 330B may be provided in the form of thin conductor bars made of a conductive material except for low-pass filter (LPF) portions 335A and 335B provided to remove high-frequency noise.
  • LPF low-pass filter
  • the rear power supply striplines 330A and 330B are made thin so that they can be installed to accommodate the stripline installation slit 311B (corresponding to a 'rear installation slit' to be described later).
  • the low-pass filters 335A and 335B include a first low-pass filter 335A and a second low-pass filter 335B. can do.
  • the low-pass filters (LPFs) 335A and 335B are provided differently according to the specifications of the RF filters 210A and 210B, but the low-pass filters 335A and 335B substantially remove high-frequency noise in a certain frequency band. Since they are the same in terms of functions, only one will be described and meaningless redundant description will be omitted.
  • a stripline in which rear feed striplines 330A and 330B including low-pass filter (LPF) portions 335A and 335B are accommodated The installation slit 311B (hereinafter, abbreviated as 'rear installation slit') may be formed to pass through in the front and rear directions. However, it is not necessary that all of the rear installation slits 311B are formed to pass through the front and back, and it is possible to process them in the form of grooves that open at least to the rear, and the area where the low-pass filters (LPFs) 335A and 335B are formed. It is also possible that only the front and back are penetrated.
  • LPFs low-pass filter
  • the rear feed striplines 330A and 330B including low-pass filters (LPFs) 335A and 335B are provided in the form of a conductor bar thin enough to be accommodated inside the rear installation slit 311B, An air dielectric layer having a permittivity of air is naturally formed inside the rear installation slit 311B, which leads to achievement of the same effect as when a transmission line is built in the air dielectric layer.
  • LPFs low-pass filters
  • a plurality of fixing pins 311B-1 to suppress any flow of the rear feed striplines 330A and 330B including low-pass filters (LPFs) 335A and 335B accommodated inside the rear installation slit 311B. ) may be integrally formed with respect to the rear panel 310B, and a plurality of fixing pins 311B-1 are provided on the rear feed striplines 330A and 330B including the low-pass filters (LPFs) 335A and 335B.
  • a plurality of pin fixing holes 330A-1 fastened therethrough may be formed.
  • the plurality of fixing pins 311B-1 are fixed by penetrating through the plurality of pin fixing holes 330A-1, and then heated by external heat by a predetermined heating tool so that the plurality of pin fixing holes 330A-1 ) can be melt-fixed to the outer part of the
  • the external It may be formed in a size protruding out of the plurality of pin fixing holes 330A-1 so as to be melted by heat.
  • Connecting pins 330A-2 are integrally formed at the front ends of each of the rear feeding strip lines 330A and 330B and extend so as to protrude forward. It may be electrically connected to the input points 507a and 507b of the variable circuit board 505 fixed on the front side or the input terminals 327a and 327b of the front power supply striplines 320A and 320B.
  • front feed striplines 320A and 320B prepared for feeding power to the plurality of array antenna elements 350 may be arranged as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • a stripline installation slit 311C (hereinafter, abbreviated as 'front installation slit') is formed in which the front power supply striplines 320A and 320B can be accommodated and fixed. It can be.
  • the front installation slit 311C may also be formed to pass through the front and back, but may be formed in a shape corresponding to the distribution shape of the front feeding strip lines 320A and 320B.
  • a plurality of fixing pins 311C-1 may be integrally formed with respect to the front panel 310C so that any flow of the accommodated front feed striplines 320A and 320B is suppressed.
  • a plurality of pin fixing holes 320B-1 through which a plurality of fixing pins 311C-1 are fastened may be formed in the feed strip lines 320A and 320B.
  • the shape characteristics of the plurality of fixing pins 311C-1 and the method of fixing the plurality of fixing pins 311C-1 to the plurality of pin fixing holes 320B-1 are the same as those of the rear panel 310B. A detailed description thereof is omitted to the extent possible.
  • One end of the front power supply striplines 320A and 320B is electrically connected to the aforementioned variable circuit board 505 or an input terminal connected to the connecting pin 330A-2 of the power supply stripline 335B provided on the rear panel 310B
  • the other ends 325A and 325B of the front feed striplines 320A and 320B are supported on the front surface of the front panel 310C by support pins 315C-1 and 315C-2, respectively, so that a plurality of It may be connected to be power fed to the array antenna element 350 .
  • the rear feed striplines 330A and 330B and the front feed striplines 320A and 320B are rear installation slits 311B formed in the rear panel 310B and front installation slits 311C formed in the front panel 310C, respectively. ), insertion loss can be minimized through the air dielectric layer formed by the rear installation slit 311B and the front installation slit 311C.
  • the antenna device excludes the method of manufacturing the antenna board assembly 310 with a printed circuit board made of a normal PCB material, and is provided with a shielding material made of a metal material.
  • the rear and front sides of the reflecting panel 310A are integrally molded with a rear panel 310B and a front panel 310C made of plastic resin, respectively. ) and the front feed striplines 320A and 320B are accommodated in the air dielectric layer, thereby minimizing insertion loss.
  • FIG 8 and 9 are perspective views of the front and rear parts and enlarged views of each part showing the connection part of the rear feed stripline including the RF filter and the low pass filter (LPF).
  • LPF low pass filter
  • the output port 250 of the unit RF filter body 211 of the RF filters 210A and 210B and the front end 331A of the low-pass filters 335A and 335B are coaxial connectors 252 ) can be accessed via
  • the low-pass filters 335A and 335B are installed at the output port 250 inside the unit RF filter body 211 to remove high-frequency noise, but in this case, the volume of the unit RF filter body 211
  • the internal design was very complicated.
  • a connection configuration capable of minimizing insertion loss while providing the low-pass filters 335A and 335B outside the unit RF filter body 211 is proposed. .
  • the coaxial connector 252 is generally configured so that one end and the other end in the axial direction are in contact with two contact parts, and one end in the axial direction is connected to the output port 250 of the unit RF filter body 211. and the other end in the axial direction is in contact with the front end portion 331A of the low pass filter 335A or 335B provided at one end of the rear feed strip line 330A or 330B.
  • the coaxial connector 252 is provided to protrude toward the antenna board assembly 310 (in particular, the rear surface of the rear panel 310B), and a ground washer 253 is provided around the shaft of the coaxial connector 252 by a washer fixing screw 255 may be fixed to the unit RF filter body 211 to perform a grounding function.
  • the conventional ground washer 253 is preferably provided so as to surround the entire axis of the coaxial connector 252 in a circular shape, but in this case, the front ends 331A of the low-pass filters 335A and 335B are connected to the coaxial connector ( In order to connect to the other end of 252), bypass bending processing is required so that the front ends 331A of the low-pass filters 335A and 335B do not interfere with the ground washer 253.
  • the front surface of the unit RF filter body 211 and the antenna board 310 should be further spaced apart to secure more sufficient space. At this time, since the ground washer 253 must be spaced apart from the rear side of the antenna board 310, it may be impossible to completely perform the ground (GND) function.
  • the contact with the other end of the coaxial connector 252 can be made directly without bending the front end 331A of the low pass filters 335A and 335B.
  • a washer 253 may be cut in a semicircular shape and installed around the coaxial connector 252 .
  • the front ends 331A of the low-pass filters (LPFs) 335A and 335B may be connected through the open portion 257 of the ground washer 253.
  • the air guide groove 251 of the same groove shape may be formed by processing.
  • the antenna device has a ground washer 253 in a semicircular shape, and the front end portion 331A of the low pass filters 335A and 335B is bent through the open portion 257
  • the antenna device has a ground washer 253 in a semicircular shape, and the front end portion 331A of the low pass filters 335A and 335B is bent through the open portion 257
  • the present invention improves system performance by reducing insertion loss compared to conventional PCB materials, and is provided to enable easy electrical connection without increasing the volume of the connection area between the RF filter and a plurality of transmission lines, thereby preventing the overall volume increase of the product. It provides an antenna board assembly capable of doing this and an antenna device including the same.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히, 전방에 구비된 다수의 어레이 안테나 소자들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 리어 패널 및 상기 리플렉팅 패널의 전면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 프론트 패널을 포함하고, 상기 리어 패널과 상기 프론트 패널은 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 성형되어 적층 결합되는 안테나 보드 어셈블리를 포함함으로써, 삽입 손실의 저감을 통한 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Description

안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치
본 발명은 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치(ANTENNA BOARD ASSEMBLY AND ANTENNA APPARATUS INCLUDING THE SAME)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기존 PCB에 패턴 인쇄된 급전 선로를 일반 플라스틱 수지 재질의 패널에 도체인 급전 스트립라인으로 구축함으로써, 삽입 손실을 최소화할 수 있는 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이다.
무선 통신 기술, 예를 들어, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은, 다수의 안테나를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 Spatial multiplexing 기법이다.
따라서, 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어 안테나 수를 10개로 증가시키면 현재의 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.
4G LTE-advanced에서는 8개의 안테나까지 사용하고 있으며, 현재 pre-5G 단계에서 64 또는 128개의 안테나를 장착한 제품이 개발되고 있고, 5G에서는 훨씬 더 많은 수의 안테나를 갖는 기지국 장비가 사용될 것으로 예상되며, 이를 Massive MIMO 기술이라고 한다. 현재의 Cell 운영이 2-Dimension인데 반해 Massive MIMO 기술이 도입되면 3D-Beamforming이 가능해지므로 FD-MIMO(Full Dimension)라고도 부른다.
특히, 다수의 어레이 안테나 소자는, 지역별 및 시간대별로 가입자들의 사용밀도 변화에 대응하여 최적의 서비스를 제공하도록 안테나 복사빔을 통한 빔 포밍을 구현할 수 있다.
이와 같은 다수의 어레이 안테나 소자는, RF 필터의 전방부에 결합된 안테나 소자 기판의 전면에 실장되고, 안테나 소자 기판의 전후면에는 RF 필터와의 사이를 전기적으로 연결시키기 위한 다수의 전송 선로가 패턴 인쇄될 수 있다.
그러나, 안테나 소자 기판은 소정의 유전율을 가진 PCB 재질(예를 들면, FR4 재질)로 이루어짐에 따라, 이에 패턴 인쇄된 다수의 전송 선로에 의한 삽입 손실이 커져 안테나 장치의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, RF 필터와 다수의 전송 선로의 연결 부분을 동축 커넥터(Direct Coaxial Connector, DCC)를 이용하여 접속시킬 경우, RF 필터 전방으로서 동축 커넥터 주변에 접지 역할을 수행하는 도체 재질의 접지 와셔가 구비되는 데, 다수의 전송 선로가 접지 와셔를 회피하여 접속되어야 하는 바, RF 필터와 안테나 소자 기판 사이에 소정의 회피 공간이 마련되어야 하는 점에서, 제품의 전체 전후 두께가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존 PCB 재질 대비 삽입 손실을 저감하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, RF 필터와 다수의 전송 선로의 접속 부위의 부피 증가 없이도 용이하게 전기적인 연결이 가능하도록 구비되어 제품의 전체적인 부피 증가를 방지할 수 있는 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리는, 전방에 구비된 다수의 어레이 안테나 소자들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 리어 패널 및 상기 리플렉팅 패널의 전면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 프론트 패널을 포함하고, 상기 리어 패널과 상기 프론트 패널은 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 성형되어 적층 결합된다.
여기서, 상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키기 위하여 상기 리플렉팅 패널의 전면 및 배면에 결합되는 다수의 급전 스트립라인을 더 포함하고, 상기 리플렉팅 패널에는, 상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키기 위하여 마련된 다수의 급전 스트립라인 중 일부가 배면 측에서 전면 측으로 관통하여 연결되도록 적어도 하나의 접속 홀이 전후 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 급전 스트립라인은, 상기 리어 패널에 배치되되, 일단은 단위 RF 필터 바디의 출력 포트에 연결되고, 타단은 상기 적어도 하나의 접속 홀을 관통하는 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 패널에 배치되되, 일단은 상기 리어 급전 스트립라인으로부터 급전되도록 구비되고, 타단은 상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키도록 구비된 프론트 급전 스트립라인을 포함하고, 상기 리어 패널과 상기 프론트 패널에는, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인이 두께 범위에 수용되도록 전후 방향으로 관통되게 스트립라인 설치 슬릿이 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 스트립라인 설치 슬릿에는, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인의 임의 유동이 억제되도록 다수의 고정 핀이 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널에 대하여 각각 일체로 형성되고, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인에는, 상기 다수의 고정 핀이 관통하여 체결되는 다수의 핀 고정홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 스트립라인 설치 슬릿에 형성된 상기 다수의 고정 핀은, 상기 리어 급전 스트립라인 및 프론트 급전 스트립라인의 다수의 핀 고정홀에 고정된 후, 외부 열에 의하여 용융 가능하도록 상기 다수의 핀 고정홀의 외부로 돌출되는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 리어 급전 스트립라인은, 상기 RF 필터 바디의 출력 포트와 연결되는 일단부 일부가 고주파 노이즈를 제거하기 위한 저대역통과 필터(LPF)로 구비될 수 있다.
또한, 상기 저대역통과 필터(LPF)의 선단부는, 상기 다수의 단위 RF 필터 바디의 출력 포트에 설치된 동축 커넥터(Direct Coaxial Connector, DCC)를 매개로 전기적으로 연결되되, 상기 동축 커넥터 주변에 반원 형태로 설치된 접지 와셔의 개구된 부위를 통하여 연결될 수 있다.
또한, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인은, 각각 상기 리어 패널에 형성된 상기 스트립라인 설치 슬릿(이하, '리어 설치 슬릿'이라 칭함) 및 상기 프론트 패널에 형성된 상기 스트립 라인 설치 슬릿(이하, '프론트 설치 슬릿'이라 칭함)의 각 두께를 초과하지 않는 도체 재질의 얇은 도체 바 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 리어 급전 스트립라인은, 각 선단에 전방으로 돌출되게 연장 형성된 연결 핀을 매개로 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 가변 회로 보드의 입력단 및 상기 프론트 급전 스트립라인의 입력단 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 프론트 급전 스트립라인은, 일단이 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 가변 회로 보드 및 상기 리어 급전 스트립라인과 연결된 입력단 중 어느 하나로 구비되고, 타단이 상기 프론트 패널의 전면에 삽입 지지되는 지지 핀에 의해 지지되어 상기 다수의 어레이 안테나 소자에 급전 피딩되도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정되고, 전면에 적어도 전송 선로의 물리적인 길이 변화를 통한 주파수의 위상을 가변할 수 있는 적어도 하나 이상의 단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드를 포함하는 위상 쉬프터를 더 포함하고, 상기 프론트 패널에는, 상기 가변 회로 보드를 전방으로 노출시키도록 절개된 가변회로 보드 회피홈이 절개 형성될 수 있다.
또한, 상기 위상 쉬프터는, 상기 리어 패널의 후방으로써 상기 단위 RF 필터 바디 사이에 고정된 위상천이 구동모터, 상기 위상천이 구동모터의 모터축 회전 방향에 따라 상기 리어 패널의 후방에서 상하 방향으로 수평을 유지하면서 이동하는 수평 마운팅 바, 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 상기 가변 회로 보드의 전면에서 회동 가능하게 구비된 가변 스위치 패널 및 일단은 상기 수평 마운팅 바에 연결되고, 타단은 상기 가변 스위치 패널에 대하여 힌지 연결된 수직 마운팅 바를 포함하고, 상기 리플렉팅 패널, 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널에는, 상기 수평 마운팅 바로부터 전방으로 돌출되어 상기 수직 마운팅 바에 연결되는 힌지 연결핀의 상하 이동과의 간섭을 회피하기 위한 상하 가이드슬롯이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 메인 보드의 전면에 적층 배치된 다수의 단위 RF 필터 바디로 구비된 RF 필터 및 상기 RF 필터의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 안테나 빔 포밍을 구현하도록 배열된 다수의 어레이 안테나 소자를 포함하는 방사소자 모듈을 포함하고, 상기 방사소자 모듈은, 상기 다수의 어레이 안테나 소자들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 리어 패널 및 상기 리플렉팅 패널의 전면에 적층 결합되는 프론트 패널을 포함하는 안테나 보드 어셈블리를 포함하며, 상기 리어 패널과 상기 프론ㄴ트 패널은 금속 재질로 구비된 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 부도체 재질 중 플라스틱 수지 재질로 구비된 상기 리어 패널 및 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 성형되어 적층 결합된다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 상술한 안테나 보드 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치에 따르면, 기존 PCB 재질의 안테나 소자 기판을 플라스틱 수지 재질로 변경하고, 다수의 전송 선로에 해당하는 급전 스트립라인을 유전체층인 매질이 공기층이 되도록 설치함으로써 삽입 손실을 크게 저감시켜 시스템의 신호 품질을 향상시키고, 전후 두께부의 증가를 방지할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치의 일부 구성요소를 나타낸 전방부 및 후방부 사시도이고,
도 2는 도 1a 및 도 1b의 구성 중 위상 쉬프터의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이며,
도 3a 및 도 3b는 도 1a 및 도 1b의 구성 중 안테나 보드 어셈블리를 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이고,
도 4a 및 도 4b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 프론트 급전 스트립라인 및 저대역통과 필터(LPF)가 구비된 리어 급전 스트립라인을 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이며,
도 5a 및 도 5b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 리플렉팅 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이고,
도 6a 및 도 6b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 리어 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이며,
도 7a 및 도 7b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 프론트 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이고,
도 8 및 도 9는 RF 필터와 저대역통과 필터(LPF)를 포함하는 리어 급전 스트립라인의 접속 부분을 나타낸 전방부 및 후방부 사시도와 각 부분 확대도이다.
<부호의 설명>
210A,210B: RF 필터 211: 단위 RF 필터 바디
250: 출력 포트 251: 에어 가이드홈
252: 동축 커넥터 253: 접지 와셔
257: 개구 부위 310: 안테나 보드부
310A: 리플렉팅 패널 310B: 리어 패널
310C: 프론트 패널 311B: 리어 설치 슬릿
311C: 프론트 설치 슬릿 320A,320B: 프론트 급전 스트립라인
330A,330B: 리어 급전 스트립라인 335A,335B: 저대역통과 필터
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 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 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치의 일부 구성요소를 나타낸 전방부 및 후방부 사시도이고, 도 2는 도 1a 및 도 1b의 구성 중 위상 쉬프터의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 1a 및 도 1b의 구성 중 안테나 보드 어셈블리를 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 1a 및 도 1b의 구성 중 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 프론트 급전 스트립라인 및 저대역통과 필터(LPF)가 구비된 리어 급전 스트립 라인을 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 반영된 안테나 장치일 수 있다.
MIMO 기술은, 다수의 어레이 안테나 소자를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기법이다. 따라서, 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어 안테나 수를 10개로 증가시키면 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.
특히, 안테나 장치는, 송신기 및 수신기 기능을 수행하는 TRx 모듈(미도시)을 상하 수직 방향 및 좌우 수평 방향으로 V(Vertical)-H(Horizontal) 배열시키고, 각 TRx 모듈에 대하여 전기적으로 연결된 다수의 어레이 안테나 소자(235)가 배열될 수 있다. 여기서, 각 TRx 모듈 당 구축되는 채널 용량은 "RF 체인"으로 재 정의 가능하고, 다수의 안테나 소자가 안테나 빔 포밍을 위해 배열된 그룹 단위로서 상술한 바와 같이 다수의 "어레이 안테나 소자(235)"로 정의될 수 있다.
여기서, 이동통신의 MIMO 안테나 장치에 있어서 다수의 어레이 안테나 소자(235)들은, 다중 경로에 의한 페이딩(fading) 영향을 감소시키고 편파 다이버시트(diversity) 기능을 수행하기 위해, 복수 개의 이중 편파 안테나 모듈 어레이로 설계되는 것이 일반적이다.
보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 안테나 장치의 좌우 측방 및 후방 외관을 형성하는 안테나 하우징부(미도시)와, 안테나 장치의 전방 외관을 형성하고, 안테나 하우징부의 개구된 전면을 차폐하도록 구비되어 안테나 하우징부의 내부 공간에 구비된 내부 부품들(후술하는, RF 필터(210) 및 안테나 보드 어셈블리(310)를 포함함)을 외부로부터 보호하는 레이돔 패널(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서, 안테나 하우징부 및 레이돔 패널의 기능 및 세부적인 특징은 본 발명의 일 실시예의 기술적 특징과는 연관성이 매우 적으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
RF 필터(210)는, 안테나 하우징부의 내부 공간에 배치된 메인 보드(미도시)의 전면에 배치된 다수의 단위 RF 필터 바디로 구비될 수 있다.
여기서, RF 필터(210)는, 도 1a 및 도 1b에 참조된 바와 같이, 복수의 주파수 밴드를 커버하기 위하여 다양한 사양이 복합적으로 적용된 듀얼밴드 안테나 타입으로 구비될 수 있다. 예를 들면, RF 필터(210)는 저주파 대역을 커버하기 위한 저주파용 RF 필터로 구비될 수 있고(도면부호 210A 참조), 고주파 대역을 커버하기 위한 고주파용 RF 필터로 구비될 수 있다(도면부호 210B 참조).
특히, 도 1b에 참조된 바와 같이, 저주파용 RF 필터(210A)는 상대적으로 고주파용 RF 필터(210B)보다 크기가 큰 것으로서, 이와 전기적으로 급전 연결되는 후술하는 전방의 어레이 안테나 소자(350) 중 저 주파수대역 안테나 패치 소자(350A) 또한 고 주파수대역 안테나 패치 소자(350B)보다 그 방사면의 면적이 크게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 상기와 같이 구성된 RF 필터(210)의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 안테나 빔 포밍을 구현하도록 배열된 다수의 어레이 안테나 소자(350)를 포함하는 방사소자 모듈(300)을 더 포함할 수 있다.
방사소자 모듈(300)은, 다수의 어레이 안테나 소자(350)들이 전면에 V-H 배열되도록 고정되는 안테나 보드 어셈블리(310)를 포함할 수 있다.
여기서, 'V-H 배열'은, 상술한 바와 같이, 안테나 보드 어셈블리(310) 전면의 상하 수직 방향을 'V-방향(Vertical direction)'으로 정의할 수 있고, 안테나 보드 어셈블리(310) 전면의 좌우 수평 방향을 'H-방향(Horizontal direction)'으로 정의할 수 있으며, 다수의 어레이 안테나 소자(350)의 배열 방향을 의미한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 보드 어셈블리(310)는, 도 3a에 참조된 바와 같이, 다수의 어레이 안테나 소자(350)들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널(310A)과, 리플렉팅 패널(310A)의 배면에 적층 결합되는 리어 패널(310B) 및 리플렉팅 패널(310A)의 전면에 적층 결합되는 프론트 패널(310C)을 포함할 수 있다.
리플렉팅 패널(310A)은, 안테나 빔이 투과되지 않은 전자파 차폐 재질로 구비될 수 있고, 바람직하게는 적어도 용융점이 높은 금속 재질로 형성될 수 있다. 아울러, 리플렉팅 패널(310A)의 배면 및 전면에 구비된 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)은 부도체(비도전성) 재질로써 리플렉팅 패널(310A)과 몰딩 공법(가령, 후술하는 이중 사출 방식)에 의하여 일체로 제조가 용이한 플라스틱 수지 재질로 구비됨이 바람직하다.
보다 상세하게는, 안테나 보드 어셈블리(310)는, 리플렉팅 패널(310A)의 재질이 리어 패널(310B)과 프론트 패널(310C)을 구성하는 재질과는 상이한 이종 재질로 구비된 것으로서, 리플렉팅 패널(310A)을 기준으로 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)이 이중 사출 방식으로 일체로 제조되기에 용이한 플라스틱 수지 재질로 구비될 수 있다.
참고로, 종래에는 안테나 보드부(310)가 통상의 PCB 재질(예를 들면, FR4 재질)로써 인쇄회로기판 형태로 구비되고, 급전 피딩 라인(전송 라인, 후술하는 본 발명의 급전 스트립라인과 대응되는 구성임)이 인쇄회로기판의 전면 또는 배면에 패턴 인쇄 공법으로 인쇄 형성된다.
이와 같은 인쇄회로기판의 전면 또는 배면에 급전 피딩 라인을 패턴 인쇄 공법으로 인쇄 형성하는 경우에는, 소정의 유전율을 가진 유전체층에 직접 급전 피딩 라인이 형성됨으로써 삽입 손실을 증가시키는 문제점이 있다는 것은 '발명의 배경이 되는 기술' 항목에서 이미 설명한 바와 같다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 있어서, 방사소자 모듈(300)은, 도 1a 내지 도 4b에 참조된 바와 같이, 리플렉팅 패널(310A)을 관통하거나, 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C) 중 적어도 어느 하나를 관통하도록 배설되고, RF 필터(210A,210B)와의 사이에 전기적인 연결을 위하여 배설된 도체 재질의 다수의 급전 스트립라인(320A,320B,330A,330B)을 더 포함할 수 있다.
다수의 급전 스트립라인(320A,320B,330A,330B)는, 도 3a 및 도 3b에 참조된 바와 같이, 리어 패널(310B)에 배치된 다수의 리어 급전 스트립라인(330A,330B)과, 프론트 패널(310C)에 배치된 다수의 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)을 포함한다. 이에 대해서는 뒤에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
여기서, 안테나 보드 어셈블리(310)의 구성 중 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)에는, 다수의 급전 스트립라인(320A,320B,330A,330B) 각각이 공기층을 매질로 하여 수용되도록 스트립라인 설치 슬릿(311B,311C)이 전후 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
마찬가지로, 스트립라인 설치 슬릿(311B,311C)은, 리어 패널(310B)에 형성된 것을 '리어 설치 슬릿(311B)'이라 정의하고, 프론트 패널(310C)에 형성된 것을 '프론트 설치 슬릿(311C)'이라 정의할 수 있다.
리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)의 스트립라인 설치 슬릿(311B,311C)에 대한 다수의 급전 스트립라인(320A,320B,330A,330B)의 전기적 연결 구조 및 특징에 대해서는 뒤에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 도 1a 및 도 1b와 도 2에 참조된 바와 같이, RF 필터(210)로부터 다수의 어레이 안테나 소자(350)로 연결되는 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)의 전송 선로 길이를 물리적으로 변경시켜 위상을 기준 위상 동일면에 대하여 소정 값만큼 가변하여 원하는 위상 천이값을 구현하는 위상 쉬프터(500)를 더 포함할 수 있다.
이동통신 시스템에서 기지국 안테나는 최초에 고정형 안테나가 사용되었으나, 근래에는 수직 (및/또는 수평) 빔 틸팅(beam tilting)이 가능한 수직 빔틸트 제어 안테나가 많은 장점으로 인하여 보급되고 있고, 이러한 수직 빔 틸트 제어 안테나에서 빔틸트 방식은 크게 기구적인 빔틸트 방식과 전기적인 빔틸트 방식으로 구분할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서는, 기구적인 빔틸트 방식의 위상 쉬프터(500)가 채택된다.
기구적 빔틸트 방식은 통상 안테나에서 지지폴과 결합하는 부위에 구비되는 수동 또는 동력작동 브라켓 구조에 기반한 방식이다. 이러한 브라켓 구조의 작동에 의해 안테나의 설치 기울기가 가변되어 안테나의 수직 빔틸트가 가능하게 된다.
위상 쉬프터(500)는, 안테나 보드 어셈블리(310)의 배면 측으로서, 단위 RF 필터 바디 사이에 고정된 위상천이 구동모터(510)와, 위상천이 구동모터(510)의 모터축 회전 방향에 따라 안테나 보드부(310)의 배면 측에서 상하 방향으로 수평을 유지하면서 이동하는 수평 마운팅 바(520)와, 일단은 수평 마운팅 바(520)에 연결되고, 타단은 후술하는 가변 스위치 패널(540)에 대하여 힌지 연결된 수직 마운팅 바(530) 및 안테나 보드 어셈블리(310) 중 리플렉팅 패널(310A)의 전면에 고정된 가변 회로 보드(505)의 전면에서 회동 가능하게 구비된 상술한 가변 스위치 패널(540)을 포함할 수 있다.
이와 같은 위상 쉬프터(500)는, 복수의 주파수 밴드를 커버할 수 있는 듀얼밴드 안테나 타입 모두에 적용될 수 있음은 물론, 도 1a 및 도 1b에 참조된 바와 같이, 저 주파수 대역 안테나 패치 소자(350A)와 관련된 안테나 빔의 위상값만 변동시키도록 구비되는 것도 가능하다.
가변 회로 보드(505)는 일종의 인쇄회로기판으로써, 그 전면에는 전송 선로를 통한 주파수의 위상을 가변할 수 있는 적어도 하나 이상의 단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄되고, 가변 스위치 패널(540)의 배면에는, 가변 회로 보드(505)의 단전 지점을 통전시키는 적어도 하나의 통전 단자 패턴이 인쇄 형성될 수 있다.
여기서, 가변 스위치 패널(540)은, 판 스프링으로 구비된 탄성부재(570)를 매개로 가변 회로 보드(505)의 전면 측으로 상시 탄성 지지되도록 구비되며, 탄성부재(570)는 힌지 패널(571)에 의하여 힌지 고정됨으로써 가변 스위치 패널(540)을 향하여 탄성 지지될 수 있다.
한편, 가변 회로 보드(505)는, 안테나 보드 어셈블리(310)의 배면에 배치된 리어 급전 스트립라인(330A,330B)에 의하여 전기적으로 연결되어 급전될 수 있다.
보다 상세하게는, 리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 타단은 리플렉팅 패널(310A)을 관통하도록 전방으로 돌출 형성되어, 가변 회로 보드(505)에 패턴 인쇄 형성된 가변 회로(506)의 적어도 2개의 입력 포인트(507a,507b)에 접속될 수 있다.
가변 회로 보드(505)에 인쇄 형성된 가변 회로(506)는, 리어 급전 스트립라인(330A)으로부터 공급되는 급전 신호의 입력 포인트(507a,507b)로부터 분기되는 프론트 급전 스트립라인(320A)을 경유하여 이중 편파 빔 형성을 위한 다수의 어레이 안테나 소자(350) 각각의 제1편파측 및 제2편파측으로의 물리적인 전송 길이를 변화시키는 길이 가변 패턴으로서의 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 프론트 패널(310C)에는, 가변 회로 보드(505)를 전방으로 노출시키도록 절개된 가변회로 보드 회피홈(313C)이 절개 형성될 수 있다. 이와 같이 가변회로 보드 회피홈(313C)을 통해 노출된 가변 회로 보드(505)의 전방부에는 상술한 가변 스위치 패널(540)이 수직 마운팅 바(530)에 의하여 회동 가능하게 배치될 수 있다.
아울러, 수평 마운팅 바(520)는, 리어 패널(310B)의 배면부에 위치되되, V-방향으로 이격되게 배치된 RF 필터(210A,210B) 중 저 주파수대역을 커버링하기 위한 단위 RF 필터(210A)의 사이에서 간섭되지 않도록 배치되고, 수직 마운팅 바(530)는, 프론트 패널(310C)의 전면부에 위치될 수 있고, 수평 마운팅 바(520)의 전면부에는, 수직 마운팅 바(530)와의 힌지 연결을 위해 마련된 다수의 힌지 연결핀(525)이 전방으로 소정 길이 돌출되게 형성될 수 있다.
여기서, 리플렉팅 패널(310A), 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)에는, 도 2에 참조된 바와 같이, 수평 마운팅 바(530)의 다수의 힌지 연결핀(525)이 관통됨과 아울러, 수평 마운팅 바(530)의 상하 이동과의 간섭을 회피하기 위한 상하 가이드슬롯(317A,317B,317C)이 각각 형성될 수 있다.
한편, 수직 마운팅 바(530)와 가변 스위치 패널(540)는, 도 2에 참조된 바와 같이, 힌지 스크류(535)가 스크류 관통홀(533)을 관통하여 가변 스위치 패널(540)에 체결되어 상대 회전 가능하게 힌지 결합될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 리플렉팅 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 리어 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이며, 도 7a 및 도 7b는 도 1a 및 도 1b의 안테나 보드 어셈블리의 구성 중 프론트 패널 및 이와 관련된 구성 요소들을 분해한 분해 사시도이다.
리플렉팅 패널(310A)은, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상술한 바와 같이 전자파를 차폐할 수 있는 재질로 구비된 패널 타입으로 구비된 것으로서, 전면에는 상술한 위상 쉬프터(500)의 구성 중 가변 회로 보드(505)가 고정될 수 있고, 리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 일부가 배면 측에서 전면 측으로 관통하여 연결되도록 적어도 하나의 접속 홀(311A)이 전후 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 있어서, 리어 패널(310B)에는, 도 6a 및 도 6b에 참조된 바와 같이, 다수의 리어 급전 스트립라인(330A,330B)이 설치될 수 있고, 프론트 패널(310C)에는, 도 7a 및 도 7b에 참조된 바와 같이, 다수의 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)이 설치될 수 있다.
리어 급전 스트립라인(330A,330B)은, 일단이 단위 RF 필터 바디의 출력 포트(도 8의 도면부호 '250' 참조)에 연결되고, 타단이 상술한 가변 회로 보드(505)의 가변 회로(506)에 형성된 2개의 입력 포인트(507a,507b)에 연결될 수 있다.
아울러, 리어 급전 스트립라인(330A,330B)은, 단위 RF 필터 바디의 출력 포트(250)와 연결되는 일단부 일부가 고주파 노이즈를 제거하기 위한 저대역통과 필터(335A,335B, Low Pass Filter, LPF)로 구비될 수 있다.
리어 급전 스트립라인(330A,330B)은, 고주파 노이즈를 제거하기 위하여 마련된 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B) 부분을 제외한 나머지 부분이 도체 재질의 얇은 도체 바 형태로 구비될 수 있다.
즉, 리어 급전 스트립라인(330A 및 330B)은, 스트립라인 설치 슬릿(311B, 후술하는 '리어 설치 슬릿'이 이에 해당됨)에 대한 수용 설치가 가능하도록 얇게 제조됨이 바람직하다.
RF 필터(210A,210B)의 사양에 따라 각각 상이한 형상으로 형성된 것으로서, 저대역 통과 필터(335A,335B)는, 제1저대역통과 필터(335A) 및 제2저대역통과 필터(335B)를 포함할 수 있다. 여기서, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)는 RF 필터(210A,210B)의 사양별로 상이하게 구비되나, 실질적으로 저대역통과 필터(335A,335B)는 고주파 노이즈를 일정 주파수 대역에서 제거하는 기능면에서는 동일하므로, 어느 하나에 대하여만 설명하고 무의미한 중복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 리어 패널(310B)에는, 도 6a 및 도 6b에 참조된 바와 같이, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B) 부위를 포함하는 리어 급전 스트립라인(330A,330B)이 수용되는 스트립라인 설치 슬릿(311B)(이하, '리어 설치 슬릿'이라 약칭함)이 전후 방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 그러나, 반드시 리어 설치 슬릿(311B)이 전부가 전후 관통되게 형성될 필요는 없고, 적어도 후방으로 개구되는 홈 형태로 가공되는 것도 가능하고, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)가 형성된 부위만 전후 관통되게 형성되는 것도 가능하다.
특히, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)를 포함하는 리어 급전 스트립라인(330A,330B)은 리어 설치 슬릿(311B)의 내부에 수용될 수 있는 정도로 얇은 도체 바 형태로 구비된 것으로서, 리어 설치 슬릿(311B)의 내부는 공기의 유전율을 가진 공기 유전체층이 자연스럽게 형성되며, 이는 공기 유전체층에 전송 선로가 구축된 것과 동일한 효과의 달성으로 이어진다.
아울러, 리어 설치 슬릿(311B)의 내부에는 수용된 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)를 포함하는 리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 임의 유동이 억제되도록 다수의 고정 핀(311B-1)이 리어 패널(310B)에 대하여 일체로 형성될 수 있고, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)를 포함하는 리어 급전 스트립라인(330A,330B)에는 다수의 고정 핀(311B-1)이 관통하여 체결되는 다수의 핀 고정홀(330A-1)이 형성될 수 있다.
다수의 고정 핀(311B-1)은, 다수의 핀 고정홀(330A-1)에 각각 관통하여 고정된 후 소정의 가열 도구에 의하여 선단이 외부 열에 의하여 가열되어 다수의 핀 고정홀(330A-1)의 외측 부분에 용융 고정될 수 있다.
보다 상세하게는, 리어 설치 슬릿(311B)에 형성된 다수의 고정 핀(311B-1)은, 리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 다수의 핀 고정홀(330A-1)에 고정된 후, 외부 열에 의하여 용융 가능하도록 다수의 핀 고정홀(330A-1)의 외부로 돌출되는 크기로 형성될 수 있다.
리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 각 선단에는 연결 핀(330A-2)이 일체로 형성되되 전방으로 돌출되게 연장 형성되고, 연결 핀(330A-2)을 매개로 리플렉팅 패널(310A)의 전면에 고정된 가변 회로 보드(505)의 입력 포인트(507a,507b) 또는 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)의 입력단(327a,327b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 프론트 패널(310C)에는, 도 7a 및 도 7b에 참조된 바와 같이, 다수의 어레이 안테나 소자(350)로의 급전 피딩을 위해 마련된 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)이 배설될 수 있다.
아울러, 프론트 패널(310C)에는, 상술한 바와 같이, 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)이 수용되어 고정될 수 있는 스트립라인 설치 슬릿(311C, 이하, '프론트 설치 슬릿'이라 약칭함)이 형성될 수 있다.
프론트 설치 슬릿(311C) 또한, 상술한 리어 설치 슬릿(311B)과 마찬가지로, 전후 관통되게 형성되되, 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)의 배설 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 프론트 설치 슬릿(311C)의 내부에는 수용된 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)의 임의 유동이 억제되도록 다수의 고정 핀(311C-1)이 프론트 패널(310C)에 대하여 일체로 형성될 수 있고, 급전 스트립라인(320A,320B)에는 다수의 고정 핀(311C-1)이 관통하여 체결되는 다수의 핀 고정홀(320B-1)이 형성될 수 있다. 다수의 고정 핀(311C-1)의 형상적인 특징 및 다수의 고정 핀(311C-1)의 다수의 핀 고정홀(320B-1)에 대한 고정 방식은 리어 패널(310B)의 경우와 같으므로 중복되는 한도에서 그 상세한 설명은 생략한다.
프론트 급전 스트립라인(320A,320B) 중 일단은 상술한 가변 회로 보드(505)와 전기적으로 연결되거나 리어 패널(310B)에 구비된 급전 스트립라인(335B)의 연결 핀(330A-2)과 연결된 입력단으로 구비될 수 있고, 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)의 각 타단(325A.325B)은 각각 지지 핀(315C-1,315C-2)에 의해 프론트 패널(310C)의 전면에 지지되어, 다수의 어레이 안테나 소자(350)에 급전 피딩되도록 연결될 수 있다.
이처럼, 리어 급전 스트립라인(330A,330B) 및 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)은, 각각 리어 패널(310B)에 형성된 리어 설치 슬릿(311B) 및 프론트 패널(310C)에 형성된 프론트 설치 슬릿(311C)의 각 두께를 초과하지 않는 도체 재질의 얇은 도체 바 형태로 구비됨으로써, 리어 설치 슬릿(311B) 및 프론트 설치 슬릿(311C)에 의해 형성된 공기 유전체층을 통해 삽입 손실을 최소화할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 종래와 대비하여, 안테나 보드 어셈블리(310)를 통상의 PCB 재질로 이루어진 인쇄회로기판으로의 제조 방식을 배제하고, 금속 재질의 차폐재로 구비된 리플렉팅 패널(310A)을 기준으로 배면과 전면에 각각 플라스틱 수지 재질로 이루어진 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)로 일체 성형하되, 전송 선로의 기능을 수행하는 리어 급전 스트립라인(330A,330B) 및 프론트 급전 스트립라인(320A,320B)이 공기 유전체층에 수용되도록 함으로써 삽입 손실을 최소화시킬 수 있는 이점을 창출할 수 있다.
도 8 및 도 9는 RF 필터와 저대역통과 필터(LPF)를 포함하는 리어 급전 스트립라인의 접속 부분을 나타낸 전방부 및 후방부 사시도와 각 부분 확대도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, RF 필터(210A,210B) 중 단위 RF 필터 바디(211)의 출력 포트(250)와 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)는 동축 커넥터(252)를 매개로 접속될 수 있다.
종래에는 저대역통과 필터(335A,335B)는 단위 RF 필터 바디(211)의 내부의 출력 포트(250) 부위에 설치되어 고주파 노이즈를 제거하도록 구비되었으나, 이 경우 단위 RF 필터 바디(211)의 부피를 증대시킴은 물론 내부 설계가 매우 복잡한 단점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해소하고자, 본 발명의 일 실시예에서는, 저대역통과 필터(335A,335B)를 단위 RF 필터 바디(211)의 외측에 구비하면서도, 삽입 손실을 최소화할 수 있는 연결 구성을 제안한다.
보다 상세하게는, 동축 커넥터(252)는, 일반적으로 축 방향 일단과 타단이 2개의 접점부에 접점되도록 구비된 구성으로서, 축 방향 일단은 단위 RF 필터 바디(211)의 출력 포트(250)에 접점되고, 축 방향 타단은 리어 급전 스트립라인(330A,330B)의 일단부에 구비된 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)에 접점된다.
여기서, 동축 커넥터(252)는, 안테나 보드 어셈블리(310)(특히, 리어 패널(310B)의 배면) 측으로 돌출되게 구비되고, 동축 커넥터(252)의 축 주변에는 접지 와셔(253)가 와셔 고정 스크류(255)를 매개로 단위 RF 필터 바디(211)에 고정되어 접지 기능을 수행하도록 구비될 수 있다.
통상의 접지 와셔(253)는, 동축 커넥터(252)의 축 주변 전부를 원형으로 감싸도록 구비되는 것이 바람직하나, 이 경우, 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)를 동축 커넥터(252)의 타단에 접속시키기 위해서는, 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)를 접지 와셔(253)와 간섭되지 않도록 우회 절곡 가공이 필요하다. 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)를 절곡 가공할 경우에는, 단위 RF 필터 바디(211)의 전면과 안테나 보드(310) 사이는 보다 충분한 공간 확보를 위하여 더 이격시켜야 한다. 이때, 접지 와셔(253)는 안테나 보드(310)의 배면 측으로부터 이격되어야 하는 점에서 완전한 접지(GND) 기능의 수행이 불가능할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서는, 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)의 절곡 가공 없이도 곧 바로 동축 커넥터(252)의 타단과의 접점이 이루어질 수 있도록, 접지 와셔(253)가 반원 형태로 절개 가공되도록 구비되어 동축 커넥터(252)의 주변에 설치될 수 있다. 이 경우, 저대역통과 필터(LPF)(335A,335B)의 선단부(331A)는, 접지 와셔(253)의 개구된 부위(257)를 통하여 연결될 수 있다.
한편, 저대역통과 필터(335A,335B)를 포함한 급전 스트립라인(330A,330B)이 공기 유전체층을 매질로 하여 수용되도록 단위 RF 필터 바디(211)의 전면에는 리어 설치 슬릿(311B)과 대응되는 부위와 같은 홈 형상의 에어 가이드홈(251)이 가공 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 접지 와셔(253)를 반원 형태로 구비하고, 개구된 부위(257)를 통하여 저대역통과 필터(335A,335B)의 선단부(331A)의 절곡 가공 없이 전기적으로 접속되도록 구비됨으로써, 단위 RF 필터 바디(211)의 설계 난점을 해소함은 물론, 삽입 손실을 저감할 수 있는 이점을 창출할 수 있다.
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, 기존 PCB 재질 대비 삽입 손실을 저감하여 시스템 성능을 향상시키고, RF 필터와 다수의 전송 선로의 접속 부위의 부피 증가 없이도 용이하게 전기적인 연결이 가능하도록 구비되어 제품의 전체적인 부피 증가를 방지할 수 있는 안테나 보드 어셈블리 및 이를 포함하는 안테나 장치를 제공한다.

Claims (14)

  1. 전방에 구비된 다수의 어레이 안테나 소자들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널;
    상기 리플렉팅 패널의 배면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 리어 패널; 및
    상기 리플렉팅 패널의 전면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 프론트 패널; 을 포함하고,
    상기 리어 패널과 상기 프론트 패널은 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 성형되어 적층 결합되는, 안테나 보드 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키기 위하여 상기 리플렉팅 패널의 전면 및 배면에 결합되는 다수의 급전 스트립라인; 을 더 포함하고,
    상기 리플렉팅 패널에는, 상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키기 위하여 마련된 다수의 급전 스트립라인 중 일부가 배면 측에서 전면 측으로 관통하여 연결되도록 적어도 하나의 접속 홀이 전후 방향으로 관통되게 형성된, 안테나 보드 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 급전 스트립라인은,
    상기 리어 패널에 배치되되, 일단은 단위 RF 필터 바디의 출력 포트에 연결되고, 타단은 상기 적어도 하나의 접속 홀을 관통하는 리어 급전 스트립라인; 및
    상기 프론트 패널에 배치되되, 일단은 상기 리어 급전 스트립라인으로부터 급전되도록 구비되고, 타단은 상기 다수의 어레이 안테나 소자들에 급전시키도록 구비된 프론트 급전 스트립라인; 을 포함하고,
    상기 리어 패널과 상기 프론트 패널에는, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인이 두께 범위에 수용되도록 전후 방향으로 관통되게 스트립라인 설치 슬릿이 각각 형성된, 안테나 보드 어세블리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스트립라인 설치 슬릿에는, 상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인의 임의 유동이 억제되도록 다수의 고정 핀이 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널에 대하여 각각 일체로 형성되고,
    상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인에는, 상기 다수의 고정 핀이 관통하여 체결되는 다수의 핀 고정홀이 형성된, 안테나 보드 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스트립라인 설치 슬릿에 형성된 상기 다수의 고정 핀은, 상기 리어 급전 스트립라인 및 프론트 급전 스트립라인의 다수의 핀 고정홀에 고정된 후, 외부 열에 의하여 용융 가능하도록 상기 다수의 핀 고정홀의 외부로 돌출되는 크기로 형성된, 안테나 보드 어셈블리.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 리어 급전 스트립라인은, 상기 RF 필터 바디의 출력 포트와 연결되는 일단부 일부가 고주파 노이즈를 제거하기 위한 저대역통과 필터(LPF)로 구비된, 안테나 보드 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 저대역통과 필터(LPF)의 선단부는,
    상기 다수의 단위 RF 필터 바디의 출력 포트에 설치된 동축 커넥터(Direct Coaxial Connector, DCC)를 매개로 전기적으로 연결되되, 상기 동축 커넥터 주변에 반원 형태로 설치된 접지 와셔의 개구된 부위를 통하여 연결되는, 안테나 보드 어셈블리.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 리어 급전 스트립라인 및 상기 프론트 급전 스트립라인은, 각각 상기 리어 패널에 형성된 상기 스트립라인 설치 슬릿(이하, '리어 설치 슬릿'이라 칭함) 및 상기 프론트 패널에 형성된 상기 스트립 라인 설치 슬릿(이하, '프론트 설치 슬릿'이라 칭함)의 각 두께를 초과하지 않는 도체 재질의 얇은 도체 바 형태로 구비된, 안테나 보드 어셈블리.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 리어 급전 스트립라인은, 각 선단에 전방으로 돌출되게 연장 형성된 연결 핀을 매개로 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 가변 회로 보드의 입력단 및 상기 프론트 급전 스트립라인의 입력단 중 어느 하나와 전기적으로 연결되는, 안테나 보드 어셈블리,
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 프론트 급전 스트립라인은, 일단이 상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 가변 회로 보드 및 상기 리어 급전 스트립라인과 연결된 입력단 중 어느 하나로 구비되고, 타단이 상기 프론트 패널의 전면에 삽입 지지되는 지지 핀에 의해 지지되어 상기 다수의 어레이 안테나 소자에 급전 피딩되도록 연결되는, 안테나 보드 어셈블리.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정되고, 전면에 적어도 전송 선로의 물리적인 길이 변화를 통한 주파수의 위상을 가변할 수 있는 적어도 하나 이상의 단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드를 포함하는 위상 쉬프터; 를 더 포함하고,
    상기 프론트 패널에는, 상기 가변 회로 보드를 전방으로 노출시키도록 절개된 가변회로 보드 회피홈이 절개 형성된, 안테나 보드 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 위상 쉬프터는,
    상기 리어 패널의 후방으로써 상기 단위 RF 필터 바디 사이에 고정된 위상천이 구동모터;
    상기 위상천이 구동모터의 모터축 회전 방향에 따라 상기 리어 패널의 후방에서 상하 방향으로 수평을 유지하면서 이동하는 수평 마운팅 바;
    상기 리플렉팅 패널의 전면에 고정된 상기 가변 회로 보드의 전면에서 회동 가능하게 구비된 가변 스위치 패널; 및
    일단은 상기 수평 마운팅 바에 연결되고, 타단은 상기 가변 스위치 패널에 대하여 힌지 연결된 수직 마운팅 바; 를 포함하고,
    상기 리플렉팅 패널, 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널에는, 상기 수평 마운팅 바로부터 전방으로 돌출되어 상기 수직 마운팅 바에 연결되는 힌지 연결핀의 상하 이동과의 간섭을 회피하기 위한 상하 가이드슬롯이 형성된, 안테나 보드 어셈블리.
  13. 메인 보드의 전면에 적층 배치된 다수의 단위 RF 필터 바디로 구비된 RF 필터; 및
    상기 RF 필터의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 어레이 안테나 소자를 포함하는 방사소자 모듈; 을 포함하고,
    상기 방사소자 모듈은, 상기 다수의 어레이 안테나 소자들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면에 적층 결합되고 부도체 재질로 구비된 리어 패널 및 상기 리플렉팅 패널의 전면에 적층 결합되는 프론트 패널, 을 포함하는 안테나 보드 어셈블리; 를 포함하며,
    상기 리어 패널과 상기 프론트 패널은 금속 재질로 구비된 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 부도체 재질 중 플라스틱 수지 재질로 구비된 상기 리어 패널 및 상기 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 성형되어 적층 결합되는, 안테나 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 상기 안테나 보드 어셈블리를 포함하는, 안테나 장치.
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