KR100563116B1 - 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나와 수평편파 무지향성 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)에 사용되는 무지향성 안테나에 관한 것이다.

본 발명에서는 금속 피막을 가지는 유전체 기판 전면에 패치 안테나의 패턴을 형성한 후, 이를 둥글게 말아서 슬리브 다이폴과 같은 형태를 형성하여 수직 또는 수평 편파 무지향성 안테나를 구현하고 있다.

본 발명에 따른 수직 또는 수평 편파 무지향성 안테나는 인접 기지국간의 간섭원인인 상측 부엽의 특성을 최소화 시킬 수 있고, 또한 유전체 기판에 안테나 패턴이 형성 되므로 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산하는 것이 가능하며, 안테나를 소형 경량화 할 수 있는 효과가 있다.

수직 편파, 수평 편파, 무지향성, 패치 안테나, 유전체 기판, 슬리브 안테나

Description

유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나와 수평 편파 무지향성 안테나 {VERTICAL POLARIZATION OMNIDIRECTIONAL ANTENNA AND HORIZONTAL POLARIZATION OMNIDIRECTIONAL ANTENNA USING DIELECTRIC BOARD}

도 1은 종래에 사용되어지던 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 일실시도.

도 2a는 종래의 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 전면도.

도 2b는 종래의 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 측면도.

도 3은 종래에 사용되어지던 기지국용 수직 편파 무지향성 안테나의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나의 전개도.

도 5는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나를 그 길이 방향을 축으로 하여 둥글게 마는 과정을 도시한 도면.

도 6은 유전체 기판을 이용한 수직, 수평 편파 무지향성 안테나의 평면도.

도 7은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나의 전개도.

도 8은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나를 그 길이 방향을 축으로 하여 둥글게 마는 과정을 도시한 도면.

도 9는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10 : 유전체 기판에 형성된 방사 소자 20 : 유전체 기판

30 : 마이크로 스트립 전송 선로 31 : 입력임피던스(50Ω)

32,36 : 임피던스 정합부 33,34 : 전력 분배부

35 : 트랜스포머(0.25λ) 40 : 케이블

50 : 급전 커넥터 60 : 방설 커버(레이돔)

70 : 방사 소자 지지 파이프 80 : 스티로폼

90 : 안테나지지 파이프

본 발명은 이동통신 기지국(TRS, CELLULAR, PCS, IMT-2000, ISM-Band)에 사 용되는 안테나 기술에 관한 것이다.

종래의 이동 통신 기지국 및 단말기에서 송신된 신호들은 도심의 빌딩과 주변 환경에 의하여 많은 변형을 일으킨다. 이렇게 변형된 신호들은 통화 품질에 직접적으로 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 흔히 페이딩(fading) 현상이라고 표현하는데 그 근본적인 원인은 전파 경로상의 문제라고 할 수 있다.

다중경로(multi path)에 의한 페이딩 현상을 해결하기 위한 목적으로 다이버시티기법이 주로 이용된다. 다이버시티 기법이란 서로 독립적으로 페이딩의 영향을 받는 여러 개의 신호를 수신하여 적절히 결합함으로써 페이딩 현상을 해결하는 방법이다. 다이버시티 기법에는 여러 종류의 기법이 있으나 그 중 대표적인 것이 공간 다이버시티 기법과 편파 다이버시티 기법이다, 본 발명에서는 양자를 모두 이용하여 페이딩 현상을 해결하고 있다.

도 1은 종래에 사용되어지던 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 일실시로서, 원형 동봉을 0.25λ의 방사 소자로 제작하는 형태의 안테나이다.

도 2a는 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 전면도이고, 도 2b는 유전체 기판을 이용한 중계기용 수직 편파 무지향성 안테나의 측면도이다. 도면과 같은 안테나는 유전체 회로 기판을 이용하더라도 수직으로 배열 할 수 없는 구조로 제작되어져 있다.

도 3은 종래에 사용되어지던 기지국용 수직 편파 무지향성 안테나의 단면도이다. 안테나 제작은 동이나 알루미늄과 같은 금속재질을 가공한 후, 다수의 방사 소자를 급전선으로 연결하여 복사소자 및 급전부를 구성함으로써 이루어진다. 이러 한 안테나는 주파수가 낮을수록 복사소자의 크기가 커지므로 안테나의 무게가 증가하고, 주파수가 높을수록 복사소자의 크기가 작아지므로 정밀하게 가공해야 하는 불편함이 있다. 또한 복사소자의 조립을 모두 수작업으로 진행해야 하기 때문에, 조립에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 떨어지고, 수작업으로 제품을 생산하므로 안테나 특성이 일률적이지 못하다는 문제점 등이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기위하여 안출한 것으로서, 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산하며, 안테나를 소형 경량화하고, 공간 다이버시티 기법과 편파 다이버시티 기법을 사용하여 페이딩 현상을 해결함으로써 통화 품질을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부, 입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부 및 상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서, 상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성하고, 상기 사각형 패턴의 하단 중앙에 급전부를 두어서 수직편파를 발생하도록 구성되고, 상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며, 상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 둥글게 말아서 원통 모양 을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나이다.

한편 상기 안테나에는 상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프, 상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나지지 파이프 및 상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 파이프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하도록 할 수 있는데, 여기서 원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부, 입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부 및 상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서, 상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성하고, 상기 사각형 패턴의 일 측면 중앙에 급전부를 두어서 수평편파를 발생하도록 구성되고, 상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며, 상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 둥글게 말아서 원통 모양을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나이다.

한편 상기 안테나에는 상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프, 상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나지지 파이프 및 상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 파이프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하도록 할 수 있는데, 원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나의 전개도이고, 도 5는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나를 그 길이 방향을 축으로 하여 둥글게 마는 과정을 도시한 도면이다. 입출력 단자인 급전 커넥터(50)를 통하여 전송된 에너지는 전송 케이블(40)을 통하여 마이크로 스트립라인(30)과 연결된다, 입출력 단자인 급전 커넥터(50)와 전송 선로인 마이크로 스트립라인(30)은 프렉시블(Flexible)케이블로 연결되고, 입출력 단자인 급전 컨넥터(50)는 안테나 지지 파이프(90)의 양쪽 면을 가공하여 설치되어진다. 마이크로 스트립라인(30)에 입력된 에너지는 특성임피던스(50Ω;31)에 인가되며, 인가된 에너지는 1차 정합회로(32)에 입력된다. 라인 33과 34는 입력된 에너지를 분배하는데, 분배된 에너지 중 라인 33으로는 전체 방사 소자가 n개인 경우 전체 방사 소자의 1/n의 에너지만 인가되어지고 나머지 (n-1)/n의 에너지는 다음 방사소자의 2차 정합회로에 인가되어진다. 이렇게 인가되는 파워와 위상은 설계자의 설계치수에 의하여 결정된다. 따라서 종래의 수직 편파 무지향성 안테나에서 가장 많이 사용되어지는 급전 방식 중의 하나인 근접 전계에 의한 배열에서는 이를 설계자가 임의로 설계할 수가 없었던 문제점이 개선되었다.

도 7은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나의 전개도이고, 도 8은 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나를 둥글게 마는 과정을 도시한 도면이다. 수평 편파 무지향성 안테나의 구성은 안테나의 급전부위가 수직 편파의 경우와 90˚ 차이가 난다는 점 외에는 상술한 수직 편파 무지향성 안테나의 구성과 동일하다.

도 6은 유전체 기판을 이용한 수직, 수평 편파 무지향성 안테나의 단면도이다. 도 6을 참조하면 중심 부분에 방사소자 지지 파이프(70)가 설치되고 설치된 방사 소자 지지 파이프(70)의 외부에 스티로폼(80)이 설치되어진다. 방사소자 지지 파이프(70)와 스티로폼(80)은 아크릴 양면테이프를 사용하여 고정시킨다. 스티로폼(80)의 외부에 방사소자를 똑같은 방법인 아크릴 양면테이프를 사용하여 고정시킨다, 방사소자 외부에 방설커버(60)를 사용하여 외력으로부터 내부의 회로를 보호한다. 방사 소자지지 파이프는 안테나지지파이프와 연결되어지고, 방설커버(60)도 안테나 지지파이프(90)에 연결되어진다.

도 9는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 것이고, 도 10은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 정재파비를 나타낸 것이다. 도면에 나타나듯이 측정 주파수 범위에서 정재파비 값이 1.5를 넘지 않으므로 안테나의 성능은 비교적 양호하다 할 것이다. 정재파비가 1.5일 때 출력의 96% 정도가 방사된다.

도 11은 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 것이고, 도 12는 본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수평편파 무지향성 안테나의 복사 패턴을 도시한 것이다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의하는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

본 발명에 따른 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나와 수평 편파 무지향성 안테나를 이용하면 페이딩 현상을 해결하여 통화 품질 향상시킬 수 있고, 제작 공정을 단순하게 하여 균일한 특성을 가지는 안테나를 대량 생산할 수 있으며, 안테나를 소형 경량화 시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부;

   입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부; 및

   상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서,

   상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성한 후, 상기 사각형 패턴의 하단 또는 상단 중앙에 급전 위치를 두어서 수직편파를 발생하도록 구성되고,

   상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며,

   상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 그 길이 방향을 축으로 하여 둥글게 말아서 원통 모양을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프;

   상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나 지지클램프; 및

   상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 클램프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하되,

   원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수직 편파 무지향성 안테나.
3. 단말기로부터 발생되는 외부 신호를 수신하고 기지국 장비 또는 중계기로부터 발생되는 신호를 자유공간으로 전파하는 방사소자부;

   입출력된 신호의 전송, 임피던스 정합 및 분배 역할을 수행하는 급전부; 및

   상기 급전부를 통하여 전송된 에너지를 기지국 장비 또는 중계기로 입출력하는 기능을 수행하는 입출력 커넥터를 포함하여 구성된 안테나에 있어서,

   상기 방사소자부는 금속 피막을 갖는 유전체 기판 위에 사각형의 패치 안테나 패턴을 형성하고, 상기 사각형 패턴의 일 측면 중앙에 급전부를 두어서 수평편파를 발생하도록 구성되고,

   상기 급전부는 상기 유전체 기판 위에 배선회로를 형성하여 구성되며,

   상기 방사소자부 및 급전부가 형성된 유전체 기판을 그 길이 방향을 축으로 하여 둥글게 말아서 원통 모양을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나.
4. 제3항에 있어서,

   상기 방사소자부를 지지하는 방사소자 지지 파이프;

   상기 방사소자 지지 파이프와 상기 입출력 커넥터를 지지하는 안테나 지지파이프; 및

   상기 방사소자부 및 급전부를 보호하며 안테나 지지 클램프와 연결되는 방설 커버를 더 포함하되,

   원통형 안테나의 중심부분에 상기 방사소자 지지 파이프가 설치되고, 상기 방사소자 지지 파이프의 외부에 스티로폼이 부착되며, 상기 스티로폼의 외부에 상기 방사소자가 형성된 유전체 기판이 부착되고, 상기 유전체 기판 외부에 방설 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 수평 편파 무지향성 안테나.

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