KR100666757B1 - 어레이 안테나의 전력 분배방법 및 전력 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어레이 안테나의 각 방사소자에 전력을 분배하는 방법 및 그 방법을 적용한 전력 분배기에 관한 것이다. 본 발명은 급전부에 인가된 전력을 분배 첫단에서 이분배하여, 그 중 하나를 중심측 방사소자에 공급하고, 다른 하나를 외곽측 방사소자들에 균할 공급하는 것을 특징으로 한다. 이 방법 및 구조에 따라, 중심측 방사소자의 파워가 커지고 외곽측 방사소자의 파워는 상대적으로 약해지며, 따라서 안테나의 전후방비 및 사이드 로브 특성이 향상될 수 있다. 본 발명은 종래 기술에 비하여 구현 쉬운 장점이 있다.

어레이, 안테나, 방사소자, 분배기, 분기선로, 급전부, 기판, 전후방비

Description

어레이 안테나의 전력 분배방법 및 전력 분배기 {Power deviding method and devider for array antenna}

도 1은 일반적인 패치 어레이의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 전력 분배방법을 설명하기 위한 간편 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 전력 분배기의 사시도.

도 4는 도 3의 전력 분배기가 적용된 안테나의 사시도.

도 5a는 도 4 안테나의 수직패턴도.

도 5b는 도 4 안테나의 수평패턴도.

도 5c는 도 4 안테나의 정재파비 그래프.

도 6은 본 발명이 적용되는 다른 패치어레이를 보여주기 위한 도면.

도 7은 본 발명이 적용되는 다른 패치어레이를 보여주기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 급전부 12. 분기선로

15a~15i. 방사소자 20. 전력 분배기

21. 기판 22. 급전부

23. 급전선 24. 분기선로

25. 제1분기선로 26. 제2분기선로

31. 소자기판 32. 리플렉터

본 발명은 RF 중계용 안테나에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나의 각 방사소자에 전력을 분배하는 방법 및 그 방법을 적용한 전력 분배기에 관한 것이다. 본 발명은 안테나의 전후방비(F/B: front to back ratio) 및 전측방비(F/S: front to side ratio) 특성의 개선을 목적으로 제안된다.

RF 중계용 안테나는 일반적으로 전파 송수신용 방사소자 어레이와, 상기 방사소자 어레이의 후방에 배치되어 전파를 반사시키는 리플렉터와, 각 방사소자에 전력을 균등분할 공급하는 분배회로를 포함하여 이루어진다. 상기 안테나는 일반적인 특성상 방사소자의 각 위치에 따라 전파의 세기가 균일하지 못하고 또한 반사판의 엣지에서 전파의 산란이 발생하는 등의 관계로, 후엽(back-lobe) 및 측엽(side-lobe)이 발달된 방사패턴을 보이게 된다.

이러한 현상으로 인하여 송수신 신호간 또는 타 중계기와의 신호간섭이 발생하게 된다. 이에, 후엽 및 측엽을 발생시키는 불요파를 억제하고 분리도를 확보하 기 위한 방안들이 다수 제안되어 있다. 예를 들어 실용신안등록 제268529호와 제292571호, 특허등록 제441146호 등에는 다중 반사판 구조 및 전파 흡수체의 이용을 통한 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 개선방안이 제안되어 있다. 그리고 특허등록 제508959호, 특허공개 제2005-94660호 등에는 방사소자의 배치 및 소자 간의 간격조정을 통한 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 개선방안이 제안되어 있다.

그러나 전자의 방안에 따르면 안테나 전체의 규모, 크기, 중량 등이 증가하게 되는 문제와 전방에 대한 부차적인 측엽이 발생되어 실제로 20dB 이상의 고성능 전측방비 특성을 실현하기 어려운 문제가 있다. 그리고 후자의 방안에 따르면 방사소자의 배치 및 간격 등의 설계, 방사패턴의 조정을 위한 수단들이 매우 복잡하여 설계 및 구현이 어려워지는 문제가 있다.

도 1에 예시된 패치 어레이에 있어서, 알려진 바와 같이, 전후방비 및 사이드 로브 특성을 향상시키기 위해서는 중심측 패치(15a)의 파워를 크게 하고 외곽측 패치(15b~15i)의 파워를 상대적으로 작게 할 필요가 있다. 그런데 통상의 병렬급전 방식에서는 중심측에 큰 파워를 공급하고자 하는 경우에 큰 차의 분배율이 필요하게 되며, 따라서 분배 패턴의 폭이 매우 좁게 설계될 수 밖에 없다. 예를 들어, 유전율 3.0, 0.8t 유전체 기판에서 1:9 파워 분배를 할 경우 0.2mm 이하의 패턴이 필요하게 된다. 이러한 이유로 구현 자체가 어려울 뿐만 아니라 안테나의 최대 허용전력을 높게 사용할 수가 없게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 안테나의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 안테나 규모에 영향을 주지 않으며, 보다 간단한 방법과 구조로서 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 특성을 향상시킬 수 있는 전력 분배방법과 그 분배방법이 적용된 분배기를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 설계 및 구현이 쉬운 전력 분배방법과 분배기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서 상기한 목적은 분배선로에서 중앙측 방사소자에는 큰 전력을 공급하고, 외곽측 각 방사소자에 상대적으로 작은 전력을 병렬 공급하도록 함으로써 달성된다.

본 발명은 어레이 안테나를 구성하는 각 방사소자에 전력을 분배하여 공급하는 방법 및 그 방법이 적용된 분배기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력 분배방법은: 급전부에 인가된 전력을 분배 첫단에서 이분배하여, 그 중 하나를 중심측 방사소자에 공급하고, 다른 하나를 외곽측 방사소자들에 병렬 공급하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 전력 분배기는: 전력이 인가되는 급전부와, 상기 급전 부로부터 연장되어 전력을 분할하는 분기선로가 형성된 유전체 기판과; 상기 분기선로의 각 말단에 접촉하는 상태로 기판상에 고착되고, 일단이 어레이 안테나를 구성하는 각 방사소자에 접촉하게 되는 급전선으로 이루어지며; 상기 분기선로는 급전부로부터 분배 첫단에서 이분기되며, 이 중 제1분기선로는 기판의 중심측 말단에 연장되고 제2분기선로는 기판의 외곽측 말단들에 병렬로 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법 및 장치는, 어레이 안테나에서 전후방비 및 사이드 로브 특성을 향상시키기 위해서 중심측 패치의 파워를 크게 하고, 외곽측으로 갈수록 패치의 파워를 상대적으로 작게 하여야 한다는 인식에서 출발한다. 본 발명에 따르면, 안테나의 특성이 향상될 뿐만 아니라, 장치의 설계 및 구현히 용이하게 되는 장점이 있다. 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 보다 명백해질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 분배를 수행하기 위한 간편 회로(10)를 나타낸다. 상기 회로(10)는 급전 컨넉터에 연결되는 단일 급전부(11)와, 상기 급전부(11)로부터 연장되고 분기되어 어레이 안테나의 각 방사소자로 연결되는 분기선로(12)를 포함한다. 상기 분기선로(12)는 급전부(11)에 인가된 전력을 분배 첫단에서 이분배하여, 그 중 하나를 중심측 방사소자(15a)에 공급하는 제1분기선로(13)와, 다른 하나를 각 외곽측 방사소자(15b~15i)에 균등 공급하는 제2분기선로(14)로 이루 어진다.

결국 본 발명에 따르면, 급전부(11)에 인가된 전력을 분배 첫단에서 이분배하여, 그 중 하나를 중심측 방사소자(15a)에 공급하고, 다른 하나를 외곽측 방사소자(15b~15i)들에 균등 공급하는 방법으로 전력의 분배가 이루어진다. 보다 구체적으로, 중심측 방사소자(15a)에는 직렬로 공급하고, 외곽측 방사소자(15b~15i)들에는 병렬로 균등 공급한다. 이 방법에 따라, 중심측 방사소자(15a)의 파워가 커지고 외곽측 방사소자(15b~15i)의 파워는 상대적으로 약해진다. 따라서 안테나의 전후방비 및 사이드 로브 특성이 향상될 수 있다.

도 3은 상기한 전력 분배방법이 적용된 전력 분배기(20)를 예시한다. 상기 분배기(20)는 급전부(22)와 분기선로(24)가 형성된 유전체 기판(21)과, 상기 기판(21)상에 고정되고 어레이 안테나를 구성하는 각 방사소자(도 1의 부호 15a~15i)로 전력을 공급하는 급전선(23)을 포함한다. 그리고 상기 급전선(23)은 상기 분기선로(24)의 각 말단에 끼워져 고정된다. 상기 급전선(23)은 기판(21)에 끼워져 견고하게 고정될 수 있게 된다.

상기 분기선로(24)는 급전부(22)로부터 분배 첫단에서 이분기되며, 이 중에서 제1분기선로(25)는 기판(21)의 중심측 말단에 직렬로 연장되고, 제2분기선로(26)는 재분기되어 기판(21)의 외곽측 말단들에 병렬로 연장된다. 이러한 분배 기(20)의 구조에 따라, 기판(21)의 중심측 말단의 파워가 커지고 외곽측 말단의 파워는 상대적으로 약해진다. 각 방사소자(도 1의 부호 15a~15i)의 위상을 동일하게 맞추기 위하여, 상기 제1분기선로(25)는 굴곡 미엔더형으로 형성된다.

기판(21) 외곽측 각 말단에 대한 고른 파워 분배를 위하여, 본 실시예에서 상기 제2분기선로(26)는 연속하는 이등 분할선로(27,28,29)로서 각 외곽측 말단에 연장되도록 설계된다. 다만 본 발명이 상기 제2분기선로(26)의 특정한 설계에 한정되는 것은 아니며, 다양한 설계의 변경이 가능할 것이다. 도면에서, 부호 'S'는 낙뢰 기타 과부하로부터 안테나를 보호하기 위한 DC쇼트회로이다.

한편, 급전부(22)에 인가된 전력은 우선 분기선로(24)의 첫단에서 이분배된다. 분배된 하나는 기판(21)의 중심측 말단과 급전선(23)을 경유하여 중심측 방사소자(15a)에 공급되고, 다른 하나는 각 외곽측 말단과 급전선(23)을 경유하여 외곽측 방사소자(15b~15i)에 공급된다. 이 구조에 따라, 중심측 방사소자(15a)의 파워가 커지고 외곽측 방사소자(15b~15i)의 파워는 상대적으로 약해진다. 따라서 안테나의 전후방비 및 사이드 로브 특성이 향상될 수 있다.

도 4는 상기 전력 분배기(20)가 적용된 안테나 장치를 나타낸다. 상기 안테나 장치는 어레이 소자기판(31)과, 상기 소자기판(31)의 배면에 제공되는 본 실시예의 전력 분배기(20)와, 상기 전력 분배기(20)의 후방에 일정한 간격으로 배치되 는 리플렉터(32)를 포함하여 이루어진다. 도면에서 부호 23은 전력 분배기(20)를 구성하는 급전선이고, 부호 33은 급전 컨넥터이다.

도 5a, b, c는 상기 안테나 장치를 가로×세로 410mm×420mm, 폭 100mm로 제작하여 측정한 수직패턴, 수평패턴, 정재파비 그래프이다. 결과에서 나타난 바와 같이, 전후방비(F/B) 및 전측방비(F/S) 각각 35dB 이상의 우수한 특성을 보이고 있으며, 만족할 만한 정재파비를 얻을 수 있었다.

이상에서는, 3×3 패치어레이 방식의 안테나를 예시하였다. 다만, 본 발명이 그 어레이 방식에 한정되는 것은 아니며 2×2 이상의 패치어레이 방식에서 모두 적용이 가능하다. 예로써, 도 6 및 7은 4×4, 5×5 패치어레이 방식에서 본 발명이 적용되는 것을 나타낸다. 이들 예에서 보듯이, 중심측 방사소자는 하나 또는 복수이며, 복수인 경우 중심측 방사소자는 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명에서는 급전부에 인가된 전력을 이등분배하여, 그 중 하나를 중심측 방사소자에 직렬 공급하고, 다른 하나를 외곽측 방사소자들에 병렬 균등공급하는 방법과 장치가 제공되어 있다. 본 발명은 쉽게 구현가능하며, 어레이 안테나 장치에 본 발명을 적용함으로써 안테나의 특성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 어레이 안테나를 구성하는 각 방사소자에 전력을 분배하여 공급하는 방법에 있어서; 급전부에 인가되는 전력을 분배 첫단에서 나누어 이분배한 후, 그 중 하나를 중심측 방사소자에 공급하고, 다른 하나를 다시 나누어 외곽측 각 방사소자에 공급하여, 중심측 방사소자에 큰 전력을 공급하고 외곽측 방사소자에 상대적으로 작은 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전력 분배방법은: 중심측 방사소자가 하나인 경우에는 직렬로, 둘 이상인 경우에는 병렬로 공급하고; 외곽측 방사소자들에는 병렬로 공급하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전력 분배방법은 유전체 기판상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배방법.
4. 전력이 인가되는 급전부와, 상기 급전부로부터 연장되어 전력을 분할하는 분기선로가 형성된 유전체 기판과; 상기 분기선로의 각 말단에 접촉하는 상태로 기판상에 고착되고, 일단이 어레이 안테나를 구성하는 각 방사소자에 접촉하게 되는 급 전선으로 이루어지며; 상기 분기선로는 급전부로부터 분배 첫단에서 이분기되며, 제1분기선로는 기판의 중심측 말단에 연장되고 제2분기선로는 재분기되어 기판의 외곽측 말단들에 연장되는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배기.
5. 제4항에 있어서,

   제1분기선로는 미엔더형인 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배기.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제1분기선로는 기판의 중심측 말단이 하나인 경우에 직렬로, 복수인 경우에 병렬로 연장되고; 상기 제2분기선로는 기판의 외곽측 말단들에 병렬로 연장되는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배기.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 제2분기선로는 연속하는 이분할 선로로서 각 외곽측 말단에 연장되도록 설계된 것을 특징으로 하는 어레이 안테나의 전력 분배기.

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