KR100835543B1 - 광대역 옴니 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 옴니 안테나에 관한 것으로서, 구 형상의 광대역 복사소자, 상기 광대역 복사소자의 하부에 상기 광대역 복사소자와 이격되도록 설치되고 원추 형상을 갖는 접지부재 및 상기 광대역 복사소자에 전력을 공급하는 급전부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 800 ~ 2700MHz의 광대역에서 우수한 빔패턴을 제공함으로써 우수한 통화품질을 제공할 수 있는 효과가 있다.

광대역, 멀티밴드, 안테나, 옴니, 이동통신, 중계기.

Description

광대역 옴니 안테나{A Broad Band Omni-directional Antenna}

본 발명은 광대역 옴니 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복사소자를 구 형상으로 형성하고 접지부재를 원추형상 또는 상방으로 만곡지도록 형성함으로써 광대역에 걸쳐 우수한 빔패턴을 갖는 광대역 옴니 안테나에 관한 것이다.

이동통신망에서 서비스 지역은 복수개의 셀로 구분되고 각 셀마다 중계기 안테나가 설치되어 해당 셀 내에 위치한 이동통신 단말기와 중계기 간의 통신이 이루어지게 된다.

현재 이동통신 기술의 발전에 따라 기존의 2세대로 불리는 CDMA(824 ~ 894Mhz)와 PCS(1750 ~ 1870Mhz) 이동통신 서비스에 더하여 3세대인 IMT2000(1885 ~ 2170Mhz) 서비스가 개시되었다. 또한, 무선인터넷 서비스(2400Mhz)와 위성 DMB 서비스(2655MHz)까지 상용화되고 있다.

따라서, 이러한 다양한 주파수 영역에 대응하기 위해 개별 대역에 각각 안테 나를 설치하고 있으나 지하철 등과 같이 실내의 천장에 설치되는 중계기 안테나 등의 경우에는 여러 대의 안테나를 설치하는 것이 미관상 좋지 않으므로 하나의 안테나로 여러 대역의 서비스가 가능하도록 하는 광대역 안테나가 사용되고 있다.

광대역 안테나의 일례로 공고실용신안 20-0164348호에는 평판 형태의 방사부와 원추 형상의 리플렉터 간에 급전부가 연결된 구조가 개시되어 있으며, 이와 유사한 형상의 일반화된 안테나로 디스콘( Discone )안테나가 있다.

그러나, 상기 공고실용신안 및 디스콘 안테나의 경우 작용 주파수 범위가 0.8 ~ 2.7GHz일 경우 안테나의 크기가 커져 실내에 설치하기에 적당하지 않으며, 방사 패턴이 좋지 않아 통신 음영지역이 발생하는 문제점이 있다.

도 1에는 보다 광대역에 사용될 수 있는 모노폴 타입의 광대역 안테나가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 모노폴 타입의 광대역 안테나(100)는 원형 평판 형태의 접지부재(110)의 중앙에 수직방향으로 모노폴 타입의 복사소자(130)가 설치되고 급전부재(120)를 통해 복사소자(130)에 전력이 공급되는 구조를 갖는다.

도 1에서는 복사소자(130)의 형태로서 내부에 중공이 형성된 원기둥 형태를 도시하였으나, 실제는 다중 공진을 위해 복사소자(130)의 형태를 복잡하게 설계하여 사용하고 있다.

이러한 모노폴 타입의 광대역 안테나는 복사소자(130)의 다중 공진을 위해 복잡한 형태를 갖도록 설계되므로 구조가 복잡하고 서비스 반경을 결정짓는 빔패턴 의 형태가 주파수 대역별로 상이한 문제점이 발생하고 있다.

도 2a ~ 2d는 종래 모노폴 타입의 광대역 안테나의 주파수 대역별 빔패턴을 도시한 것이다.

도 2a ~ 2d에서 상부의 반원이 서비스 영역에 해당하며, 저주파 대역(800MHz)에서는 이상적인 옴니 안테나의 빔 패턴을 나타내나 고주파 대역으로 갈수록 빔 패턴이 달라져 일부 영역에 음영지대(Null)가 발생하게 됨을 알 수 있다.

이는 저주파 영역에서는 빔이 이상적인 형태로 복사소자(130)의 양측방으로 방사되나 고주파 영역으로 갈수록 평판 형태의 접지부재(110)가 방해물로 작용하여 메인 로브의 방향이 z축으로 틀어지게 되어 x축 방향에 가까운 영역에서 전파가 거의 수신되지 않는 음영지대가 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복사소자를 구 형상으로 형성하고 접지부재를 원추형상 또는 상방으로 만곡지도록 형성함으로써 광대역에 걸쳐 우수한 빔패턴을 갖는 광대역 옴니 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고주파 신호의 방사에 영향을 많이 미치는 내측 부분만 상방 만곡지도록 형성하고 외측 부분은 평판 형태를 유지함으로써 안테나의 크기를 최소화하면서도 우수한 빔 패턴을 갖도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 구 형상의 광대역 복사소자, 상기 광대역 복사소자의 하부에 상기 광대역 복사소자와 이격되도록 설치되고 원추 형상을 갖는 접지부재 및 상기 광대역 복사소자에 전력을 공급하는 급전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나가 제공된다.

여기서, 상기 접지부재는 수직방향을 기준으로 50 ~ 85°의 경사각을 갖는 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 구 형상의 광대역 복사소자, 상기 광대역 복사소자의 하부에 상기 광대역 복사소자와 이격되도록 설치되고 상방으로 만곡부가 형성된 접지부재 및 상기 광대역 복사소자에 전력을 공급하는 급전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나가 제공된다.

여기서, 상기 만곡부는 60 ~ 180 mm의 평균 곡률반경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 만곡부의 가장자리에 평탄면을 갖는 평탄부가 연장형성되는 것이 보다 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 800 ~ 2700MHz의 광대역에서 우수한 빔패턴을 제공함으로써 우수한 통화품질을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 접지부재에서 방사에 영향을 많이 미치는 내측 부분만 상방 만곡지도록 형성하고 외측 부분은 평판 형태를 유지함으로써 안테나의 크기를 최소할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 광대역 옴니 안테나의 개략적인 구조를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 옴니 안테나(1)는 원추 형상 또는 상방 만곡지도록 형성된 접지부재(10), 구형상(30)의 복사소자(30) 및 복사소자(30)에 방사전력을 공급하는 급전부재(20)를 포함하여 구성된다.

여기서, 급전부재(20)는 쉽게 부러질 수 있으므로, 급전부재(20)의 외부에 급전부재(20)를 보호하기 위한 보호 커버(40)가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 구 형상의 복사소자(30)가 사용되므로 광대역 특성을 가질 수 있고 종래의 모노폴 타입의 복사소자에 비해 높이를 낮출 수 있어 소형의 안테나를 구현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 접지부재(10)는 종래 평판형의 문제점을 해결하기 위해 원추 형상 또는 상방으로 만곡진 형상을 갖도록 하였으며, 이에 대해서는 도 4a ~ 4c에서 상세하게 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제 1 실시예에서는 접지부재(10)가 원추 형상으로 구현되어 고주파 영역에서도 전파의 방사를 방해하지 않도록 하여 메인 로브의 방향이 틀어짐이 최소화되도록 하였다.

구 형상과 원추 형상은 주파수별로 전류의 흐름이 크게 바뀌지 않으므로 광대역 특성을 나타내며 상부의 구 형상의 복사소자(30)와 하부의 원추형 접지부재(10)는 다이폴의 형상을 갖고 있으므로 빔 패턴 역시 다이폴의 빔 패턴과 유사한 특성을 나타내게 된다.

본 실시예에서 접지부재(10)의 경사각(a°)은 50 ~ 85°인 것이 바람직하다.

경사각이 50°이하이면 빔 패턴은 우수하나 접지부재의 세로 길이가 길어져 안테나 크기가 증가하는 문제점이 있으며, 경사각이 85°이상이면 평판형에 가까워지므로 모노폴 타입의 광대역 안테나 빔 패턴에 가까워지게 되는 문제점이 있다.

도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제 2 실시예에서는 접지부재(10)가 원형단면의 갖고 상면이 만곡지도록 형성된 구조를 갖는다.

제 2 실시예에서도 접지부재(10)의 상면이 만곡지도록 형성됨으로써 고주파 영역에서도 전파의 방사를 방해하지 않도록 하여 메인 로브의 방향이 틀어짐이 최소화되도록 할 수 있다.

여기서, 접지부재(10)는 60 ~ 180 mm의 평균 곡률반경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 접지부재(10)의 평균 곡률반경(R)이 60mm 이하인 경우에는 접지부재(10)의 체적이 증가하여 전체적인 안테나 크기가 증가하는 문제점이 있고, 평균 곡률반경이 180mm 이상인 경우에는 평판형에 가까워지므로 고주파 영역에서의 빔 패턴이 불량해지는 문제점이 있다.

도 4c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적 으로 도시한 단면도이다.

제 3 실시예에서는 만곡부(11)의 가장자리에 평탄면을 갖는 평탄부(13)가 연장형성되도록 하는 것이 특징이다.

제 3 실시예에 따르면, 고주파 신호의 방사에 방해가 되는 내측 부분은 만곡부(11)를 형성하여 2개의 구로 이루어지는 다이폴 안테나에 가까운 구조를 형성하고, 고주파 신호의 방사에 영향이 작은 외측 부분에 평탄부(13)를 형성하여 만곡부(11)의 평균 곡률반경을 작게 하여 주파수별 빔 패턴을 보다 우수하게 할 수 있으면서도 안테나의 크기를 최소화할 수 있게 된다.

여기서, 저주파 신호는 접지부재(11)가 평판형이더라도 방사 패턴에 영향을 받지 않는다는 것을 주목할 필요가 있다.

특히, 만곡부의 가장자리에 평탄면을 갖는 평탄부가 연장형성되는 것은 메인 로브의 방향이 z축으로 틀어지게 되는 주파수 대역에 해당하는 만곡부를 가져감으로서 안테나의 높이에 해당하는 크기를 상당히 줄일수 있는 장점이 있다.

이하에서는 제 1 실시예에 의할 경우 안테나 특성을 CST사의 3차원 해석툴인 MWS를 이용하여 시뮬레이션한 결과로서 본 시뮬레이션에서 경사각(a°)을 57°, 접지부재(10)의 높이(h)를 52mm, 전체 안테나 높이(H)를116.8mm, 접지부재(10)의 직경을 164mm, 복사소자(30)의 직경을 58mm로 설정한 상태에서 실험한 결과이며, 제 2 및 제 3 실시예에서도 약간의 차이는 있으나 유사한 결과가 나타났다.

도 5는 제 1 실시예에 의할 경우 광대역 반사계수 특성을 도시한 것이다.

도 5의 시뮬레이션 결과와 같이, 본 실시예에 의할 경우 반사계수(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio) 값이 800 ~ 2700MHz까지 1.4이하를 가지므로 전 대역에 걸쳐서 동작 한다는 것을 잘 알 수 있으며, 이 대역 범위는 CDMA, PCS, IMT2000, WLL, 위성DMB 등의 이동통신 서비스 대역을 포함하고 있다.

도 6a ~ 6d는 제 1 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 주파수 대역별 빔패턴을 도시한 것이다.

도 6a ~ 6d에 따르면, 여러 주파수 대역에 걸쳐 거의 같은 빔 패턴이 얻어지고, 빔 패턴에서 메인 로브의 틸트 현상이 종래에 비해 현저하게 개선되며, 종래 x축 부근에서 발생하던 음영지대가 전혀 발생하지 않음을 알 수 있다.

도 1은 종래 모노폴 타입의 광대역 안테나의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 2a ~ 2d는 종래 모노폴 타입의 광대역 안테나의 주파수 대역별 빔패턴을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 광대역 옴니 안테나의 개략적인 구조를 도시한 것이다.

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 5는 제 1 실시예에 의할 경우 광대역 반사계수 특성을 도시한 것이다.

도 6a ~ 6d는 제 1 실시예에 따른 광대역 옴니 안테나의 주파수 대역별 빔패턴을 도시한 것이다.

<주요도면부호에 관한 설명>

1 : 안테나

10 : 접지부재

11 : 만곡부

13 : 평탄부

20 : 급전부재

30 : 복사소자

40 : 보호 커버

Claims (5)

1. 구 형상의 광대역 복사소자;

   상기 광대역 복사소자의 하부에 상기 광대역 복사소자와 이격되도록 설치되고 원추 형상을 갖는 접지부재; 및

   상기 광대역 복사소자에 전력을 공급하는 급전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접지부재는 수직방향을 기준으로 50 ~ 85°의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
3. 구 형상의 광대역 복사소자;

   상기 광대역 복사소자의 하부에 상기 광대역 복사소자와 이격되도록 설치되고 상방으로 만곡부가 형성된 접지부재; 및

   상기 광대역 복사소자에 전력을 공급하는 급전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 만곡부는 60 ~ 180 mm의 평균 곡률반경을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 만곡부의 가장자리에 평탄면을 갖는 평탄부가 연장형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.

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