KR100865749B1 - 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나 - Google Patents

광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나 Download PDF

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이재두
김정호
나도선
김상진
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주식회사 감마누
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Abstract

본 발명은 복사 기판에 전면부의 안테나 성분과 후면부의 안테나 성분을 통해 다이폴 안테나를 이루어 복수 개로 구성하고, 두 안테나가 서로 직교하도록 하며, 비어 홀을 통해 급전 구조를 간단히 하여 광대역 특성을 향상시킨 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 안테나 복사 기판은, 전면부의 제1 안테나 성분과 후면부의 제3 안테나 성분을 통해 제1 편파를 복사하는 제1 다이폴 안테나; 상기 전면부의 제2 안테나 성분과 상기 후면부의 제4 안테나 성분을 통해 제2 편파를 복사하는 제2 다이폴 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나로 제1 급전 신호를 공급하기 위한 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제1 비어 홀; 상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제1 발룬 홀; 상기 제2 다이폴 안테나로 제2 급전 신호를 공급하기 위한 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제2 비어 홀; 상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제2 발룬 홀; 및 상기 전면부를 통해 상기 제2 비어 홀에 연결되고, 상기 후면부를 통해 상기 제2 발룬 홀에 연결되며, 상기 제2 비어 홀로부터 상기 제2 급전 신호를 상기 제2 발룬 홀로 전달하기 위한 제3 비어 홀을 포함하며,
본 발명에 의하면, 복사 기판의 비어 홀을 통해 다이폴 안테나에 급전하므로, 이중편파 다이폴 안테나의 급전 구조를 간단히 할 수 있으며, 복사 기판의 안 테나에 급전하기 위해 비어 홀을 사용하므로, 에어 브릿지 구조를 사용할 필요가 없다.
광대역, 이중편파, 복사 기판, 다이폴, 안테나, 급전 케이블, 비어 홀, 발룬 케이블

Description

광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나{Antenna radiation board and a plane type wideband dual polarization antenna apparatus}
본 발명은 이동통신 시스템에 이용되는 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복사 기판에 전면부의 안테나 성분과 후면부의 안테나 성분을 통해 다이폴 안테나를 이루어 복수 개로 구성하고, 두 안테나가 서로 직교하도록 하며, 비어 홀을 통해 급전 구조를 간단히 하여 광대역 특성을 향상시킨 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 이중 편파 안테나는 수직 편파 또는 수평 편파와 같은 단일 편파를 갖는 일반 안테나에 비하여, 경사진 각도의 편파를 2개 갖는 안테나로서, 이동통신 시스템 내 기지국의 수신 경로 이중화 구현을 위한 안테나로 이용되고 있다.
이러한 이중 편파 안테나는 기존의 공간 다이버시티 안테나를 대신하여 통신 품질을 저하시키는 가장 큰 원인의 하나인 페이딩 현상에 의한 통신 열화를 방지하 기 위한 대안으로 이용되고 있다.
이중 편파 안테나는 수신용에 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나를 별도로 설치하여 각 신호를 분리 수신 합성하게 되면, 페이딩의 영향을 경감할 수 있게 되며, 기존의 공간 다이버시티 안테나에 비하여 그 공간적인 활용도가 높을 뿐만 아니라, 공간 다이버시티 안테나가 가지는 각기 다른 두 개의 안테나를 하나의 안테나에 구성할 수 있으므로 비용적인 면에서 획기적으로 절감할 수 있었다.
도 1은 종래 이중편파 광대역 다이폴 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 광대역 다이폴 안테나(100)는 그라운드 판(101)과, 그라운드 판(101)에 각각 장착되는 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(balun cable)(104), 급전 케이블(103) 및 발룬 케이블(104)과 연결되는 루프(Loop) 형태의 다수의 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)가 형성된 복사체(102), 급전 케이블(103)과 연결된 방사 패턴부, 발룬 케이블(104)과 연결된 방사 패턴부를 연결해 주는 에어 브릿지(123), 복사체(102)의 타면에 식각되어 대역폭 증가에 기여하는 광대역 보상패드(125)를 구비한다. 여기서, 루프 형태란 평면형의 방사 패턴에서 가운데 부분이 비어 있어 루프 형태를 갖는 형상을 말한다.
급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)은 그라운드 판(101)을 관통하여 복사체(102)와 연결되는데, 그 외주면은 그라운드 판(101)에 장착된 납땜 연결부(159)에 납땜됨으로써 그라운드 된다. 발룬 케이블(104)은 급전 케이블(103)과 쌍을 이루어 발룬을 구현하고, 에어 브릿지(123)는 금속성 재질로서 급전 케이블(103)과 복사체 상에 형성된 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)를 전기적으로 접속시킨 다.
금속 재질의 에어 브릿지(123)는 급전 케이블(103)의 심선(131)을 급전 케이블(103)의 외피에 연결되어 있는 방사 패턴부의 대각선 방향에 위치된 다른 방사 패턴부를 전기적으로 연결시킨다. 에어 브릿지(123)와 급전 케이블(103)의 외피에 연결되어 있는 방사 패턴부와 직접적인 연결을 막기 위하여 급전 선로에는 유전체(105)가 일정 높이 이상으로 존재한다.
전술한 바와 같이 구성된 종래 이동통신 시스템에 이용되는 다이폴 안테나의 경우, 복사 소자는 주로 금속체의 기구물로 제작되었고, 3차원적인 구조를 이루고 있다. 또한, 기지국 시스템의 거의 전부가 동축 선로 시스템이므로, 다이폴 안테나의 정상적인 동작을 위해서는 발룬 역할을 하는 기계적인 부분이 요구되며, 이 발룬 역시 금속체의 기구물로 제작되었다.
이와 같이, 종래의 다이폴 안테나 구조들은 에어 브릿지를 비롯해 그 형상이 복잡하고, 금속체의 기구물로 제작되어 가공성, 원가 및 작업성이 좋지 않을 뿐만 아니라 광대역성 특성을 향상시키기에는 한계가 있는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 복사 기판에 전면부의 안테나 성분과 후면부의 안테나 성분을 통해 다이폴 안테나를 이루어 복수 개로 구성하고, 두 안테나가 서로 직교하도록 하며, 비어 홀을 통해 급전 구조를 간단히 하여 광대 역 특성을 향상시킨 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안테나 복사 기판은, 전면부의 제1 안테나 성분과 후면부의 제3 안테나 성분을 통해 제1 편파를 복사하는 제1 다이폴 안테나; 상기 전면부의 제2 안테나 성분과 상기 후면부의 제4 안테나 성분을 통해 제2 편파를 복사하는 제2 다이폴 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나로 제1 급전 신호를 공급하기 위한 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제1 비어 홀; 상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제1 발룬 홀; 상기 제2 다이폴 안테나로 제2 급전 신호를 공급하기 위한 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제2 비어 홀; 상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제2 발룬 홀; 및 상기 전면부를 통해 상기 제2 비어 홀에 연결되고, 상기 후면부를 통해 상기 제2 발룬 홀에 연결되며, 상기 제2 비어 홀로부터 상기 제2 급전 신호를 상기 제2 발룬 홀로 전달하기 위한 제3 비어 홀을 포함한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중편파 평면형 다이폴 안테나는, 제1 급전 신호를 전달하는 제1 급전 케이블; 상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블; 상기 제1 급전 신호와 평행하게 제2 급전 신호를 전달하는 제2 급전 케이블; 상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블; 상기 제1 급전 케이블과 상기 제1 발룬 케이블, 상기 제2 급전 케이블 및 상기 제2 발룬 케이블을 지지하여 고정시키기 위한 지지부; 및 전면부의 제1 안테나 성분과 후면부의 제3 안테나 성분을 통해 제1 편파를 복사하는 제1 다이폴 안테나와, 상기 전면부의 제2 안테나 성분과 상기 후면부의 제4 안테나 성분을 통해 제2 편파를 복사하는 제2 다이폴 안테나, 및 상기 제1 다이폴 안테나와 상기 제2 다이폴 안테나에 비어 홀을 통해 상기 제1 급전 케이블의 상기 제1 급전 신호 및 상기 제2 급전 케이블의 상기 제2 급전 신호를 제공하는 급전부를 구비하는 복사 기판을 포함한다.
본 발명에 의하면, 복사 기판에 비어 홀을 통해 다이폴 안테나에 급전하므로, 이중편파 다이폴 안테나의 급전 구조를 간단히 할 수 있다.
또한, 복사 기판의 안테나에 급전하기 위해 비어 홀을 사용하므로, 에어 브릿지 구조를 사용할 필요가 없다.
그리고, 복사 기판의 평면형 다이폴 안테나에 의해 광대역 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사 기판의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 복사 기판(200)은, 전면부와 후면부로 구성되고, 전면부와 후면부에 각각 안테나 성분(210, 212, 220, 222)이 인쇄되어 있으며, 안테나 성분(210, 212, 220, 222)에 급전 신호를 제공하는 급전부(230)로 이루어진다.
전면부에는 제1 안테나 성분(210)과 제2 안테나 성분(220)이 회로 패턴으로 인쇄되어 있으며, 후면부에는 제3 안테나 성분(212)과 제4 안테나 성분(222)이 회로 패턴으로 인쇄되어 있다.
도 2에서, 전면부의 제1 안테나 성분(210)과 제2 안테나 성분(220)은 실선으로 표시하였고, 후면부의 제3 안테나 성분(212)과 제4 안테나 성분(222)은 전면부에서 투시한 상태에서 나타나는 모습으로 점선으로 표시하였다.
이때, 전면부의 제1 안테나 성분(210) 및 제2 안테나 성분(220)과 후면부의 제3 안테나 성분(212) 및 제4 안테나 성분(222)은 도 2에 도시된 바와 같이 평면 형태의 회로 패턴으로 인쇄하거나, 루프(Loop) 형태의 회로 패턴으로 인쇄할 수 있 다. 또한, 전면부와 후면부에 인쇄되는 안테나 성분은 평면형과 루프형에 한정되지 않고 이 외에 다른 형태의 회로 패턴으로 형성시킬 수 있다.
한편, 도 2에서, 전면부의 제1 안테나 성분(210)과 후면부의 제3 안테나 성분(212)이 제1 다이폴 안테나(250)를 이루고, 전면부의 제2 안테나 성분(220)과 후면부의 제4 안테나 성분(222)이 제2 다이폴 안테나(290)를 이룬다.
제1 다이폴 안테나(250)는 전면부의 제1 안테나 성분(210)과 후면부의 제3 안테나 성분(212)을 통해 +45°의 제1 편파를 복사하고, 제2 다이폴 안테나(290)는 전면부의 제2 안테나 성분(220)과 후면부의 제4 안테나 성분(222)을 통해 -45°의 제2 편파를 복사한다.
따라서, 제1 다이폴 안테나(250)의 제1 편파와 제2 다이폴 안테나(290)의 제2 편파가 서로 직교하면서 이중 편파를 이루게 된다.
급전부(230)는 외부로부터 급전 케이블을 통해 (+) 전류와 (-) 전류로 이루어지는 제1 급전 신호 및 제2 급전 신호를 인가받아 제1 다이폴 안테나(250)와 제2 다이폴 안테나(290)로 공급한다.
급전부(230)는 제1 급전 신호를 전달하는 제1 급전 케이블과 제2 급전 신호를 전달하는 제2 급전 케이블이 연결되며, 전면부와 후면부를 통해 이루어지는 제1 다이폴 안테나(250) 및 제2 다이폴 안테나(290)에 비어 홀(Via Hole)을 통해 제1 급전 신호 및 제2 급전 신호를 공급한다. 이에 대해서는 도 3을 통해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사 기판의 급전 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전면부에서의 급전부(230)는 제1 급전 신호를 전달하는 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)을 삽입 연결하는 제1 비어 홀(Via Hole)(320)과, 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블이 삽입 연결되는 제1 발룬 홀(322), 제2 급전 신호를 전달하는 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)을 삽입 연결하는 제2 비어 홀(330), 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블이 삽입 연결되는 제2 발룬 홀(332) 및 제2 비어 홀(330)과 제2 발룬 홀(332)을 연결하기 위한 제3 비어 홀(340)을 포함한다.
이때, 전면부에서 제1 비어 홀(320)과 제1 발룬 홀(322)은 제1 인쇄 회로 패턴(324)으로 연결되어 있으며, 제2 비어 홀(330)과 제3 비어 홀(340)은 제2 인쇄 회로 패턴(344)으로 연결되어 있다.
여기서, 급전 케이블은 급전부(230)에 제1 급전 신호를 인가하는 제1 급전 케이블과, 급전부(230)에 제2 급전 신호를 인가하는 제2 급전 케이블을 포함한다. 제1 급전 케이블 및 제2 급전 케이블은 전력 전달이나 신호 전달을 위해 예컨대, 동축 케이블로 구현할 수 있으며, 신호선 역할을 하는 내부 도체(심선)와 접지선 역할을 하는 외부 도체로 이루어진다.
후면부에서의 급전부(230)는 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)이 삽입 연결되는 제1 비어 홀(320)과, 제1 발룬 케이블이 삽입 연결되는 제1 발룬 홀(322), 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)이 삽입 연결되는 제2 비어 홀(330), 제2 발룬 케이블이 삽입 연결되는 제2 발룬 홀(332) 및 제2 비어 홀(330)과 제2 발룬 홀(332)을 연결하기 위한 제3 비어 홀(340)을 포함한다.
이때, 후면부에서 제1 발룬 홀(322)에는 제1 원형 회로 패턴(350)이 둘러 감싸져 있고, 제2 발룬 홀(332)에는 제2 원형 회로 패턴(360)이 둘러 감싸져 있으며, 제2 발룬 홀(332)과 제3 비어 홀(340)이 제3 인쇄 회로 패턴(370)으로 연결되어 있다.
전면부에서, 제1 안테나 성분(210)과 제2 안테나 성분(220)은 사각 평면의 회로 패턴으로 인쇄된 형태에서 일부 모서리가 사각 형태로 잘려 나간 형상을 가지며, 전면부의 중앙에서 좌측에 위치한다. 여기서, 제1 안테나 성분(210)의 한쪽 모서리, 즉 급전부(230)를 이루는 부분에 제1 발룬 홀(322)이 형성되어 있고, 제2 안테나 성분(220)의 한쪽 모서리, 즉 급전부(230)를 이루는 부분에 제2 발룬 홀(332)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 안테나 성분(210)과 제2 안테나 성분(220)은 중앙의 가상 수평선을 기준으로 상하 대칭이다.
후면부에서, 제3 안테나 성분(212)과 제4 안테나 성분(222)은 사각 평면의 회로 패턴으로 인쇄된 형태에서 일부 모서리가 사각 형태로 잘려 나간 형상을 가지며, 후면부의 중앙에서 우측에 위치한다. 여기서, 제3 안테나 성분(212)의 한쪽 모서리, 즉 급전부(230)를 이루는 부분에 제1 비어 홀(320)이 형성되어 있고, 제4 안테나 성분(222)의 한쪽 모서리, 즉 급전부(230)를 이루는 부분에 제2 비어 홀(220)이 형성되어 있다. 여기서, 제3 안테나 성분(212)과 제4 안테나 성분(222)은 중앙의 가상 수평선을 기준으로 상하 대칭이다.
이때, 전면부에 있는 제1 안테나 성분(210) 및 제2 안테나 성분(220)은 후면부에 있는 제3 안테나 성분(212) 및 제4 안테나 성분(222)과 중앙의 가상 수직선을 기준으로 서로 좌우 대칭이다.
한편, 전면부에서, 제1 발룬 홀(322)은 제1 안테나 성분(210) 상에 위치하고, 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블이 삽입 연결된다. 또한, 전면부의 제1 발룬 홀(322)은 제1 인쇄 회로 패턴(324)를 통해 제1 비어 홀(320)에 연결된다.
따라서, 후면부의 제1 비어 홀(320)에 제1 심선(+)이 삽입되면, 제1 심선(+)이 제1 비어 홀(320)을 관통해 전면부의 제1 비어 홀(320)로 연결되고, 전면부의 제1 비어 홀(320)의 제1 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제1 급전 신호가 제1 인쇄 회로 패턴(324)을 통해 제1 발룬 홀(322)로 전달되며, 전면부의 제1 발룬 홀(322)로부터 (+) 전류의 제1 급전 신호가 제1 안테나 성분(210)으로 전달됨과 동시에, 제1 급전 케이블의 접지선(-)이 후면부에 있는 제3 안테나 성분(212)에 연결되므로, 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제1 급전 신호가 제3 안테나 성분(212)으로 전달된다.
따라서, 전면부의 제1 안테나 성분(210)과 후면부의 제3 안테나 성분(212)이 제1 다이폴 안테나(250)를 이루고 있으므로, 제1 다이폴 안테나(250)는 제1 안테나 성분(210)에서 제3 안테나 성분(212)으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는다.
한편, 후면부의 제2 비어 홀(330)에 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)이 삽입되면, 후면부의 제2 비어 홀(330)로부터 관통하여 전면부의 제2 비어 홀(330)로 연 결되고, 전면부에서 제2 비어 홀(330)의 제2 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제2 급전 신호가 제2 인쇄 회로 패턴(344)을 통해 제3 비어 홀(340)로 전달된다. 이어, 전면부의 제3 비어 홀(340)로부터 제2 급전 신호가 후면부의 제3 비어 홀(340)로 전달되고, 후면부의 제3 비어 홀(340)로부터 제3 인쇄 회로 패턴(370)을 통해 제2 발룬 홀(332)로 전달된다. 이때, 전면부에서 제2 발룬 홀(332)은 제2 안테나 성분(220) 상에 위치하고, 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블이 삽입 연결된다.
따라서, (+) 전류의 제2 급전 신호가 후면부의 제2 발룬 홀(332)로부터 관통하여 전면부의 제2 발룬 홀(332)을 통해 제2 안테나 성분(220)으로 전달됨과 동시에, 제2 급전 케이블의 접지선(-)이 후면부에 있는 제4 안테나 성분(222)에 연결되므로, 제2 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제2 급전 신호가 곧바로 제4 안테나 성분(222)으로 전달된다.
따라서, 전면부의 제2 안테나 성분(220)과 후면부의 제4 안테나 성분(222)이 제2 다이폴 안테나(290)를 이루고 있으므로, 제2 다이폴 안테나(290)는 제2 안테나 성분(220)에서 제4 안테나 성분(222)으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나(400)는, 복사 기판(410), 제1 급전 케이블(420), 제1 발룬 케이블(422), 제2 급 전 케이블(430), 제2 발룬 케이블(432), 지지부(440) 및 반사판(Ground Board)(450)을 포함한다.
복사 기판(410)은 도 2 및 도 3을 통해 전술한 바와 같이 전면부의 제1 안테나 성분(210)과 후면부의 제3 안테나 성분(212)을 통해 제1 급전 신호를 +45°편파로 복사하는 제1 다이폴 안테나(250)와, 전면부의 제2 안테나 성분(220)과 후면부의 제4 안테나 성분(222)을 통해 제2 급전 신호를 -45°편파로 복사하는 제2 다이폴 안테나(290)를 구비한다.
또한, 복사 기판(410)의 전체 크기에 따라 전면부에 있는 제1 안테나 성분(210) 및 제2 안테나 성분(220)의 면적 크기와, 후면부에 있는 제3 안테나 성분(212) 및 제4 안테나 성분(222)의 면적 크기를 변경하여 주파수 대역폭의 크기를 결정할 수 있다.
도 4에서, 제1 급전 케이블(420)은 제1 비어 홀(320)에 삽입 연결되어 외부로부터 전달받은 제1 급전 신호를 제1 다이폴 안테나(250)로 전달한다.
제1 발룬 케이블(422)은 제1 급전 케이블(420)에 대해 평행하게 쌍을 이루어 발룬 역할을 하며, 제1 발룬 홀(322)에 삽입 연결된다.
제2 급전 케이블(430)은 제2 비어 홀(330)에 삽입 연결되어 외부로부터 전달받은 제2 급전 신호를 제2 다이폴 안테나(290)로 전달한다.
제2 발룬 케이블(432)은 제2 급전 케이블(430)에 대해 평행하게 쌍을 이루어 발룬 역할을 하며, 제2 발룬 홀(332)에 삽입 연결된다.
이때, 제1 급전 케이블(420)과 제1 발룬 케이블(422), 제2 급전 케이블(430) 및 제2 발룬 케이블(432)은 지지부(440)에 납땜 등으로 지지 고정된다. 즉, 제1 급전 케이블(420)과 제1 발룬 케이블(422), 제2 급전 케이블(430) 및 제2 발룬 케이블(432)은 그 한 쪽이 복사 기판(410)에 삽입 연결됨과 더불어 반대쪽에 있는 부분이 지지부(440)에 고정 지지되어 반사판(450)에 체결된다.
다이폴 구조의 안테나는 그 대칭적인 구조로 인하여 동축 선로로 급전되는 경우에 있어서 (+) 급전 신호와 (-) 급전 신호의 임피던스 균형을 위해 발룬이라는 부가적인 구조가 필수적으로 요구된다. 따라서, 제1 급전 케이블(420)과 제1 발룬 케이블(422), 제2 급전 케이블(430)과 제2 발룬 케이블(432)을 금속성 재질의 지지부(440)에 납땜으로 고정시켜 서로 평행을 유지하면서 접지 시키도록 설치함으로써 발룬 구조가 이루어진다.
여기서, 제1 급전 케이블(420)과 제2 급전 케이블(430)은 각각 동축 케이블을 이용하여 구성할 수 있고, 발룬 케이블(422, 432)은 급전 케이블(420, 430)에 대해 쌍을 이루고 복사 기판(410)을 지지하는 역할을 한다.
급전 케이블(420, 430)과 발룬 케이블(422, 432)은 서로 평행이 되도록 고정 체결부(440)의 위치가 설정된다. 이때, 급전 케이블(420, 430)이 훼손되는 것을 방지하고 안테나의 수명을 확보하기 위하여, 장시간 동안에도 제1 급전 케이블(420)과 제2 급전 케이블(430)이 평행을 유지할 수 있도록 한 쌍의 발룬 케이블(422, 432)을 설치한다.
지지부(440)는 복사 기판(410)에 연결된 제1 급전 케이블(420)과 제1 발룬 케이블(422), 제2 급전 케이블(430) 및 제2 발룬 케이블(432)을 납땜으로 고정한 상태에서 예컨대, 볼트-너트 구조 등으로 전도성 재질의 반사판(450)에 안정적으로 체결할 수 있다. 이때, 제1 급전 케이블(420)과 제1 발룬 케이블(422)이 서로 평행이 되고, 제2 급전 케이블(430)과 제2 발룬 케이블(432)이 서로 평행이 되도록 지지부(440)에 고정한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나(400)는 전도성 재질의 반사판(450)에 다수 개로 안테나 어레이를 설계할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나의 VSWR 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나(400)는 인쇄 회로 기판형 다이폴 안테나 형태로 전압 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)를 측정한 결과, 1.2 GHz부터 3.5 GHz까지 넓은 주파수 대역을 이용할 수 있는 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나(400)는 1,750 ~ 1,860 MHz의 PCS 주파수 대역과, 1,850 ~ 1,960 MHz의 USPCS 주파수 대역, 1,710 ~ 1,800 MHz의 GSM 주파수 대역, 1,920 ~ 2,170 MHz의 WCDMA 주파수 대역, 2,300 ~ 2,390 MHz의 Wibro 주파수 대역, 2,400 ~ 2,500 MHz의 WiMAX 주파수 대역을 포함하는 약 1,750 ~ 2,600 MHz의 광대역 주파수를 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복사 기판의 전면부와 후면부에 각각 서로 다른 복사 방향을 갖는 평면형 다이폴 안테나를 구비하고, 비어 홀을 통해 급 전 구조를 간단히 하여 광대역 특성을 향상시킨 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 이동통신 시스템의 기지국 안테나에 이용할 수 있으며, 무선 신호를 방사하거나 수신하는 이중편파 다이폴 안테나에 적용할 수 있다. 또한, 다이폴 안테나의 방사 방향이 서로 수직한 이중 편파를 갖는 안테나 장치에도 적용할 수 있다.
도 1은 종래 이중편파 광대역 다이폴 안테나를 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사 기판의 구성을 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사 기판의 급전 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나의 구성을 나타낸 구성도, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나의 VSWR 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 종래 광대역 다이폴 안테나 101 : 그라운드 판
102 : 복사체 103 : 급전 케이블
104 : 발룬 케이블 123 : 에어 브릿지
125 : 광대역 보상패드 200 : 안테나 복사 기판
210 : 제1 안테나 성분 212 : 제3 안테나 성분
220 : 제2 안테나 성분 222 : 제4 안테나 성분
230 : 급전부 250 : 제1 다이폴 안테나
290 : 제2 다이폴 안테나 320 : 제1 비어 홀
322 : 제1 발룬 홀 324 : 제1 인쇄 회로 패턴
330 : 제2 비어 홀 332 : 제2 발룬 홀
340 : 제3 비어 홀 344 : 제2 인쇄 회로 패턴
350 : 제1 원형 회로 패턴 360 : 제2 원형 회로 패턴
370 : 제3 인쇄 회로 패턴
400 : 광대역 이중편파 평면형 다이폴 안테나
410 : 복사 기판 420 : 급전 케이블
430 : 발룬 케이블 440 : 지지부
450 : 반사판

Claims (17)

  1. 복사 기판의 전면에 구비되는 전면부의 제1 안테나 성분과 상기 복사 기판의 후면에 구비되는 후면부의 제3 안테나 성분을 통해 제1 편파를 복사하는 제1 다이폴 안테나;
    상기 전면부의 제2 안테나 성분과 상기 후면부의 제4 안테나 성분을 통해 제2 편파를 복사하는 제2 다이폴 안테나;
    상기 제1 다이폴 안테나로 제1 급전 신호를 공급하기 위한 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제1 비어 홀(Via Hole);
    상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제1 발룬 홀;
    상기 제2 다이폴 안테나로 제2 급전 신호를 공급하기 위한 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제2 비어 홀;
    상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제2 발룬 홀; 및
    상기 전면부를 통해 상기 제2 비어 홀에 연결되고, 상기 후면부를 통해 상기 제2 발룬 홀에 연결되며, 상기 제2 비어 홀로부터 상기 제2 급전 신호를 상기 제2 발룬 홀로 전달하기 위한 제3 비어 홀;
    을 포함하는 안테나 복사 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 비어 홀은 상기 전면부에서 제1 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제1 발룬 홀에 연결되며,
    상기 제3 비어 홀은 상기 전면부에서 제2 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제2 비어 홀에 연결되고 상기 후면부에서 제3 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제2 발룬 홀에 연결된 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 다이폴 안테나의 복사 방향과 상기 제2 다이폴 안테나의 복사 방향이 서로 직교하면서 이중 편파를 이루는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면부의 상기 제1 안테나 성분 및 상기 제2 안테나 성분과, 상기 후면부의 상기 제3 안테나 성분 및 상기 제4 안테나 성분은, 평면 또는 루프 형태의 회로 패턴으로 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 후면부의 상기 제1 비어 홀에 상기 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)이 삽입되면, 상기 제1 심선(+)이 상기 제1 비어 홀을 관통해 상기 전면부의 상기 제1 비어 홀로 연결되고, 상기 전면부의 제1 비어 홀의 상기 제1 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제1 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제1 발룬 홀로 전달되며, 상기 전면부의 상기 제1 발룬 홀로부터 상기 (+) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제1 안테나 성분으로 전달됨과 동시에,
    상기 제1 급전 케이블의 접지선(-)이 상기 후면부에 있는 상기 제3 안테나 성분에 연결되므로, 상기 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제3 안테나 성분으로 전달되는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 다이폴 안테나는 상기 전면부의 상기 제1 안테나 성분에서 상기 후면부의 상기 제3 안테나 성분으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 후면부의 상기 제2 비어 홀에 상기 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)이 삽입되면, 상기 후면부의 상기 제2 비어 홀로부터 상기 복사 기판을 관통하여 상기 전면부의 상기 제2 비어 홀로 연결되고, 상기 전면부에서 상기 제2 비어 홀의 상기 제2 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 제2 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제3 비어 홀로 전달되며, 상기 전면부의 상기 제3 비어 홀로부터 상기 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 후면부의 상기 제3 비어 홀로 전달되고, 상기 후면부의 상기 제3 비어 홀로부터 상기 제3 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제2 발룬 홀로 전달되며, 상기 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 후면부의 상기 제2 발룬 홀로부터 상기 복사 기판을 관통하여 상기 전면부의 상기 제2 발룬 홀을 통해 상기 제2 안테나 성분으로 전달됨과 동시에,
    상기 제2 급전 케이블의 접지선(-)이 상기 후면부에 있는 상기 제4 안테나 성분에 연결되므로, 상기 제2 급전 케이블의 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제2 급전 신호가 상기 제4 안테나 성분으로 전달되는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 다이폴 안테나는 상기 전면부의 상기 제2 안테나 성분에서 상기 후면부의 상기 제4 안테나 성분으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 복사 기판.
  9. 제1 급전 신호를 전달하는 제1 급전 케이블;
    상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블;
    상기 제1 급전 신호와 평행하게 제2 급전 신호를 전달하는 제2 급전 케이블;
    상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블;
    상기 제1 급전 케이블과 상기 제1 발룬 케이블, 상기 제2 급전 케이블 및 상기 제2 발룬 케이블을 지지하여 고정시키기 위한 지지부; 및
    기판의 전면에 구비되는 전면부의 제1 안테나 성분과 상기 기판의 후면에 구비되는 후면부의 제3 안테나 성분을 통해 제1 편파를 복사하는 제1 다이폴 안테나와, 상기 전면부의 제2 안테나 성분과 상기 후면부의 제4 안테나 성분을 통해 제2 편파를 복사하는 제2 다이폴 안테나, 및 상기 제1 다이폴 안테나와 상기 제2 다이폴 안테나에 비어 홀(Via Hole)을 통해 상기 제1 급전 케이블의 상기 제1 급전 신호 및 상기 제2 급전 케이블의 상기 제2 급전 신호를 제공하는 급전부를 구비하는 복사 기판;을 포함하며,
    상기 급전부는, 상기 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제1 비어 홀; 상기 제1 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제1 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제1 발룬 홀; 상기 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)을 삽입 연결하기 위한 제2 비어 홀; 상기 제2 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬 역할을 하는 제2 발룬 케이블을 삽입 연결하기 위한 제2 발룬 홀; 및 상기 전면부를 통해 상기 제2 비어 홀에 제2 인쇄 회로 패턴으로 연결되고, 상기 후면부를 통해 상기 제2 발룬 홀에 제3 인쇄 회로 패턴으로 연결되며, 상기 제2 비어 홀로부터 상기 제2 급전 신호를 상기 제2 발룬 홀로 전달하기 위한 제3 비어 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전면부의 상기 제1 안테나 성분 및 상기 제2 안테나 성분과, 상기 후면부의 상기 제3 안테나 성분 및 상기 제4 안테나 성분은, 상기 복사 기판의 중앙의 가상 수직선에 대해 서로 좌우 대칭인 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 다이폴 안테나의 복사 방향과 상기 제2 다이폴 안테나의 복사 방향이 서로 직교하면서 이중 편파를 이루는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전면부의 상기 제1 안테나 성분 및 상기 제2 안테나 성분과, 상기 후면부의 상기 제3 안테나 성분 및 상기 제4 안테나 성분은, 평면 또는 루프 형태의 회로 패턴으로 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 후면부의 상기 제1 비어 홀에 상기 제1 급전 케이블의 제1 심선(+)이 삽입되면, 상기 제1 심선(+)이 상기 제1 비어 홀을 관통해 상기 전면부의 상기 제1 비어 홀로 연결되고, 상기 전면부의 제1 비어 홀의 상기 제1 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제1 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제1 발룬 홀로 전달되며, 상기 전면부의 상기 제1 발룬 홀로부터 상기 (+) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제1 안테나 성분으로 전달됨과 동시에,
    상기 제1 급전 케이블의 접지선(-)이 상기 후면부에 있는 상기 제3 안테나 성분에 연결되므로, 상기 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제1 급전 신호가 상기 제3 안테나 성분으로 전달되는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 다이폴 안테나는 상기 전면부의 상기 제1 안테나 성분에서 상기 후면부의 상기 제3 안테나 성분으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 후면부의 상기 제2 비어 홀에 상기 제2 급전 케이블의 제2 심선(+)이 삽입되면, 상기 후면부의 상기 제2 비어 홀로부터 상기 복사 기판을 관통하여 상기 전면부의 상기 제2 비어 홀로 연결되고, 상기 전면부에서 상기 제2 비어 홀의 상기 제2 심선(+)으로부터 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 제2 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제3 비어 홀로 전달되며, 상기 전면부의 상기 제3 비어 홀로부터 상기 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 후면부의 상기 제3 비어 홀로 전달되고, 상기 후면부의 상기 제3 비어 홀로부터 상기 제3 인쇄 회로 패턴을 통해 상기 제2 발룬 홀로 전달되며, 상기 (+) 전류의 제2 급전 신호가 상기 후면부의 상기 제2 발룬 홀로부터 상기 복사 기판을 관통하여 상기 전면부의 상기 제2 발룬 홀을 통해 상기 제2 안테나 성분으로 전달됨과 동시에,
    상기 제2 급전 케이블의 접지선(-)이 상기 후면부에 있는 상기 제4 안테나 성분에 연결되므로, 상기 제2 급전 케이블의 접지선(-)으로부터 (-) 전류의 제2 급전 신호가 상기 제4 안테나 성분으로 전달되는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 다이폴 안테나는 상기 전면부의 상기 제2 안테나 성분에서 상기 후면부의 상기 제4 안테나 성분으로 전류가 흘러가는 전류 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 이중편파 평면형 다이폴 안테나.
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