KR20010010509A - Yagi antenna using parallel transmission line balun - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선통신에 이용되는 야기 안테나(Yagi Antenna)에 관한 것으로서, 특히 회로 기판(PCB : Printed Circuit Board) 형태의 평행선로 발룬(Balun)을 이용한 야기 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a yagi antenna used for wireless communication, and more particularly, to a yagi antenna using a parallel line balun in the form of a printed circuit board (PCB).
일반적으로, 야기 안테나는 디지털 셀룰러, 개인휴대통신, 무선 데이터 통신, 주파수 공용 통신 및 미래형 육상 이동통신 등에 이용된다.In general, Yagi antennas are used in digital cellular, personal cellular communications, wireless data communications, frequency common communications, and future land mobile communications.
그리고, 종래의 야기 안테나의 경우, 전자파 결합을 위한 발룬(Balun)으로는 동축케이블(coaxial line)이 사용되었다.In the case of the conventional Yagi antenna, a coaxial cable is used as a balun for electromagnetic wave coupling.
도 1은 종래의 야기 안테나의 예시도이다.1 is an illustration of a conventional Yagi antenna.
도 2a는 종래의 야기 안테나에 이용되는 바주카(Bazooka) 발룬의 구조도이다.2A is a structural diagram of a Bazooka balun used in a conventional Yagi antenna.
도 2b는 종래의 야기 안테나에 이용되는 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.2B is a structural diagram of a coaxial balun used in a conventional Yagi antenna.
도 2c는 종래의 야기 안테나에 이용되는 λ/4 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.2C is a structural diagram of a λ / 4 coaxial balun used in a conventional Yagi antenna.
도 2d는 종래의 야기 안테나에 이용되는 λ/2 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.2D is a structural diagram of a λ / 2 coaxial balun used in a conventional Yagi antenna.
그러나, 상기한 바와같은 종래의 야기 안테나의 경우, 동축케이블을 발룬으로 이용하고 발룬의 균형 잡힌 피딩(balanced feeding)은 케이블 길이에 의해 결정되기 때문에 정밀한 케이블 가공이 요구되고, 또한 발룬과 야기 안테나와의 연결이 어려워서 양산성이 떨어지며 안테나의 커넥터가 상기 도 1에서와 같이 뒷쪽으로 나오므로 설치시 케이블 처리가 힘들고 케이블 손실이 많아지는 문제점이 있었다.However, in the case of the conventional Yagi antenna as described above, since the coaxial cable is used as the balun and the balanced feeding of the balun is determined by the cable length, precise cable processing is required, and the balun and yagi antenna and Since the connection is difficult to mass-produced, the connector of the antenna comes out to the rear as shown in FIG. 1, there is a problem that the cable processing is difficult during installation and the cable loss increases.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, PCB 형태의 평행선로 발룬을 급전소자로 사용하여, 케이블이 연결되는 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하도록 설치할 수 있는 무선통신용 야기 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by using a parallel balun of the PCB form as a feed element, the antenna for wireless communication that can be installed so that the connector to which the cable is connected to the vertical downward direction of the support The purpose is to provide.
도 1은 종래의 야기 안테나의 예시도.1 is an illustration of a conventional Yagi antenna.
도 2a 내지 2d는 종래의 야기 안테나에 이용되는 발룬의 구조도.2A to 2D are structural diagrams of a balun used in a conventional Yagi antenna;
도 3은 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 구조도.3 is a structural diagram of a parallel line balun applied to the present invention.
도 4는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 설명 예시도.Figure 4 is an illustrative illustration of a parallel line balun applied to the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도.Figures 5a and 5b is a characteristic diagram of a parallel line balun applied to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나의 일실시예 구조도.Figure 6 is a structure diagram of one embodiment of the Yagi antenna using a parallel line balun in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 야기 안테나의 연결상태를 설명하기 위한 예시도.7 is an exemplary view for explaining a connection state of the Yagi antenna according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 야기 안테나의 외형을 나타내는 측면도.Figure 8 is a side view showing the appearance of the Yagi antenna according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 야기 안테나가 지지대에 고정된 상태를 나타내는 측면도.9 is a side view showing a state in which the Yagi antenna is fixed to the support according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 야기 안테나의 특성도.10 is a characteristic diagram of a Yagi antenna according to the present invention;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
31 : 회로 기판 32: 마이크로스트립라인31: circuit board 32: microstripline
33: 전송선로 61: 커넥터33: transmission line 61: connector
62: 케이블 63: 평행선로 발룬62: cable 63: parallel balun
64: 복사소자 65: 다이폴 피더64: radiating element 65: dipole feeder
66: 레이돔 67: 고정기66: Radom 67: Fixture
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 지지대로부터 탈착되는 무선통신용 야기 안테나(Yagi Antenna)에 있어서, 전자파 전달용으로 사용되는 외부의 제 1 전송선에 연결되어 전자파를 입력받는 커넥터(Connector); 상기 커넥터를 통해 입력되는 전자파를 전송하는 제 2 전송선; 상기 제 2 전송선을 통해 전달되는 전자파의 임피던스를 입력임피던스로 정합시켜 전달하는 임피던스 정합수단; 상기 임피던스 정합수단에 의해 상기 입력임피던스로 정합된 전자파를 공간으로 복사하는 복사수단; 및 상기 임피던스 정합수단로부터 전달되는 전자파를 상기 복사수단으로 전달하는 다이폴 피더(Dipole Feeder)를 구비하되, 상기 지지대에 고정시 상기 커넥터가 상기 지지대의 하방향으로 수직되게 배치되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a wireless communication Yagi Antenna, which is detached from a support, the connector being connected to an external first transmission line used for electromagnetic wave transmission to receive electromagnetic waves; A second transmission line transmitting electromagnetic waves input through the connector; Impedance matching means for matching the impedance of the electromagnetic wave transmitted through the second transmission line with an input impedance and transmitting the impedance; Radiation means for radiating the electromagnetic waves matched to the input impedance by the impedance matching means into space; And a dipole feeder for transmitting the electromagnetic waves transmitted from the impedance matching means to the radiation means, wherein the connector is vertically disposed downward in the support when it is fixed to the support.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 구조도로서, 유전체로된 양면 PCB(31)와, 전자파가 입력되는 입력측에 배치되고 PCB(31)의 양면에 마이크로스트립 구조로 이루어진 마이크로스트립선로(32)들과, 전자파가 출력되는 출력측과 마이크로스트립선로(32) 간에 연결되고 PCB(31)의 양면에 평행하게 배치된 전송선로(33)들을 구비한다. 여기서, PCB(31) 양면의 전송선로(33)들은 상하 선로 폭과 길이가 동일하다.3 is a structural diagram of a parallel line balun applied to the present invention, and a microstrip line 32 having a double-sided PCB 31 made of a dielectric material and a microstrip structure disposed on both sides of the PCB 31 on an input side to which electromagnetic waves are input. ) And transmission lines 33 connected between the output side on which electromagnetic waves are output and the microstrip line 32 and arranged parallel to both sides of the PCB 31. Here, the transmission lines 33 on both sides of the PCB 31 have the same width and length as the vertical lines.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬은, 입력되는 전자파의 임피던스를 야기 안테나의 입력임피던스로 변화시켜 결합한다. 이때, 마이크로스트립선로(32)에 여기된 전자파는 평행한 전송선로(33)들에 의해 크기가 갖으면서 위상이 180도 차이가 나는 전자파로 변화된다.The parallel path balun applied to the present invention having such a structure changes the impedance of the input electromagnetic waves to the input impedance of the antenna and combines them. At this time, the electromagnetic wave excited by the microstrip line 32 is converted into an electromagnetic wave having a magnitude 180 degrees out of phase while having a magnitude by the parallel transmission lines 33.
그리고, 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬에서는 입력되는 전자파에 의해 전류가 유도되는데, 이때 유도되는 전류는 세기가 갖고 위상이 180도 차이가 난다.In the parallel path balun applied to the present invention, a current is induced by an input electromagnetic wave, and the induced current has an intensity and a phase difference of 180 degrees.
도 4는 상기 도 3에서 설명된 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 동작 개념을 설명하기 위한 예시도로서, 유전체(41), 그리고 유전체(41)의 상하층에 위치한 동박패턴(42, 43)들로 이루진 구조를 갖는다.FIG. 4 is an exemplary diagram for describing an operation concept of a parallel line balun applied to the present invention having the configuration described with reference to FIG. 3. The dielectric layer 41 and copper foil patterns disposed on upper and lower layers of the dielectric layer 41 are shown in FIG. It has a structure composed of (42, 43).
도 4를 참조하여 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 기본적인 동작원리를 살펴보면, 유전체(41)를 통해서는 전자파가 흐르고, 유전체(41)의 상층에 위치한 동박패턴(42)과 하층에 위치한 동박패턴(43)을 통해서는 전류가 흐른다. 이때, 동박패턴(42, 43)들에 크기는 갖지만 극성이 반대인 전류가 흐른다.Looking at the basic operation principle of the parallel line balun applied to the present invention with reference to Figure 4, the electromagnetic wave flows through the dielectric 41, the copper foil pattern 42 located on the upper layer of the dielectric 41 and the copper foil pattern located on the lower layer Current flows through (43). At this time, a current having a magnitude but opposite polarity flows through the copper foil patterns 42 and 43.
도 5a는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도로서, 주파수에 대한 크기의 특성을 나타낸 것이다.Figure 5a is a characteristic diagram of a parallel line balun applied to the present invention, showing the characteristics of the magnitude with respect to frequency.
도 5b는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도로서, 주파수에 대한 위상의 특성을 나타낸 것이다.Figure 5b is a characteristic diagram of a parallel line balun applied to the present invention, showing the characteristics of the phase with respect to frequency.
도 6은 본 발명에 따른 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나의 일실시예 구조도이다.6 is a structural diagram of an embodiment of a Yagi antenna using a parallel line balun according to the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 야기 안테나는, 전자파가 전달되는 외부의 케이블에 연결되는 커넥터(61)와, 일측단이 커넥터(61)에 연결되어 전자파가 통과되는 케이블(62)과, 케이블을 통해 전달되는 전자파의 임피던스를 변화시켜 전달하는 발룬(63)과, 전달되는 전자파를 주변 공간으로 복사하는 복사소자(64)와, 발룬(63)과 복사소자(64) 사이에 연결되고 발룬(63)에 의해 임피던스 변환된 전자파를 복사소자(64)로 공급하는 다이폴 피더(Dipole Feeder)(65)를 구비한다. 여기서, 커넥터(61)와 케이블(62)은 약 55Ω의 임피던스를 갖는다. 따라서, 발룬(63)은 커넥터(61)와 케이블(62)을 통해 전달되는 전자파의 임피던스가 대략 55Ω이 되도록 변화시켜 준다.As shown in FIG. 6, the Yagi antenna of the present invention includes a connector 61 connected to an external cable through which electromagnetic waves are transmitted, and a cable 62 at which one end is connected to the connector 61 to pass electromagnetic waves. And, the balun 63 for changing and transmitting the impedance of the electromagnetic wave transmitted through the cable, the radiating element 64 for radiating the transmitted electromagnetic waves to the surrounding space, and is connected between the balun 63 and the radiating element 64 Dipole feeder (65) for supplying the electromagnetic wave impedance converted by the balun (63) to the radiation element (64). Here, the connector 61 and the cable 62 have an impedance of about 55 Ω. Accordingly, the balun 63 changes the impedance of the electromagnetic wave transmitted through the connector 61 and the cable 62 to be approximately 55 Ω.
그리고, 복사소자(64)는 다이폴 피더(65)의 중심에서 전자파 복사방향으로 놓여지는 지지대에 수직방향으로 상하 대칭되게 배열된다.In addition, the radiating elements 64 are arranged up-down symmetrically in the vertical direction to the support which is placed in the electromagnetic radiation direction at the center of the dipole feeder 65.
또한, 본 발명의 야기 안테나는, 케이블(62), 발룬(63), 복사소자(64) 및 다이폴 피더(65)를 보호하기 위해 덮고 있는 원통형의 레이돔(66)과, 일측이 레이돔(66)에 부착되고 야기 안테나를 지지대에 고정시키기 위한 고정기(67)를 구비한다.In addition, the Yagi antenna of the present invention, a cylindrical radome 66 is covered to protect the cable 62, the balun 63, the radiation element 64 and the dipole feeder 65, and one side of the radome 66 And a fixture 67 for attaching the yogi antenna to the support.
고정기(67)는 야기 안테나의 반사소자(reflector) 역할을 하는 것으로서, 일측이 레이돔(66)에 부착되어 있고 타측이 지지대를 축으로 탈착되는 구조를 갖는다. 이렇게, 고정기(67)가 지지대를 축으로 탈착되도록 하므로써, 야기 안테나를 지지대에 고정시킬 수 있는 것이다.The fixture 67 serves as a reflector of the Yagi antenna, and has a structure in which one side is attached to the radome 66 and the other side is detached from the support shaft. In this way, the holder 67 can be fixed to the support by detaching the support from the shaft.
커넥터(61)는, 외부의 케이블에 연결되는 부분은 레이돔(66)의 외부로 돌출되되, 지지대의 수직 하방향으로 돌출되고, 야기 안테나의 내부 케이블(62)에 연결되는 부분은 레이돔(66)과 고정기(67)가 접촉되는 지점에 연결된다.Connector 61, the part connected to the external cable is projected to the outside of the radome 66, and protrudes vertically downwards of the support, the part connected to the inner cable 62 of the Yagi antenna is the radome 66 Is connected to the point where the fixture 67 is in contact.
이와 같이, 커넥터(61)가 지지대의 수직 하방향으로 돌출될 수 있는 것은, 지지대에 고정시 역기억자(┏) 형상을 이루는 발룬(63)에 케이블(62)을 통해 수직으로 연결되기 때문이다.As such, the connector 61 may protrude in the vertically downward direction of the support, because the connector 61 is vertically connected to the balun 63 which forms a back memory when fixed to the support via the cable 62. .
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 야기 안테나의 동작에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the Yagi antenna of the present invention having the structure as described above in detail as follows.
커넥터(61) 및 케이블(62)을 통해 전달되는 전자파는 발룬(63)에 의해 전류의 세기가 같고 위상이 180도 차이가 나는 전류로 바뀌어 다이폴 피더(65)에 여기된다.Electromagnetic waves transmitted through the connector 61 and the cable 62 are excited by the balun 63 into currents having the same electric current and 180 degrees out of phase, and are excited by the dipole feeder 65.
이렇게, 여기된 전류에 의해 다이폴 피더(65)에서는 옴니 패턴(omni pattern)의 전자파 복사가 이루어지며, 반파장 길이보다 긴 반사소자인 고정기(67)에 의해 후방복사가 차단되고 반파장 길이보다 연속적으로 짧은 복사소자(64)에 의해 전방(즉, 오른쪽)복사가 이루어진다. 이때, 복사소자(64)의 숫자가 늘어날수록 복사이득이 높아지게된다.Thus, the excitation current causes the electromagnetic wave radiation of the omni pattern in the dipole feeder 65, and the rear radiation is blocked by the fixing device 67, which is a reflecting element longer than the half-wavelength, Continuous (i.e. right) radiation is made by successively short radiating elements 64. At this time, as the number of the radiation elements 64 increases, the radiation gain increases.
도 7은 본 발명에 따른 야기 안테나의 연결상태를 설명하기 위한 예시도로서, 발룬과 다이폴 피더의 결합에 대하여 상세히 설명하기 위한 것이다.FIG. 7 is an exemplary view for explaining a connection state of a yagi antenna according to the present invention, and is for explaining a combination of a balloon and a dipole feeder in detail.
도 7에 도시된 바와 같이, 야기소자는 고정기(67)의 A부분에 두개의 볼트(71, 72)로 고정되고, 발룬(63)은 야기소자의 다이폴 피더(65)의 B와 C부분 사이에 끼워져 고정된다.As shown in Fig. 7, the yagi device is fixed with two bolts 71 and 72 to the A portion of the holder 67, and the balun 63 is the B and C portions of the dipole feeder 65 of the yagi element. It is sandwiched between and fixed.
그리고, 발룬(63)의 평행선로된 전송선로(33)에서 상측과 하측 선로의 전류는 각각 다이폴 피더(65)의 B와 C부분에 도선으로 연결되어 여기된다.In the transmission line 33 parallel to the balun 63, the currents of the upper and lower lines are connected to the B and C portions of the dipole feeder 65 by excitation.
도 8은 본 발명에 따른 야기 안테나의 외형을 나타내는 측면도로서, 도면에서는 돌출된 커넥터(61), 원통형의 레이돔(66), 그리고 고정기(67)가 도시되어 있다.FIG. 8 is a side view showing the outer appearance of a yagi antenna according to the present invention, in which a projecting connector 61, a cylindrical radome 66, and a fixture 67 are shown.
도 9는 본 발명에 따른 야기 안테나가 지지대에 고정된 상태를 나타내는 측면도로서, 도면에서는 커넥터(61), 레이돔(66), 고정기(67), 야기 안테나를 고정하는 지지대(91), 그리고 커넥터(61)에 연결된 외부의 케이블(92)이 도시되어 있다.FIG. 9 is a side view showing a state in which a yagi antenna is fixed to a support according to the present invention. In the drawing, the connector 61, the radome 66, the stator 67, the support 91 for fixing the yagi antenna, and the connector An external cable 92 connected to 61 is shown.
도 10은 본 발명에 따른 야기 안테나의 특성을 시험하기 위해 시뮬레이션한 결과도로서, 이득은 13dBi이상, 3dB 빔폭은 약 35도의 양호한 특성을 확인하였다.10 is a simulation result to test the characteristics of the Yagi antenna according to the present invention, the gain is 13dBi or more, the 3dB beamwidth of about 35 degrees confirmed the good characteristics.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 기존의 동축케이블을 이용한 발룬을 사용하지 않는 대신에 PCB 형태로 제작한 소형 전자파 결합 장치를 야기 안테나에 내장하므로써, 다음과 같은 효과들을 갖는다.As described above, the present invention has the following effects by incorporating a small electromagnetic wave coupling device manufactured in the form of a PCB into a antenna instead of using a balun using a conventional coaxial cable.
첫째, 케이블이 연결되는 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하도록 하여 매우 용이하게 설치할 수 있다.First, the connector to which the cable is connected can be installed very easily by pointing the support vertically downward.
둘째, 전자파 결합 장치를 PCB로 쉽게 구현할 수 있어 스터브(stub)을 이용한 임피던스 정합이 용이하기 때문에 양산성이 매우 높다.Second, since the electromagnetic wave coupling device can be easily implemented as a PCB, it is easy to match impedance using a stub, and thus mass production is very high.
셋째, 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하여 설치시 케이블 손실를 현저하게 줄이고 안테나의 외관을 개선할 수 있다.Third, when the connector is installed in the vertical downward direction of the support, it is possible to significantly reduce the cable loss and improve the appearance of the antenna.
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