KR20010010509A - 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나에 관한 것임.

2. 발명이 해결하고자하는 과제

본 발명은 PCB 형태의 발룬을 급전소자로 사용하여, 케이블이 연결되는 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하도록 설치할 수 있는 무선통신용 야기 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 전자파 전달용으로 사용되는 외부의 제 1 전송선에 연결되어 전자파를 입력받는 커넥터; 커넥터를 통해 입력되는 전자파를 전송하는 제 2 전송선; 제 2 전송선을 통해 전달되는 전자파의 임피던스를 입력임피던스로 정합시켜 전달하는 임피던스 정합수단; 임피던스 정합수단에 의해 입력임피던스로 정합된 전자파를 공간으로 복사하는 복사수단; 및 임피던스 정합수단로부터 전달되는 전자파를 복사수단으로 전달하는 다이폴 피더를 구비하되, 상기 지지대에 고정시 상기 커넥터가 상기 지지대의 하방향으로 수직되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 무선통신에 이용됨.

Description

평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나{YAGI ANTENNA USING PARALLEL TRANSMISSION LINE BALUN}

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.

일반적으로, 야기 안테나는 디지털 셀룰러, 개인휴대통신, 무선 데이터 통신, 주파수 공용 통신 및 미래형 육상 이동통신 등에 이용된다.

그리고, 종래의 야기 안테나의 경우, 전자파 결합을 위한 발룬(Balun)으로는 동축케이블(coaxial line)이 사용되었다.

도 1은 종래의 야기 안테나의 예시도이다.

도 2a는 종래의 야기 안테나에 이용되는 바주카(Bazooka) 발룬의 구조도이다.

도 2b는 종래의 야기 안테나에 이용되는 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.

도 2c는 종래의 야기 안테나에 이용되는 λ/4 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.

도 2d는 종래의 야기 안테나에 이용되는 λ/2 동축(coaxial) 발룬의 구조도이다.

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.

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.

도 1은 종래의 야기 안테나의 예시도.

도 2a 내지 2d는 종래의 야기 안테나에 이용되는 발룬의 구조도.

도 3은 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 구조도.

도 4는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 설명 예시도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도.

도 6은 본 발명에 따른 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나의 일실시예 구조도.

도 7은 본 발명에 따른 야기 안테나의 연결상태를 설명하기 위한 예시도.

도 8은 본 발명에 따른 야기 안테나의 외형을 나타내는 측면도.

도 9는 본 발명에 따른 야기 안테나가 지지대에 고정된 상태를 나타내는 측면도.

도 10은 본 발명에 따른 야기 안테나의 특성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

31 : 회로 기판 32: 마이크로스트립라인

33: 전송선로 61: 커넥터

62: 케이블 63: 평행선로 발룬

64: 복사소자 65: 다이폴 피더

66: 레이돔 67: 고정기

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

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.

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.

그리고, 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬에서는 입력되는 전자파에 의해 전류가 유도되는데, 이때 유도되는 전류는 세기가 갖고 위상이 180도 차이가 난다.

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.

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.

도 5a는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도로서, 주파수에 대한 크기의 특성을 나타낸 것이다.

도 5b는 본 발명에 적용되는 평행선로 발룬의 특성도로서, 주파수에 대한 위상의 특성을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나의 일실시예 구조도이다.

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.

그리고, 복사소자(64)는 다이폴 피더(65)의 중심에서 전자파 복사방향으로 놓여지는 지지대에 수직방향으로 상하 대칭되게 배열된다.

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.

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.

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.

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.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 야기 안테나의 동작에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

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.

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.

도 7은 본 발명에 따른 야기 안테나의 연결상태를 설명하기 위한 예시도로서, 발룬과 다이폴 피더의 결합에 대하여 상세히 설명하기 위한 것이다.

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.

그리고, 발룬(63)의 평행선로된 전송선로(33)에서 상측과 하측 선로의 전류는 각각 다이폴 피더(65)의 B와 C부분에 도선으로 연결되어 여기된다.

도 8은 본 발명에 따른 야기 안테나의 외형을 나타내는 측면도로서, 도면에서는 돌출된 커넥터(61), 원통형의 레이돔(66), 그리고 고정기(67)가 도시되어 있다.

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.

도 10은 본 발명에 따른 야기 안테나의 특성을 시험하기 위해 시뮬레이션한 결과도로서, 이득은 13dBi이상, 3dB 빔폭은 약 35도의 양호한 특성을 확인하였다.

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.

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.

첫째, 케이블이 연결되는 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하도록 하여 매우 용이하게 설치할 수 있다.

둘째, 전자파 결합 장치를 PCB로 쉽게 구현할 수 있어 스터브(stub)을 이용한 임피던스 정합이 용이하기 때문에 양산성이 매우 높다.

셋째, 커넥터가 지지대의 수직 하방향으로 향하여 설치시 케이블 손실를 현저하게 줄이고 안테나의 외관을 개선할 수 있다.

Claims (6)

1. 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 하는 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 커넥터와 상기 제 2 전송선은,

   실질적으로 55Ω의 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 임피던스 정합수단은,

   상기 제 2 전송선을 통해 전달되는 전자파의 임피던스를 실질적으로 55Ω의 임피던스로 정합시키는 것을 특징으로 하는 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 임피던스 정합수단은,

   양면이 유전체로된 회로 기판;

   전자파가 입력되는 입력측에 연결되고 상기 회로 기판의 양면에 마이크로스트립 구조로 이루어진 제 1 및 제 2 마이크로스트립선로; 및

   전자파가 출력되는 출력측과 상기 마이크로스트립선로 사이에 연결되고 상기 회로 기판의 양면에 평행하게 배치된 제 1 및 제 2 전송선로

   를 포함하여 이루어진 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 전송선로는,

   상하 선로 폭과 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복사수단은,

   상기 다이폴 피더의 중심에서 전자파 복사방향으로 놓여지는 상기 지지대에 수직방향으로 상하 대칭되게 배열되는 것을 특징으로 하는 평행선로 발룬을 이용한 야기 안테나.