KR20060099061A - Wideband dipole antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 전도성 재질의 그라운드 판; 상기 그라운드 판에 장착되고 복사 신호를 전달하는 급전 케이블; 상기 그라운드 판에 장착되고 상기 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬을 구현하기 위한 발룬 케이블; 상기 급전 케이블 및 발룬 케이블과 연결됨과 동시에 이들을 통해 상기 그라운드 판에 접속되고, 일면에 방사 패턴부가 인쇄된 인쇄회로기판으로 구현된 복사체; 상기 복사체의 타면에 식각 되었으며, 대역폭 증가에 기여하는 광대역 보상패드; 상기 급전 케이블의 심선과 방사 패턴부를 연결하는 금속의 에어 브릿지(air bridge); 및 상기의 급전 케이블과 발룬 케이블을 각각 상기 그라운드 판과 전기적으로 연결시키는 납땜 연결부를 구비하는 광대역 다이폴 안테나를 개시한다.The present invention relates to a wideband dipole antenna, comprising: a ground plate of a conductive material; A feed cable mounted to the ground plate and transmitting a radiation signal; A balun cable mounted to the ground plate to form a balun in pair with the feed cable; A radiator connected to the feed cable and the balun cable and connected to the ground plate through the printed circuit board, the radiation pattern being printed on one surface thereof; A broadband compensation pad etched on the other side of the radiator and contributing to an increase in bandwidth; A metal air bridge connecting the core line and the radiation pattern portion of the feed cable; And a solder connection connecting the feed cable and the balloon cable to the ground plate, respectively.
상기와 같이 구성된 인쇄회로기판형 다이폴 안테나는 발룬 구조와 인쇄회로기판형 복사체 상에 광대역 보상패드를 적용함으로써 복사 소자의 대역폭을 증가시키면서, 발룬 구조를 단순화시키고, 인쇄회로기판을 이용한 복사체를 사용함으로써 제작 비용이 절감되고 생산성이 향상되는 효과가 있다. The above-described printed circuit board type dipole antenna increases the bandwidth of the radiation element by applying a broadband compensation pad to the balun structure and the printed circuit board type copy, simplifies the balun structure, and uses a copy using the printed circuit board. The production cost is reduced and productivity is improved.
안테나, 인쇄회로기판, 발룬, 다이폴, 광대역, 이중 편파 Antennas, printed circuit boards, baluns, dipoles, broadband, dual polarization
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 다이폴 안테나를 나타내는 사시도,1 is a perspective view showing a wideband dipole antenna according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 광대역 다이폴 안테나를 나타내는 평면도,2 is a plan view illustrating the wideband dipole antenna shown in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 광대역 다이폴 안테나의 인쇄회로기판형 복사체를 나타내는 배면도,3 is a rear view of a printed circuit board-type copy of the wideband dipole antenna shown in FIG. 1;
도 4는 도 1에 도시된 케이블 지지체를 나타내는 사시도,4 is a perspective view showing the cable support shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 광대역 다이폴 안테나의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 측정 결과를 나타내는 그래프,FIG. 5 is a graph illustrating a VSWR measurement result of the wideband dipole antenna shown in FIG. 1;
도 6은 도 1에 도시된 광대역 다이폴 안테나를 이용한 평면 어레이 안테나 장치를 나타내는 사시도.FIG. 6 is a perspective view illustrating a plane array antenna device using the wideband dipole antenna shown in FIG. 1. FIG.
<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
100 : 다이폴 안테나 101 : 그라운드 판100: dipole antenna 101: ground plate
102 : 복사체 103 : 급전 케이블102: copy 103: feed cable
104 : 발룬 케이블 123 : 에어 브릿지104: balun cable 123: air bridge
125 : 광대역 보상패드125: broadband compensation pad
본 발명은 이동 통신 시스템에 이용되는 안테나에 관한 것으로, 특히 발룬 구조를 간단히 하고, 광대역 특성을 향상시킨 광대역 다이폴 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna used in a mobile communication system, and more particularly, to a broadband dipole antenna with a simplified balun structure and improved broadband characteristics.
최근에는 기지국 안테나의 환경 친화적인 부분이 강조되면서, 기지국 공용화와 같은 사업이 강조되며, 또한 이로 인해 안테나의 수를 점점 감소시키는 추세이다. 따라서 이동통신 기지국 안테나는 광대역성을 가져야만 하며, 이는 이동통신 안테나의 핵심 부품인 복사 소자의 광대역성이 필수적으로 이루어져야만 한다.Recently, as environmentally friendly parts of base station antennas are emphasized, projects such as base station common use are emphasized, and the number of antennas is gradually reduced due to this. Therefore, the mobile communication base station antenna must have broadband, and this must necessarily be achieved by the broadband property of the radiation element, which is a core component of the mobile communication antenna.
또한, 스마트 안테나 시스템이나 레이다 시스템 등에서 요구되는 평면 어레이 안테나 설계 시에는 복사 소자 간의 간격이 전기적, 기계적인 측면에서 매우 중요하다. 같은 공진 주파수를 갖는 안테나라면, 그 물리적인 크기가 작을수록 배열 설계 시에 보다 큰 유연성을 제공한다.In addition, when designing a flat array antenna required in a smart antenna system or a radar system, the spacing between radiating elements is very important in terms of electrical and mechanical aspects. If the antenna has the same resonant frequency, smaller physical size provides greater flexibility in array design.
종래 이동통신 시스템에 사용되는 안테나 중, 다이폴 안테나에 사용되는 복사 소자는 주로 금속체의 기구물로 제작되었고, 3차원적인 구조를 이루고 있다. 또한, 기지국 시스템의 거의 전부가 동축선로 시스템이므로, 다이폴 안테나의 정상적인 동작을 위해서는 발룬(balun) 역할을 하는 기계적인 부분이 요구되는데, 그 발룬 역시 금속체의 기구물로 제작되었다. Among the antennas used in the conventional mobile communication system, the radiating element used in the dipole antenna is mainly made of a metallic body, and forms a three-dimensional structure. In addition, since almost all of the base station system is a coaxial line system, a mechanical part that acts as a balun is required for the normal operation of the dipole antenna, which is also made of a metallic body.
이와 같이 종래의 다이폴 안테나 구조들은 그 형상이 복잡하고, 금속체의 기 구물로 제작되어 가공성, 원가 및 작업성이 좋지 않을 뿐만 아니라 광대역성 특성을 향상시키기에는 한계가 있는 문제점이 있었다.As described above, the conventional dipole antenna structures have a problem in that their shape is complicated, and because they are made of metal, they are not good in workability, cost, and workability, and have limitations in improving broadband characteristics.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 광대역성 특성을 향상시킬 수 있고, 발룬의 구조를 간단히 할 수 있는 광대역 다이폴 안테나를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wideband dipole antenna which can improve the broadband characteristics and simplify the structure of the balun in order to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전도성 재질의 그라운드 판; 상기 그라운드 판에 장착되고 복사 신호를 전달하는 급전 케이블; 상기 그라운드 판에 장착되고 상기 급전 케이블과 쌍을 이루어 발룬을 구현하기 위한 발룬 케이블; 상기 급전 케이블 및 발룬 케이블과 연결됨과 동시에 이들을 통해 상기 그라운드 판에 접속되고, 일면에 방사 패턴부가 인쇄된 인쇄회로기판으로 구현된 복사체; 상기 복사체의 타면에 식각 되었으며, 대역폭 증가에 기여하는 광대역 보상패드; 상기 급전 케이블의 심선과 방사 패턴부를 연결하는 금속의 에어 브릿지(air bridge); 및 상기의 급전 케이블과 발룬 케이블을 각각 상기 그라운드 판과 전기적으로 연결시키는 납땜 연결부를 구비하는 광대역 다이폴 안테나를 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention is a ground plate of a conductive material; A feed cable mounted to the ground plate and transmitting a radiation signal; A balun cable mounted to the ground plate to form a balun in pair with the feed cable; A radiator connected to the feed cable and the balun cable and connected to the ground plate through the printed circuit board, the radiation pattern being printed on one surface thereof; A broadband compensation pad etched on the other side of the radiator and contributing to an increase in bandwidth; A metal air bridge connecting the core line and the radiation pattern portion of the feed cable; And a solder connection connecting the feed cable and the balloon cable to the ground plate, respectively.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 광대역 다이폴 안테나(100)는 Hereinafter, as shown in FIGS. 1 to 5, the
그라운드 판(101), 상기 그라운드 판(101)에 각각 장착되는 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(balun cable)(104), 상기 급전 케이블(103) 및 발룬 케이블(104)과 연결되는 다수의 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)가 형성된 복사체(102), 상기 급전 케이블(103)과 연결된 방사 패턴부와 상기 발룬 케이블(104)과 연결된 방사 패턴부를 연결해주는 에어 브릿지(123), 상기 복사체(102)의 타면에 식각 되어 대역폭 증가에 기여하는 광대역 보상패드(125)를 구비한다. A plurality of radiations connected to the
상기 급전 케이블(103)과 상기 발룬 케이블(104)는 상기 그라운드 판(101)을 관통하여 상기 복사체(102)와 연결되는데, 그 외주면은 상기 그라운드 판(101)에 장착된 납땜 연결부(159)에 납땜됨으로써 그라운드 된다. 상기 납땜 연결부(159)는 상기 그라운드 판(101)을 관통하여 장착된다.The
상기 발룬 케이블(104)은 상기 급전 케이블(103)과 쌍을 이루어 발룬을 구현하고, 상기 에어 브릿지(123)는 금속성 재질로서 상기 급전 케이블(103)과 복사체 상에 형성된 방사 패턴부((121a, 121b, 121c, 121d))를 전기적으로 접속시킨다.The
상기 복사체(102)의 일면에는 무선 전파 신호를 수신하거나 송신하기 위한 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)가 적어도 하나 이상 형성되어, 상기 복사체(102)는 기판의 일면에 일정한 회로 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판 형태를 갖게 된다. 도시된 복사체(102)에는 두 쌍의 방사 패턴부(121a, 121c)(121b, 121d)가 상기 복사체(102)의 일면에 형성되어 이중 편파의 복사 구동이 가능한 안테나 형태를 구현한다. 이는 서로 대각선 방향에 위치되는 방사 패턴부(121a, 121c)(121b, 121d)가 서로 쌍을 이루어 각각 하나의 편파 성분을 방사함으로써 가능하게 된다.At least one
상기 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)의 형상은 안테나에 요구되는 성능, 예를 들면 이득이나 수평 빔폭에 따라 사각형, 사각링형, 원형 등 여러 가지 형상으로 변형되어 질 수 있다. 본 실시 예에서는 상기 방사 패턴부(121a, 121b, 121c, 121d)는 사각 링(square ring) 형태의 패턴으로서, 대역폭 성능이 강조된 구조이다.The shapes of the
일반적인 다이폴 구조의 안테나는 그 대칭적인 구조로 인하여, 동축 선로로 급전되는 경우에 있어서 발룬(balun)이라는 부가적인 구조가 필수적으로 요구되어 진다. Due to its symmetrical structure, a general dipole antenna requires an additional structure called a balun in the case of feeding on a coaxial line.
본 실시 예에서는 복사 전력을 복사체에 전달하는 급전 케이블(103)과 발룬 역할을 위한 발룬 케이블(104)을 금속성 재질의 상기 그라운드 판(101)에 압입하거나 납땜에 의해 고정시켜 서로 평행을 유지하도록 설치함으로써 발룬 구조가 구성된다. In this embodiment, the
상기 발룬 케이블(104)과 급전 케이블(103)은 각각 동축 케이블을 이용하여 구성될 수 있다. 도시된 안테나에서는 상기 발룬 케이블(104)과 급전 케이블(103)은 각각 납땜 연결부(159)에 의해 상기 그라운드 판(101) 상에 고정된 형태이다.The
상기 발룬 케이블(104)과 급전 케이블(103)이 상기 그라운드 판(101)에 고정된 구성을 좀더 상세히 살펴보면, 상기 급전 케이블(103)의 외피를 상기 그라운드 판(101)에 존재하는 납땜 연결부(159)에 납땜하고, 그 단부는 상기 방사 패턴부(121)들 중에서 한쪽(121a, 121c)에 납땜을 한다. Looking at the configuration in which the
마찬가지로 상기 발룬 케이블(104)의 외피를 상기 그라운드 판(101)의 납땜 연결부(159)에 납땜하고, 그 단부는 상기 방사 패턴부(121)들 중 상기 급전 케이블(103)이 접속되지 않은 다른 방사 패턴부(121b, 121d) 중에서 한쪽에 각각 납땜한 구성이다.Similarly, the outer shell of the
상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)은 서로 평행이 되도록 상기 납땜 연결부(159)의 위치가 설정된다. 이때, 상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)이 훼손되는 것을 방지하고 상기 안테나(100)의 수명을 확보하기 위하여, 장시간 동안에도 상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)이 평행을 유지시킬 수 있도록 지지체(140)를 설치할 수 있다.The position of the
도 4를 참조하면, 상기 지지체(140)는 상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)의 수에 해당하는 만큼 관통홀(139)들이 형성되어 있다. 상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)이 상기 그라운드 판(101) 상에 고정된 후 상기 지지체(140)와 결합하여 그 위치를 고정시킴과 동시에 기계적 지지력을 제공함으로써 상기 급전 케이블(103)과 발룬 케이블(104)이 유동하거나 훼손되는 것을 방지하게 된다.Referring to FIG. 4, the
상기와 같이 독립적인 두 개의 발룬 구조를 제공함으로써, 상기 안테나(100)는 이중 편파를 구현하게 되는 것이다.By providing two independent balun structures as described above, the
상기 금속 재질의 에어 브릿지(air bridge)(123)는 상기 급전 케이블(103)의 심선(131)을 급전 케이블(103)의 외피에 연결되어 있는 방사 패턴부의 대각선 방향에 위치된 다른 방사 패턴부를 전기적으로 연결시킨다. 상기 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.The
상기 복사체(102)의 타면에는 광대역 보상패드(125)가 제공된다. 상기 광대역 보상패드(125)는 상기 복사체(102)의 타면이 식각되어 형성되고 상기 안테나(100)의 대역폭 증가에 기여하는 역할을 한다. 즉, 상기 광대역 보상패드(125)가 상기 에어 브릿지(123)의 인덕턴스 성분을 보상하는 역할을 하고, 이로써 상기 안테나(100)의 광대역 특성이 강화된다. 이때, 상기 광대역 보상패드(123)는 상기 급전 케이블(103)이나 발룬 케이블(104)들과는 전기적으로 분리되도록 상기 복사체(102)가 설계되어야 함에 유의한다.The other side of the
도 5는 상기와 같이 케이블 발룬을 이용한 인쇄회로기판형 다이폴 안테나(100)의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인쇄회로기판형 다이폴 안테나(100)는 2:1 미만의 VSWR 성능을 기준으로 약 41 %이상의 넓은 대역폭을 보이고 있음을 알 수 있다.FIG. 5 is a graph illustrating a measurement result of a voltage standing wave ratio (VSWR) of a printed circuit board
도 6은 도 1에 도시된 광대역 다이폴 안테나(100)를 이용한 평면 어레이 안테나 장치(200)를 나타내는 사시도로서, 하나의 그라운드 판(101)에 다수의 복사체(102)를 각각 결합시킨 형태의 안테나를 도시하고 있다. 상기와 같은 평면 어레이 안테나 장치(200)는 이동통신 시스템에서 사용되어지는 스마트 안테나 설계 시에 적용될 수 있다. FIG. 6 is a perspective view illustrating a planar
평면 배열에서는 방사 소자, 즉 상기 복사체(102)들 간의 간격이 안테나의 성능, 예를 들면 빔폭이나 부엽 성능, 그리고 빔 스트어링 각도 등을 좌우하는 요소이며, 일반적으로 방사 소자 간의 간격이 작을수록 그 설계 상 유리하다. 상기와 같은 평면 어레이 안테나 장치(200)를 설계함에 있어서, 소자, 즉 상기 복사체(102)의 물리적인 크기가 그 간격을 정하는 데에 있어서 하나의 제한점이 된다. 따라서, 평면 어레이 안테나에 있어서, 동일한 공진 주파수를 가지면서 보다 작은 크기를 갖는 복사 소자는 안테나 설계에 유리하게 작용하게 된다.In a planar arrangement, the radiating elements, i.e. the spacing between the
상기 평면 어레이 안테나 장치(200)에서 상기 복사체(102)는 동일한 빔폭을 갖는 일반적인 다이폴 소자에 비해 그 크기가 작아 평면 배열에 유리하고, 더욱이 이동통신 시스템에서 주로 사용되는 ㅁ45ㅀ의 편파 특성을 갖는 안테나에 효과적으로 적용될 수 있다.In the planar
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. In the foregoing detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 다이폴 안테나는 인쇄회로기판형 복사체 상에 광대역 보상패드를 적용함으로 복사 소자의 대역폭을 증가시키는 효과가 있다. 또한, 케이블로 발룬 구조를 이루도록 하여 발룬의 형상을 단순화 시킬 수 있고, 이로 인해 제작 비용이 절감되고 생산성이 향상되는 효과가 있다. As described above, the broadband dipole antenna according to the present invention has the effect of increasing the bandwidth of the radiation element by applying a broadband compensation pad on the printed circuit board-type copy. In addition, it is possible to simplify the shape of the balloon by forming a balloon structure with a cable, thereby reducing the production cost and the productivity is improved.
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