WO2020231045A1 - 시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나 - Google Patents

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WO2020231045A1
WO2020231045A1 PCT/KR2020/005558 KR2020005558W WO2020231045A1 WO 2020231045 A1 WO2020231045 A1 WO 2020231045A1 KR 2020005558 W KR2020005558 W KR 2020005558W WO 2020231045 A1 WO2020231045 A1 WO 2020231045A1
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power supply
line
feed
coupling electrode
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PCT/KR2020/005558
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이수원
서용원
최오석
문영찬
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주식회사 케이엠더블유
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Priority to EP20805705.9A priority patent/EP3972057A4/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the present invention relates to a double polarized antenna using shift serial feed.
  • the present invention relates to a dual polarization antenna that enables dual feed using shift serial feed without another structure in one antenna structure.
  • Massive MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the transmitter transmits different data through each transmit antenna, and the receiver transmits data through appropriate signal processing. It is a spatial multiplexing technique that distinguishes them. Therefore, the Massive MIMO technology simultaneously increases the number of transmit/receive antennas and increases channel capacity through this, thereby enabling more data to be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10 through Massive MIMO technology, a channel capacity of about 10 times is secured using the same frequency band compared to the current single antenna system.
  • a single feed element has a disadvantage in that it is implemented as a single feed, and thus isolation and cross-pol characteristics are not good.
  • a method of implementing a single feeding structure in another structure located on the opposite side of one single feeding structure using two structures, and implementing it in the form of double feeding using a cable or distributor was proposed.
  • the double power feeding method there is a disadvantage of poor assembly, a problem of mass production due to an increase in soldering points, and a problem that PIMD characteristics are not uniform.
  • the problem to be solved by the present invention is to enable dual feed using shift serial feed without another structure in one antenna structure, thereby satisfying the CPR (Cross Polarization Ratio) characteristics and isolation characteristics, which are the advantages of dual feed, It is to provide a dual polarized antenna which is advantageous for miniaturization by dramatically reducing the complexity.
  • CPR Cross Polarization Ratio
  • a base substrate In this embodiment, a base substrate; A power supply unit supported on the base substrate and including a first power supply plate and a second power supply plate disposed to cross each other; And a radiating plate supported on the feeding part, wherein the first feeding plate supplies a first reference phase signal to a first area based on a first direction of the radiating plate according to a shift feed method.
  • a first power supply line configured to supply a first anti-phase signal having an anti-phase with respect to the first reference phase signal to a second region sequentially to the first region
  • the second power supply plate comprises the A second reference phase signal is supplied to a third region based on the second direction of the radiation plate according to a shift feeding method, and an inverse phase with respect to the second reference phase signal is applied to a fourth region sequentially to the third region.
  • It includes a dual polarization antenna, characterized in that it comprises a second feed line configured to supply a second anti-phase signal having.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the double polarized antenna taken along line II-II' of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the double polarized antenna taken along the line II-II' of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a top view of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a side view of a first feeder plate of a double polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a first feeder plate of a double polarized antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of a second feeder plate of a double polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a comparative example illustrating a conventional double power feeding system.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a double power feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a simulation graph of a radiation pattern appearing in a structure according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a simulation graph of a radiation pattern appearing in a double feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a dual polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the double polarized antenna 1 taken along the line II-II' of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the double polarized antenna 1 taken along the line II-II' of FIG. 1.
  • FIG 4 is a top view of a double polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a double polarized antenna 1 includes a base substrate 10, a power supply unit 20, and a radiation plate 50.
  • the base substrate 10 may be a plate-shaped member made of plastic or metal.
  • the base substrate 10 may include a ground layer.
  • the ground layer of the base substrate 10 provides ground to the double polarized antenna 1 and may serve as a reflective surface for a radio signal radiated from the radiating plate 50. Accordingly, the radio signal radiated from the radiation plate 50 toward the base substrate 10 may be reflected in the main radiation direction. Accordingly, a front-to-back ratio and a gain of the dual polarization antenna 1 according to an embodiment of the present invention may be improved.
  • the power supply unit 20 is supported on the base substrate 10 and is configured to supply a high frequency electric signal to the radiation plate 50.
  • the power supply unit 20 includes a first power supply plate 30 and a second power supply plate 40 disposed to cross each other on the base substrate 10.
  • the first feeder plate 30 and the second feeder plate 40 are vertically disposed on the base substrate 10, and the first feeder plate 30 and the second feeder plate ( 40) can cross each other perpendicularly in the central area.
  • the feeder 20 may include three or more feeder plates, and three or more feeder plates are supported on the base substrate 10 by crossing each other in various ways having structural symmetry. I can.
  • the first power supply board 30 may be a printed circuit board including a first insulation substrate 310 and a first power supply line 320 formed on the first insulation substrate 310.
  • the second power supply plate 40 may be a printed circuit board including a second insulation substrate 410 and a second power supply line 420 formed on the second insulation substrate 410.
  • Each of the first power supply line 320 and the second power supply line 420 may supply a high-frequency electric signal to the radiation plate 50.
  • the first feed line 320 and the second feed line 420 are separated from the radiation plate 50 by a short distance and are electrically capacitively coupled.
  • the present invention is not limited thereto, and in another embodiment, the first power supply line 320 and the second power supply line 420 may each be in direct electrical contact with the radiation plate 50.
  • first feed line 320 of the first feed plate 30 and the second feed line 420 of the second feed plate 40 will be described below with reference to FIGS. 5 to 7. .
  • the first power supply plate 30 may include one or more first substrate fastening protrusions 314 formed on one long side thereof.
  • the second power supply plate 40 may include one or more second substrate fastening protrusions 414 formed on one long side thereof.
  • the base substrate 10 includes a first substrate-side fastening groove 12 into which the first substrate fastening protrusion 314 of the first power supply plate 30 is inserted, and the second substrate of the second power supply plate 40. It may include a second substrate-side fastening groove 14 into which the fastening protrusion 414 is inserted.
  • the first substrate fastening protrusion 314 and the second substrate fastening protrusion 414 are formed in two, respectively, and correspondingly, the first substrate-side fastening groove 12 and the second substrate It was illustrated that the side fastening groove 14 is also formed by two.
  • the present invention is not limited thereto. In other embodiments of the present invention, the number of the substrate fastening protrusions 314 and 414 and the fastening grooves 12 and 14 may be selectively varied.
  • the first feeder plate 30 and the second feeder plate 40 may be fastened on the base substrate 10 by an adhesive or a separate coupling member instead of an insertion fastening method.
  • the first feeder plate 30 may include a first coupling slit 316 formed on one long side thereof.
  • the first coupling slit 316 may be a straight opening extending from the center of one long side of the first feed plate 30 to the inside of the first feed plate 30.
  • the second feeder plate 40 may include a second coupling slit 416 (shown in FIG. 7) formed on the other long side.
  • the second coupling slit 416 may be a straight opening extending from the center of the other long side of the second feeder plate 40 to the inside of the second feeder plate 40.
  • the first feed substrate 30 and the second feed substrate 40 may be disposed or coupled to cross each other through the first coupling slit 316 and the second coupling slit 416.
  • the first feeder plate 30 and the second feeder plate 40 may have substantially the same structure and electrical characteristics.
  • the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40 may have substantially the same length, width, and thickness.
  • each of the structural features for crossing the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40 for example, the direction and structure of the coupling slits 316 and 416, and the power supply lines 320 according thereto And 420) may have different shapes.
  • the radiation plate 50 is supported on the power supply unit 20, that is, on the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40.
  • the radiation plate 50 may be a printed circuit board having a metal layer formed on one surface thereof.
  • the radiation plate 50 may be disposed parallel to the base substrate 10 and perpendicular to the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40.
  • the radiation plate 50 has a rectangular shape, and the first feed plate 30 and the second feed plate 40 are each exemplified as being disposed to cross the diagonal direction of the radiation plate 50.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the shape of the radiation plate 50 may be polygonal, circular, or annular.
  • the radiation plate 50 may include one or more first radiation plate-side fastening grooves 52 and one or more second radiation plate-side fastening grooves 54.
  • the first feeder plate 30 may include one or more first radiation plate fastening protrusions 312 formed on the other long side
  • the second feeder plate 40 may include at least one second feeder plate formed on the other long side. 2 It may include a radiation plate fastening protrusion 412.
  • the first radiating plate fastening protrusion 312 and the second radiating plate fastening protruding part 412 may be inserted into the first radiating plate-side fastening groove 52 and the second radiating plate-side fastening groove 54 to be fitted.
  • the radiation plate 50 may be securely supported by being spaced apart on the base substrate 10 through the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40.
  • the first feed line 320 of the first feed plate 30 supplies a first reference phase signal to the first region P1 ⁇ P2 based on the first direction (P1 ⁇ P3) of the radiation plate 50 And the second area of the radiation plate 50 (P2 ⁇ The first anti-phase signal is supplied to P3).
  • the second feed line 420 of the second feeder plate 40 has a second reference phase signal in the third area (P4 ⁇ P2) based on the second direction (P4 ⁇ P5) of the radiation plate 50. Is supplied, and a second anti-phase signal is supplied to the fourth region (P2 ⁇ P5).
  • the first reference phase signal and the first anti-phase signal are high-frequency signals having the same characteristics but opposite phases, and the second reference phase signal and the second anti-phase signal also have the same characteristics, but have opposite phases. It is a high frequency signal.
  • a straight line connecting the first point P1 and the third point P3 on the radiation plate 50 and the fourth point on the radiation plate 50 The straight lines connecting the (P4) and the fifth point (P5) are orthogonal to each other. That is, one polarization (45 polarization) is radiated in the direction of a straight line connecting the first point (P1) and the third point (P3), and a straight line connecting the fourth point (P4) and the fifth point (P5) Another polarization (-45 polarization) can be emitted in the direction of.
  • the distance (L) between the first point (P1) and the third point (P3), and the distance (L) between the fourth point (P4) and the fifth point (P5) is the center frequency wavelength ( ⁇ g) of the used frequency band. ), but may vary depending on the target properties and materials.
  • the distance (L) between the first point (P1) and the third point (P3) and the distance (L) between the fourth point (P4) and the fifth point (P5) is the separation between the intersecting polarizations. Also, it may vary depending on the half power beam width and the dielectric constant of the material of the radiation plate 50.
  • the first point (P1) and the third point (P3), and the fourth point (P4) and the fifth point (P5) are two points farthest from the square radiation plate 50. In, for example, it can be adjacent to two vertices facing in a diagonal direction. That is, the first point (P1), the third point (P3), the fourth point (P4) and the fifth point (P5) of the dual polarization antenna 1 according to an embodiment of the present invention are respectively a square radiation plate ( 50) can be adjacent to each of the four vertices. Accordingly, the dual polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention may have a structure corresponding to a used frequency and having the smallest size.
  • the radiation plate 50 may have a circular hole 500 in the radiation plate 50 (for example, in the center of the radiation plate 50).
  • the circular hole 500 performs a function of lowering the resonance frequency by bypassing the direction of the current radiated in the radiation plate 50.
  • the circular hole 500 serves as a guide to bypass the direction of the current radiated to the radiation plate 50, and thus, the resonance frequency can be reduced (eg For example, reduced from 4GHz to 3.5GHz).
  • the diameter of the circular hole 500 may be determined differently based on the area of the radiation plate 50.
  • the diameter of the circular hole 500 must be 1/4 of the patch area of the radiation plate 50 to operate the low frequency band with a small element area, but is not limited thereto.
  • FIG 5 is a side view of the first feeder plate 30 of the double polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a first power supply plate 30 may include a first insulation substrate 310 and a first power supply line 320 formed on the first insulation substrate 310. I can.
  • the first feed line 320 is fed from a single feed to achieve a series feed, according to a shift feed method, a predetermined time difference on the radiation plate 50
  • the power supply is sequentially performed in the same direction (sequential power supply having a predetermined time difference is performed in the same direction). That is, the first power supply line 320 supplies a reference phase signal to the first region based on the first direction of the radiation plate 50 according to the shift power supply method, and the first power supply line 320 supplies a first region to the second region sequentially to the first region. It is configured to supply a first anti-phase signal having an anti-phase to the reference phase signal.
  • the first feed line 320 includes a first direct feed line 321, a first reference phase coupling electrode 322, a first transmission line 324, a first coupling feed line 328, and a first reverse phase.
  • a coupling electrode 330 may be included.
  • the first direct feed line 321 may be disposed adjacent to a short side of one side with respect to the center of the first feed plate 30.
  • the first direct feed line 321 is a circuit extending from one long side of the first feed plate 30 to the inside of the first feed plate 30, for example, toward the other long side of the first feed plate 30 It can be a line.
  • One end of the first direct feed line 321 may be electrically connected to a signal line of the base substrate 10 on one long side of the first feed plate 30.
  • the first direct feed line 321 may be connected to the signal line of the base substrate 10 through soldering 60. That is, the first feeder plate 30 of the double polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention may be inserted into the base substrate 10 and soldered using a surface mounting device. This can lead to a reduction in production cost and an increase in work efficiency.
  • the other end of the first direct feed line 321 is connected to one end of the first reference phase coupling electrode 322.
  • the first reference phase coupling electrode 322 may extend from one short side to the other short side of the first power supply plate 30.
  • the first reference phase coupling electrode 322 may be disposed close to the other long side of the first feed plate 30 adjacent to the first direct feed line 321 rather than the other long side.
  • the first transmission line 324 has an inverse phase path length extending from the other end of the first reference phase coupling electrode 322 to one end of the first coupling feed line 328.
  • the first transmission line 324 may have a structure shifted by a predetermined path length according to a shift feed method. Therefore, the high frequency electric signal transmitted to one end of the first coupling feed line 328 is in an inverse phase of the first transmission line 324 compared to the high frequency electric signal transmitted to one end of the first reference phase coupling electrode 322. It can be reached with a delay by the difference in path length.
  • the first transmission line 324 may have a structure and a path length shifted so that a current having a phase difference of 180° compared to the reference phase signal is applied on the first coupling feed line 328.
  • the high-frequency electrical signal transmitted to one end of the first reference phase coupling electrode 322 and the high-frequency electrical signal transmitted to one end of the first anti-phase coupling electrode 330 are opposite to each other, that is, the same magnitude. It can have polarity.
  • the first transfer line 324 may include a first bypass line 326 formed to bypass the first coupling slit 316.
  • the length of the reverse phase path of the first transfer line 324 will be set by adding the length of the first bypass line 326.
  • the first coupling feed line 328 may be a circuit line extending toward the inside of the first feed plate 30, for example, toward a long side of one side of the first feed plate 30.
  • the first coupling feed line 328 has one end connected to the other end of the first transmission line 324 and the other end connected to one end of the first anti-phase coupling electrode 330.
  • the first coupling feed line 328 functions as a feed line for supplying an anti-phase signal applied through the first transmission line 324 to the first anti-phase coupling electrode 330
  • the first coupling feed line 328 functions as a feed line for supplying an anti-phase signal applied through the first transmission line 324 to the first anti-phase coupling electrode 330
  • the first anti-phase coupling electrode 330 may extend from the other short side of the first power supply plate 30 toward one short side.
  • the first anti-phase coupling electrode 330 may be disposed close to the other long side of the first feeder plate 30 adjacent to the first transmission line 324 rather than the other long side.
  • One end of the first anti-phase coupling electrode 330 may be disposed adjacent to the other short side of the first power supply plate 30, and the first anti-phase coupling electrode 330 is formed of the first power supply plate 30. It may extend in parallel to the other long side of the first power supply plate 30 from a position adjacent to the other short side.
  • the other end of the first anti-phase coupling electrode 330 may be connected to the other end of the first coupling feed line 328.
  • the applied reference phase electric signal is from one end of the first reference phase coupling electrode 322 toward the other end, that is, Power will be fed from one short side of the first feeder plate 30 toward the other short side, and a feed current I f will be supplied in this feed direction.
  • the applied anti-phase electric signal is from one end of the first anti-phase coupling electrode 330 toward the other end, that is, .
  • the reference phase electric signal will be sequentially fed to the other short side of the first feeding plate 30, and the feeding current I f will be supplied in this feeding direction.
  • the first reference phase coupling electrode 322 and the first anti-phase coupling electrode 330 are the first point P1 and the third point of the radiation plate 50 ( It may be arranged in one diagonal direction connecting P3), for example, in a direction of 45 polarization.
  • One end of the first reference phase coupling electrode 322 may be disposed adjacent to the first point P1 of the radiation plate 50, and radiate from a position adjacent to the first point P1 of the radiation plate 50 It may extend in a direction toward the second point P2 of the plate 50.
  • one end of the first anti-phase coupling electrode 330 may be disposed adjacent to the second point P2 of the radiation plate 50, and a position adjacent to the second point P2 of the radiation plate 50 It may extend parallel to the radiation plate 50 in a direction toward the third point P3 of the radiation plate 50 from.
  • the first power supply line 320 of the first feeder plate 30 supplies a reference phase signal to the first point P1 of the radiation plate 50 and to the second point P2 of the radiation plate 50. It can supply out-of-phase signals.
  • the reference phase signal may be supplied from the first point P1 of the radiation plate 50 toward the second point P2, and the reverse phase signal is sequentially transmitted to the second point P2 of the radiation plate 50. It may be fed toward the third point P3 from.
  • power feeding through at least two points of the radiation plate 50 may be performed in order to radiate one polarized wave.
  • the first feed line 320 of the first feed plate 30 may form two L probe feed structures that supply two electric signals having opposite phases to the radiation plate 50 in one antenna structure. I can.
  • the conventional dipole antenna is implemented as ⁇ /4, so that in the case of the 3.5 GHz antenna, the element height is at least 13 mm, but the double polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention has a height of about It is improved by about 40% and can have the same characteristics as a dipole antenna such as Return Loss, Isolation, and Cross Pol.
  • the double polarized antenna 1 it can be implemented without a separate ground.
  • FIG. 6 is a side view of the first feed plate 30 of the double polarized antenna 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the first feeder plate 30 according to another embodiment of the present invention has substantially the same components as the first feeder plate 30 (described above) according to an embodiment of the present invention. , It may be different from each other in the arrangement structure of the power supply line.
  • the first power supply plate 30 in the first power supply plate 30 according to another embodiment of the present invention, a part of the first power supply line 320 is formed on one surface (ex: the front surface) of the first power supply plate 30, and the rest is the first It may be formed on the other surface (ex: the back side) of the power supply plate 30.
  • the first power supply plate 30 may be implemented such that the current fed through some power supply lines formed on one surface of the first power supply plate 30 is coupled to the remaining power supply lines formed on the other surface.
  • a portion corresponding to a reference phase signal and a portion corresponding to an anti-phase signal in the first feed line 32 may be formed on different surfaces. It is not limited thereto.
  • the frequency band is similar to that of the first feeder plate 30 according to an embodiment of the present invention, but it is convenient to hold electrical characteristics. There are advantages.
  • FIG 7 is a side view of the second feeder plate 40 of the double polarized antenna 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a second power supply plate 40 may include a second insulation substrate 410 and a second power supply line 420 formed on the second insulation substrate 410. I can.
  • the second feed line 420 includes a second direct feed line 421, a second reference phase coupling electrode 422, a second transmission line 424, a second coupling feed line 428, and a second reverse phase. It may include a coupling electrode 430.
  • the first power supply plate 30 and the second power supply plate 40 may have similar structures and functions. Accordingly, the second direct feed line 421 of the second feed line 420 of the second feed plate 40, the second reference phase coupling electrode 422, the second transfer line 424, and the second coupling
  • the shape and function of the feed line 428 and the second anti-phase coupling electrode 430 are the first direct feed line 321 and the first of the first feed line 320 of the first feed plate 30 described above. They correspond to the reference-phase coupling electrode 322, the first transfer line 324, the first coupling feed line 328, and the first anti-phase coupling electrode 330, respectively.
  • the second transmission line 424 of the second feeder plate 40 may include a second bypass line 426. Unlike the first bypass line 326, the second bypass line 426 is not configured to bypass the second coupling slit 416. However, the second bypass line 426 is added to the second transfer line 424 so that the second transfer line 424 and the first transfer line 324 have the same anti-phase path length.
  • the first feed line 320 and the second feed line 420 may have as similar shapes as possible, and through this, the symmetry of the structure of the entire double polarized antenna 1 can be maintained. I can.
  • the second reference phase coupling electrode 422 and the second anti-phase coupling electrode 430 are the fourth point P4 and the fifth point of the radiation plate 50 ( It may be arranged in one diagonal direction connecting P5), for example, in a -45 polarization direction.
  • One end of the second reference phase coupling electrode 422 may be disposed adjacent to the fourth point P4 of the radiation plate 50, and the second reference phase coupling electrode 422 is formed of the radiation plate 50. It may extend from a position adjacent to the fourth point P4 in a direction toward the second point P2 of the radiation plate 50.
  • one end of the second anti-phase coupling electrode 430 may be disposed adjacent to the second point P2 of the radiation plate 50, and the second anti-phase coupling electrode 430 is a radiation plate 50 ) May extend parallel to the radiation plate 50 in a direction toward the fifth point P5 of the radiation plate 50 from a position adjacent to the second point P2 of ).
  • the second feed line 420 of the second feeder plate 40 supplies a reference phase signal to the fourth point P4 of the radiation plate 50 and to the second point P2 of the radiation plate 50. It can supply out-of-phase signals.
  • the reference phase signal may be supplied from the fourth point P4 of the radiation plate 50 toward the second point P2, and the reverse phase signal is sequentially transmitted to the second point P2 of the radiation plate 50. It may be fed toward the fifth point P5 from.
  • power feeding through at least two points of the radiation plate 50 may be performed in order to radiate another polarized wave.
  • the second feed line 420 of the second feed plate 40 can form two L-probe feed structures that supply two electric signals having opposite phases to each other to the radiation plate 50 in one antenna structure. I can.
  • a part of the second feeder line 420 is one side of the second feeder plate 40 (ex: the front side). ), and the rest of the second power supply line 420 may be formed on the other surface (ex: the rear surface) of the second power supply plate 40.
  • the first power supply line 320 and the second power supply line 420 are implemented such that each of the power supply lines is formed on one surface of the power supply plate, Is formed on one side of the feeder plate and the rest may be implemented to be formed on the other side of the feeder plate. This can be implemented in an appropriate combination according to the frequency characteristics to be satisfied through the double polarized antenna 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a comparative example illustrating a conventional double power feeding system.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a double power feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a simulation graph of a radiation pattern appearing in a structure according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a simulation graph of a radiation pattern appearing in a double feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • a single feed element has a disadvantage in that it is implemented as a single feed, and thus isolation and cross-pol characteristics are not good.
  • a method of implementing another single feeding structure in another structure located on the opposite side of one single feeding structure using two structures as shown in FIG. 8 and implementing it in the form of double feeding using a cable or distributor is presented. Became.
  • assembly is not good, and there are structural complications such as a mass production problem due to an increase in soldering point and a problem that PIMD characteristics are not uniform.
  • the double feeding method according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is implemented so that double feeding using shift serial feeding is possible without another structure in one antenna structure.
  • sequential feeding having a predetermined time difference on the radiating plate 50 is performed according to a shift feeding method in which series feeding is performed by feeding from a single feeding. It can be done in the same direction.
  • This has the effect of enabling the miniaturization of the dual polarization antenna by remarkably reducing the complexity of the structure while satisfying the CPR (Cross Polarization Ratio) characteristic and the isolation characteristic, which are the advantages of double feeding.

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Abstract

본 발명의 실시예는, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 함으로써, 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나에 관한 것이다.

Description

시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나
본 발명은 시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 하는 이중편파 안테나에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
Massive MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 다수의 안테나를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기법이다. 따라서, Massive MIMO 기술은 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시키고 이를 통해 채널 용량을 증가시켜 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어, Massive MIMO 기술을 통해 안테나 수를 10개로 증가시키면, 현재의 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.
Massive MIMO 기술이 다수의 안테나를 요구함에 따라 하나의 안테나 모듈이 차지하는 공간을 줄이는 것, 즉, 개별 안테나의 사이즈를 줄이는 것에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.
종래의 개별 안테나 구조체에 있어, 단일 급전 구조체(Single Feed Element)의 경우는 하나의 급전으로 구현되어 Isolation과 Cross Pol 특성이 좋지 않다는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 구조체 두 개를 사용하여 하나의 단일 급전 구조체의 반대편에 위치한 다른 구조물에 다른 단일 급전 구조체를 구현하고, 케이블이나 분배기를 사용하여 이중 급전의 형태로 구현하는 방법이 제시되었다. 하지만, 이러한, 이중 급전 방식에 의하는 경우 조립성이 좋지 않다는 단점이 존재하며, 납땜 포인트 상승으로 인한 양산성 문제 및 PIMD 특성이 균일하지 않다는 문제 등이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 함으로써 이중 급전의 장점인 CPR(Cross Polarization Ratio) 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나를 제공하고자 하는 것이다.
본 실시예는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 지지되며 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하는 급전부; 및 상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하며, 상기 제1 급전기판은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 상기 방사판의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 제1 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고, 상기 제2 급전기판은 상기 시프트 급전 방식에 따라 상기 방사판의 제2 방향을 기준으로 제3 영역에 제2 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제3 영역에 순차되는 제4 영역에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이 이중 급전이 가능하도록 구현됨으로써 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 대략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나의 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제2 급전기판의 일 측면도이다.
도 8은 종래의 이중 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이중 급전 방식을 나타내는 개략도이다.
도 10은 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 대략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나(1)의 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나(1)의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 상면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)는 베이스 기판(10), 급전부(20) 및 방사판(50)을 포함한다.
베이스 기판(10)은 플라스틱 또는 금속으로 이루어진 판형 부재일 수 있다. 베이스 기판(10)은 접지층을 포함할 수 있다. 베이스 기판(10)의 접지층은 이중편파 안테나(1)에 접지를 제공하는 한편, 방사판(50)에서 방사된 무선 신호에 대한 반사 표면으로 작용할 수 있다. 이로써 방사판(50)에서 베이스 기판(10)을 향해 방사된 무선 신호는 메인 방사 방향으로 반사될 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 전면 대 후면 비율 및 이득이 향상될 수 있다.
급전부(20)는 베이스 기판(10) 상에서 지지되고 고주파 전기신호를 방사판(50)에 공급하도록 구성된다. 급전부(20)는 베이스 기판(10) 상에서 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 베이스 기판(10) 상에 수직으로 직립 배치되며, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 각각의 중앙 영역에서 서로 수직하게 교차할 수 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 변형 실시예에서, 급전부(20)는 3개 이상의 급전기판을 포함할 수 있고, 3개 이상의 급전기판이 구조적 대칭성을 갖는 다양한 방식으로 서로 교차여 베이스 기판(10) 상에 지지될 수 있다.
제1 급전기판(30)은 제1 절연기판(310) 및 제1 절연기판(310) 상에 형성된 제1 급전라인(320)을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 제2 급전기판(40)은 제2 절연기판(410) 및 제2 절연기판(410) 상에 형성된 제2 급전라인(420)을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다.
제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)에 고주파 전기신호를 공급할 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)과 짧은 거리로 이격되어 전기적으로 용량성 커플링되는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)에 직접 전기적으로 접촉될 수도 있다.
제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320) 및 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)에 대한 세부 구성 및 기능은 도 5 내지 도 7을 참조하여 아래에서 설명한다.
제1 급전기판(30)은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 기판 체결 돌출부(314)를 포함할 수 있다. 제2 급전기판(40)은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 기판 체결 돌출부(414)를 포함할 수 있다.
이에 대응하여, 베이스 기판(10)은 제1 급전기판(30)의 제1 기판 체결 돌출부(314)가 삽입되는 제1 기판측 체결홈(12) 및 제2 급전기판(40)의 제2 기판 체결 돌출부(414)가 삽입되는 제2 기판측 체결홈(14)을 포함할 수 있다.
도시된 본 발명의 일 실시예에서, 제1 기판 체결 돌출부(314) 및 제2 기판 체결 돌출부(414)는 각각 두 개씩 형성되며, 이에 대응하여 제1 기판측 체결홈(12) 및 제2 기판측 체결홈(14)도 두 개씩 형성되는 것으로 예시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 기판 체결 돌출부(314, 414) 및 체결홈(12, 14)들의 개수는 선택적으로 가변될 수 있다. 나아가, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 삽입 체결 방식이 아닌 접착 또는 별도의 결합 부재에 의해 베이스 기판(10) 상에 체결될 수도 있다.
제1 급전기판(30)은 그 일측 장변에 형성된 제1 결합 슬릿(316)을 포함할 수 있다. 제1 결합 슬릿(316)은 제1 급전기판(30)의 일측 장변의 중앙에서 제1 급전기판(30)의 내부로 연장하는 일자형 개방부일 수 있다.
유사하게, 제2 급전기판(40)은 그 타측 장변에 형성된 제2 결합 슬릿(416)(도 7에 도시됨)을 포함할 수 있다. 제2 결합 슬릿(416)은 제2 급전기판(40)의 타측 장변의 중앙에서 제2 급전기판(40)의 내부로 연장하는 일자형 개방부일 수 있다.
제1 결합 슬릿(316) 및 제2 결합 슬릿(416)을 통해 제1 급전 기판(30) 및 제2 급전 기판(40)이 서로 교차하도록 배치 또는 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 그 구조 및 전기적 특성이 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)의 길이, 폭, 및 두께가 대부분 동일할 수 있다. 다만, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 서로 교차하기 위한 각각의 구조적 특징, 예를 들어, 결합 슬릿(316, 416)의 방향 및 구조와 그에 따른 급전라인들(320, 420)의 일부 형상이 서로 상이할 수 있다.
방사판(50)은 급전부(20) 상에서, 즉, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40) 상에서 지지된다. 본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 일면에 금속층이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 방사판(50)은 베이스 기판(10)에 평행하고 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)에 대해 수직하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 장방형을 가지며 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 각각 방사판(50)의 대각선 방향을 가로지르게 배치된 것으로 예시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 방사판(50)의 형상은 다각형, 원형, 또는 환형일 수 있다.
방사판(50)은 하나 이상의 제1 방사판측 체결홈(52) 및 하나 이상의 제2 방사판측 체결홈(54)을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 제1 급전기판(30)은 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 방사판 체결 돌출부(312)를 포함할 수 있고, 제2 급전기판(40)은 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 방사판 체결 돌출부(412)를 포함할 수 있다.
제1 방사판 체결 돌출부(312) 및 제2 방사판 체결 돌출부(412)는 각각 제1 방사판측 체결홈(52) 및 제2 방사판측 체결홈(54)에 삽입되어 끼움 결합될 수 있다. 이로써, 방사판(50)은 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)을 통해 베이스 기판(10) 상에서 이격되어 단단히 지지될 수 있다.
제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 방사판(50)의 제1 방향(P1 → P3)을 기준으로, 제1 영역(P1 → P2)에 제1 기준위상 신호를 공급하며 방사판(50)의 제2 영역(P2 → P3)에 제1 역위상 신호를 공급한다.
마찬가지로, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제2 방향(P4 → P5)을 기준으로, 제3 영역(P4 → P2)에 제2 기준위상 신호를 공급하며, 제4 영역(P2 → P5)에 제2 역위상 신호를 공급한다.
여기서, 제1 기준위상 신호 및 제1 역위상 신호는 동일한 특성을 가지나 서로 반대의 위상을 갖는 고주파 신호이고, 제2 기준위상 신호 및 제2 역위상 신호 역시 동일한 특성을 가지나 서로 반대의 위상을 갖는 고주파 신호이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)에서, 방사판(50) 상의 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 직선과, 방사판(50) 상의 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 직선은 서로 직교한다. 즉, 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 직선의 방향으로 하나의 편파(45편파)가 방사되고, 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 직선의 방향으로 다른 하나의 편파(-45편파)가 방사될 수 있다.
제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3) 사이의 거리(L)와, 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5) 사이의 거리(L)는 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장(λg)에 의존하나, 목표로 하는 특성 및 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3) 사이의 거리(L)와, 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5) 사이의 거리(L)는 교차하는 편파 간 분리도, 반전력빔폭 및 방사판(50) 재료의 유전율에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3), 그리고 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)은 정방형 방사판(50)에서 가장 거리가 먼 두 지점에, 예를 들어, 대각선 방향으로 마주하는 두 꼭지점에 인접할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 제1 지점(P1), 제3 지점(P3), 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)은 각각 정방형 방사판(50)의 네 꼭지점에 각각 인접할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)는 사용 주파수에 상응하면서 가장 소형인 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 방사판(50) 내(예를 들어, 방사판(50)의 중앙)에 원형의 홀(500)을 구비할 수 있다. 이러한, 원형의 홀(500)은 방사판(50) 내 방사된 전류의 방향을 우회시킴으로써 공진 주파수를 낮추는 기능을 수행한다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 원형의 홀(500)은 방사판(50)에 방사된 전류의 방향을 우회시키는 가이드 역할을 수행하며, 이로 인해, 공진 주파수를 감소시킬 수 있다(예를 들어, 4GHz에서 3.5GHz로 감소).
본 발명의 일 실시예에서, 원형의 홀(500)의 지름은 방사판(50)의 면적에 기반하여 상이하게 결정될 수 있다. 예컨대, 원형의 홀(500)의 지름은 방사판(50) 패치 면적의 1/4의 치수가 되어야 작은 소자 면적으로 저주파 대역을 동작시킬 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 제1 급전기판(30)의 일 측면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 제1 절연기판(310) 및 제1 절연기판(310) 상에 형성된 제1 급전라인(320)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 급전라인(320)은 단일 급전(Single Feed)에서 급전되어 직렬 급전(Series Feed)이 이루어지도록 하는 시프트 급전 방식에 따라, 방사판(50) 상에 소정의 시간차를 가지나 순차적으로 급전이 같은 방향으로(소정의 시간차를 가지는 순차적인 급전이 같은 방향으로) 이루어지도록 구현된다. 즉, 제1 급전라인(320)은 시프트 급전 방식에 따라 방사판(50)의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 기준위상 신호를 공급하고, 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성된다.
제1 급전라인(320)은 제1 직접 급전선로(321), 제1 기준위상 커플링 전극(322), 제1 전달라인(324), 제1 커플링 급전선로(328) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)을 포함할 수 있다.
제1 직접 급전선로(321)는 제1 급전기판(30)의 중앙을 기준으로 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 직접 급전선로(321)는 제1 급전기판(30)의 일측 장변으로부터 제1 급전기판(30)의 내부로, 예를 들어, 제1 급전기판(30)의 타측 장변을 향하여 연장하는 회로라인일 수 있다. 제1 직접 급전선로(321)의 일단은 제1 급전기판(30)의 일측 장변 상에서 베이스 기판(10)의 신호 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 직접 급전선로(321)는 솔더링(60)을 통해 베이스 기판(10)의 신호 라인에 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 제1 급전기판(30)은 표면실장장치(surface mounting device)를 이용해 베이스 기판(10)에 삽입 결합되고 솔더링될 수 있다. 이는 생산 비용의 감소 및 작업 효율화를 유발할 수 있다.
제1 직접 급전선로(321)의 타단은 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단에 연결된다.
제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 타측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 직접 급전선로(321)가 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란(=방사판의 제1 방향)하게 연장될 수 있다.
제1 전달라인(324)은 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 타단으로부터 제1 커플링 급전선로(328)의 일단으로 이어지는 역위상 경로 길이를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 전달라인(324)은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 일정 경로 길이만큼 시프트된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 커플링 급전선로(328)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호는 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호에 비하여 제1 전달라인(324)의 역위상 경로 길이의 차이만큼 지연되어 도달될 수 있다. 보다 자세하게는, 제1 전달라인(324)은 제1 커플링 급전선로(328) 상에 기준위상 신호 대비 180°의 위상차를 갖는 전류가 인가되도록 시프트된 구조 및 경로 길이를 가질 수 있다.
이로써, 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호와 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호는 서로 역위상, 즉, 같은 크기의 반대 극성을 가질 수 있다.
제1 전달라인(324)은 제1 결합 슬릿(316)을 우회하도록 형성된 제1 우회라인(326)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 전달라인(324)의 역위상 경로 길이는 제1 우회 라인(326)의 길이를 더하여 설정될 것이다.
제1 커플링 급전선로(328)은 제1 급전기판(30)의 내부로, 예를 들어, 제1 급전기판(30)의 일측 장변을 향하여 연장하는 회로라인일 수 있다. 제1 커플링 급전선로(328)는 일단이 제1 전달라인(324)의 타단에 연결되며, 타단이 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단에 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 커플링 급전선로(328)는 제1 전달라인(324)을 통해 인가된 역위상 신호를 제1 역위상 커플링 전극(330) 상에 공급하는 급전선로로의 기능을 수행하여, 제1 직접 급전선로(321)와 더불어 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.
제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변으로부터 일측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 전달라인(324)이 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란하게 연장될 수 있다.
제1 역위상 커플링 전극(330)의 타단은 제1 커플링 급전선로(328)의 타단에 연결될 수 있다.
제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단에 기준위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 기준위상 전기 신호는 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 그 타측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 급전 전류(I f)가 공급될 것이다.
한편, 제1 역위상 커플링 전극(330)의 타단에 역위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 역위상 전기 신호는 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 기준위상 전기 신호에 순차되어 제1 급전기판(30)의 타측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 급전 전류(I f)가 공급될 것이다.
다시 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 제1 기준위상 커플링 전극(322) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)은 방사판(50)의 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 하나의 대각선 방향, 예를 들어, 45편파 방향으로 배치될 수 있다.
제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단은 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 인접하게 배치될 수 있고, 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 인접한 위치로부터 방사판(50)의 제2 지점(P2)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접하게 배치될 수 있고, 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접한 위치로부터 방사판(50)의 제3 지점(P3)을 향하는 방향으로 방사판(50)에 평행하게 연장될 수 있다.
이에, 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 기준위상 신호를 공급하고 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 역위상 신호를 공급할 수 있다. 아울러, 기준위상 신호는 방사판(50)의 제1 지점(P1)으로부터 제2 지점(P2)을 향해 급전될 수 있고, 역위상 신호는 순차적으로 방사판(50)의 제2 지점(P2)으로부터 제3 지점(P3)을 향해 급전될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 편파를 방사하기 위하여 방사판(50)의 적어도 2개의 지점을 통한 급전, 소위, 이중 급전이 이루어질 수 있다. 아울러, 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 하나의 안테나 구조에서 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 구현됨으로써 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 기존 다이폴 안테나는 λ/4로 구현되어 높이가 3.5GHz의 안테나의 경우 최소 13mm의 소자 높이를 가지나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 안테나(1)는 그 높이가 기존 안테나 보다 약 40% 정도 개선되며, 다이폴 안테나와 Return Loss, Isolation, Cross Pol 등 동일한 특성을 가질 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 안테나(1)에 의하는 경우, 별도의 그라운드(Ground)를 미포함하여 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명이 다른 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 제1 급전기판(30)의 일 측면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 본 발명의 일 실시예에 따른(앞서 설명된) 제1 급전기판(30)과 구성요소는 실질적으로 동일하되, 급전라인의 배치 구조에 있어서 서로 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 제1 급전라인(320)의 일부가 제1 급전기판(30)의 일면(ex: 앞면)에 형성되고, 나머지가 제1 급전기판(30)의 타면(ex: 뒷면)에 형성될 수 있다. 이때, 제1 급전기판(30)은 제1 급전기판(30)의 일면에 형성된 일부 급전라인을 통해 급전된 전류가 타면에 형성된 나머지 급전라인 상에 커플링되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서 제1 급전기판(30)은 제1 급전라인(32) 내 기준위상 신호에 상응하는 부분 및 역위상 신호에 상응하는 부분이 각각 다른 면 상에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)에 의하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전기판(30) 대비 주파수 대역은 비슷하면서도 전기적 특성을 잡기가 편하다는 장점이 존재한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)의 제2 급전기판(40)의 일 측면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 급전기판(40)은 제2 절연기판(410) 및 제2 절연기판(410) 상에 형성된 제2 급전라인(420)을 포함할 수 있다.
제2 급전라인(420)은 제2 직접 급전선로(421), 제2 기준위상 커플링 전극(422), 제2 전달라인(424), 제2 커플링 급전선로(428) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)을 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 유사한 구조 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)의 제2 직접 급전선로(421), 제2 기준위상 커플링 전극(422), 제2 전달라인(424), 제2 커플링 급전선로(428) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)의 형상 및 기능은 전술한 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)의 제1 직접 급전선로(321), 제1 기준위상 커플링 전극(322), 제1 전달라인(324), 제1 커플링 급전선로(328) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)에 각각 대응된다.
이하에서, 중복 설명을 피하기 위하여, 제2 급전기판(40)의 구성들 중 제1 급전기판(30)과 상이한 구성을 위주로 설명한다.
제2 급전기판(40)의 제2 전달라인(424)은 제2 우회라인(426)을 포함할 수 있다. 제2 우회라인(426)은 제1 우회라인(326)과는 달리 제2 결합 슬릿(416)을 우회하도록 구성되는 것은 아니다. 다만, 제2 우회라인(426)은 제2 전달라인(424)과 제1 전달라인(324)이 동일한 역위상 경로 길이를 갖도록 제2 전달라인(424)에 부가되는 것이다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 가능한 유사한 형상을 가질 수 있고, 이를 통해 전체 이중편파 안테나(1) 구조의 대칭성이 유지될 수 있다.
다시 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 제2 기준위상 커플링 전극(422) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)은 방사판(50)의 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 하나의 대각선 방향, 예를 들어, -45 편파 방향으로 배치될 수 있다.
제2 기준위상 커플링 전극(422)의 일단은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 기준위상 커플링 전극(422)은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 인접한 위치로부터 방사판(50)의 제2 지점(P2)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제2 역위상 커플링 전극(430)의 일단은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 역위상 커플링 전극(430)은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접한 위치로부터 방사판(50)의 제5 지점(P5)을 향하는 방향으로 방사판(50)에 평행하게 연장될 수 있다.
이에, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 기준위상 신호를 공급하고 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 역위상 신호를 공급할 수 있다. 아울러, 기준위상 신호는 방사판(50)의 제4 지점(P4)으로부터 제2 지점(P2)을 향해 급전될 수 있고, 역위상 신호는 순차적으로 방사판(50)의 제2 지점(P2)으로부터 제5 지점(P5)을 향해 급전될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다른 하나의 편파를 방사하기 위하여 방사판(50)의 적어도 2개의 지점을 통한 급전, 소위, 이중 급전이 이루어질 수 있다. 아울러, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 하나의 안테나 구조에서 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.
마찬가지로, 제2 급전기판(40)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)과 같이 제2 급전라인(420)의 일부가 제2 급전기판(40)의 일면(ex: 앞면)에 형성되고, 제2 급전라인(420)의 나머지가 제2 급전기판(40)의 타면(ex: 뒷면)에 형성될 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각의 급전라인이 모두 급전기판의 일면에 형성되도록 구현되거나, 어느 하나의 급전라인의 일부가 급전기판의 일면에 형성되고 나머지가 급전기판의 타면에 형성되도록 구현될 수 있다. 이는, 본 발명의 이중편파 안테나(1)를 통해 만족시키고자 하는 주파수 특성에 따라 적정 조합으로 구현될 수 있다.
도 8은 종래의 이중 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이중 급전 방식을 나타내는 개략도이다.
도 10은 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
종래의 개별 안테나 구조체에 있어, 단일 급전 구조체(Single Feed Element)의 경우는 하나의 급전으로 구현되어 Isolation과 Cross Pol 특성이 좋지 않다는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 도 8과 같이 구조체 두 개를 사용하여 하나의 단일 급전 구조체의 반대편에 위치한 다른 구조물에 다른 단일 급전 구조체를 구현하고, 케이블이나 분배기를 사용하여 이중 급전의 형태로 구현하는 방법이 제시되었다. 하지만, 이러한, 이중 급전 방식에 의하는 경우 조립성이 좋지 않다는 단점이 존재하며, 납땜 포인트 상승으로 인한 양산성 문제 및 PIMD 특성이 균일하지 않다는 문제 등 구조적으로 복잡한 점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 도 9에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식은 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 구현된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에 의하는 경우, 단일 급전에서 급전되어 직렬 급전이 이루어지도록 하는 시프트 급전 방식에 따라, 방사판(50) 상에서 소정의 시간차를 가지는 순차적인 급전이 같은 방향으로 이루어질 수 있다. 이는, 이중 급전의 장점인 CPR(Cross Polarization Ratio) 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시킴으로써 이중편파 안테나의 소형화를 가능토록 하는 효과가 있다.
한편, 도 10 및 도 11을 비교하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에 의하는 경우, 종래의 이중 급전 방식에 대비하여 방사패턴, 대역폭, Isolation Cross Pol 특성이 좋아진 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2019년 5월 16일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0057260호 및, 2019년 7월 16일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0085446호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (11)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 지지되며 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하는 급전부; 및
    상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하며,
    상기 제1 급전기판은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 상기 방사판의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 제1 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고,
    상기 제2 급전기판은 상기 시프트 급전 방식에 따라 상기 방사판의 제2 방향을 기준으로 제3 영역에 제2 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제3 영역에 순차되는 제4 영역에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인은 각각,
    상기 시프트 급전 방식에 따라, 상기 방사판 상에 소정의 시간차를 가지는 순차적인 급전이 같은 방향으로 이루어지도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 제1 급전라인은, 상기 제1 급전기판의 일측 단변으로부터 상기 제1 방향으로 상기 제1 영역에 평행하게 연장되는 제1 기준위상 커플링 전극 및 상기 제2 영역에 평행하게 연장되는 제1 역위상 커플링 전극을 포함하고,
    상기 제2 급전라인은, 상기 제2 급전기판의 일측 단변으로부터 상기 제2 방향으로 상기 제3 영역에 평행하게 연장되는 제2 기준위상 커플링 전극 및 상기 제4 영역에 평행하게 연장되는 제2 역위상 커플링 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 급전라인은, 일단이 상기 제1 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되며 타단이 상기 제1 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제1 직접 급전선로, 상기 제1 역위상 커플링 전극의 일단으로부터 상기 제1 급전기판의 상기 일측 장변을 향하여 연장되는 제1 커플링 급전선로, 상기 제1 기준위상 커플링 전극의 타단으로부터 상기 제1 커플링 급전선로의 일단으로 이어지는 제1 전달라인을 더 포함하고,
    상기 제2 급전라인은, 일단이 상기 제2 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되며 타단이 상기 제2 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제2 직접 급전선로, 상기 제2 역위상 커플링 전극의 일단으로부터 상기 제2 급전기판의 상기 일측 장변을 향하여 연장되는 제2 커플링 급전선로, 상기 제2 기준위상 커플링 전극의 타단으로부터 상기 제2 커플링 급전선로의 일단으로 이어지는 제2 전달라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 전달라인 및 제2 전달라인은,
    각각에 대응하는 커플링 급전선로 상에 기준위상 신호 대비 180°의 위상차를 갖는 전류가 인가되도록 시프트된 구조 및 경로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 커플링 급전선로 및 상기 제2 커플링 급전선로는,
    각각에 대응되는 전달라인을 통해 인가된 역위상 신호를 각각에 대응되는 역위상 커플링 전극 상에 공급하는 급전선로로서의 기능을 수행하여 L프로브 급전 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인은 중 적어도 하나의 급전라인은,
    일부가 급전기판의 일면에 형성되고, 나머지가 급전기판의 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인 중 적어도 하나의 급전라인은,
    기준위상 신호에 상응하는 부분이 상기 일면에 형성되고, 역위상 신호에 상응하는 부분이 상기 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인 중 적어도 하나의 급전라인은,
    상기 일면에 형성된 일부 급전라인을 통해 급전된 전류가 상기 타면에 형성된 나머지 급전라인 상에 커플링되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 방사판은 정방향이고,
    상기 방사판 내 방사된 전류의 방향을 우회시키기 위한 원형의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 방사판의 대각선의 길이는 사용주파수의 중심주파수의 반파장의 길이와 동일하며,
    상기 홀의 지름은, 상기 방사판의 면적에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
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