KR20130134793A - 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이 - Google Patents

이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이를 개시한다. 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나는, 반사면을 제공하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 설치되며, 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자와, 상기 다이폴 방사 소자와 평행하게 이격되어 배열되며 다이폴 방사 소자의 길이와 다른 길이를 가지는 금속성 재질의 기생소자가 패터닝되고, 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인 및 접지 라인이 구비된 4개의 피씨비 기판을 포함하고, 상기 4개의 피씨비 기판은 정방형의 내부 공간이 마련되도록 서로 일정 간격 이격된 정방형의 형태로 배치되어 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이{Dual polarization dipole antenna for dual-band and antenna array using it}
본 발명은 이중편파 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기생 소자와 정합 선로가 구비된 다이폴 방사 소자를 통해 광대역 신호를 송수신할 수 있으면서 이중대역을 지원할 수 있는 구조를 가진 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이에 관한 것이다.
일반적으로 안테나는 무선 통신에서 소정 공간 영역으로 전파를 방사하거나 방사된 전파를 수신하는 매개체가 되는 요소로서 신호 송신 라인(급전 라인)으로부터 입력된 전기적 신호를 전파 에너지로 변환하여 공간에 전파 빔으로 복사하는 역할과 외부에 존재하는 전파 에너지를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전력으로 변환하여 신호 수신 라인(급전 라인)으로 출력하는 기능을 수행하는 매개체가 된다.
상기 안테나는 실시형태와 적용 스펙 등에 따라 다양한 제품군을 이루고 있는데, 그 중 다이폴 안테나(Dipole Antenna)는 개방된 형태의 도선에 교류가 인가될 때 전기력선이 축을 중심으로 대칭이 되도록 분포시키는 안테나 형태를 의미하며, 한쪽 패턴의 길이를 수신 대상 파장의 반파장이 되도록 구성한다.
이러한 다이폴 안테나는 이동통신 또는 무선통신 시스템의 기지국 송수신 신호에 주로 이용되며 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 다양한 형태로 구현되고 있다.
또한, 이중편파 안테나는 수직 또는 수평 편파만을 가지는 종래의 일반적인 단일 편파 안테나 대비 일정 각도(±45도)의 편파 2개를 동시에 갖는 안테나로서, 이동통신 시스템에서 기지국의 수신(Rx) 경로의 이중화를 구현하거나 송신(Tx)과 수신(Rx)을 하나의 이중편파 안테나로 구현하는데 이용하고 있다.
수신(Rx) 경로를 이중화하는 경우, 이중편파 안테나의 수직 편파와 수평 편파 모두 수신용으로 활용하여 각 신호를 분리 수신 후 합성 비교 분석하게 된다. 이 경우, 종래의 공간 다이버시티 안테나에서 문제가 되어왔던 페이딩(fading) 현상에 의한 통신 열화를 상당히 경감할 수 있다.
또한, 각 수직, 수평 편파에 송신과 수신을 각각 할당할 경우, 기존 2개의 안테나를 하나의 단일 이중편파 안테나로 구현 가능하므로 공간적 활용도가 상당히 높아 비용적인 면에서 획기적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 이중편파 다이폴 안테나의 경우, 일반적인 구조로서 4개의 개별 다이폴을 2개씩 대칭구조로 배열하는 정방형 다이폴(Dipole Square) 구조 또는 2개의 다이폴을 일직선상으로 연장, 크로스 배열하는 크로스 다이폴(Cross Dipole) 구조가 있다. 상기 이중편파 안테나 다이폴 쌍들은 서로에 대해 직각으로 정렬되어서 수직과 수평으로 정렬될 수 있는 2개의 선형 편파 신호를 송신(또는 수신)하는데 사용된다. 따라서 안테나는 수평은 물론이고 수직 편파를 동시에 가지며 편파방향이 ±45도 각도로 작동 가능하다.
한편, 현재의 이동통신 환경은 2G, 3G의 상용화 전개뿐만 아니라 차세대 4G시스템이 도입되고 있는 가운데, 통신 시스템 또는 통신 사업자 그리고 여러 국가에 따라 다양한 이동통신 서비스 주파수 대역이 혼재되어 있는 상황이다. 이러한 이슈에 따라 최근 다양한 주파수를 이용하는 각양 통신기지국의 서비스를 하나의 안테나만을 설치하여 서비스할 수 있도록 하여 기지국 설치와 운용 유지비를 절감할 수 있는 광대역 이중편파 다이폴 안테나 기술이 부각되고 있다.
그러나, 종래 이용되는 이중편파 다이폴 안테나의 경우 신호 체계를 이중화하거나 송신 또는 수신 신호를 이원화하는 등의 활용도를 가지나 송수신 대상이 되는 신호의 대역이 특정 대역으로 제한되어 상기와 같은 다원화된 통신 신호 체계가 지향되는 통신 환경에 최적화되지 못하고 있다는 문제점이 있다.
하나의 예로서, 안테나 스트립 라인 간의 간극 조정을 통하여 임피던스 매칭을 최적화시키는 이중편파 다이폴 안테나가 종래 개시되어 있으나, 발룬(Balun) 방법에서 벗어나 임피던스를 조정할 수 있다는 점에서는 어느 정도 장점을 가지고 있다고 할 수 있으나, 통신 대역이 협소하여 특정 신호 대역에만 제한된다는 종래 문제를 여전히 보유하고 있다.
또한, 기타 다른 종래의 이중편파 다이폴 안테나는 그 구조가 복잡하고 추가적인 설비 내지 부가 장치가 부설되어야만 구동될 수 있는 등 장치의 설치 및 실현 과정에서 상당한 비효율성을 가지고 있으며, 또한, 각 부품을 개별적으로 생산 및 조립하여야 하는 등 양산 체계에 부적합한 물리적 구조를 가지고 있어 대량 생산에 부적합하고 이로 인해 가격 경쟁력이 상당히 낮다고 할 수 있다.
한편, 종래의 이중편파 다이폴 안테나는 단일대역의 안테나에 해당하고, 이중대역을 지원하기 위해서는 추가적인 다이폴 안테나의 배열이 요구된다. 하지만, 안테나 내에 단순히 다이폴 패턴만을 추가할 경우에는 안테나의 전체 크기가 과도하게 증가하게 되므로 이중대역의 구현이 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 이중대역을 구현하기 위해 서로 다른 대역을 지원하는 이중편파 다이폴 안테나를 배열하게 되었을 때 물리적 공간 활용도가 떨어지므로 높은 이득을 구현하기 어렵고 배열 간격이 벌어짐에 따라 그레이팅 로브가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이중편파 다이폴 안테나를 광대역 통신 환경에 최적화될 수 있도록 안테나 구조를 개선시키고 더욱 높은 생산성과 활용도를 가질 수 있으면서 물리적 공간 활용도를 높이면서도 이중대역을 지원할 수 있는 구조를 가진 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 및 안테나 어레이를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나는, 반사면을 제공하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 설치되며, 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자와, 상기 다이폴 방사 소자와 평행하게 이격되어 배열되며 다이폴 방사 소자의 길이와 다른 길이를 가지는 금속성 재질의 기생소자가 패터닝되고, 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인 및 접지 라인이 구비된 4개의 피씨비 기판을 포함하고, 상기 4개의 피씨비 기판은 정방형의 내부 공간이 마련되도록 서로 일정 간격 이격된 정방형의 형태로 배치되어 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기생소자는 상기 다이폴 방사 소자의 길이보다 상대적으로 짧은 길이를 갖는다.
바람직하게, 상기 기생소자와 상기 다이폴 방사 소자 간의 이격 거리는 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.5λ ~ 1.5λ를 만족한다.
바람직하게, 상기 피씨비 기판은 상기 급전 라인 측의 다이폴 방사 소자와 접지 라인 측의 다이폴 방사 소자를 가로지르는 정합 선로가 더 구비된다.
바람직하게, 상기 정합 선로는 상기 다이폴 방사 소자와 급전 라인 및 접지 라인이 형성된 피씨비 기판의 타면에 형성된다.
바람직하게, 상기 정합 선로는 길이 조절이 가능한 스터브가 구비되고, 상기 스터브의 길이를 조절하여 임피던스 매칭을 조정한다.
바람직하게, 상기 다이폴 방사 소자의 높이는 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.2λ ~ 0.3λ를 만족한다.
바람직하게, 상기 다이폴 방사 소자의 높이는 다이폴 방사 소자의 길이 L을 기준으로 L/10 이상을 만족한다.
바람직하게, 상기 다이폴 방사 소자는 상기 급전 라인 및 접지 라인과 만나는 지점에 일정 폭으로 금속성 재질이 제거된 슬릿이 더 구비된다.
바람직하게, 상기 슬릿의 폭은 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.3λ 이하를 만족한다.
바람직하게, 상기 피씨비 기판은 상기 급전 라인 및 접지 라인이 형성된 부위의 폭이 상기 다이폴 방사 소자가 형성된 부위의 폭보다 상대적으로 좁은 폭을 가진다.
부가적으로, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나는, 상기 4개의 피씨비 기판의 정방형의 내부 공간에 배치되어 상기 베이스 플레이트에 설치되고, 상기 피씨비 기판에 구비된 다이폴 방사 소자에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 고주파 대역 다이폴 안테나를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 고주파 대역 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트의 평면에 설치되는 사각 다이폴 방사 소자가 채용되거나, 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 교차 다이폴 방사 소자가 채용될 수 있다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나가 복수 개 구비된 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나가 반사면을 제공하며 장방형의 몸체를 갖는 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 상호 이격되게 복수 개로 배열된다.
부가적으로, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나들 사이마다 배치되어 상기 베이스 플레이트에 설치되고, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 보조 다이폴 안테나를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 보조 다이폴 안테나는, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 정방형의 내부 공간에 설치되고, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 고주파 대역 다이폴 안테나와 동일한 방사 기능을 제공한다.
바람직하게, 상기 보조 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트의 평면에 설치되는 사각 다이폴 방사 소자가 채용되거나, 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 교차 다이폴 방사 소자가 채용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이중편파 특성을 그대로 보유함과 동시에 간단한 구조만으로도 더욱 현저한 광대역 특성을 가진 안테나를 제공할 수 있음은 물론이고, 물리적 공간 활용도를 높이면서도 이중대역을 지원할 수 있는 구조를 갖는 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 이중대역을 지원하면서도 용이하게 어레이 형태로 구현되어 그레이팅 로브의 저감과 높은 이득을 가질 수 있는 안테나를 제공할 수 있어 다양한 통신 환경에 최적화된 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 기본적인 인프라 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 피씨비 기판의 일면에 대한 구성을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 피씨비 기판의 타면에 대한 구성을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나가 동작했을 때의 반사손실(return loss)를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1의 고주파 대역 다이폴 안테나의 구성을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 고주파 대역 다이폴 안테나의 다른 예의 구성을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이의 구성을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이의 구성을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 피씨비 기판의 일면에 대한 구성을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1의 피씨비 기판의 타면에 대한 구성을 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)는 베이스 플레이트(100)에 설치되며, 피씨비 기판(210), 다이폴 방사 소자(220), 급전 라인(231), 접지 라인(232), 기생소자(240) 및 정합 선로(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 베이스 플레이트(100)는 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)를 지지하는 동시에 송수신 전파를 반사하는 반사면을 제공한다.
상기 다이폴 방사 소자(220)는 도 2에 도시된 바와 같이, 통신 신호의 송수신 매체가 되는 요소로서 급전 라인(231)을 통하여 전달된 신호를 외계 공간에 전파 빔으로 방사하고, 외계 공간에 존재하는 전파 에너지를 반파장 공조에 의하여 수신하고 이를 전력으로 변환하여 급전 라인(231)으로 출력하는 기능을 수행하는 매개체가 된다. 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 급전 라인(231)은 소정의 단말, 모듈 또는 시스템 등과 통신 기능하게 연결됨은 자명하다.
본 발명에 따른 다이폴 방사 소자(220)는 동작하고자 하는 공진 주파수에 따라 길이(L)가 설계되며, 광대역 특성을 향상시키기 위하여 높이(h)를 다이폴 방사 소자(220)의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.2λ ~ 0.3λ를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 다이폴 방사 소자(220)의 면적이 종래의 다이폴 방사 소자보다 상대적으로 넓은 면적을 갖도록 하는 것으로 다이폴 방사 소자(220)의 길이(L)를 기준으로 L/10 이상으로 설계되는 것이 바람직하다.
부가적으로, 상기 다이폴 방사 소자(220)는 상기 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)과 만나는 지점에 일정 폭(w)으로 금속성 재질이 제거된 슬롯(221)이 더 구비된다. 상기 슬롯(221)은 그 폭(w)이 다이폴 방사 소자(220)의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.3λ 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 그러면, 상기 슬롯(221)에 의해 상기 다이폴 방사 소자(220)에 흐르는 전류에 섭동이 유발되어 전류의 흐름이 다이폴 방사 소자(220)의 전체 면적에서 고르게 분포하게 되어 안테나 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 구조를 그대로 유지하면서 제조와 활용의 효율성 등을 더욱 향상시키기 위하여 상기 다이폴 방사 소자(220)는 피씨비 기판(210)의 일면에 패터닝된 형태로 구현되는데, 상기 다이폴 방사 소자(220)는 상기 급전 라인(231)에 대응되는 접지 라인(232)과 전기적으로 연결되는 일종의 루프 구조가 이루어진다.
여기서, 상기 피씨비 기판(210)은 정방형 또는 장방형의 몸체로 이루어질 수도 있으나, 상기 다이폴 방사 소자(220)와 상기 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)의 형태에 대응되는 몸체로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 피씨비 기판(210)은 상기 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)이 형성된 부위의 폭이 상기 다이폴 방사 소자(220)가 형성된 부위의 폭보다 상대적으로 좁은 폭을 가질 수 있다. 하지만, 본 발명이 피씨비 기판(210)의 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 다이폴 방사 소자(220)와 상기 급전 라인(231) 및 접지 라인(231)이 패터닝될 수 있는 베이스면을 이룰 수 있다면 어떠한 형태라도 가능하다.
상기 급전 라인(231)과 접지 라인(232)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피씨비 기판(210)의 일면 즉, 상기 다이폴 방사 소자(220)가 위치한 동일면에 패터닝되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 케이블 등의 배선 또는 피씨비 패터닝 구현과 케이블 연결의 조합에 의한 방식 등을 포함하여 당업자가 활용 가능한 다양한 방법으로 상기 다이폴 방사 소자(220)와 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이다. 또한, 상술된 설명에 있어 참조되는 도면 등에 도시된 급전 라인과 접지 라인은, 상대적인 관계를 가지는 것이므로 상호 대응 관계가 있다면 도시된 좌우 방향 등의 위치 관계에 제한되지 않음은 자명하다.
상기 기생소자(240)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피씨비 기판(210)의 일면 즉, 상기 다이폴 방사 소자(220)가 위치한 동일면에 금속성 재질이 패터닝되는 형태로 구비되며, 상기 다이폴 방사 소자(220)와 소정의 이격 거리를 두고 평행하게 배열되는 형태로 구성된다. 또한, 기생소자(240)는 상기 다이폴 방사 소자(220)의 길이(L)보다 상대적으로 짧은 길이를 갖는 것이 바람직하며, 상기 다이폴 방사 소자(220)와의 이격 거리(s)는 다이폴 방사 소자(220)의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.5λ ~ 1.5λ를 만족하는 것이 바람직하다. 그러면, 기생소자(240)은 후술되는 바와 같이 결합 효과를 발생시키게 되어 이중 공진에 의한 광대역 확장 효과를 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 다이폴 방사 소자(220)와 기생소자(240)는 동일한 피씨비 기판(210) 상에 평행하게 배열되어 구비되는데, 이와 같은 구조에 의하여 기생결합(Parasitic Coupling) 효과가 발생될 수 있게 된다.
상기 기생 결합 효과는 신호가 인가되는 다이폴 방사 소자와 인접한 위치에 금속성의 소자가 구비되면, 방사 신호가 상기 금속성 소자에 여기되고 상기 금속성 소자의 길이(λ/2)에 대응되는 주파수에서 추가 공진이 발생되는 현상을 의미한다. 예를 들어, f1의 공진 주파수를 가지는 다이폴 방사 소자(복사 소자) 근처에 f2에 해당하는 길이를 가지는 금속성의 소자가 배치되면, f1 및 f2의 이중 공진이 발생하게 된다.
상기 정합 선로(250)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피씨비 기판(210)의 타면 즉, 상기 다이폴 방사 소자(220)와 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)과 기생소자(240)가 위치한 반대면에 구비되며, 상기 급전 라인(231) 측의 다이폴 방사 소자(220)와 접지 라인(232) 측의 다이폴 방사 소자(220)를 가로지로는 형태로 배치된다.
또한, 정합 선로(250)는 길이 조절이 가능한 스터브(251)가 구비되고, 상기 스터브(251)의 길이(t)를 조절하여 임피던스 매칭을 조절하는 것이 가능하다.
또한, 상기 정합 선로(250)는 급전 라인(231)과 접지 라인(232)가 상호 인접하게 위치되어 있으므로 상기 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)들이 상호 미치는 신호 간섭 등을 상쇄시키는 기능을 수행한다. 즉, 급전 라인(231)과 접지 라인(232)이 상호 인접하고 있을 때, 신호 간섭 현상에 의한 불필요한 커패시턴스(Capacitance)가 발생하게 되는데, 이렇게 추가적으로 발생된 커패시턴스 성분은 신호 특성이 저하되는 현상을 유발시키게 된다. 이러한 신호 특성을 저하시킬 수 있는 커패시턴스 성분을 상쇄시키기 위하여 상기 정합 선로(250)가 다이폴 방사 소자(220)와 급전 라인(231) 및 접지 라인(232)이 형성된 피씨비 기판(210)의 반대면에 설치되는 것이다.
상기 정합 선로(250)는 금속 재질로 이루어져 커패시턴스 성분을 가지고 있으며, 상기 급전 라인(231) 측의 다이폴 방사 소자(220)와 접지 라인(232) 측의 다이폴 방사 소자(220)를 가로지로는 형태로 배치되면서 일정 간격 이격되는 구조를 가지고 있으므로 일종의 간섭 성분 간의 가교 역할을 수행하여 추가적으로 발생되는 커패시턴스 성분이 상쇄될 수 있는 전기 물리적 구조가 된다.
도 4는 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나가 동작했을 때의 반사손실(return loss)를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)는 다이폴 방사 소자(220)와 함께 기생소자(240)와 정합 선로(250)를 추가적으로 설치됨으로써 반사손실이 -15dB이하인 주파수 대역폭이 698MHz 내지 896MHz의 광대역의 대역폭을 커버할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 매우 양호한 광대역 임피던스 매칭 특성을 가질 수 있게 된다.
본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(100)는 이중편파 다이폴 안테나의 구조를 형성하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 다이폴 방사 소자(220)가 형성된 4개의 개별 피씨비 기판(210)이 정방형의 내부 공간이 마련되도록 서로 일정 간격 이격된 정방형의 형태로 배치되어 상기 베이스 플레이트(100)에 수직 방향으로 설치된다. 즉, 통신 신호가 복사 내지 방사되는 방향을 기준으로 직립된 형태를 이루게 된다.
도 5는 도 1의 고주파 대역 다이폴 안테나의 구성을 도시한 사시도이고, 도 6은 도 1의 고주파 대역 다이폴 안테나의 다른 예의 구성을 도시한 사시도이다.
한편, 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(100)는 이중편파 특성을 그대로 보유함과 동시에 물리적 공간 활용도를 높이면서도 이중대역을 지원할 수 있도록 하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 4개의 피씨비 기판(210)의 정방형의 내부 공간에 배치되어 상기 베이스 플레이트(100)에 설치되는 고주파 대역 다이폴 안테나(300)를 더 포함한다.
상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)는 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(100)의 정방형의 내부 공간에 일대일 대응되게 설치되며, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(100)의 다이폴 방사 소자(220)에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공한다. 이는 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)가 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(100)의 내부에 설치되므로 그 크기에 있어서 상대적으로 작은 크기를 가져야 하기 때문에 크기가 상대적으로 작아질 수 있는 높은 주파수의 방사체가 채용되는 것이다.
상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(100)의 평면에 설치되는 사각 다이폴 방사 소자(310)가 채용된다. 여기서, 사각 다이폴 방사 소자(310)는 베이스 플레이트(100) 상에 전체적으로 사각 형상을 이루도록 상호 교차되게 형성된 소자이다. 이러한 구조를 통해 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300) 또한 이중편파 다이폴 안테나의 구조를 갖게 된다. 대안적으로, 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300')는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(100)에 수직 방향으로 설치되는 교차 다이폴 방사 소자(310')가 채용될 수도 있다. 여기서, 교차 다이폴 방사 소자(310')는 베이스 플레이트(100) 상에 전체적으로 '+'자 형상을 이루도록 상호 교차되게 형성된 소자이다. 하지만, 본 발명이 상기 고주파 대역 다이폴 안테나의 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 있을 수 있음은 자명하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이에 대한 구성을 도시한 사시도이다
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는 앞서 설명된 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)를 복수 개 구비된 어레이 구조로 구성된 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)가 반사면을 제공하며 장방형의 몸체를 갖는 베이스 플레이트(100)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 복수 개로 배열된다. 이 때, 각 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)들은 상호 간의 간섭 특성을 향상시키기 위하여 상호 마름모 형태가 되도록 배열될 수 있다.
본 발명에서는 이중편파 특성을 그대로 보유함과 동시에 물리적 공간 활용도를 높이면서도 이중대역을 지원할 수 있도록 하기 위하여 상기 복수 개의 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200) 각각의 정방형의 내부 공간에 고주파 대역 다이폴 안테나(300)가 어레이 구조로 설치될 수 있다.
상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)는 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)의 정방형의 내부 공간에 배치되어 상기 베이스 플레이트(100)에 설치된다. 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공한다. 즉, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)와 고주파 대역 다이폴 안테나(300)가 서로 상이한 주파수 대역의 방사 기능을 제공하게 되므로 이중대역의 안테나를 구현할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이에 대한 구성을 도시한 사시도와 평면도이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는 앞서 설명된 본 발명에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)와 고주파 대역 다이폴 안테나(300)를 복수 개 구비된 어레이 구조에 보조 다이폴 안테나(400)를 부가하여 구성된 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 보조 다이폴 안테나(400)가 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)들 사이마다 배치되어 상기 베이스 플레이트(100)에 설치된다.
상기 보조 다이폴 안테나(400)는 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)와 마찬가지로 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공한다. 바람직하게, 상기 보조 다이폴 안테나(400)는 상기 고주파 대역 다이폴 안테나(300)와 실질적으로 구성이 동일한 다이폴 방사 소자 형태로 제공된다. 즉, 보조 다이폴 안테나(400)는 베이스 플레이트(100) 상에 전체적으로 사각 형상을 이루도록 상호 교차되게 형성된 사각 다이폴 방사 소자로 채용되거나, 베이스 플레이트(100) 상에 전체적으로 '+'자 형상을 이루도록 상호 교차되게 형성된 교차 다이폴 방사 소자로 채용될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상대적으로 낮은 주파수 대역을 지원하며 이격 거리 d1으로 배열된 다중대역용 이중편파 다이폴 안테나(200)들 사이에 상대적으로 높은 주파수 대역을 지원하며 소형 사이즈의 고주파 대역 다이폴 안테나(300) 및 보조 다이폴 안테나(400)들을 이격 거리 d2로 용이하게 배열할 수 있음에 따라 안테나의 이득을 향상시킬 수 있음은 물론이고, 안테나 소자 간의 거리가 벌어짐에 따라 발생될 수 있는 그레이팅 로브를 현저하게 줄일 수 있는 장점을 갖게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 베이스 플레이트
200 : 다중대역용 이중편파 다이폴 안테나
210 : 피씨비 기판 220 : 다이폴 방사 소자
231 : 급전 라인 232 : 접지 라인
240 : 기생소자 250 : 정합 선로
300 : 고주파 대역 다이폴 안테나 400 : 보조 다이폴 안테나

Claims (20)

  1. 반사면을 제공하는 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트에 설치되며, 통신 신호의 송수신 매체가 되는 다이폴 방사 소자와, 상기 다이폴 방사 소자와 평행하게 이격되어 배열되며 다이폴 방사 소자의 길이와 다른 길이를 가지는 금속성 재질의 기생소자가 패터닝되고, 상기 다이폴 방사 소자와 전기적으로 연결되는 급전 라인 및 접지 라인이 구비된 4개의 피씨비 기판을 포함하고,
    상기 4개의 피씨비 기판은 정방형의 내부 공간이 마련되도록 서로 일정 간격 이격된 정방형의 형태로 배치되어 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기생소자는 상기 다이폴 방사 소자의 길이보다 상대적으로 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기생소자와 상기 다이폴 방사 소자 간의 이격 거리는 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.5λ ~ 1.5λ를 만족하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피씨비 기판은 상기 급전 라인 측의 다이폴 방사 소자와 접지 라인 측의 다이폴 방사 소자를 가로지르는 정합 선로가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정합 선로는 상기 다이폴 방사 소자와 급전 라인 및 접지 라인이 형성된 피씨비 기판의 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정합 선로는 길이 조절이 가능한 스터브가 구비되고, 상기 스터브의 길이를 조절하여 임피던스 매칭을 조정하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다이폴 방사 소자의 높이는 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.2λ ~ 0.3λ를 만족하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다이폴 방사 소자의 높이는 다이폴 방사 소자의 길이 L을 기준으로 L/10 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다이폴 방사 소자는 상기 급전 라인 및 접지 라인과 만나는 지점에 일정 폭으로 금속성 재질이 제거된 슬릿이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬릿의 폭은 다이폴 방사 소자의 공진 주파수에 해당하는 파장(λ)의 0.3λ 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 피씨비 기판은 상기 급전 라인 및 접지 라인이 형성된 부위의 폭이 상기 다이폴 방사 소자가 형성된 부위의 폭보다 상대적으로 좁은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 피씨비 기판의 정방형의 내부 공간에 배치되어 상기 베이스 플레이트에 설치되고, 상기 피씨비 기판에 구비된 다이폴 방사 소자에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 고주파 대역 다이폴 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 대역 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트의 평면에 설치되는 사각 다이폴 방사 소자인 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 대역 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 교차 다이폴 방사 소자인 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나가 복수 개 구비된 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나는,
    반사면을 제공하며 장방형의 몸체를 갖는 베이스 플레이트의 길이방향을 따라 상호 이격되게 복수 개로 배열되는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나들 사이마다 배치되어 상기 베이스 플레이트에 설치되고, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 보조 다이폴 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 보조 다이폴 안테나는,
    상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나의 정방형의 내부 공간에 설치되고, 상기 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나에 비해 상대적으로 높은 주파수의 방사 기능을 제공하는 고주파 대역 다이폴 안테나와 동일한 방사 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 보조 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트의 평면에 설치되는 사각 다이폴 방사 소자인 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 보조 다이폴 안테나는 상기 베이스 플레이트에 수직 방향으로 설치되는 교차 다이폴 방사 소자인 것을 특징으로 하는 이중대역용 이중편파 다이폴 안테나 어레이.
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