KR101523026B1

KR101523026B1 - 다중대역 옴니 안테나

Info

Publication number: KR101523026B1
Application number: KR1020150033950A
Authority: KR
Inventors: 김용재
Original assignee: 주식회사 선우커뮤니케이션
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-05-26
Anticipated expiration: 2035-03-11

Abstract

본 발명은 통신용 멀티밴드 옴니 안테나에 관한 것이다. 이 안테나는 방사 소자부와 반사판 및 상기 반사판을 관통하고 방사 소자부의 급전부에 연결되는 급전 컨넥터를 포함한다. 특히, 상기 상기 방사 소자부는 금속 절곡판의 중심을 이루는 급전부, 상기 급전부의 일측으로 연장된 패치로서 상향 절곡되어 형성되는 고주파 방사소자, 상기 급전부의 타측으로 연장된 패치로서 상향 절곡되어 상기 급전부 포함 'ㄷ'형으로 형성되며 상단 수평부가 상기 고주파 방사소자의 상측에 근접 위치하는 저주파 방사소자를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 극도로 소형화된 옴니 안테나를 설계할 수 있다.

Description

다중대역 옴니 안테나 {Multiband omni-antenna}

본 발명은 옴니 안테나에 관한 것으로, 특히 건물의 내부 또는 지하 시설 등에서 유익하게 사용될 수 있는 다중대역(Multiband) 옴니 안테나에 관한 것이다.

건물의 내부 또는 지하 시설의 천장이나 벽면 등에 설치할 수 있는 소형의 무선통신용 무지향성 안테나로서, 일반적으로는 역-에프 구조를 이용한 안테나 또는 모노폴 구조의 안테나가 주로 사용되어 왔다.

먼저, 역-에프 옴니 안테나는 다이폴 소자를 역-에프형으로 절곡하여 형성한 구조로서, 통상의 다이폴을 이용한 것에 비하여 안테나 규모를 줄일 수 있다는 이익이 있으나 이득, 평탄도 등 안테나 특성이 떨어지는 단점이 있다. 다음, 모노폴 옴니 안테나는 대칭 구조상 특성 면에서는 조금 유리할 수 있으나, 공진 주파수 대역이 작다는 단점이 있다. 물론 각 안테나에서 단점을 보강하기 위한 구조의 부가 또는 변형 등이 가능하겠지만 이 경우에는 설계 및 가공이 복잡해지는 문제, 안테나 규모가 커지는 문제, 생산비 상승의 문제 등이 발생한다.

이에 본 출원인은 비교적 간단한 구조로써 양호한 광대역 및 다중대역을 실현하는 안테나를 개발하였는데, 일 예로, 특허등록 제946623호에 개시된 옴니 안테나가 그것이다. 이 안테나의 소자부는 절연 세퍼레이터를 사이에 두고 상·하 이격 배치되는 2 개의 동축 슬리브를 포함하며, 이때 각 슬리브의 상·하단부가 서로 인접하게 배치되는 방법으로 조립된다.

이 구조는 2 개의 슬리브가 커플링(coupling)으로 연결되어 저주파수 대역에서 방사소자의 길이가 늘어난 효과를 얻는 것이다. 위의 예에 비하면 이 안테나가 복잡한 설계도 없이 비교적 간단한 구조로 양호한 광대역 및 다중대역을 실현하는 것은 사실이다. 그러나 필요적으로 세퍼레이터와 소구경 및 대구경 슬리브 등의 부품들을 개별적으로 구비하여야 하는 문제, 각 요소들을 정해진 규칙에 따라 조립하여야 하는 문제, 특히 상·하 슬리브를 일정부분 서로 중첩되도록 배치해야 하는 문제들이 수반되어 있기 때문에, 구조의 단순화 및 소형화 측면에서 실제로 특이한 효과가 있는 것은 아니다.

다른 예로는, 특허등록 제1021478호에 개시된 옴니 안테나가 있다. 도 1을 참조하면, 이 안테나(100)는 급전 접속부(120)를 중심으로 크로스 형태로 연장된 4 방향 패치(111,112,113,114)의 금속판을 이용하여 방사 소자부(110)를 형성한다. 구체적으로는, 같은 방향의 패치(111-112,113-114)가 상향 절곡되어 서로 대향하는 방법으로, 한 쌍의 패치(111-112,113-114)가 각각 저주파 방사소자(115) 및 고주파 방사소자(116)를 구성하며, 특히 상기 저주파 방사소자(115)는 그 패치(111-112)의 끝단이 브리지(117)로 연결되어 구성된다.

도시된 바와 같이, 상기 안테나(100)에 있어서 방사 소자부(110)는 급전 접속부(120)와 모노폴 타입의 저주파 방사소자(115) 및 고주파 방사소자(116)를 포함하되, 하나의 금속판을 이용하여 제작 및 조립됨에 따라 안테나(100) 구조가 어느정도 단순화될 수는 있을 것이다.

그러나 한편으로는, 한 쌍의 패치(111-112,113-114)가 서로 대향하는 방법으로 각각 저주파 방사소자(115) 및 고주파 방사소자(116)를 구성하고, 이때 저주파 방사소자(115)는 적어도 고주파 방사소자(116)에 비하여 각 패치(111-112)의 길이를 길게 하여야 하며, 특히 안테나의 이득 기타 전기적 특성의 손실을 줄이기 위하여 상기 저주파 방사소자(115)는 각 패치(111-112)의 끝단이 브리지(117)로 연결되는 등의 구조를 취함에 따라, 안테나(100)의 구조적 단순화 및 소형화 측면에서 그 효과가 결코 뛰어나다고 할 수는 없다.

본 발명은 이상에 설명한 종래 옴니 안테나의 문제점들을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 종래의 옴니 안테나와 비교하여 동일 또는 그 이상 수준의 전기적 특성을 유지하되 크기를 극단적으로 소형화 할 수 있는 개선된 멀티밴드 옴니 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 옴니 안테나는:

금속 절곡판으로 성형되는 방사 소자부와, 상기 방사 소자부의 하부에 이격 배치되는 반사판과, 상기 반사판을 관통하고 상기 방사 소자부의 급전부에 연결되어 상기 방사소자부에 전력을 공급하는 급전 컨넥터를 포함하는 옴니 안테나에 있어서,

상기 방사 소자부는:

금속 절곡판의 중심을 이루는 급전부;

상기 급전부의 적어도 일측으로 연장된 패치로서, 상향 절곡되어 형성되는 고주파 방사소자;

상기 급전부의 고주파 방사소자의 패치와 중복되지 않는 타측으로 연장된 패치로서, 상향 절곡되어 상기 급전부 포함 'ㄷ'형으로 형성되며, 상단 수평부가 상기 고주파 방사소자의 상측에 근접 위치하는 저주파 방사소자;

를 포함하여 이루어진다.

바람직하게,

상기 고주파 방사소자는 상기 급전부의 대향된 양측으로 연장된 한 쌍의 패치로서, 각 패치가 상향 절곡 및 대향하여 상기 급전부 포함 'U'형으로 형성되며;

상기 저주파 방사소자는 상기 급전부로부터 고주파 방사소자의 양 패치 사이로 연장된 패치로서, 상기 수평부가 고주파 방사소자의 개방된 상측에 근접 위치하도록 형성된다.

상기 고주파 방사소자 또는 저주파 방사소자는 대역폭을 넓게 하기 위하여 형성된 홀(hole) 또는 슬롯(slot)을 갖을 수 있다. 또한 바람직하게, 상기 방사 소자부 특히 저주파 방사소자 또는 상기 급전 컨넥터의 급전선에는 상기 반사판에 대한 그라운드 접지를 위한 쇼트-핀이 연결된다.

본 발명에 따른 옴니 안테나에 있어서, 상기 방사 소자부는 급전부와 고주파 방사소자, 저주파 방사소자가 하나의 절곡 금속판을 이용하여 일체로 형성된 것으로 간단하게 제작 및 체결될 수 있다. 특히, 방사 소자부는 각각 'U'형 및 'ㄷ'형인 방사소자의 절묘한 조합을 통하여 설계됨에 따라, 방사 소자부 및 안테나 전체의 크기를 극단적으로 소형화할 수 있는 효과가 있다.

한편 상기 방사 소자부의 구조에서, 상기 고주파 방사소자는 저주파 방사소자에 대한 C-커플 소자로 이용된다. 또한 바람직한 예에서, 상기 급전 컨넥터의 급전선에는 상기 반사판에 대한 그라운드 접지를 위한 쇼트-핀이 연결된다. 이에 따라 고주파수 대역은 물론, 저주파수 대역에서도 특성이 우수한 옴니 안테나를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 옴니 안테나의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 사시도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 도 2의 B-B선 단면도.
도 5는 도 2의 방사 소자부 전개도.
도 6은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 정재파비 그래프
도 7은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 저주파수 대역에서의 패턴도.
도 8은 본 발명에 따른 옴니 안테나의 고주파수 대역에서의 패턴도.
도 9는 본 발명에 따른 옴니 안테나의 다른 고주파수 대역에서의 패턴도.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 멀티밴드 옴니 안테나(이하, "옴니 안테나")의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 옴니 안테나가 부호 10으로 표시되어 있다. 본 발명의 옴니 안테나(10)는 방사 소자부(11)와 그라운드 반사판(12) 및 급전 컨넥터(13)를 포함하여 이루어진다. 여기 도시하지는 않았으나, 상기 옴니 안테나(10)는 반사판(12)에 체결되어 방사 소자부(11)를 커버하고 보호할 수 있는 형태의 레이돔이 장착될 것이다.

상기 방사 소자부(11)는 금속 절곡판으로 성형되는 것으로서, 급전부(14)와 고주파 방사소자(15) 및 저주파 방사소자(16)를 일체로 포함하여 이루어진다. 여기에서 상기 급전부(14)는 방사 소자부(11) 금속 절곡판의 중심을 제공한다.

또한, 상기 고주파 방사소자(15)는 상기 급전부(14)의 적어도 일측으로 연장된 패치(15a,15b)로서, 상향 절곡되어 형성되는 것으로, 급전부(14)로부터 대략 수직 방향으로 구성된다. 그리고 상기 저주파 방사소자(16)는 상기 급전부(14)의 고주파 방사소자(15)의 패치(15a,15b)와 중복되지 않는 타측으로 연장된 패치(16a)로서, 상향 절곡되어 상기 급전부 포함 'ㄷ'형으로 형성되며, 그 상단 수평부가 상기 고주파 방사소자(15)의 상측에 근접 위치하는 것이다.

더욱 구체적으로, 본 실시예의 상기 고주파 방사소자(15)는 상기 급전부(14)의 대향된 양측으로 연장된 한 쌍의 패치(15a-15b)로서 각각 상향 절곡 및 대향하여 상기 급전부(14)를 포함하여 'U'형으로 형성되는 방사소자이다. 그리고, 상기 저주파 방사소자(16)는 급전부(14)로부터 고주파 방사소자의 양 패치(15a,15b) 사이로 길게 연장된 패치로서, 상향 절곡되어 상기 급전부(14)를 포함하여 'ㄷ'형으로 형성된다.

이러한 설계에 의하여, 상기 저주파 방사소자(16)는 그 상단 수평부가 상기 고주파 방사소자(15)의 개방된 상측에 근접 위치하게 되는 것이다. 원하는 안테나 특성 및 소형화 특성을 얻기 위하여, 고주파 방사소자(15)는 대향하는 한 쌍의 패치(15a-15b)로 구비되는 한편, 저주파 방사소자(16)는 그 대향하는 패치(15a-15b) 사이로 길게 연장되고 'ㄷ'형으로 굽어 형성된 것이다.

도 5를 참조하면 상기 절곡판은 얇은 금속 플레이트로서, 중심부의 사각 급전부(14)와 상기 급전부(14)를 중심으로 3 방향으로 연장된 패치(15a,15b,16a)를 일체로 포함하며, 전체적으로는 'T' 형으로 재단되어 있다.

상기 급전부(14)의 중심에는 절곡판을 고정시키기 위한 장착홀(17)이 형성되어 있으며, 반사판(12)을 관통하여 설치되는 급전 컨넥터(13)가 상기 장착홀(17)에 끼워져 연결된다. 이 상태에서 각 패치(15a,15b,16a)가 상향 절곡되는데, 이때 대칭된 짧은 길이의 패치(15a,15b)가 대향하여 고주파 방사소자(15)를 형성하게 되며, 상대적으로 긴 길이로 상기 패치(15a,15b)에 대하여 직각인 방향으로 설계되는 패치(16a)가 저주파 방사소자(16)를 형성하게 되는 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 저주파 방사(16)의 패치(16a)는 상측에서 한 번 더 절곡되어 상기 급전부(14) 포함 'ㄷ'형으로 형성되며, 그 상단 수평부가 고주파 방사소자(15)의 개방된 "U"형의 상측에 근접할 수 있다. 이 설계는, 상기 고주파 방사소자(15)로 하여금 저주파 방사소자(16)에 대한 C-커플 소자로 이용되도록 함에 따라, 저주파 방사소자(16)의 전장이 충분히 확보되도록 한다.

같은 목적으로, 상기 급전부(14)를 중심으로 상기 저주파 방사소자(16) 패치(16a)에 대향하는 일측에는 엣지면(edge, 16b)이 돌출되어 형성(도 5 참조)되는데, 상기 엣지면(16b)은 고주파의 송수신에 간섭되지 않도록 급전부(14)로부터 하향 절곡된다.

바람직하게, 상기 방사 소자부(11)는 각 주파수 대역폭의 확장 및 특성 조정을 위한 구성을 갖는다. 예컨대, 각 상기 각 방사소자(15,16)는 각 주파수 대역폭을 확장시키기 위하여 형성된 홀(18) 또는 슬롯(19)을 갖는다. 또한, 각 방사패치(15,16)는 최적 주파수 조건을 따라 조정하기 위한 하나 이상의 절곡선(20)을 갖는다. 이때 상기 절곡선(20)의 형태 및 개수에는 제한을 두지 않으며, 이에 각 방사패치(15,16)를 부분적으로 절곡하여 각도 및 형태를 변환하면서 최적의 상태를 찾아 조정할 수 있다.

상기 반사판(12)은 원형 또는 각형의 플레이트로 된 통상의 그라운드 반사판으로, 상기 방사 소자부(11)의 하부에 이격적 및 평면적으로 배치되어 방사 소자부(11)로부터 복사된 RF 신호를 반사한다. 상기 급전 컨넥터(13)는 급전 심선을 포함하는 통상의 안테나용 컨넥터이다. 한편, 상기 방사 소자부(11)와 반사판(12)은, 반사판(12)을 관통하는 급전 컨넥터(13) 구조에 의하여 이격적으로 결합된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 급전 컨넥터(13)는 상기 반사판(12)의 중심을 관통하여 설치되고 컨넥터(13)의 심선 즉 급전선의 끝단이 방사 소자부(11)의 급전부(14) 장착홀(17)에 끼워져 고정됨으로써, 방사 소자부(11)와 반사판(12) 및 급전 컨넥터(13)가 유기적으로 서로 결합되어, 본 발명의 옴니 안테나(10)가 완성되는 것이다. 이 구조에서, 고주파 방사패치(15) 및 저주파 방사패치(16)를 구성하는 각 패치(15a,15b,16)는 급전방식에 있어서, 상기 반사판(12)을 관통하는 급전 컨넥터(13) 및 이와 접촉하는 중앙 급전부(14)를 통하여 직접 급전된다. 따라서 안정적이고 우수한 전력 공급이 이루어질 수 있다.

본 발명의 옴니 안테나(10)는, 도 1에 개시된 본 출원인의 종래 안테나(1)에 비교하여, '더욱 소형화된 규모'에서 그리고 안테나의 '특성 손실없이' 고주파수 대역 및 저주파수 대역의 방사를 동시에 가능하게 하고자 하는 것이다. 이를 위하여 저주파 방사소자(16)의 형태를 'ㄷ'형으로 구체화하는 동시에, 고주파 방사소자(15)를 저주파 방사소자(16)에 대한 C-커플 소자로 설계한 것이다.

다만, 방사 소자부(11) 및 안테나(10)가 극도로 소형화되는 경우에는 저주파수 대역에서 필요한 정도의 특성이 나타나지 않을 수 있다. 이에 본 실시예에서는, 상기 반사판(12)에 대한 그라운드 접지를 위한 쇼트-핀(21)이 상기 급전 컨넥터(13)의 급전선에 연결되어 하나의 전송라인을 형성한다. 다른 실시예에서, 상기 쇼트-핀(21)은 방사 소자부(11) 특히, 저주파 방사소자(16)에 연결될 수도 있을 것이다.

같은 의미에서, 본 발명의 상기 옴니 안테나(10)는 실제로 천장이 도체로 구성된 곳에 설치되어 넓은 천장을 그라운드면으로 활용할 수 있는 경우에 최적으로 활용될 수 있다. 다만, 본 발명이 옴니 안테나(10)의 설치 장소에 한전되는 것은 아니다. 즉 도체가 아닌 석고보드에 컨넥터(13)가 삽입되어 설치될 수 있는데, 그 경우 예컨대 그라운드가 부족하다면, 보드 내부에서, 상기 컨넥터(13) 측에 연결되는 별도의 그라운드 판(미도시)을 추가하여 사용할 수도 있다.

이상의 본 발명의 옴니 안테나(10)에 따르면, 도 1에 개시된 종래의 옴니 안테나에 비하여, 크기 면에서 훨씬 소형화된 안테나 제작이 가능하며 그러면서도 특성 면에서 동일 또는 그 이상의 광대역 및 다중대역 옴니 안테나 구현이 가능한데, 실제 제작시의 특성 비교 예가 아래 표에 나타나 있다.

항 목		종래 안테나	본 발명 안테나
규격		ø180 ×110mm	ø124 ×52mm
주파수 범위(MHz)		814~960/1710~2690	814~960/1710~2690
편파		수직	수직
이득(dBi)		2 이상	3 이상
정재파비	LB	1.8 이하	1.8 이하
정재파비	HB	1.7 이하	1.7 이하

개별적으로, 본 발명의 옴니 안테나(10)는 저주파수 대역(대역폭 15.25%)에서 Cellular: 824~894MHz, GSM: 880~960MHz, 고주파 대역(대역폭 44.89%)에서 PCS:1710~1870MHz, IMT-2000(WCDMA): 1885~2170MHz, Wibro: 2300~2390MHz, ISM: 2400~2500MHz, SDMB: 2630~2655MHz, Wimax: 2500~2700MHz 등에서 유효하게 사용 가능한 안테나로서, 도 6 내지 도 9에서 참조되는 바와 같이 각 대역에서 양호한 패턴 및 이득 특성을 나타내었다.

이와 같이 다중대역 및 광대역에서 우수한 정도의 전기적 특성을 보이고 있음을 알 수 있는 바, 결국 본 발명의 옴니 안테나(10)는 그 특성에 있어서 종래의 안테나에 비하여 부족함이 없으며, 특별하게는 극단적으로 소형화 및 단순화된 구조를 가짐으로써 조립공정 및 원가구조를 개선하는 월등한 효과가 있다고 할 것이다.

10. 옴니 안테나
11. 방사 소자부
12. 반사판
13. 급전 컨넥터
14. 급전부
15. 고주파 방사소자
15a,15b. 패치
16. 저주파 방사소자
16a. 패치
16b. 엣지면
17. 장착홀
18. 홀
19. 슬롯
20. 절곡선
21. 쇼트-핀

Claims

금속 절곡판으로 성형되는 방사 소자부(11)와, 상기 방사 소자부(11)의 하부에 이격 배치되는 반사판(12)과, 상기 반사판(12)을 관통하고 상기 방사 소자부(11)의 급전부(12)에 연결되어 방사 소자부(11)에 전력을 공급하는 급전 컨넥터(13)를 포함하는 옴니 안테나에 있어서,
상기 방사 소자부(11)는:
금속 절곡판의 중심을 이루는 급전부(14);
상기 급전부(14)의 적어도 일측으로 연장된 패치(15a,15b)로서, 상향 절곡되어 형성되는 고주파 방사소자(15);
상기 급전부(14)의 고주파 방사소자(15)의 패치(15a,15b)와 중복되지 않는 타측으로 연장된 패치(16a)로서, 상향 절곡되어 상기 급전부(14) 포함 'ㄷ'형으로 형성되며, 상단 수평부가 상기 고주파 방사소자(15)의 상측에 근접 위치하는 저주파 방사소자(16);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항에 있어서,
상기 고주파 방사소자(15)는 상기 급전부(14)의 대향된 양측으로 연장된 한 쌍의 패치(15a-15b)로서, 각 패치(15a-15b)가 상향 절곡 및 대향하여 상기 급전부(14) 포함 'U'형으로 형성되며;
상기 저주파 방사소자(16)는 급전부(14)로부터 고주파 방사소자(15)의 양 패치(15a,15b) 사이로 연장된 패치(16a)로서, 상기 수평부가 고주파 방사소자(15)의 개방된 상측에 근접 위치하도록 형성되는 것;
을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 급전부(14)를 중심으로 저주파 방사소자(16)에 대향하는 일측에는 엣지면(16b)이 돌출 형성되며, 상기 엣지면(16b)은 급전부(14)로부터 하향 절곡된 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사판(12)에 대한 그라운드 접지를 위한 쇼트-핀(21)이 급전 컨넥터(13)의 급전선에 연결되는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사판(12)에 대한 그라운드 접지를 위한 쇼트-핀(21)이 방사 소자부(11) 또는 저주파 방사소자(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고주파 방사소자 또는 저주파 방사소자는 대역폭을 넓게 하기 위하여 형성된 홀 또는 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 옴니 안테나는 설치되는 도체 천장을 그라운드로 활용하거나, 설치되는 비도체 천장에서 상기 컨넥터(13) 측에 연결되는 별도의 그라운드 판을 추가하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.