KR101574495B1 - 광대역 기지국 안테나 방사체 - Google Patents

Abstract

광대역 기지국 안테나 방사체가 개시된다. 개시된 방사체는, 급전부; 및 상기 급전부로부터 급전 신호를 제공받는 다수의 방사 엘리먼트를 포함하되, 상기 다수의 방사 엘리먼트 각각은 상기 급전부로부터 ＋ 신호를 급전받는 제1 도전부 및 상기 급전부로부터 －신호를 급전받는 제2 도전부를 포함하며, 상기 제1 도전부의 종단에는 상기 제1 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제1 확장부가 결합되고, 상기 제2 도전부의 종단에는 상기 제2 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제2 확장부가 결합된다.

Description

광대역 기지국 안테나 방사체{Wideband Base Station Antenna Radiator}

본 발명은 단말들에 신호를 전송하고 단말들로부터 신호를 수신하여 처리하는 기지국 안테나의 방사체 관한 것이다.

기지국 안테나는 미리 설정된 영역에 존재하는 단말들과 통신을 수행하는 안테나로서, 빌딩, 산과 같은 고지대에 주로 설치되어 단말들과 신호의 송수신을 수행한다.

최근 이동 통신을 이용한 무선 통신 서비스를 통해 데이터의 제공이 본격화 됨에 따라 고 특성의 정보 전달에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 무선 통신의 수요 급증과 통신 서비스의 고속화로 인하여 광대역성이 요구되고 있다.

이러한 추세에 따라 고지대에 설치되어 단말들과 통신을 수행하는 기지국 안테나에도 광대역 특성이 요구되고 있다.

기지국 안테나들은 매칭 회로의 변환, 반사판의 구조 변경 등을 이용하여 보다 광대역 특성이 확보되도록 하였으나, 이러한 변경만으로는 최근 다양화되는 대역에 대해 광대역 특성을 확보하도록 하는 데에는 한계가 있었다.

본 발명의 일측면은 광대역 특성을 확보할 수 있는 기지국 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 급전부; 및 상기 급전부로부터 급전 신호를 제공받는 다수의 방사 엘리먼트를 포함하되, 상기 다수의 방사 엘리먼트 각각은 상기 급전부로부터 ＋ 신호를 급전받는 제1 도전부 및 상기 급전부로부터 －신호를 급전받는 제2 도전부를 포함하며, 상기 제1 도전부의 종단에는 상기 제1 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제1 확장부가 결합되고, 상기 제2 도전부의 종단에는 상기 제2 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제2 확장부가 결합되는 기지국 안테나 방사체가 제공된다.

상기 제1 확장부 및 상기 제2 확장부의 수직 폭은 상기 제1 도전부 및 상기 제2 도전부로부터 각각 멀어질수록 점차적으로 증가한다.

기 제1 확장부에는 그 폭이 점차적으로 감소하는 제1 축소부가 결합되고 상기 제2 확장부에는 그 폭이 점차적으로 감소하는 제2 축소부가 결합된다.

상기 제1 확장부와 제1 축소부 결합체 및 상기 제2 확장부와 상기 제2 축소부 결합체는 다이아몬드 형상을 가진다.

상기 제1 확장부와 상기 제1 축소부 결합체에는 제1 슬롯이 형성되고, 상기 제2 확장부와 상기 제2 축소부 결합체에는 제2 슬롯이 형성된다.

상기 기지국 안테나 방사체는, 상기 제1 축소부 및 상기 제2 축소부를 연결하는 연결부재를 더 포함한다.

상기 제1 축소부 및 상기 제2 축소부의 수직 폭은 변화되지 않는다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 급전부; 및 상기 급전부로부터 급전 신호를 제공받는 다수의 방사 엘리먼트를 포함하되, 상기 다수의 방사 엘리먼트 각각은 상기 급전부로부터 ＋ 신호를 급전받는 제1 도전부 및 상기 급전부로부터 －신호를 급전받는 제2 도전부를 포함하며, 상기 제1 도전부의 종단에는 상기 제1 도전부에서 멀어질수록 수직 폭이 점차적으로 증가하는 제1 확장부가 결합되고, 상기 제2 도전부의 종단에는 상기 제2 도전부에서멀어질수록 수직 폭이 점차적으로 증가하는 제2 확장부가 결합되는 기지국 안테나 방사체가 제공된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 단순한 구조로 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사체의 단면 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국 안테나에서 방사체의 수직 단면도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체 구조를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기지국 안테나 방사체의 사시도를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 방사체가 적용되는 기지국 배열 안테나 구조를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국 안테나의 방사체는 4개의 방사 엘리먼트(100, 102, 104, 106) 및 급전부(110)를 포함한다. 각 방사 엘리먼트(100, 102, 104, 106)는 동일한 형태를 가지고 있다.

각 방사 엘리먼트(100, 102, 104, 106)는 다이폴 방사체로 동작하며 미리 설정된 편파 방향의 신호를 방사한다. 각 방사 엘리먼트(100, 102, 104, 106)는 편파 신호는 합성되며, 도 1에 도시된 방사체는 편파의 벡터 합성에 의해 +45도 및 -45도의 편파를 가지는 신호를 방사하게 된다. 벡터 합성에 의해 +45도 및 -45도의 편파 신호를 방사하는 기술은 일반적인 기술이므로 벡터 합성 동작에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

각 방사 엘리먼트(100, 102, 104, 106)는 제1 도전부(130) 및 제2 도전부(132)를 포함한다. 제1 도전부(130)는 급전부(110)로부터 + 신호를 급전 받으며 소정 방향으로 연장되는 구조를 가진다. 제2 도전부(132)는 급전부(110)로부터 신호를 급전받으며 제1 도전부(132)와는 소정 거리 이격되어 제1 도전부(132)와 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가진다. 제1 도전부(130)와 제2 도전부(132)는 각각 ＋신호와 －신호를 급전받는 다이폴 방사체의 일부로 동작하게 되는 것이다.

제1 도전부(130)의 종단에는 제1 도전부(130)와 결합되는 제1 확장부(140)가 형성된다. 또한, 제2 도전부(132)의 종단에는 제2 도전부(132)와 결합되는 제2 확장부(142)가 형성된다.

제1 확장부(140)는 수평 폭이 점차적으로 증가하는 구조를 가지며, 제2 확장부(142) 역시 수평 폭이 점차적으로 증가하는 구조를 가진다. 제1 확장부(140)와 제2 확장부(142)는 대칭 구조를 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 확장부(140) 및 제2 확장부(142)는 수평 폭이 점차적으로 증가하는 삼각형 구조를 가질 수 있다. 물론, 제1 확장부(140) 및 제2 확장부(142)가 삼각형 형태에 한정되는 것은 아니며, 수평 폭이 점차적으로 증가하는 어떠한 구조를 가져도 무방하다.

제1 확장부(140) 및 제2 확장부(142)에는 슬롯(140a, 142a)이 형성된다. 슬롯(140a, 142a)은 방사 엘리먼트의 무게를 절감시키기 위해 형성된다.

＋신호 및 －신호를 각각 급전받는 각 도전부(130, 132)의 종단이 점차 그 수평 폭이 넓어지는 구조를 가지는 확장부(140, 142)와 후술하는 방사 엘리먼트 수직 단면 구조에 의해 일반적인 기지국 안테나에 비해 광대역 특성을 가지는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사체의 단면 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사 엘리먼트에서 확장부(140, 142)는 그 수직 폭 역시 점차 증가하는 구조를 가지고 있다. 즉, 방사 엘리먼트의 제1 확장부(140) 및 제2 확장부(142)는 도전부의 종단에서 멀어질수록 계속적으로 수직 폭이 증가하는 구조를 가지는 것이며, 각 확장부(140, 142)의 종단에서 가장 큰 수직 폭을 가지게 된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국 안테나의 방사체는 4개의 방사 엘리먼트(300, 302, 304, 306) 및 급전부(310)를 포함하고. 각 방사 엘리먼트(300, 302, 304, 306)는 동일한 형태를 가지고 있다.

도 3에 도시된 방사 엘리먼트(300, 302, 304, 306) 역시 다이폴 방사체로 동작하며 벡터 합성에 의해 +45도 및 -45도의 편파 신호를 방사한다.

각 방사 엘리먼트(300, 302, 304, 306)는 제1 도전부(330) 및 제2 도전부(332)를 포함한다. 제1 도전부(330)는 급전부(310)로부터 ＋ 신호를 급전 받으며 소정 방향으로 연장되는 구조를 가진다. 제2 도전부(332)는 급전부(310)로부터 신호를 급전받으며 제1 도전부(332)와는 소정 거리 이격되어 제1 도전부(132)와 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가진다. 제1 도전부(330)와 제2 도전부(332)는 각각 ＋ 신호와 －신호를 급전받는 다이폴 방사체의 일부로 동작하게 되는 것이다.

제1 도전부(330)의 종단에는 제1 확장부(340)가 결합되고, 제2 도전부(332)의 종단에는 제2 확장부(342)가 결합된다.

도 1에 도시된 제1 실시예와는 달리 제2 실시예에 방사체는 슬롯이 형성되지 않고 내부가 채워진 구조를 가지고 있다. 슬롯이 형성되지 않을 경우 안테나의 무게가 더 무거워지나 특정한 케이스에서 방사체의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

즉, 제1 실시예와 같이 슬롯을 형성할지 아니면 제2 실시예와 같이 슬롯을 형성하지 않을지 여부는 요구되는 무게와 방사 주파수에 상응하여 적절히 선택될 수 있는 것이다.

제2 실시예에 따른 안테나의 수직 단면은 제1 실시예에 따른 방사 엘리먼트의 수직 단면인 도 2와 동일하다. 제1 실시예와 제2 실시예에 따른 안테나는 확장부를 통해 수평 단면 및 수직 단면이 점차 증가하는 구조를 가지며, 이를 통해 보다 넓은 대역폭에서 동작하도록 하는 것이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국 안테나의 방사체는 4개의 방사 엘리먼트(400, 402, 404, 406) 및 급전부(410)를 포함하고. 각 방사 엘리먼트(400, 402, 404, 406)는 동일한 형태를 가지고 있다.

도 4에 도시된 방사 엘리먼트(400, 402, 404, 406) 역시 다이폴 방사체로 동작하며 벡터 합성에 의해 +45도 및 -45도의 편파 신호를 방사한다.

각 방사 엘리먼트(400, 402, 404, 406)는 제1 도전부(430) 및 제2 도전부(432)를 포함한다. 제1 도전부(430)는 급전부(410)로부터 + 신호를 급전 받으며 소정 방향으로 연장되는 구조를 가진다. 제2 도전부(432)는 급전부(410)로부터 신호를 급전받으며 제1 도전부(430)와는 소정 거리 이격되어 제1 도전부(430)와 동일한 방향으로 연장되는 구조를 가진다.

제1 도전부(430)의 종단에는 제1 확장부(440)가 형성되고, 제2 도전부(432)의 종단에는 제2 확장부(442)가 형성된다. 제1 확장부(440)는 제1 도전부(430)의 종단에서 멀어질수록 그 수평 폭이 증가하는 구조를 가지고, 또한, 제2 확장부(442)는 제2 도전부(432)의 종단에서 멀어질수록 그 수평 폭이 증가하는 구조를 가진다.

제1 확장부(440)에는 점차적으로 증가된 제1 확장부(440)의 수평 폭을 점차적으로 축소시키는 제1 축소부(460)가 결합된다. 제1 축소부(460)는 제1 확장부(440)와는 반대의 형상을 가지게 되며, 제1 확장부(440)와 제1 축소부(460)가 결합된 형태는 다이아몬드 형상일 수 있다.

제2 확장부(442)에는 점차적으로 증가된 제2 확장부(442)의 수평 폭을 점차적으로 축소시키는 제2 축소부(470)가 결합된다. 제2 축소부(470) 역시 제2 확장부(442)와 반대의 형상을 가지게 되며, 제2 확장부(442)와 제2 축소부(470)가 결합된 형태 역시 다이아몬드 형상일 수 있다.

방사체의 방사 주파수는 방사체의 길이에 의해 결정되며, 적절한 방사 주파수 확보를 위해 제1 확장부(440) 및 제2 확장부(442)의 길이가 계속 길어지게 되면 다른 방사 엘리먼트들과 충돌할 수 밖에 없거나 다른 방사 엘리먼트들과 매우 가까이 위치하게 된다. 어느 방사 엘리먼트가 다른 방사 엘리먼트와 가까이 위치할 경우 의도하지 않은 커플링에 의해 방사 특성이 왜곡될 수 있다. 따라서, 원하는 대역폭이 확보되면 다른 방사 엘리먼트들과 거리를 유지하면서 원하는 방사 주파수 확보를 위해 축소부(460, 470)를 형성한다.

확장부(440, 442)와 축소부(460, 470)의 사이즈는 원하는 방사 주파수 및 대역폭에 따라 결정될 수 있다. 한편, 제1 확장부(440)와 제1 축소부(460)부에는 제1 슬롯(440a)이 형성된다. 제1 슬롯(440a)의 형상은 제1 확장부(440)와 제1 축소부(460)가 결합된 형태인 다이아몬드 형상에 상응할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 확장부(442)와 제2 축소부(470)에도 제2 슬롯(442a)이 형성되며, 제2 슬롯(442a)의 형상은 제2 확장부(442)와 제2 축소부(462)가 결합된 형태인 다이아몬드 형상에 상응할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

확장부(440, 442) 및 축소부(460, 470)에 형성되는 슬롯은 방사 특성에 큰 영향을 주지 않으면서 기지국 안테나의 무게를 절감시키는 기능을 한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기지국 안테나에서 방사체의 수직 단면도를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 확장부(440, 442)는 도전부들(430, 432)로부터 거리가 멀어질수록 그 수직 폭 역시 증가되는 구조를 가진다. 다만, 수직 단면적은 미리 설정된 지점까지만 그 수직 단면적이 증가하며 미리 설정된 지점 이상에서는 수직 단면적을 균일하게 유지한다.

수직 단면적을 미리 설정된 지점까지 점차적으로 증가시키는 것 역시 광대역 확보를 위한 것이며, 단면적이 계속적으로 증가하는 지점은 요구되는 대역폭 및 사이즈에 기초하여 결정된다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체의 평면도를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체는 재3 실시예에 따른 안테나에 연결 부재(600)가 추가된 구조를 가지고 있다.

도 6에서, 연결 부재(600)의 일 단은 제1 축소부(460)의 종단과 결합되고 연결 부재(600)의 타 단은 제2 축소부(470)의 종단과 결합되어 제1 축소부(460) 및 제2 축소부(470)를 전기적으로 연결시킨다.

제1 축소부(460) 및 제2 축소부(470)는 제1 도전부(430) 및 제2 도전부(432)로부터 각각 확장되는 구성 요소로서, 연결 부재(600)는 결국 제1 도전부(430) 및 제2 도전부(432)를 전기적으로 연결시키는 기능을 하는 것이다.

연결 부재(600)는 임피던스 매칭을 위해 추가적으로 구비되는 구성 요소이며 임피던스 매칭에 문제가 발생하지 않을 경우 연결 부재(600)는 구비되지 않아도 무방하다.

제4 실시예에 따른 방사 엘리먼트의 수직 단면은 제3 실시예에 따른 방사 엘리먼트의 수직 단면과 동일한 구조를 가질 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기지국 안테나에 사용되는 방사체 구조를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 방사체는 제4 실시예에 따른 안테나에서 슬롯이 형성되지 않은 구조를 가지고 있다. 안테나의 무게가 중요하지 않을 경우 도 7에 도시된 제5 실시예와 같이 슬롯이 생략되더라도 광대역 특성을 확보하는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기지국 안테나 방사체의 사시도를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 방사체를 형성하는 4 개의 방사 엘리먼트(400, 402, 404, 406)는 각각 확장부(440,442) 및 축소부(460, 470)를 구비하고 있으며, 확장부(440, 442)의 수직 단면적이 점차적으로 증가하는 것을 사시도를 통해서도 확인할 수 있다.

한편, 축소부(460, 470)는 수평 단면적은 점차적으로 감소하나 수직 단면적은 유지되는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 방사체가 적용되는 기지국 배열 안테나 구조를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 방사체가 적용되는 기지국 배열 안테나는 반사판(900)상에 다수의 방사체(902, 904, 906, 908, 910)가 나열된 구조를 가지고 있다.

다수의 방사체(902, 904, 906, 908, 910)로는 각각 다른 위상의 신호가 급전되며, 급전되는 신호의 위상 조절을 통해 배열 안테나로부터 방사되는 신호의 빔 패턴의 조절이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 급전부; 및
   상기 급전부로부터 급전 신호를 제공받는 다수의 방사 엘리먼트를 포함하되,
   상기 다수의 방사 엘리먼트 각각은 상기 급전부로부터 ＋ 신호를 급전받는 제1 도전부 및 상기 급전부로부터 －신호를 급전받는 제2 도전부를 포함하며, 상기 제1 도전부의 종단에는 상기 제1 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제1 확장부가 결합되고, 상기 제2 도전부의 종단에는 상기 제2 도전부에서 멀어질수록 수평 폭이 점차적으로 증가하는 제2 확장부가 결합되며,
   상기 제1 확장부에는 그 폭이 점차적으로 감소하는 제1 축소부가 결합되고 상기 제2 확장부에는 그 폭이 점차적으로 감소하는 제2 축소부가 결합되며,
   상기 제1 축소부 및 상기 제2 축소부를 연결하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 방사체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 확장부 및 상기 제2 확장부의 수직 폭은 상기 제1 도전부 및 상기 제2 도전부로부터 각각 멀어질수록 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 방사체.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 확장부와 제1 축소부가 결합된 결합체 및 상기 제2 확장부와 상기 제2 축소부가 결합된 결합체는 다이아몬드 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 방사체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 확장부와 상기 제1 축소부가 결합된 결합체에는 제1 슬롯이 형성되고, 상기 제2 확장부와 상기 제2 축소부가 결합된 결합체에는 제2 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 방사체.
6. 삭제
7. 제2항에 있어서,
   상기 제1 축소부 및 상기 제2 축소부의 수직 폭은 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 방사체.
8. 삭제
9. 삭제

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