KR20010043005A

KR20010043005A - 다중-대역-안테나

Info

Publication number: KR20010043005A
Application number: KR1020007011852A
Authority: KR
Inventors: 토마스 하운버거
Original assignee: 구스벤트너 죠셉; 카트라인-베르케 카게
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: CN1147031C; EP1078424A1; DE50002424D1; WO2000057514A1; CA2332630C; US6323820B1; CA2332630A1; AU760267B2; DE19912465C2; AU3962200A; KR100454142B1; CN1296651A; DE19912465A1; ATE242553T1; NZ507669A; EP1078424B1; DK1078424T3; BR0005455A; HK1035607A1

Abstract

본 발명은 송수신을 위한 개선된 다중대역안테나에 관한 것으로 본 기술에서 필요한 결합회로가 간소화되어 있다. 본 발명에 의하면 여하한 별도의 대역필터 (band-pass filter)가 필요치 않다. 대신에 대역필터는 안테나 그 자체의 구성에 의하여 제공된다. 상기 다중대역(多重帶域)안테나는 또한 주파수-요소(11′, 11″)가 각각 당해 안테나장치(7′,7″)로 통합되며 각각 이에 대응하는 다이폴안테나 (dipole antenna)장치(7′,7″)에 대한 상기 주파수-선택 요소는 대응 안테나장치 (7,7″)의 분기점(5)과 공급점사이의 해당 균형요소(25, 31)의 활성전기장과 지선 (5, 5″)의 전기장의 적당한 구성에 의하여 이루어진다.

Description

다중-대역-안테나 {MULTIBAND ANTENNA}

도 1:선행기술에 의한 2-대역-안테나의 설명을 위한 블록약도

도 2:발명에 의한 2-대역-안테나의 설명을 위한 도1에 반대측인 블록약도

도 3:발명에 의한 2-대역-안테나의 기능설명을 위한 원리회로도

도 4:발명에 의한 2-대역-안테나의 한가지 실시예의 단면약도

도 5:단락의 급전(給電) 및 배열을 상세히 설명하기 위한 도 4에 도시되어 있는 2-안테나-장치의 발췌 측면약도;

도 6:도 5의 단면 VI-VI의 발췌 평면도.

본 발명은 청구 제1항의 상위개념에 따르는 다중-대역-안테나에 관한 것이다.

이동무선통신대역은 대부분 GSM 900-망 즉 900 MHz-대역에 걸쳐서 전개된다. 그 외에 또한 GSM 1800-표준도 구성되어 있는 데 이 경우 1800 MHz-대역에서 신호가 송수신 된다.

이러한 다중-대역-베이스스테이션(base station)에 대하여 따라서 다중-대역-안테나장치가 다양한 주파수대역의 송수신을 위하여 필요하며 이는 일반적으로 다이폴구조 즉 900MHz-대역의 송수신을 위한 다이폴안테나장치와 1800MHz-대역폭의 송수신을 위한 추가 다이폴안테나장치를 가지고 있다.선행기술에 의하여 공지되어 있는 안테나장치가 도 1에 약도로 도시되어 있다.

이러한 공지의 안테나장치는 다양한 주파수대역에서 전달하는 신호의 대응 감결합(減結合)이 가능하도록 하기 위하여 안테나측에 따라서 결합-회로(3)가 배열되어 있는 총체적인 안테나를 포함한다.

이러한 결합- 또는 분기회로(3)는 한번 제1 안테나장치 (7′)와 제2안테나장치(7″)에 이르는 2개의 분기선 (5′및 5″)이 배열되어 있어서 이에 의하여 제1 및 제2 대역폭의 무선교신을 전개한다.

분기회로(3)는 이에 대하여 예컨대 각각의 다른 안테나장치의 대역폭에 대하여 양 분기선 (5′및 5″)을 차단하는 대역필터의 유형에 따르는 통합된 주파수선택요소를 구비하고 있다.

본 발명의 과제는 설명한 선행기술에 의하여 이에 반하여 간단하고 경제적으로 구성된 2개-영역-안테나를 고안하는 데 있다.

본 과제는 발명에 따라서 제1항에서 주어진 특징들에 따라서 해결된다. 본 발명의 유리한 상태는 종속 청구항들에 주어져 있다. 종래의 결합- 또는 분기회로상에서 생략할 수 있는 것은 단연 경이롭고 의외라고 해야 한다. 또한 발명에 의하여 필요한 주파수선택 요소들은 즉 선행기술과 달리 별도의 결합-회로에서 통합된 요소에 의하여 실행되는 것이 아니고 발명에 따라서 안테나장치내 자체로 직접 통합되어야 한다.

당해 요소와 안테나장치와의 통합은 회로평형의 이에 대한 시행만으로 행해지며 당해 안테나장치의 분기개소에서 출발하는 효과적인 전기도선거리는 선행기술처럼 이와 별도로 분리된 요소를 요하지 않고 실시된다.

평형사이에 이루어지고 있는 단락장치(短絡裝置)에 의하여 평형의 적응을 전화하는 것이 특히 유리한 것으로 판명되었다. 이러한 단락장치의 크기와 배열에 의하여 평형의 유효전기장은 각기 당해 안테나장치에서 통합되어 있는 주파수선택요소(예컨대 대역필터)가 각각 다른 주파수대역에 대한 제2안테나장치의 주파수를 위하여 차단 즉 무부하(無負荷) 작동이 되도록 적응이 가능하다.

본 발명은 다음의 한가지 실시 예에 의하여 보다 상세히 설명한다. 동시에 도면의 내용은 다음과 같다:

이것이 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 도 2에 의하여 선행기술에 따라 공지되어 있는 2-대역-안테나에 대하여 고유의 분기회로대신에 발명에 따라서 분기- 또는 합점만이 (이하 또한 중성점(中性占)이라 칭한다) 구비되어 있어서 이에 안테나입력선( 1′)이 전기적으로 양 분기선 (5′및 5″)으로 분기되도록 도시되어 있다.

이러한 양 분기선 (5′및 5″)은 양 안테나장치 (7′및 7″)에 도달하며 이들은 도시된 실시 예에 2개의 lambda /2-다이폴 형의 다이폴구조를 가진 안테나 (9′ 및 9″)를 포함하고 있다(도 4).

이러한 안테나배열 (9′및 9″)에서는 말하자면 각각 이에 속한 주파수선택 요소 (11′, 11″)가 통합되어 있어서 이는 다이폴안테나 (9′)와 (9″) 및 분기점 (5)과 이에 속한 다이폴안테나의 급전개소사이에 속한 전선길이의 평형으로부터 기능에 의하여 결정된다.

도 3에 따르는 원리도에 나타난 바와 같이 이러한 2-대역-안테나에 대한 급전은 공동안테나입력(1) 즉 공동안테나입력선(1′)을 경유하여 이루어지며 주파수신호는 GSM 900- 또는 GSM 1800-주파수대역의 전달을 위하여 유도된다. 급전은 특히 동축선을 경유하여 이루어지며 도 3에서 동축선 즉 내선-과 외선은 회로원리를 설명하기 위하여 2회로 표시되어 있다.

GSM 900- 또는 GSM 1800-안테나에 대한 대응 안테나저항 (10′또는 10″)에 있어서 이제 필요한 주파수선택요소들은 예컨대 각기 다른 안테나의 주파수를 위하여 차단 즉 무부하 작동이 되는 각각 2개의 공진회로 (13, 13″)가 형성되도록 대역필터의 형태로 적응되어 최적화 될 수 있다. 그밖에도 이미 언급한 바와 같이 분배점 또는 중성점(5)과 설명한 주파수선택 요소 또는 대역필터가 다음에 추가로 논한 공식에 따라서 각각의 다른 안테나의 주파수대역에 대한 그의 각각의 블록기능(block function)을 최적으로 충족할 수 있도록 다음에 주어진 공식에 따라서 합의 다음에 더 설명한 단락에 이르기까지 급전개소 (12′는 12a″)의 다음 길이를 포함하는 이에 속하는 안테나장치(7′,7″)의 각 급전개소사이의 각 분기선 (5′) 또는 (5″)의 전기거리(電氣距離)를 택할 수 있다.

다음에는 구체적인 실시 예에 대한 추가인 다음 페지의 도 4에 관한 것이다.

도 4에는 수직단면에서 2 대역-안테나를 약도로 도시하고 있는 데 안테나배열의 구성을 위한 베이스판(base plate)으로도 사용되는 안테나(19)로서 하나로 구성되어 있으며 2-대역-안테나는 전자방사를 위하여 분리 가능한 투과하우징(21)을 구비하고 있다. 하우징(21)내에는 제1안테나장치(7′) 즉 GSM 1800-표준에 따른 작동을 위한 제1안테나(7′)가 또한 다이폴(23)형태로 구비되어 있다. 양 1/2다이폴 (23a 및 23b)은 이에 속한 마운팅(mounting)(24)의 상단에 위치하고 있으며 도시되어 있는 실시예에 양 1/2마운팅(24a, 24b)은 일체형으로 구성되어 있으며 이에 상당하는 굽힘과 모서리에 의하여 형성되고 더욱이 예컨대 하부로부터 안테나판(19)에 돌려 끼워진 나사(28)에 의하여 지지 고정될 수 있는 하부의 양 1/2마운팅 (24a, 24b)에서 공동으로 지나는 푸트(foot)- 또는 고정부(27)의 구성으로 되어 있다(도 5). 양 1/2다이폴 (23a 및 23b)은 2개의 1/2대칭(25a 및 25b)에 의하여 수용 또는 지지되며 더 설명할 단락(41)의 상부에 있는 부위와 다이폴(23)의 대칭을 형성한다. 제2 안테나장치(7″)의 마운팅(30)에 대해서도 이에 따라서 적용된다. 여기에서도 1/2대칭(31a 및 31b)은 단락(41")위에 위치한 1/2마운팅(30a 및 30b) 부위가 형성된다.

높이와 다이폴길이는 전달할 주파수대역과 방사전자계패턴상에서 이 실시예는 1800 MHz-대역에서 조정된다.

이밖에도 제2안테나장치(7″)가 자리잡고 있으며 이 안테나 또한 다이폴안테나(29)로서 평형회로(31)의 상단에서 2개의 1/2평형회로(31a 및 31b)에 의하여 지지되어 있는 2개의 1/2다이폴(29a 및 29b)로 구성되어 있다. 근본적으로 안테나 (19)에서의 이 구조와 고정은 제1의 설명된 다이폴안테나(23)의 경우에서와 같이 구성이 가능하다. 1/2다이폴과 평형회로의 길이와 1/2마운팅높이는 이 안테나에 있어서 900MHz-대역폭의 전달을 위해서는 이에 상당한 방사전자계패턴에 의하여 조정됨으로 다이폴의 길이는 제1안테나장치(7)의 경우보다 2배 크다.

각각 평형회로의 상단에서 안테나장치의 경우 필요시 비전도체 고정요소(35)를 구비할 수 있으며 이는 양 1/2평형회로가 상대적으로 서로 고정되어 있어서 안테나장치의 개선에만 사용된다 (도 5).

도 4에서 상세히 설명하지 않은 동축단자(1)로부터 우선 공동 동축케블(1′)이 나와 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 분배- 또는 중성점(5)에 이른다.

이러한 중성점(5)으로부터 그 다음 양 분기선(5′, 5″)이 양 안테나(7′, 7″)로 갈라지며 양 분기선(5′, 5″)의 각각은 도시되어 있는 실시 예에서 대체로 평행하며 안테나(7′)에서는 양 1/2평형회로(25b) 또는 안테나(7″)에서는 양 1/2평형회로(31b)중의 어느 하나와 인접이 되어 지난다. 도면에서도 볼 수 있듯이 이러한 다이폴안테나에 있어서 급전은 보통 (특히 도 5의 약도에 나타난 바와 같이) 동축 분기선 (5′또는 5″)의 외선 (5′또는 5″)이 각각 1/2다이폴 예컨대 1/2다이폴(23b)의 높이로 급전개소(12'a)에 전기전도로 접속이 되어 있으며 이에 속한 1/2다이폴(23b)위로 뻗어 나온 내선(5'b)(또는 안테나장치 7"의 경우는 5"b)을 거쳐서 연결브리지(bridge)(39')(또는 39")에 의하여 내측으로 각각 제2의 1/2다이폴 (23a 또는 23b)과 전기전도적으로 연결이 되도록 되어 있다. 이로서 소기의 공지된 평형회로의 급전(12'또는 12")이 이루어진다.

끝으로 또한 제1안테나(7')의 양 1/2평형회로 (25a 및 25b) 또는 제2안테나 (7")의 양 1/2평형회로(31a 및 31b)사이에 각각 언급한 단락(41' 또는 41")이 그의 길이와 배열에 대하여 그 위에 각각 통합 형성된 주파수선택가능요소 (11' 또는 11") 예컨대 대역필터의 유형에 따라서 양 안테나 즉 양 주파수 선택 요소가 각각 반대측으로 차단 조정되도록 선정하게 되어 있다. 이에 따라서 이렇게 구성되어 있는 주파수선택요소를 거쳐서 각각 각기 다른 안테나에 의하여 방사되거나 수신된 주파수대역을 경유하여 블로킹효과(感度抑壓效果)가 이루어짐으로 이에 따라 각기 다른 주파수대역에 관하여 각기 다른 주파수선택가능요소(대역필터)는 무부하 작동이 된다. 언급한 단락(41' 또는 41")에 의하여 평형회로의 유효길이는 각각 이에 속한 단락단자(41' 또는 41")로부터 다이폴안테나(23 또는 29)의 높이에 이르기까지의 거리로 제한을 받는다. 환언하면 안테나는 이러한 단락(즉 단락의 상부측의)높이 자체에 설치 할 수 있을 것이다.

안테나- 또는 분기선(5')의 전기거리(電氣距離) 더하기 급전개소(12' 또는 12'a)로부터 단락 (41')에 이르는 평형회로의 전기거리(여기에서는 평형회로의 길이에 상당하다) 또는 안테나 또는 분기선(5")에 대응하는 전기거리 더하기 급전개소(12" 또는 12"a)로부터 단락(41")에 이르는 평형회로의 길이가 그의 합이 각각 다음의 공식을 만족하도록 일정한 길이로 되어 있다:

제1안테나장치(7',9')에 대한 전기거리:

L1(GSM 1800) =₂/4+ｎㆍ(₂/2)

또는 제2안테나장치(7", 9")에 대한 전기거리:

L2(GSM 900) =₁/4+ｎㆍ(₁/2)

여기에서 {lambda}_{2} 는 GSM 900-표준(본 실시예에서)에 상당한 제2주파수대역에 대한 파장이며 {lambda}_{1} 은 GSM 1800-표준(언급한 실시 예에)에 상당한 이동무선통신대역에 대한 파장에 해당되며 n은 동시에 값 0,1,2,3...으로 가정할 수 있으며 즉 n은 0을 포함하는 자연정수라고 할 수 있다. 환언하면 이에 따라서 GSM 1800-표준에 대한 제1안테나장치 (7', 9')의 전기의 전 거리는 제2안테나장치를 거쳐서 전달하는 주파수대역에 좌우되고 제2안테나장치의 전기의 전 거리는 제1안테나장치를 거쳐서 전달하는 주파수대역에 좌우된다.

설명한 실시 예에 따라서 즉 부수되는 분기선(5', 5")의 전기거리의 당해 치수와 즉 1/2다이폴의 일정한 거리에서 양 부수 1/2 평형회로(23a, 23b) 또는 (29a, 29b)사이의 적당한 높이에서 각각 이에 부수되는 단락(41', 41")의 대응하는 배열에 의하여 통합적 대역필터가 별도의 추가 대역필터장치가 필요 없이 창안된다는 사실이다.

위에 설명된 바와 같이 분기점(5)으로부터 상부 급전개소를 거쳐서 각각의 1/2다이폴높이에 이르는 총전기도선거리 보태기 측정을 위한 이에 속한 단락(41', 41")의 상단에 이르는 거리가 블로킹-또는 무부하작동을 이루기 위하여 결정적임으로 단락요소의 길이와 폭은 달리 구성될 수 있다. 따라서 각각의 단락요소(41', 41")의 길이- 또는 높이치수는 또한 달리 선택할 수 있으며 단락요소는 추가로 전체배열의 기계강도와 강성에 기여하면 예컨대 소기의 방진작용도 한다.

본예는 2-대역-안테나에 대하여 설명되어있다. 본 실시예는 일반적으로 2대역이상을 포함하고있는 안테나 일반적으로 즉 다중-배역-안테나로 개조할 수 있다.

Claims

송수신을 위한 적어도 제1 및 제2안테나장치를 가진 다중-대역-안테나에 있어서, 적어도 제1 및 제2안테나장치(7', 7")는 다이폴구조를 가지며 여기에서 이에 속한 1/2다이폴(23a, 23b; 29a, 29b)은 평형회로(25, 31)를 거쳐서 베이스판 또는 안테나(19)에 마주하여 배열되고 지지되어 있으며 급전은 공동안테나입력 도선(1')과 분기회로(5)를 거쳐서 이루어지며 추가로 또한 적어도 2개의 주파수선택요소 (11',11")가 구비되어 있어서 각각 다른 안테나장치(7', 7")를 거쳐서 전달하는 주파수대역을 위하여 감도를 억압하며 다음의 여러 특징을 가지는 다중-대역-안테나

- 주파수선택요소들(11',11")은 각각의 안테나장치(7',7")로 통합되어 있으며,

- 주파수선택요소들(11',11")은 각각 이에 속한 다이폴안테나장치(7',7")를 위하여 당해 평형회로(15, 31)의 유효전기거리와 분기점(5)과 급전개소(12)사이의 이에 속한 분기선(5',5")의 전기거리의 대응하는 구성에 의하여 이에 속한 다이폴구조를 가진 안테나장치에서 구성되어 있는 것.
제1항에 있어서, 분기선(5',5")의 전기거리 보태기 평형회로(25,31)의 유효거리는 각각 전기의 전체거리를 가지며 그의 공차에 대한 편차는

_ｉ+ｎㆍ( _ｉ/2)

40%미만 특히 30%미만 20%미만, 10%미만이며 각각의 안테나장치(7' 또는 7")에 대하여 파장 {lambda}_{i} 는 적어도 다른 안테나장치(7" 또는 7')를 거쳐서 전달하는 주파수대역의 파장과 일치하며 n=0,1,2,3...인 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제1항 또는 2항에 있어서, 각각의 안테나장치(7',7")의 각각의 양 1/2 평형회로 (25a, 25b 또는 31a, 31b)사이에서 각각 양 1/2평형회로(25a, 25b 또는 31a, 31b)를 연결하는 단락요소(41', 41")가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제3항에 있어서, 각 안테나- 또는 반사장치(7', 9'; 7", 9")는 안테나(19)위에 지지되어 있으며 이의 마운팅장치(24;30)의 높이는 안테나(9',9")와 이에 속한 단락요소들(41', 41")사이의 거리에 의하여 결정되어 있는 이에 속한 안테나장치 (7',7")의 평형회로(25, 31)의 전기유효거리보다 큰 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제3 또는 4항에 있어서, 안테나(9',9")는 안테나(9',9")와 안테나(19)사이의 전체거리에 대하여 단락(41',41")의 높이는 마운팅장치(24; 30)의 전체높이의 50% 특히 40%보다 작은 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제3항 내지 5항중의 어느 한 항에 있어서, 단락요소들(41',41")은 전도체블록, 브리지 또는 기타 연결요소들 특히 금속블록으로 구성되어 있으며 그의 두께는 각각 이에 속한 1/2평형회로(25a, 25b; 31a, 31b)의 거리에 상당하는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제3항 내지 6항중의 어느 한 항에 있어서, 단락요소들(41' 41")은 양 1/2평형회로간에 납땜이 되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제1항 내지 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 단락요소(41',42")는 크램핑- 및 /또는 나사요소들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제1항 내지 7항중의 어느 한 항에 있어서, 서로 전기적으로 연결되어 있는 단락요소(41', 41")는 이에 속한 1/2 평형회로(25a, 25b; 31a, 31b)에서 한 개 또는 2개의 차례로 배분한 크랑크 또는 U형굽힘으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.
제1 내지 9항중의 어느 한 항에 있어서, 안테나입력도선(1')과 분기도선 (5',5")은 동축케블로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중-대역-안테나.