KR200295968Y1

KR200295968Y1 - 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나

Info

Publication number: KR200295968Y1
Application number: KR2020020025065U
Authority: KR
Inventors: 서승업
Original assignee: (주)하이게인텔레콤
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2002-11-29
Anticipated expiration: 2012-08-22

Abstract

본 고안은 전방향성 복사패턴을 가지도록 프린트한 유전체 기판을 이용함으로써 무게가 가볍고 정밀가공이 가능하며 안테나 효율을 향상시킨 옴니 안테나에 관한 것이다.

이를 위하여 본 고안은, 내부의 장치를 보호하면서 복사효율을 향상시키는 레이돔과, 레이돔의 내측에 설치되어 전방향으로 RF 신호를 복사하는 유전체 기판과, 유전체 기판을 지지하며 유전체 기판에서 복사되는 RF 신호를 반사시키는 반사판과, 반사판에 체결되며 유전체 기판에 RF 신호를 급전하는 급전 컨넥터를 포함하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나를 제공한다.

유전체 기판은 미리 지정된 유전율을 가지는 유전체층과, 유전체층 표면에 프린트되어 있는 안테나부를 포함한다.

따라서, 본 고안은 전방향 특성의 복사소자를 프린트한 유전체 기판을 사용하여 무게가 가벼울 뿐만 아니라, 정밀가공이 가능하다. 그리고, 정재파비를 개선하여 안테나 효율이 향상되며, 제조가 간단하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

유전체 기판을 이용한 옴니 안테나{OMNI DIRECTIONAL ANTENNA USING DIELECTRIC SUBSTRATE}

안테나는 야기 안테나, 파라볼라 안테나, 헬리컬 안테나, 평면안테나, 옴니안테나(전방향성 안테나) 등으로 다양하게 구분되는데, 중계기용 통신장치에는 패치 안테나, 야기 안테나, 옴니 안테나가 널리 사용되고 있다.

종래의 옴니 안테나는 접지 도체판 위에 도체 복사소자를 형성하였으며, 복사소자의 재질로는 동이나 알루미늄 등을 많이 사용하였다.

이 때, 동이나 알루미늄과 같은 금속재질을 속이 빈 원통형으로 가공하여 안테나를 형성한 후, 다수의 안테나를 급전선으로 연결하여 복사소자를 구성하였다. 그리고, 각각의 안테나별로 양호한 정재파비를 얻기 위한 측정과 수정을 반복해야 했다.

그리고, 주파수가 낮을수록 복사소자의 크기가 커지므로 안테나의 무게가 증가하고, 주파수가 높을수록 복사소자의 크기가 작아지므로 정밀하게 가공해야 하는 불편함이 있었다.

또, 복사소자의 조립을 모두 사람의 수작업으로 진행해야 하기 때문에, 조립에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 좋지 못한 문제점 등이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 고안은 무게가 가벼우며 정밀가공이 가능하고 전방향성 복사패턴을 가지는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 정재파비를 개선하여 안테나의 효율을 향상시키고 제조가 간단한 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나를 제공하는 것이다.

도 1a는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고,

도 1b는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나의 단면도이고,

도 2는 도 1에 도시한 유전체 기판의 확대도이고,

도 3은 유전체 기판의 안테나부를 도시한 도면이고,

도 4는 옴니 안테나의 복사패턴을 도시한 도면이고,

도 5는 종래의 옴니 안테나와 본 고안에 따른 옴니 안테나의 정재파비를 비교한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이돔 20 : 유전체 기판

22 : 유전체층 24 : 안테나부

26a,26b,26c : 비아홀 30 : 반사판

40 : 급전 컨넥터 210 : 정합부

221,222 : 복사부 231,232 : 튜닝부

241,242 : 기생소자부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일 실시예에서는 내부의 장치를 보호하면서 복사효율을 향상시키는 레이돔; 상기 레이돔의 내측에 설치되어 전방향으로 RF 신호를 복사하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판을 지지하며 상기 유전체 기판에서 복사되는 RF 신호를 반사시키는 반사판; 및 상기 반사판에 체결되며 상기 유전체 기판에 RF 신호를 급전하는 급전 컨넥터를 포함하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나를 제공한다.

또, 본 고안은 상기 유전체 기판이 지표면에 수직으로 설치된 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 유전체 기판이 미리 지정된 유전율을 가지는 유전체층; 및 상기 유전체층 표면에 프린트되어 있는 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 안테나부가 상기 급전 컨넥터와의 임피던스 매칭을 위한 정합부; 상기 정합부의 상단으로부터 분기되어 있으며, 상기 정합부를 통하여 입력받은 RF 신호를 복사하거나 외부로부터 수신한 RF 신호를 상기 정합부를 통하여 상기 급전 컨넥터로 출력하는 한 쌍의 복사부; 상기 정합부의 하단 양측에 분기되어 있으며 정재파비를 각각 조정하기 위한 한 쌍의 튜닝부; 및 상기 정합부와 튜닝부가 연결된 경로로부터 분기되어 상기 복사부의 양측에 위치하며, 이득을 각각 조정하기 위한 기생소자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 복사부가 상기 정합부와 상기 기생소자부 사이에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되며, 상기 유전체 기판의 수직축을 중심으로 대칭하여 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 기생소자부가 상기 유전체 기판의 상측 모서리에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 복사부의 길이가 사용 주파수의 1/4 인 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 튜닝부가 상기 유전체 기판의 하측 모서리에 ㄴ자와 역ㄴ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 안테나부가 상기 유전체층 양면에 동일한 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

또, 본 고안은 상기 안테나부의 중앙 수직축에 상기 유전체층을 관통하는 하나 또는 그 이상의 비아홀이 형성되어 있고, 상기 유전체층의 양면에 형성된 안테나부가 상기 비아홀을 통하여 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나로서 상술한 과제를 해결한다.

본 고안의 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 고안은 전방향성 복사패턴을 가지도록 프린트한 유전체 기판을 이용하여 무게가 가벼우면서도 정밀가공이 가능한 안테나를 바람직한 실시예로 제안한다.

도 1a는 본 고안에 따른 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 1b는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 고안은 내부의 장치를 보호하면서 복사효율을 향상시키는 레이돔(10)과, 레이돔(10)의 내측에 설치되어 전방향으로 RF 신호를 복사하는 유전체 기판(20)과, 유전체 기판(20)을 지지하며 유전체 기판(20)에서 복사되는 RF 신호를 반사시키는 반사판(30)과, 반사판(30)의 관통구멍(32)에 체결되며 유전체 기판(20)에 RF 신호를 급전하는 급전 컨넥터(40)를 포함한다.

본 실시예에서는 결합수단(34)을 사용하여 급전 컨넥터(40)를 반사판(30)에 고정시켰으며, 결합수단(34)으로는 나사와 같은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 유전체 기판(20)은 지표면에 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.

또, 급전 컨넥터(40)로부터 RF 신호를 급전받는 유전체 기판(20)은 급전점을납땜으로 연결하였다.

도 2는 도 1에 도시한 유전체 기판의 확대도이다.

도 2를 참조하면, 유전체 기판(20)은 미리 지정된 유전율을 가지는 유전체층(22)과, 유전체층(22) 표면에 프린트되어 있는 안테나부(24)를 포함한다. 본 실시예에서 안테나부(24)는 정합을 위하여 유전체층(22) 양면에 동일한 패턴으로 형성되어 있으나, 한쪽 면에만 안테나부(24)가 형성될 수도 있다.

안테나부(24)의 중앙 수직축에는 유전체층(22)을 관통하는 하나 또는 그 이상의 비아홀(26a,26b,26c)이 형성되어 있으며, 유전체층(22)의 양면에 형성된 안테나부(24)가 비아홀(26a,26b,26c)을 통하여 전기적으로 연결되어 있다.

안테나부(24)는 반사판(30)과의 접촉에 의해서 발생할 수 있는 쇼트를 방지하기 위해 유전체 기판(20)의 하단부와 일정 거리를 이격하는 것이 바람직하다.

도 3은 도 2에 도시한 안테나부를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 안테나부(24)는 급전 컨넥터(40)와의 임피던스 매칭을 위한 정합부(210), 한 쌍의 복사부(221,222), 정합부(210)의 하단 양측에 분기되어 있으며 정재파비를 각각 조정하기 위한 한 쌍의 튜닝부(231,232), 및 이득을 각각 조정하기 위한 한 쌍의 기생소자부(241,242)를 포함한다.

복사부(221,222)는 정합부(210)의 상단으로부터 분기되어 정합부(210)와 기생소자부(241,242) 사이에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있다. 복사부(221,222)는 유전체 기판(20)의 수직축을 중심으로 대칭하여 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 복사부(221,222)의 길이는 사용 주파수의 1/4 인 것이 바람직하다.

복사부(221,222)는 정합부(210)를 통하여 입력받은 RF 신호를 복사하거나 외부로부터 수신한 RF 신호를 정합부(210)를 통하여 급전 컨넥터(40)로 출력한다. 본 실시예에서 복사부(221,222)는 모노폴 복사소자인 것이 바람직하다.

기생소자부(241,242)는 정합부(210)와 튜닝부(231,232)가 연결된 경로로부터 분기되어 복사부의 양측에 위치한다. 바람직하게는 유전체 기판(20)의 상측 양 모서리에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있는 것이 바람직하다. 기생소자부(241,242)는 복사부(221,222)의 정재파비를 각각 조정하기 위한 것이다.

튜닝부(231,232)는 유전체 기판(20)의 하측 모서리에 ㄴ자와 역ㄴ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있다.

이상과 같이 구성된 본 고안에서 옴니 안테나가 RF 신호를 복사할 때 전방향성 패턴을 나타내는 과정을 도 1 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

외부장치(예를 들면, 중계기)로부터 입력되는 RF 신호는 급전 컨넥터(40)를 통하여 유전체 기판(20)으로 급전된다. 유전체 기판(20)의 정합부(210)는 급전 컨넥터(40)와 임피던스 매칭을 하여 RF 신호를 손실없이 입력받는다.

RF 신호는 정합부(210)의 상단에서 복사부(221,222)로 분기되며, 각각의 복사부(221,222)에서 공기중으로 복사된다. 본 실시예에서 복사부(221,222)의 길이는 사용 주파수의 1/4 이고, 유전체 기판(20)이 지표면에 수직으로 설치되어 있으므로, 복사되는 RF 신호는 전방향성을 가지게 된다.

그리고, 복사부(221,222)가 유전체 기판(20)의 수직축을 중심으로 대칭하여 설치되므로, 안테나의 복사패턴도 어느 방향으로도 치우치지 않고 대칭을 이루게 된다.

정합부(210)의 하단 양측 모서리에 분기되어 있는 튜닝부(231,232)는 옴니 안테나의 정재파비를 조정하는 역할을 한다. 따라서, 정재파비를 미리 계산한 값에 해당하는 길이로 튜닝부(231,232)를 제작하면, 가장 좋은 정재파비를 얻을 수 있다.

정합부(210)와 튜닝부(231,232)가 연결된 경로로부터 분기되어 복사부의 양측에 모서리에 위치하는 기생소자부(241,242)는 이득을 조정한다.

기생소자부(241,242)도 튜닝부(231,232)와 마찬가지로, 옴니 안테나의 이득을 미리 계산한 값에 따라 그 길이를 조절하여 제작하면 된다. 그러면, 전방향성 복사패턴을 유지하면서 사용하는 주파수 대역내에서 가장 좋은 이득을 얻을 수 있다.

유전체 기판(20)에서 복사되는 RF 신호 중 일부 신호는 지표면으로 복사되며, 반사판(30)은 RF 신호를 반사시켜 옴니 안테나의 복사효율을 향상시킨다.

반대로, 복사부(221,222)를 통하여 수신된 RF 신호는 정합부(210)를 통하여 급전 컨넥터(40)로 출력되며, 급전 컨넥터(40)는 수신한 RF 신호를 외부장치로 전송한다.

본 고안에서는 옴니 안테나의 정합을 위하여 안테나부(24)의 중앙 수직축에는 유전체층(22)을 관통하는 하나 또는 그 이상의 비아홀(26a,26b,26c)이 형성되어있으며, 유전체층(22)의 양면에 형성된 안테나부(24)가 비아홀(26a,26b,26c)을 통하여 전기적으로 연결되어 있다.

PCS 주파수 대역(1.75GHz~1.87GHz)에서 실험한 옴니 안테나의 복사패턴은 도 4와 같이 전방향성을 가지며, 셀룰러나 IMT 2000, 또는 기타 주파수 대역에서도 이와 같이 전방향성 패턴을 가진다.

도 5는 종래의 옴니 안테나와 본 고안에 따른 옴니 안테나의 정재파비를 비교한 그래프이다. 도 5a는 튜닝부를 사용한 종래 옴니 안테나의 정재파비를 도시한 그래프이고, 도 5b는 튜닝부를 사용하지 않은 본 고안의 옴니 안테나에 대한 정재파비를 도시한 그래프이다.

도 5b를 살펴보면 도 5a에 비하여, 튜닝부(231,232)를 사용하지 않고도 주파수 대역내에서 정재파비가 1.3 이내의 값을 유지하도록 개선된 것을 볼 수 있다.

이상의 본 고안은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은, 전방향 특성을 가지는 복사소자를 프린트한 유전체 기판을 사용하여 무게가 가벼운 옴니 안테나를 제작할 수 있다. 그리고, 유전체 기판을 사용함으로써 정밀가공이 가능하다.

또, 기존의 중계기용 안테나보다 정재파비를 개선하여 안테나 효율을 향상시키고, 제조가 간단하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 등의 이점이 있다.

Claims

내부의 장치를 보호하면서 복사효율을 향상시키는 레이돔;

상기 레이돔의 내측에 설치되어 전방향으로 RF 신호를 복사하는 유전체 기판;

상기 유전체 기판을 지지하며 상기 유전체 기판에서 복사되는 RF 신호를 반사시키는 반사판; 및

상기 반사판에 체결되며 상기 유전체 기판에 RF 신호를 급전하는 급전 컨넥터를 포함하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 1항에 있어서, 상기 유전체 기판은

지표면에 수직으로 설치된 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 2항에 있어서, 상기 유전체 기판은

미리 지정된 유전율을 가지는 유전체층; 및

상기 유전체층 표면에 프린트되어 있는 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 3항에 있어서, 상기 안테나부는

상기 급전 컨넥터와의 임피던스 매칭을 위한 정합부;

상기 정합부의 상단으로부터 분기되어 있으며, 상기 정합부를 통하여 입력받은 RF 신호를 복사하거나 외부로부터 수신한 RF 신호를 상기 정합부를 통하여 상기 급전 컨넥터로 출력하는 한 쌍의 복사부;

상기 정합부의 하단 양측에 분기되어 있으며 정재파비를 각각 조정하기 위한 한 쌍의 튜닝부; 및

상기 정합부와 튜닝부가 연결된 경로로부터 분기되어 상기 복사부의 양측에 위치하며, 이득을 각각 조정하기 위한 기생소자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 4항에 있어서, 상기 복사부는

상기 정합부와 상기 기생소자부 사이에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되며, 상기 유전체 기판의 수직축을 중심으로 대칭하여 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 4항에 있어서, 상기 기생소자부는

상기 유전체 기판의 상측 모서리에 ㄱ자와 역ㄱ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 4항에 있어서, 상기 복사부의 길이는

사용 주파수의 1/4 인 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 4항에 있어서, 상기 튜닝부는

상기 유전체 기판의 하측 모서리에 ㄴ자와 역ㄴ자 모양으로 각각 하나씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나부는

상기 유전체층 양면에 동일한 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.
제 9항에 있어서, 상기 안테나부의 중앙 수직축에 상기 유전체층을 관통하는 하나 또는 그 이상의 비아홀이 형성되어 있고, 상기 유전체층의 양면에 형성된 안테나부가 상기 비아홀을 통하여 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 기판을 이용한 옴니 안테나.