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KR101750336B1 - 다중대역 기지국 안테나 - Google Patents

다중대역 기지국 안테나 Download PDF

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KR101750336B1
KR101750336B1 KR1020170041894A KR20170041894A KR101750336B1 KR 101750336 B1 KR101750336 B1 KR 101750336B1 KR 1020170041894 A KR1020170041894 A KR 1020170041894A KR 20170041894 A KR20170041894 A KR 20170041894A KR 101750336 B1 KR101750336 B1 KR 101750336B1
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KR
South Korea
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band
radiation element
band radiation
base station
short
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KR1020170041894A
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김상기
김상진
최홍기
시닐니코프 유리
오경섭
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주식회사 감마누
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Publication date
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Abstract

본 발명은 반사판, 상기 반사판 상면에 위치하며, 제1 급전부를 포함하고 제1 파장(λH)을 갖는 적어도 하나의 제1 대역 복사 소자, 상기 반사판 상면에 위치하며, 제2 급전부를 포함하고 제2 파장(λL)을 갖는 적어도 하나의 제2 대역 복사 소자를 포함하고, 상기 제1 급전부는 상기 반사판 하면에서 급전 선로와 연결되며, 상기 급전 선로는, 상기 제1 대역 복사 소자로부터 기 설정된 간격만큼 이격된 단락 지점(short point)에서, 상기 반사판과 단락(short)되어 있는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나에 관한 것이다.

Description

다중대역 기지국 안테나 {Multi Band Base station antenna}
본 발명은, 반사판 위에 저주파 대역 복사 소자와 고주파 대역 복사 소자를 포함하는 다중대역 기지국 안테나에서, 고주파 대역 복사 소자를 급전하는 급전 선로에서 기 설정된 거리만큼 이격된 단락 지점에서 급전선로와 반사판을 단락시킴으로써, 두 복사 소자 간의 간섭을 줄여 저주파 대역 복사 소자의 아이솔레이션(Isolation), 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)의 성능 및 패턴의 왜곡을 방지하는 것을 특징으로 하는 다중대역 기지국 안테나에 관한 것이다.
다중대역 기지국 안테나에 있어서, 무선 및 셀룰러 음성/데이터 통신을 위한 듀얼 밴드 안테나가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 듀얼 밴드 기지국 안테나(Base station antenna; BTS)는 저주파 대역(824 ~ 960MHz) 및 고주파 대역(1710 ~ 2170MHz)에서 동작하며, 듀얼 밴드 기지국 안테나를 통하여 GSM, UMTS, PCS, WCDMA 3G 서비스 등을 제공할 수 있다.
그러나, 최근에 빠른 속도로 확산되고 있는 LTE 4G 무선 통신 시스템의 경우, 698MHz 에서 3800MHz 사이의 44개 주파수 대역에서 동작되며, LTE 모바일 시스템의 사용자는 동일 영역에서 여러 대역을 사용할 수 있다. 따라서, 종래의 듀얼 밴드 안테나의 경우 그 유용성이 인정되어 널리 이용되어 왔음에도 불구하고, 다중대역 특성을 요구하는 LTE 4G 무선 시스템에 적용되기에는 충분하지 않은 문제점이 있었다.
또한, LTE 시스템은 multi-input multi-output(MIMO) 안테나를 요구하는 다중 입력/다중 출력 통신 기술을 사용하고 있다. 이 때, 698 ~ 960MHz의 저주파 대역과 1710 ~ 2690MHz의 고주파 대역에서 LTE 주파수가 동작하는 듀얼 밴드 기지국 안테나들이 2열 또는 3열로 이루지도록 하는 구성에 대한 수요가 증가하고 있다.
종래에 일반적으로 알려져 있는 대표적인 기술을 참조하면, 미국공개특허 US2014-0139387호의 기지국 안테나 구성이 도 1a에 개시되어 있다. 이 때, 일반적으로 널리 사용되는 복사소자를 이용하여 다중 주파수 대역을 지원하는 기지국 안테나를 형성하는 경우, 기지국 안테나에는 고주파 대역 복사소자(450, 452, 454, 456)와 저주파 대역 복사소자(140B, 120B)가 함께 사용된다. 그러나, 고주파 대역 복사소자와 저주파 대역 복사소자가 열을 이루어 일정 간격을 가지고 붙어 있게 되는 경우, 두 대역의 복사소자 간에 공진현상이 발생하여 고주파 대역 복사소자가 저주파 대역 복사소자의 패턴 및 전압정재파비 특성을 일그러뜨리며, 편파분리도 값을 심각하게 저하시키는 문제가 존재한다.
본 발명은, 새로운 LTE 4G 무선통신 시스템에 의해 높은 수준의 전기적인 특성을 유지하는 다중 대역 기지국 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 고주파 대역 복사 소자를 급전하는 급전선로에서 일정 간격이 이격된 지점에서 단락 지점을 형성하도록 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
기지국 안테나는 반사판; 상기 반사판 상면에 위치하며, 제1 파장(λH)을 갖는 적어도 하나의 제1 대역 복사 소자; 상기 반사판 상면에 위치하며, 제2 파장(λL)을 갖는 적어도 하나의 제2 대역 복사 소자; 를 포함하고, 상기 제1 대역 복사소자는 상기 반사판과 직접 연결되지 않고, 상기 제1 대역 복사소자는 제1 대역 복사 소자의 지지부를 포함하고, 상기 제1 대역 복사 소자의 지지부 하단은 상기 반사판 급전 선로와 연결되며, 상기 급전 선로는, 상기 제1 대역 복사 소자로부터 기 설정된 간격만큼 이격된 단락 지점(short point)에서, 상기 반사판과 단락(short)되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 상기 단락 지점은 상기 제1 대역 복사 소자의 복사체 말단에서 상기 제2 대역 파장의 1/4의 간격만큼 이격되어 형성된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 상기 단락지점길이(LS)가 LS = λL/4 - L1/2 - H1 (L1 : 복사체길이, H1 : 제1 대역 복사 소자의 지지부 높이) 인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 상기 급전 선로가 동축 케이블 또는 PCB 기판상의 전송 선로로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 상기 급전 선로가 동축 케이블인 경우, 상기 단락 지점에서 상기 동축 케이블의 외부 도체(outer conductor)가 상기 반사판과 접촉되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 안테나는, 상기 제1 대역 복사 소자와 상기 반사판 사이에 배치되어, 상기 제1 대역 복사 소자와 상기 반사판이 전기적으로 직접 접촉하지 않도록 하는 유전체를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 대역 복사 소자 또는 제2 대역 복사 소자는 복사체; 및 상기 복사체의 중심에서 상기 복사체와 수직방향으로 연장 형성된 지지부;를 포함하되, 상기 복사체는 특정 각도로 절곡되어 연장 형성되고, 일단에서 타단까지 홈이 형성되며, 일단 및 타단에서 돌출된 돌출부를 포함하는 제 1 아암; 상기 제 1 아암과 대향 배치된 제 2 아암을 포함한다.
기지국 안테나는 두 열에 배치되는 하나 이상의 제 1 대역 복사 소자; 및 상기 두 열 사이에 위치하는 하나의 열에 배치되는 하나 이상의 제 2 대역 복사 소자;를 포함한다.
본 발명의 기지국 안테나는, 저주파 대역 복사 소자, 고주파 대역 복사 소자의 두 광대역 복사 소자를 포함하는 다중대역 기지국 안테나에서, 복사 소자를 급전하는 급전 선로에서 기 설정된 만큼 이격된 단락 지점에서 선로와 반사판을 단락시킴으로써, 두 복사 소자 간의 간섭을 줄여 저주파 대역 복사 소자의 아이솔레이션(isolation), 전압정재파비의 성능 및 패턴의 왜곡을 방지하여 안테나 성능을 개선할 수 있다.
도 1a는 종래 발명의 기지국 안테나를 나타내는 예시도이다.
도 1b는 종래 발명의 기지국 안테나에 의해 발생하는 공진, 간섭, 상호 결합이 나타나는 예시도이다.
도 2, 도 3, 도 4는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자가 일정 간격 이격된 지점에서 단락되는 구성을 나타내는 예시도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자가 반사판과 전기적으로 연결되어 있지 않는 구성을 나타내는 예시도이다.
도 7a는 종래의 기지국 안테나의 빔 패턴, 도 7b는 본 발명의 기지국 안테나의 빔 패턴의 구성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 기지국 안테나의 빔폭의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 본 발명의 기지국 안테나를 도시한다.
도 10은 제 2 복사 소자의 사시도이다.
도 11은 제 1 복사 소자의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '다중대역 기지국 안테나'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1a는 종래 발명의 기지국 안테나를 나타내는 예시도이며, 도 1b는 종래 발명의 기지국 안테나에 의해 발생하는 공진, 간섭, 상호 결합이 나타나는 예시도이다.
도 1a를 참조하면, 미국공개특허 US2014-0139387호의 기지국 안테나 구성이 개시되어 있다. 이 때, 일반적으로 널리 사용되는 복사소자를 이용하여 다중 주파수 대역을 지원하는 기지국 안테나를 형성하는 경우, 기지국 안테나에는 고주파 대역 복사소자(450, 452, 454, 456)와 저주파 대역 복사소자(120B, 140B)가 함께 사용된다.
도 b를 참조하면, 다이폴 안테나(11, 13)가 반사판(20) 상에 형성되는 경우, 고주파 대역 다이폴 안테나(11) 및 저주파 대역 다이폴 안테나(13)가 일정한 간격을 가지고 반사판 상에 형성될 수 있다. 이 때, 고주파 대역 다이폴 안테나(11)와 저주파 대역 다이폴 안테나(13) 사이에는, 고주파 대역 다이폴 안테나에 의해 동일한 주파수의 전파가 되돌아오게 되는 공진이 발생할 수 있다.
특히, 일반적으로 고주파 대역 다이폴 안테나(11)의 경우, 높이는 파장의 1/4 길이, 다이폴의 길이는 각각 파장의 1/4 길이로 형성된다. 그런데, 고주파 대역 다이폴 안테나의 지지부와 복사체까지의 총 거리가 저주파 대역 다이폴 안테나(13)의 파장 1/4 길이와 유사하게 형성되는 경우, 두 안테나 사이에 간섭 및 공진이 발생할 수 있다. 고주파대역 다이폴 안테나 전체적으로 저주파대역 다이폴 안테나(13)의 파장 1/2 길이에 해당하는 모노폴 안테나와 같은 효과를 발생하게 되며, 다이폴 안테나 파장의 1/2 길이일 때 공진이 최대가 되므로 저주파대역 다이폴 안테나와 고주파대역 다이폴 안테나 간의 공진현상이 발생할 수 있게 된다.
따라서, 고주파대역 다이폴 안테나(11)와 저주파대역 다이폴 안테나(13) 사이에 패턴이 넓어지거나, 패턴이 좁아지는 등 왜곡이 발생하게 되는 공진(Resonance), 간섭(Interference), 상호 결합(mutual coupling) 등 복사 소자의 주파수 송수신 특성의 성능이 감쇠되는 문제가 발생한다.
따라서, 이를 개선하기 위하여 고주파대역 복사소자를 반사판에 직접 접촉하지 않도록 하는 구성을 더 추가하여 공진 주파수 발생 대역이 저주파대역 복사소자의 실제 동작 대역과 겹치지 않도록 이동시킬 수 있다. 이는 모노폴 안테나 급전시 L,C성분을 추가하여 공진 주파수를 이동하는 원리에 따른 것이다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 6를 참조하여 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기지국 안테나는, 반사판(110), 상기 반사판 상면에 위치하며, 제1 파장(λH)을 갖는 적어도 하나의 제1 대역 복사 소자(120), 상기 반사판 상면에 위치하며, 제2 파장(λL)을 갖는 적어도 하나의 제2 대역 복사 소자(130), 급전 선로(140)를 포함할 수 있다.
제1 대역 복사 소자(120)와 제 2 대역 복사 소자(130)는 다이폴 복사 소자이다.
다이폴 복사 소자는 복사체(121)와 상기 복사체(121)와 수직 방향으로 연장 형성된 지지대(122)로 구성될 수 있다.
상기 제1 대역 복사소자는 상기 반사판(110)과 직접 연결되지 않고, 상기 제1 대역 복사소자(120)는 제1 대역 복사 소자의 지지부(122)를 포함하고, 상기 제1 대역 복사 소자의 지지부 하단(123)은 상기 반사판(110)에서 급전 선로(140)와 연결되며, 상기 급전 선로(140)는, 상기 제1 대역 복사 소자(120)로부터 기 설정된 간격만큼 이격된 단락 지점(short point)에서, 상기 반사판과 단락(short)되어 있는 것을 특징으로 한다.
제1 대역 복사 소자의 지지부 하단(123)은 급전 선로(140)와 전기적으로 연결된다. 도 2에 도시된 것처럼 제1 대역 복사 소자는 상기 반사판(110)과 직접 연결되지 않는다. 제 1 대역 복사 소자는 급전 선로(140) 및 단락부(150)를 경유하여 반사판과 연결된다. 상기 단락부(150)가 위치한 지점이 단락 지점이다.
제2 대역 복사 소자(130)에 저주파 대역의 주파수를 인가하면, 제 2 대역 복사 소자(130)는 공기중으로 전파를 복사한다. 전파가 도체인 제1 대역 복사 소자(120)를 만나면 전류가 제1 대역 복사 소자(120)에 유기된다. 제1 대역 복사 소자(120)의 표면으로 전류는 흐르고 급전 선로(140)를 경유하여 단락부(150)로 흐른다.
전술한 것처럼 전류가 흐름에 따라, 제1 대역 복사 소자(120)가 저주파 대역 주파수의 전파를 방출하되, 상기 전파는 큰 에너지를 가지는 공진현상이 발생할 수 있다.
제 2 대역 복사 소자(130)의 주파수 대역은 698~960Mhz(저주파 대역)이고, 제 1 대역 복사 소자(120)의 주파수 대역은 1710~2690MHz(고주파 대역)이다.
제1 대역 복사 소자(120)가 반사판(110)과 쇼트되는 지점까지의 길이가 제2 대역 복사 소자의 λL/4 근처일 때, 제1 대역 복사 소자(120)에서 공진(common mode resonance)이 발생할 수 있다. λL 은 제 2 대역 복사 소자의 파장이다.
이 때, 제2 대역 복사 소자 패턴은 심한 왜곡을 발생시키고, 아이솔레이션(isolation) 및 전압정재파비 성능이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 공진을 피하기 위해서는, 제1 대역 복사 소자(120)의 길이를 튜닝하여, 제2 대역 복사 소자(130)의 주파수 대역 밖으로 보내어 왜곡 현상을 제거할 수 있게 된다.
제2 대역 복사 소자(130)의 성능 저하를 개선하기 위한 방법으로, 제1 대역 복사 소자(120)를 반사판(110)으로부터 쇼트(short)가 되지 않도록 유전체를 사용하여 분리(open)시키고 제 1 대역 복사 소자(120)의 지지부 하단(123)이 반사판을 관통하여 동축케이블로 급전하고 동축케이블의 한 포인트에 반사판(110)과 동축케이블의 outer conductor에 단락(short)시킴으로 제1 대역 복사소자에서 발생하는 common mode 공진을 관심 대역 밖으로 보내게 된다.
단락 지점(short point)의 위치는 제1 대역 복사소자(120)에서 발생하는 common mode 공진이 관심 있는 주파수 내역 내에서 발생하지 않도록 길이를 조절한다. 보다 자세하게는 제2 대역 주파수 대역의 가장 낮은 주파수의 λL/4보다 길도록 short point를 정한다.
다시 정리하면, 단락부(short point)를 결정하는 급전선의 길이는 제1 대역 복사소자의 길이의 반(L1/2)과 제1 대역 복사소자의 지지부 높이(H1) 그리고 급전 케이블의 길이를 포함한 길이의 합이 최소 제2 대역 주파수의 λL/4의 위치 보다 길어야 한다.
여기서 길이는 실제적인 길이 보다는 전기적인 길이로 전류가 흐르는 경로의 길이이다. 따라서 복사소자의 중심에서 short 해야 할 동축케이블까지의 거리 Ls는 다음과 같다.
Ls(short point 길이) = λL/4 - L1/2 - H1
Ls : 제1 대역 복사소자 중심에서 케이블의 short point 까지의 길이
λL : 제2 대역 복사 소자의 파장
L1 : 제 1 대역 복사체(121) 길이
H1 : 제1 대역 복사 소자 지지부 높이 : 지지부의 일단에서 타단까지의 길이
아울러, 본 발명의 급전 선로는, 동축 케이블 또는 기판상의 전송 선로로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 급전 선로가 동축 케이블인 경우, 상기 단락 지점에서 상기 동축 케이블의 외부 도체(outer conductor)가 상기 반사판과 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 단락 지점에서, 상기 반사판에서 돌출된 단락부가 상기 급전 선로와 단락되고, 상기 단락부는 도체인 것을 특징으로 한다. 즉, 도 2에 도시된 단락부(150)는 급전 선로(140)와 단락되고, 도체이다.
도 3은 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자의 구성을 나타내는 예시도이다. 도 3에 도시된 캐비티 월은 도체로 된 벽이다. 제 1 대역 복사 소자(120), 반사판(110) 및 급전 선로(140)에 대한 상세한 설명은 전술하였다.
도 4는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자의 구성을 나타내는 예시 도이다. 도 4에 기초하면, 반사판(110) 전면에 제1 대역 복사 소자(120)와 제2 대역 복사 소자(130)가 위치하고, 반사판(110)을 관통하는 제 1 대역 복사 소자(120)의 지지부 하단이 위치한다. 반사판(110) 후면에는 급전 선로(140)와 단락부(150)가 위치할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자가 일정 간격 이격된 지점에서 단락되는 구성을 나타내는 예시도이다.
도 5a는 급전 선로가 PCB기판(160)상의 전송 선로로 형성되는 실시예를 도시한다. +45도 신호선(141)은 신호선(161)과 연결된다. -45도 신호선(142)은 신호선(162)과 연결된다. PCB기판(160) 하면은 접지판이고 상면에는 신호선이 존재하며, 신호선이 존재하는 면과 상기 접지판 사이에는 유전체 층이 존재한다. 도 5a에 도시된 것 처럼 두개의 신호선 (161, 162) 사이에는 쇼트 포인트가 존재한다.
도 5b는 상기 동축 케이블(143)을 도시한다.
도 5b는 급전 선로가 동축 케이블인 경우, 상기 단락 지점(short point)에서 상기 동축 케이블의 외부 도체(outer conductor)가 상기 반사판과 접촉되는 것을 도시한다.
도 5C는 유전체기판(145) 및 기판상의 전송 선로(144)를 도시한다. 상기 전송 선로(144)는 마이크로 스트립 선로, 스트립 선로 등을 포함한다.
도 5d는 도 5C에 따른 기판의 측면도를 도시한다. 자세하게, 도 5d는 단락 지점(short point)를 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 기지국 안테나가 포함하는 대역 복사 소자가 반사판과 전기적으로 연결되어 있지 않는 구성을 나타내는 예시도이다.
도 6a에서 제 1 대역 복사 소자의 지지부(122)는 반사판(110)과 직접 연결되지 않음을 확인할 수 있다. 지지부 하부(123)와 신호선(161)이 연결된다.
도 6b에 따른 본 발명의 기지국 안테나는, 상기 제1 대역 복사 소자(120)와 상기 반사판(110) 사이에 배치되어, 상기 제1 대역 복사 소자와 상기 반사판이 전기적으로 직접 접촉하지 않도록 하는 유전체(124)를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제2 대역 복사 소자와 상기 반사판 사이에 배치되어, 상기 제2 대역 복사 소자와 상기 반사판이 전기적으로 직접 접촉하지 않도록 하는 제2 유전체도 존재할 수 있다.
도 7a는 종래의 기지국 안테나의 빔 패턴, 도 7b는 본 발명의 기지국 안테나의 빔 패턴의 구성을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8은 본 발명의 기지국 안테나의 빔폭의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7a, 도 7b, 도 8을 살펴보면, 종래의 기지국 안테나에 비하여 본 발명의 기지국 안테나는 기 설정된 만큼 이격된 단락 지점에서 반사판과 단락되도록 하거나, 복사 소자와 반사판이 전기적으로 연결되어 있지 않게 함으로써, 빔폭의 왜곡을 줄이고 안테나 성능을 개선할 수 있도록 한다.
도 7a를 살펴보면, 종래의 저주파 대역 복사 소자와 고주파 대역 복사 소자의 거리가 가까워짐에 따라서 간섭이 심하게 발생하게 되며, 패턴 빔폭의 편차가 크고 크로스 폴(cross-pol) 레벨도 나빠지게 된다. 도 7b는 공진이 발생하지 않는 경우의 패턴으로 빔폭편차가 적고 크로스 폴 레벨이 개선된 것을 볼 수 있다.
도 8을 살펴보면, 가로축(주파수)과 세로축(빔폭)의 변화를 살펴볼 수 있다. 종래의 안테나 빔폭의 편차가 심한 것에 비하여, 본 발명의 기지국 안테나는 빔폭이 일정하게 유지된다.
도 9는 일 실시예에 따른 본 발명의 기지국 안테나를 도시한다.
기지국 안테나는 두 열에 배치된 하나 이상의 제 1 대역 복사 소자(120) 및 상기 두 열 사이에 위치하는 하나의 열에 배치된 하나 이상의 제 2 대역 복사 소자(130)를 포함한다.
기지국 안테나는 두 열에 배치된 하나 이상의 제 1 대역 복사 소자(120) 및 다른 하나의 열에 배치된 하나 이상의 제 2 대역 복사 소자(130)를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 것처럼, 하나 이상의 제 2 대역 복사 소자(130)가 배치된 열은 하나 이상의 제 1 대역 복사 소자(120)가 배치된 서로 다른 두 열 사이에 위치할 수 있다.
전술한 것처럼 본 발명의 기지국 안테나의 복사 소자는 배열을 이루어 배치될 수 있다. 여러 복사 소자를 특정한 위치에 따라서 배열하는 경우, 각각의 복사 소자의 빔 패턴이 합쳐져 복사 전력이 증가하며, 더욱 멀리 퍼져나갈 수 있는 강력한 빔 패턴을 만들 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 기지국 안테나는, 제2 대역 복사 소자(130) 또는 제1 대역 복사 소자(120)가 적어도 2 이상의 열(column)을 이루어 배치될 수 있다. 특히, 중앙 열에 제2 대역 복사 소자(130)가, 양옆 열에는 제1 대역 복사 소자(120)가 배치되는 3개의 열로 이루어지는 것이 바람직하다.
배열된 실시예를 참조하면, 제2 대역 복사 소자(130)는 4개의 제1 대역 복사 소자(120)의 중심에 위치할 수 있다.
또한 다른 실시예를 참조하면, 제2 대역 복사 소자(130)는 제1 대역 복사 소자(120)와 같은 행에 위치한다. 본 발명의 안테나 구조체는, 안테나의 성능 및 특성에 따라서 그 배열을 다양하게 위치시킬 수 있다.
이 때, 제1 대역 복사 소자(120)는 안테나의 양 옆 모서리 열에 배치되며, 제2 대역 복사 소자(130)는 안테나의 중앙 열에 배치될 수 있다. 특히, 제2 대역 복사 소자(130)의 경우, 3열 중 중앙에 위치하게 되므로, 양 옆 모서리 열에 위치하는 인접한 제1 대역 복사 소자(120)들 간의 중심에 배치될 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 복사 소자의 사시도이다.
제2 대역 복사 소자는 복사체; 및 상기 복사체의 중심에서 상기 복사체와 수직 방향으로 연장 형성된 지지부(174);를 포함하되, 상기 복사체는 특정 각도로 절곡되어 연장 형성되고, 일단에서 타단까지 홈(172)이 형성되며, 일단 및 타단에서 돌출된 돌출부(173)를 포함하는 제 1 아암(171); 상기 제 1 아암(171)과 대향 배치된 제 2 아암(176)을 포함한다.
복사체는 제 1 아암(171), 제 2 아암(176), 제 3 아암(177), 제 4 아암(178)을 포함한다. 여기서 제 1 아암(171)과 제 2 아암(176)은 대향 배치되어 하나의 다이폴 안테나를 구성한다. 제 3 아암(177)과 제 4 아암(178)은 대향 배치되어 다른 하나의 다이폴 안테나를 구성한다. 결국, 제 2 대역 복사 소자는 두개의 다이폴 안테나가 결합된 구조이다.
도 10에 도시된 것처럼, 제 1 아암(171)과 제 2 아암(176)은 대향 배치되고, 제 3 아암(177)과 제 4 아암(178)은 대향 배치된다.
상기 복사체는 특정 각도로 절곡되어 연장 형성되고, 일단에서 타단까지 홈(172)이 형성되며, 일단 및 타단에서 돌출된 돌출부(173)를 포함하는 제 1 아암(171); 상기 제 1 아암(171)과 대향 배치된 제 2 아암(176)을 포함한다. 제 1 아암(171), 제 2 아암(176), 제 3 아암(177) 및 제 4 아암(178)은 모두 동일한 형태이다.
제 1 아암(171)은 특정 각도로 절곡되어 연장 형성되고, 일단에서 타단까지 홈(172)이 형성되며, 일단 및 타단에서 돌출된 돌출부(173)를 포함한다. 상기 특정 각도는 90도이다. 제 1 아암(171)은 복사체의 중심을 기준으로 수직 방향으로 연장 형성된다. 제 1 아암(171)의 일단에서 타단까지 홈(172)이 형성되고, 제 1 아암(171)의 일단에서 지지부(174)와 평행한 방향으로 돌출된 돌출부(173)를 포함한다. 제 1 아암(171)의 타단에서 지지부(174)와 평행한 방향으로 돌출된 돌출부(173)를 포함한다.
제1 대역 복사 소자 또는 제2 대역 복사 소자는 상기 복사체의 중심에서 상기 복사체와 수직 방향으로 연장 형성된 지지부(174);를 포함한다. 도 10에 도시된 것처럼 제 2 대역 복사 소자의 복사체와 지지부(174)는 서로 수직이다.
도10은 또한 복사체길이(L1)을 도시한다. 복사체에서 전류가 흐르는 경로의 길이로 복사체 일단에서 중심까지의 길이이다. 즉, 복사체에서 전류 경로(175)는 복사체길이(L1)로 복사체 일단에서 중심까지의 길이이다.
도 11은 제 1 복사 소자의 사시도이다.
제1 대역 복사 소자는 복사체; 및 상기 복사체의 중심에서 상기 복사체와 수직 방향으로 연장 형성된 지지부(180);를 포함하되, 상기 복사체는 중심부에 형성된 홀(181), 가장 자리 일부에 형성된 요철부(182) 및 지지부(180)와 평행하게 연장 형성된 드룹(183)을 포함하는 제 5 아암(184) 및 제 5 아암(184)과 대향 배치된 제 6 아암(185)을 포함한다.
도 11에 도시된 것처럼, 제 5 아암(184)과 제 6 아암(185)은 대향 배치되고, 제 7 아암(186)과 제 8 아암(187)은 대향 배치된다. 제 5 내지 제 8 아암(184, 185, 186, 187)은 모두 동일한 형태이다.
제 5 아암(184)는 중심부에 형성된 홀(181), 가장 자리 일부에 형성된 요철부(182) 및 지지부(180)와 평행하게 연장 형성된 드룹(183)을 포함한다. 홀(181)의 형태는 도 11에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 홀(181)의 가장 자리 일부에도 요철이 형성된다.
요철부(182)는 제 5 아암(184) 가장 자리 일부에 형성되고 요철이 형성되는 방향은 지지부(180)와 수직한 방향이다. 요철부(182)는 도 11에서 빗금으로 표시된 부분이다.
드룹(183)은 지지부와 평행하게 연장 형성되고 제 5 아암(184)의 일단에 위치할 수 있다. 드룹(183)은 제 5 아암(184)에서 평행하게 연장 형성됨에 따라 드룹(183)의 일단면의 면적은 점점 좁아질 수 있다.
도11은 또한 복사체길이(L1)을 도시한다. 복사체에서 전류가 흐르는 경로의 길이로 복사체 일단에서 중심까지의 길이이다. 즉, 복사체에서 전류 경로(188)는 복사체길이(L1)로 복사체 일단에서 중심까지의 길이이다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10, 11, 13: 다이폴 안테나
20: 반사판
110: 반사판
120: 제1 대역 복사 소자
121: 제1 대역 복사 소자의 복사체
122: 제1 대역 복사 소자의 지지부
123: 제1 대역 복사 소자의 지지부 하단
124: 유전체
130: 제2 대역 복사 소자
140: 급전 선로
141: +45도 신호선
142: -45도 신호선
143: 동축케이블
144: 마이크로스트림 선로
145: 기판
150: 단락부
151: 단락지점길이
152: 복사체길이/2
153: 제1 대역 복사 소자의 지지부 높이
160: 기판
161, 162: 신호선
155: +45도 신호선
156: -45도 신호선
171: 제 1 아암
172: 홈
173: 돌출부
174: 지지부
175: 전류 경로
176: 제 2 아암
177: 제 3 아암
178: 제 4 아암
180: 지지부
181: 홀
182: 요철부
183: 드룹
184: 제 5 아암
185: 제 6 아암
186: 제 7 아암
187: 제 8 아암
188: 전류 경로

Claims (8)

  1. 반사판;
    상기 반사판 상면에 위치하며, 제1 파장(λH)을 갖는 적어도 하나의 제1 대역 복사 소자;
    상기 반사판 상면에 위치하며, 제2 파장(λL)을 갖는 적어도 하나의 제2 대역 복사 소자;
    를 포함하고,
    상기 제1 대역 복사소자는 상기 반사판과 직접 연결되지 않고,
    상기 제1 대역 복사소자는 제1 대역 복사 소자의 지지부를 포함하고,
    상기 제1 대역 복사 소자의 지지부 하단은 상기 반사판에서 급전 선로와 연결되며,
    상기 급전 선로는, 상기 제1 대역 복사 소자로부터 기 설정된 간격만큼 이격된 단락 지점(short point)에서, 상기 반사판과 단락(short)되어 있는 것을 특징으로 하되,
    상기 단락 지점에서, 상기 반사판에서 돌출된 단락부가 상기 급전 선로와 단락되고, 상기 단락부는 도체인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단락부는 상기 제1 대역 복사 소자의 지지부 하단으로부터 단락 지점길이(Ls)만큼 이격되어 형성되고,
    상기 단락지점길이(LS)는,
    LS = λL/4 - L1/2 - H1 (L1 : 복사체길이, H1 : 제1 대역 복사 소자의 지지부 높이)
    인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 급전 선로는,
    동축 케이블 또는 PCB기판상의 전송 선로로 형성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 급전 선로가 동축 케이블인 경우,
    상기 단락 지점에서 상기 동축 케이블의 외부 도체(outer conductor)가 상기 반사판과 접촉되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 대역 복사 소자와 상기 반사판 사이에 배치되어, 상기 제1 대역 복사 소자와 상기 반사판이 전기적으로 직접 접촉하지 않도록 하는 제1 유전체;
    를 더 포함하는 기지국 안테나.
  7. 제 1항에 있어서,
    제2 대역 복사 소자는
    복사체; 및
    상기 복사체의 중심에서 상기 복사체와 수직 방향으로 연장 형성된 지지부;를 포함하되,
    상기 복사체는
    특정 각도로 절곡되어 연장 형성되고, 일단에서 타단까지 홈이 형성되며, 일단 및 타단에서 돌출된 돌출부를 포함하는 제 1 아암; 상기 제 1 아암과 대향 배치된 제 2 아암을 포함하는 기지국 안테나
  8. 제 1 항에 따른 두 열에 배치되는 하나 이상의 제 1 대역 복사 소자; 및
    제 1 항에 따른 상기 두 열 사이에 위치하는 하나의 열에 배치되는 하나 이상의 제 2 대역 복사 소자;를 포함하는 기지국 안테나
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