KR20200132618A - 시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 함으로써 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나에 관한 것이다.

Description

시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나{Dual Polarization Antenna Using Shift Series Feed}

본 발명은 시프트 직렬 급전을 이용한 이중편파 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 하는 이중편파 안테나에 관한 것이다.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.

Massive MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 다수의 안테나를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기법이다. 따라서 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어 안테나 수를 10개로 증가시키면 현재의 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.

Massive MIMO 기술이 다수의 안테나를 요구함에 따라 하나의 안테나 모듈이 차지하는 공간을 줄이는 것, 즉, 개별 안테나의 사이즈를 줄이기 것에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.

종래의 개별 안테나 구조체에 있어, 단일 급전 구조체(Single Feed Element)의 경우는 하나의 급전으로 구현되어 Isolation과 Cross Pol 특성이 좋지 않다는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 구조체 두개를 사용하여 하나의 단일 급전 구조체의 반대편에 위치한 다른 구조물에 다른 단일 급전 구조체를 구현하고 케이블이나 분배기를 사용하여 이중 급전의 형태로 구현하는 방법이 제시되었다. 하지만, 이러한, 이중 급전 방식에 의하는 경우 조립성이 좋지 않다는 단점이 존재하며, 납땜 포인트 상승으로 인한 양산성 문제 및 PIMD 특성이 균일하지 않다는 문제 등이 존재한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 함으로써 이중 급전의 장점인 CPR(Cross Polarization Ratio) 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 실시예는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 지지되며 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하는 급전부; 및 상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하며, 상기 제1 급전기판은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 상기 방사판의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 제1 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고, 상기 제2 급전기판은 상기 시프트 급전 방식에 따라 상기 방사판의 제2 방향을 기준으로 제3 영역에 제2 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제3 영역에 순차되는 제4 영역에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이 이중 급전을 구현 가능토록 구현됨으로써 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시켜 소형화에 유리한 이중편파 안테나를 제공 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 대략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나의 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 이중편파 안테나의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.
도 6은 본 발명이 다른 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제2 급전기판의 일 측면도이다.
도 8은 종래의 이중 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이중 급전 방식을 나타내는 개략도이다.
도 10은 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 대략적인 사시도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 절개한 이중편파 안테나의 단면도이다.

도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 따라 이중편파 안테나의 분해 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 상면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나(1)는 베이스 기판(10), 급전부(20) 및 방사판(50)을 포함한다.

베이스 기판(10)은 플라스틱 또는 금속으로 이루어진 판형 부재일 수 있다. 베이스 기판(10)은 접지층을 포함할 수 있다. 베이스 기판(10)의 접지층은 이중편파 안테나에 접지를 제공하는 한편, 방사판(50)에서 방사된 무선 신호에 대한 반사 표면으로 작용할 수 있다. 이로써 방사판(50)에서 베이스 기판(10)을 향해 방사된 무선 신호는 메인 방사 방향으로 반사될 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 전면 대 후면 비율 및 이득이 향상될 수 있다.

급전부(20)는 베이스 기판(10) 상에서 지지되고 고주파 전기신호를 방사판(50)에 공급하도록 구성된다. 급전부(20)는 베이스 기판(10) 상에서 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 베이스 기판(10) 상에 수직으로 직립 배치되며, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 각각의 중앙 영역에서 서로 수직하게 교차할 수 있다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 변형 실시예에서, 급전부(20)는 3 개 이상의 급전기판을 포함할 수 있고, 3 개 이상의 급전기판이 구조적 대칭성을 갖는 다양한 방식으로 서로 교차여 베이스 기판(10) 상에 지지될 수 있다.

제1 급전기판(30)은 제1 절연기판(310) 및 제1 절연기판(310) 상에 형성된 제1 급전라인(320)을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 제2 급전기판(40)은 제2 절연기판(410) 및 제2 절연기판(410) 상에 형성된 제2 급전라인(420)을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다.

제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)에 고주파 전기신호를 공급할 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)과 짧은 거리 이격되어 전기적으로 용량성 커플링되는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각 방사판(50)에 직접 전기적으로 접촉될 수도 있다.

제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320) 및 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)의 세부 구성 및 기능은 도 5 내지 도 7을 참조하여 아래에서 상술한다.

제1 급전기판(30)은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 기판 체결 돌출부(314)를 포함할 수 있다. 제2 급전기판(40)은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 기판 체결 돌출부(414)를 포함할 수 있다.

이에 대응하여, 베이스 기판(10)은 제1 급전기판(30)의 제1 기판 체결 돌출부(314)가 삽입되는 제1 기판측 체결홈(12) 및 제2 급전기판(40)의 제2 기판 체결 돌출부(414)가 삽입되는 제2 기판측 체결홈(14)을 포함할 수 있다.

도시된 본 발명의 일 실시예에서, 제1 기판 체결 돌출부(314) 및 제2 기판 체결 돌출부(414)는 각각 두 개씩 형성되며 이에 대응하여 제1 기판측 체결홈 및 제2 기판측 체결홈도 두 개씩 형성되는 것으로 예시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 기판 체결 돌출부 및 체결홈들의 개수는 선택적으로 가변될 수 있고, 나아가, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 삽입 체결 방식이 아닌 접착 또는 별도의 결합 부재에 의해 베이스 기판(10)상에 체결될 수도 있다.

제1 급전기판(30)은 그 일측 장변에 형성된 제1 결합 슬릿(316)을 포함할 수 있다. 제1 결합 슬릿(316)은 제1 급전기판(30)의 일측 장변의 중앙에서 제1 급전기판(30)의 내부로 연장하는 일자형 개방부일 수 있다.

유사하게, 제2 급전기판(40)은 그 타측 장변에 형성된 제2 결합 슬릿(416)(도 6에 도시됨)을 포함할 수 있다. 제2 결합 슬릿(416)은 제2 급전기판(40)의 타측 장변의 중앙에서 제2 급전기판(40)의 내부로 연장하는 일자형 개방부일 수 있다.

제1 결합 슬릿(316) 및 제2 결합 슬릿(416)을 통해 제1 급전 기판 및 제2 급전 기판은 서로 교차하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 그 구조 및 전기적 특성이 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)의 길이, 폭, 및 두께는 대부분 동일하고 단지 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 서로 교차하기 위한 각각의 구조적 특징, 예를 들어, 결합 슬릿의 방향 및 구조와 그에 따른 급전라인들의 일부 형상만 서로 상이할 수 있다.

방사판(50)은 급전부(20) 상에서, 즉, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40) 상에서 지지된다. 본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 일면에 금속층이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 방사판(50)은 베이스 기판(10)에 평행하고 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)에 대해 수직하게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 장방형을 가지며 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)이 각각 방사판(50)의 대각선 방향을 가로지르게 배치된 것으로 예시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 방사판(50)의 형상은 다각형, 원형, 또는 환형일 수 있다.

방사판(50)은 하나 이상의 제1 방사판측 체결홈(52) 및 하나 이상의 제2 방사판측 체결홈(54)을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 제1 급전기판(30)은 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 방사판 체결 돌출부(312)를 포함할 수 있고, 제2 급전기판(40)은 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 방사판 체결 돌출부(412)를 포함할 수 있다.

제1 방사판 체결 돌출부(312) 및 제2 방사판 체결 돌출부(412)는 각각 제1 방사판측 체결홈(52) 및 제2 방사판측 체결홈(54)에 삽입되어 끼움 결합될 수 있다. 이로써, 방사판(50)은 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)을 통해 베이스 기판(10) 상에서 이격되어 단단히 지지될 수 있다.

제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 방사판(50)의 제1 방향(P1 → P3)을 기준으로 제1 영역(P1 → P2)에 제1 기준위상 신호를 공급하며 방사판(50)의 제2 영역(P2 → P3)에 제1 역위상 신호를 공급한다.

마찬가지로, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제2 방향(P4 → P5)을 기준으로 제3 영역(P4 → P2)에 제2 기준위상 신호를 공급하며, 제4 영역(P2 → P5)에 제2 역위상 신호를 공급한다.

여기서, 제1 기준위상 신호 및 제1 역위상 신호는 동일한 특성을 가지나 서로 반대 위상을 갖는 고주파 신호이고, 제2 기준위상 신호 및 제2 역위상 신호 역시 동일한 특성을 가지나 서로 반대 위상을 갖는 고주파 신호이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나에서, 방사판(50) 상의 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 직선 및 방사판(50) 상의 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 직선은 서로 직교한다. 즉, 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 직선의 방향으로 하나의 편파(45편파)가 방사되고 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 직선의 방향으로 다른 하나의 편파(-45편파)가 방사될 수 있다.

제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3) 사이의 거리(L) 및 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5) 사이의 거리(L)는 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장(λg)에 의존하나, 목표로 하는 특성 및 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면 교차 편파간 분리도, 반전력빔폭 및 방사판(50) 재료의 유전율에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3), 그리고 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)은 정방형 방사판(50)에서 가장 거리가 먼 두 지점에, 예를 들어, 대각선 방향으로 마주하는 두 꼭지점에 인접할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 지점(P1), 제3 지점(P3), 제4 지점(P4) 및 제5 지점(P5)은은 각각 정방형 방사판(50)의 네 꼭지점에 각각 인접할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나는 사용 주파수에 상응하면서 가장 소형인 구조를 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 방사판(50)은 방사판(50) 내 보다 자세하게는 방사판(50)의 중앙에 원형의 홀(500)을 구비할 수 있다. 이러한, 원형의 홀(500)은 방사판(50) 내 방사된 전류의 방향을 우회시킴으로써 공진 주파수를 낮추는 기능을 수행한다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 원형의 홀(500)은 방사판에 방사된 전류의 방향을 우회시키는 가이드 역할을 수행하며, 이로 인해, 공진 주파수를 4GHz에서 3.5GHz로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 원형의 홀(500)의 지름은 방사판(50)의 면적에 기반하여 상이하게 결정될 수 있다. 예컨대, 원형의 홀(500)의 지름은 방사판(50) 패치 면적의 1/4의 치수가 되어야 작은 소자 면적으로 저주파 대역을 동작 시킬 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 제1 절연기판(310) 및 제1 절연기판(310) 상에 형성된 제1 급전라인(320)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 제1 급전라인(320)은 단일 급전(Single Feed)에서 급전되어 직렬 급전(Series Feed)이 이루어지도록 하는 시프트 급전 방식에 따라 방사판(50) 상에 소정의 시간차를 가지나 순차적으로 급전이 같은 방향으로 이루어지도록 구현된다. 즉, 제1 급전라인(320)은 시프트 급전 방식에 따라 방사판(50)의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 기준위상 신호를 공급하고, 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성된다.

제1 급전라인(320)은 제1 직접 급전선로(321), 제1 기준위상 커플링 전극(322), 제1 전달라인(324), 제1 커플링 급전선로(328) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)을 포함할 수 있다.

제1 직접 급전선로(321)는 제1 급전기판(30)의 중앙을 기준으로 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 직접 급전선로(321)은 제1 급전기판(30)의 일측 장변으로부터 제1 급전기판(30)의 내부로, 예를 들어, 제1 급전기판(30)의 타측 장변을 향하여 연장하는 회로라인일 수 있다. 제1 직접 급전선로(321)의 일단은 제1 급전기판(30)의 일측 장변 상에서 베이스 기판(10)의 신호 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 직접 급전선로(321)는 솔더링(60)을 통해 베이스 기판(10)의 신호 라인에 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판(30)은 표면실장장치(surface mounting device)를 이용해 베이스 기판(10)에 삽입 결합되고 솔더링될 수 있다. 이는 생산 비용의 감소 및 작업 효율화를 유발할 수 있다.

제1 직접 급전선로(321)의 타단은 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단(327)에 연결된다.

제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 타측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 직접 급전선로(321)가 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 기준위상 커플링 전극(322)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란(=방사판의 제1 방향)하게 연장될 수 있다.

제1 전달라인(324)은 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 타단으로부터 제1 커플링 급전선로(328)의 일단으로 이어지는 역위상 경로 길이를 가진다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 전달라인(324)은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 일정 경로 길이만큼 시프트된 구조를 갖을 수 있다. 따라서, 제1 커플링 급전선로(328)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호는 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호에 비하여 제1 전달라인(324)의 역위상 경로 길의 차이만큼 지연되어 도달될 수 있다. 보다 자세하게는, 제1 전달라인(324)은 제1 커플링 급전선로(328) 상에 기준위상 신호 대비 180°의 위상차를 갖는 전류가 인가되도록 시프트된 구조 및 경로 길이를 갖을 수 있다.

이로써, 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호와 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호는 서로 역위상, 즉, 같은 크기의 반대 극성을 가질 수 있다.

제1 전달라인(324)은 제1 결합 슬릿(316)을 우회하도록 형성된 제1 우회라인(326)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 전달라인(324)의 역위상 경로 길이는 제1 우회 라인의 길이를 더하여 설정될 것이다.

제1 커플링 급전선로(328)은 제1 급전기판(30)의 내부로, 예를 들어, 제1 급전기판(30)의 일측 장변을 향하여 연장하는 회로라인일 수 있다. 제1 커플링 급전선로(328)는 일단이 제1 전달라인(324)의 타단에 연결되며, 타단이 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단에 연결될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 커플링 급전선로(328)는 제1 전달라인(324)을 통해 인가된 역위상 신호를 제1 역위상 커플링 전극(330) 상에 공급하는 급전선로로의 기능을 수행하여 제1 직접 급전선로(321)와 더불어 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.

제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변으로부터 일측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 전달라인(324)이 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 역위상 커플링 전극(330)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란하게 연장될 수 있다.

제1 역위상 커플링 전극(330)의 타단은 제1 커플링 급전선로(328)의 타단에 연결될 수 있다.

제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단에 기준위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 기준위상 전기 신호는 제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 그 타측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 급전 전류(If)가 공급될 것이다.

한편, 제1 역위상 커플링 전극(330)의 타단에 역위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 역위상 전기 신호는 제1 역위상 커플링 전극(330)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 기준위상 전기 신호에 순차되어 제1 급전기판(30)의 타측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 급전 전류(If)가 공급될 것이다.

다시 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 제1 기준위상 커플링 전극(322) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)은 방사판(50)의 제1 지점(P1) 및 제3 지점(P3)을 연결하는 하나의 대각선 방향, 예를 들어, 45편파 방향으로 배치될 수 있다.

제1 기준위상 커플링 전극(322)의 일단은 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 기준위상 커플링 전극(323)은 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제2 지점(P2)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 역위상 커플링 전극(325)은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제3 지점(P3)을 향하는 방향으로 방사판(50)에 평행하게 연장될 수 있다.

이에, 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 방사판(50)의 제1 지점(P1)에 기준위상 신호를 공급하고 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 역위상 신호를 공급할 수 있다. 아울러, 기준위상 신호는 방사판(50)의 제1 지점(P1)으로부터 제2 지점(P2)을 향해 급전될 수 있고, 역위상 신호는 순차적으로 방사판(50)의 제2 지점(P2)으로부터 제3 지점(P3)을 향해 급전될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 편파를 방사하기 위하여 방사판(50)의 적어도 2 지점을 통한 급전, 소위, 이중 급전이 이루어질 수 있다. 아울러, 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)은 하나의 안테나 구조에서 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 구현됨으로써 이중 급전의 장점인 CPR 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 기존 다이폴 안테나는 λ/4로 구현되어 높이가 3.5GHz의 안테나의 경우 최소 13mm의 소자 높이를 가지나 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 안테나의 높이는 기존 안테나 보다 약 40% 정도 개선되며, 다이폴 안테나와 Reteurn Loss, Isolation, Cross Pol 등 동일한 특성을 갖을 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에 의하는 경우 별도의 그라운드(Ground)를 미포함하여 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명이 다른 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판의 일 측면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전기판과 구성요소는 실질적으로 동일하되, 급전라인의 배치 구조에 있어서 서로 상이할 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)은 제1 급전라인(320)의 일부가 제1 급전기판(30)의 일면(ex: 앞면)에 형성되고, 나머지가 제1 급전기판(30)의 타면(ex: 뒷면)에 형성될 수 있다. 이때, 제1 급전기판(30)은 제1 급전기판(30)의 일면에 형성된 일부 급전라인을 통해 급전된 전류가 타면에 형성된 나머지 급전라인 상에 커플링되도록 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서 제1 급전기판(30)은 제1 급전라인(320) 내 기준위상 신호에 상응하는 부분 및 역위상 신호에 상응하는 부분이 각각 다른 면 상에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)에 의하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전기판(30) 대비 주파수 대역은 비슷하면서도 전기적 특성을 잡기가 편하다는 장점이 존재한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제2 급전기판의 일 측면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 급전기판(40)은 제2 절연기판(410) 및 제2 절연기판(410) 상에 형성된 제2 급전라인(420)을 포함할 수 있다.

제2 급전라인(420)은 제2 직접 급전선로(421), 제2 기준위상 커플링 전극(422), 제2 전달라인(424), 제2 커플링 급전선로(428) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)을 포함할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)은 유사한 구조 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)의 제2 직접 급전선로(421), 제2 기준위상 커플링 전극(422), 제2 전달라인(424), 제2 커플링 급전선로(428) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)의 형상 및 기능은 전술한 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)의 제1 직접 급전선로(321), 제1 기준위상 커플링 전극(322), 제1 전달라인(324), 제1 커플링 급전선로(328) 및 제1 역위상 커플링 전극(330)에 각각 대응된다.

이하에서, 중복 설명을 피하기 위하여, 제2 급전기판(40)의 구성들 중 제1 급전기판(30)과 상이한 구성을 위주로 설명한다.

제2 급전기판(40)의 제2 전달라인(424)은 제2 우회라인(426)을 포함할 수 있다. 제2 우회라인(426)은 제1 우회라인(326)과는 달리 제2 결합 슬릿(416)을 우회하도록 구성되는 것은 아니다. 다만, 제2 우회라인(426)은 제2 전달라인(424)과 제1 전달라인(324)이 동일한 역위상 경로 길이를 갖도록 제2 전달라인(424)에 부가되는 것이다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 가능한 유사한 형상을 가질 수 있고, 전체 이중편파 안테나 구조의 대칭성이 유지될 수 있다.

다시 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 제2 기준위상 커플링 전극(422) 및 제2 역위상 커플링 전극(430)은 방사판(50)의 제3 지점(P4) 및 제5 지점(P5)을 연결하는 하나의 대각선 방향, 예를 들어, -45 편파 방향으로 배치될 수 있다.

제2 기준위상 커플링 전극(422)의 일단은 방사판(50)의 제3 지점(P4)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 기준위상 커플링 전극(422)은 방사판(50)의 제3 지점(P4)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제2 지점(P2)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제2 역위상 커플링 전극(430)의 일단은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 역위상 커플링 전극(430)은 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제5 지점(P5)을 향하는 방향으로 방사판(50)에 평행하게 연장될 수 있다.

이에, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 기준위상 신호를 공급하고 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 역위상 신호를 공급할 수 있다. 아울러, 기준위상 신호는 방사판(50)의 제4 지점(P4)으로부터 제2 지점(P2)을 향해 급전될 수 있고, 역위상 신호는 순차적으로 방사판(50)의 제2 지점(P2)으로부터 제5 지점(P5)을 향해 급전될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다른 하나의 편파를 방사하기 위하여 방사판(50)의 적어도 2 지점을 통한 급전, 소위, 이중 급전이 이루어질 수 있다. 아울러, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 하나의 안테나 구조에서 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.

마찬가지로, 제2 급전기판(40)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 급전기판(30)과 같이 제2 급전라인(420)의 일부가 제2 급전기판(40)의 일면(ex: 앞면)에 형성되고, 나머지가 제2 급전기판(40)의 타면(ex: 뒷면)에 형성될 수 있다.

이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 급전라인(320) 및 제2 급전라인(420)은 각각의 급전라인이 모두 급전기판의 일면에 형성되도록 구현되거나, 어느 하나의 급전라인이 일부가 급전기판의 일면에 형성되고 나머지가 급전기판의 타면에 형성되도록 구현될 수 있다. 이는, 본 발명의 이중편파 안테나를 통해 만족시키고자하는 주파수 특성에 따라 적정 조합으로 구현될 수 있다.

도 8은 종래의 이중 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이중 급전 방식을 나타내는 개략도이다.

도 10은 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.

종래의 개별 안테나 구조체에 있어, 단일 급전 구조체(Single Feed Element)의 경우는 하나의 급전으로 구현되어 Isolation과 Cross Pol 특성이 좋지 않다는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 도 8과 같이 구조체 두개를 사용하여 하나의 단일 급전 구조체의 반대편에 위치한 다른 구조물에 다른 단일 급전 구조체를 구현하고 케이블이나 분배기를 사용하여 이중 급전의 형태로 구현하는 방법이 제시되었다. 하지만, 이러한, 이중 급전 방식에 의하는 경우 조립성이 좋지 않다는 단점이 존재하며, 납땜 포인트 상승으로 인한 양산성 문제 및 PIMD 특성이 균일하지 않다는 문제 등 구조적으로 복잡한 점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식은 하나의 안테나 구조에서 다른 구조물 없이도 시프트 직렬 급전을 이용한 이중 급전이 가능토록 구현된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에 의하는 경우 단일 급전에서 급전되어 직렬 급전이 이루어지도록 하는 시프트 급전 방식에 따라 방사판(50) 상에 소정의 시간차를 가지나 순차적으로 급전이 같으 방향으로 이루어질 수 있다. 이는, 이중 급전의 장점인 CPR(Cross Polarization Ratio) 특성과 Isolation 특성을 만족시킬 수 있으면서도 구조의 복잡도를 획기적으로 감소시킴으로써 이중편파 안테나의 소형화를 가능토록 하는 효과가 있다.

한편, 도 10 및 도 11을 비교하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 급전 방식에 의하는 경우 종래의 이중 급전 방식 대비 방사패턴, 대역폭, Isolation Cross Pol 특성이 좋아진 것을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 이중편파 안테나 10: 베이스 기판
20: 급전부 30: 제1 급전기판
40: 제2 급전기판 50: 방사판

Claims (11)

1. 베이스 기판;
   상기 베이스 기판 상에 지지되며 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하는 급전부; 및
   상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하며,
   상기 제1 급전기판은 시프트 급전(Shift Feed) 방식에 따라 상기 방사판의 제1 방향을 기준으로 제1 영역에 제1 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제1 영역에 순차되는 제2 영역에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고,
   상기 제2 급전기판은 상기 시프트 급전 방식에 따라 상기 방사판의 제2 방향을 기준으로 제3 영역에 제2 기준위상 신호를 공급하고, 상기 제3 영역에 순차되는 제4 영역에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인은 각각,
   단일 급전(Single Feed)에서 급전되어 직렬 급전(Series Feed)이 이루어지도록 하는 상기 시프트 급전 방식에 따라 상기 방사판 상에 소정의 시간차를 가지나 순차적으로 급전이 같은 방향으로 이루어지도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
3. 제 1항에 있어서
   상기 제1 급전라인은, 상기 제1 급전기판의 일측 단변으로부터 상기 제1 방향으로 상기 제1 영역에 평행하게 연장되는 제1 기준위상 커플링 전극 및 상기 제2 영역에 평행하게 연장되는 제1 역위상 커플링 전극을 포함하고,
   상기 제2 급전라인은, 상기 제2 급전기판의 일측 단변으로부터 상기 제2 방향으로 상기 제3 영역에 평행하게 연장되는 제2 기준위상 커플링 전극 및 상기 제4 영역에 평행하게 연장되는 제2 역위상 커플링 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 급전라인은, 일단이 상기 제1 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되며 타단이 상기 제1 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제1 직접 급전선로, 상기 제1 역위상 커플링 전극의 일단으로부터 상기 제1 급전기판의 상기 일측 장변을 향하여 연장되는 제1 커플링 급전선로, 상기 제1 기준위상 커플링 전극의 타단으로부터 상기 제1 커플링 급전선로의 일단으로 이어지는 제1 전달라인을 더 포함하고,
   상기 제2 급전라인은, 일단이 상기 제2 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되며 타단이 상기 제2 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제2 직접 급전선로, 상기 제2 역위상 커플링 전극의 일단으로부터 상기 제2 급전기판의 상기 일측 장변을 향하여 연장되는 제2 커플링 급전선로, 상기 제2 기준위상 커플링 전극의 타단으로부터 상기 제2 커플링 급전선로의 일단으로 이어지는 제2 전달라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 전달라인 및 제2 전달라인은,
   각각에 대응하는 커플링 급전선로 상에 기준위상 신호 대비 180°의 위상차를 갖는 전류가 인가되도록 시프트된 구조 및 경로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 커플링 급전선로 및 상기 제2 커플링 급전선로는,
   각각에 대응되는 전달라인을 통해 인가된 역위상 신호를 각각에 대응되는 역위상 커플링 전극 상에 공급하는 급전선로로서의 기능을 수행하여 L프로브 급전 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인은 중 적어도 하나의 급전라인은,
   급전라인의 일부가 급전기판의 일면에 형성되고, 나머지가 급전기판의 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인 중 적어도 하나의 급전라인은,
   급전라인 내 기준위상 신호에 상응하는 부분 및 역위상 신호에 상응하는 부분이 각각 다른 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제1 급전라인 및 상기 제2 급전라인 중 적어도 하나의 급전라인은,
   상기 일면에 형성된 일부 급전라인을 통해 급전된 전류가 상기 타면에 형성된 나머지 급전라인 상에 커플링되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 방사판은 정방향이고,
    상기 방사판 내 방사된 전류의 방향을 우회시키기 위한 원형의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 방사판의 대각선의 길이는 사용주파수의 중심주파수의 반파장의 길이와 동일하며,
    상기 홀의 지름은, 상기 방사판의 면적에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이중편파 안테나.

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