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KR100425571B1 - Multi-band omni antenna in wireless communication system - Google Patents

Multi-band omni antenna in wireless communication system Download PDF

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KR100425571B1
KR100425571B1 KR10-2000-0071277A KR20000071277A KR100425571B1 KR 100425571 B1 KR100425571 B1 KR 100425571B1 KR 20000071277 A KR20000071277 A KR 20000071277A KR 100425571 B1 KR100425571 B1 KR 100425571B1
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KR
South Korea
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monopole element
high frequency
low frequency
frequency monopole
antenna
Prior art date
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KR10-2000-0071277A
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Korean (ko)
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KR20020041610A (en
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박승모
최홍기
김상진
박승희
이재두
김재연
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주식회사 감마누
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/30Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40Element having extended radiating surface

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  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

본 발명은, 건물 내부와 같은 음영지역에서 여러 주파수 대역의 무선통신 서비스를 동시에 제공하므로써, 여러 주파수 대역의 무선통신 서비스를 제공하는 사업자 측에서는 주파수 대역 별로 각각의 안테나를 설치하지 않고도 하나의 안테나만을 이용하여 무선통신 서비스를 제공할 수 있는 옴니 안테나를 제공한다. 입력되는 고주파 신호를 공진시키기 위한 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자; 입력되는 고주파 신호에 비해 주파수 대역이 낮은 저주파 신호를 공진시키기 위하여, 일부분이 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자의 내부에 삽입되어 콘넥터에 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 일체형으로 고정되는 저주파 모노폴 소자; 및 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 저주파 모노폴 소자를 반사하여 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 저주파 모노폴 소자에 흐르는 표면전류와 동일한 이미지 전류를 발생시켜 다이폴 안테나와 동리한 복사 패턴을 만들어 주는 반사판을 포함한다.The present invention provides a wireless communication service of several frequency bands at the same time in a shaded area such as an inside of a building, so that an operator providing a wireless communication service of several frequency bands uses only one antenna without installing each antenna for each frequency band. By providing an omni antenna that can provide a wireless communication service. At least one high frequency monopole element for resonating an input high frequency signal; A low frequency monopole element having a portion inserted inside the at least one high frequency monopole element and integrally fixed to the connector with at least one high frequency monopole element so as to resonate the low frequency signal having a lower frequency band than the input high frequency signal; And a reflection plate reflecting the at least one high frequency monopole element and the low frequency monopole element to generate an image current equal to the surface current flowing through the at least one high frequency monopole element and the low frequency monopole element to create a radiation pattern similar to that of the dipole antenna.

Description

무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나{Multi-band omni antenna in wireless communication system}Multi-band omni antenna in wireless communication system

본 발명은 무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나에 관한 것으로서,특히 건물 내부와 같은 음영지역에서 여러 주파수 대역을 동시에 중계할 수 있는 옴니 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multiband omni antenna in a wireless communication system, and more particularly to an omni antenna capable of simultaneously relaying several frequency bands in a shaded area such as a building interior.

일반적으로, 디지털 셀룰러(Cellular), 개인휴대통신(PCS) 및 주파수 공용 통신 등과 같은 무선통신 시스템에서 사용되는 휴대용 단말기는 사용자의 위치 이동에 따라 서비스 지역이 변동되며, 각 서비스 지역에는 각종 무선통신 중계용 안테나가 설치된다. 이에 따라, 건물 내부와 같은 음영지역에서는 무선통신 서비스를 위해 천장 등에 치부할 수 있는 옴니 안테나를 사용하고 있다.In general, portable terminals used in wireless communication systems such as digital cellular, personal mobile communication (PCS), and frequency common communication have a different service area according to the user's location, and each service area has various wireless communication relays. Antenna is installed. Accordingly, omni antennas, which can be mounted on ceilings, are used for wireless communication services in shaded areas such as inside buildings.

이와 같은, 종래의 무선통신용 옴니 안테나는 단일 주파수 대역만을 중계할 수 있도록 되어 있어, 셀룰러(Cellular), GSM900, PCS/GSM800 및 IMT2000 등 각각의 주파수 대역 별로 주파수 대역이 서로 다른 옴니 안테나가 사용되고 있다.Such a conventional omni antenna for wireless communication is capable of relaying only a single frequency band, and omni antennas having different frequency bands are used for each frequency band such as cellular, GSM900, PCS / GSM800, and IMT2000.

그리고, 국내에서 단일 주파수 대역의 옴니 안테나가 주로 사용된 이유는 860MHz 대역의 서비스를 제공하는 셀룰러 사업자(예를 들어, SK 텔레콤이 있음)와 1800MHz 대역의 서비스를 제공하는 PCS 사업자(예를 들어, 한국통신 프리텔 및 한솔텔레콤이 있음)가 별도로 운영되어 왔기 때문이다.In addition, the reason why the omni antenna of a single frequency band is mainly used in Korea is that a cellular provider (eg, SK Telecom) provides a service in the 860 MHz band and a PCS provider providing a service in the 1800 MHz band (for example, KT Freetel and Hansol Telecom) have been operating separately.

그러나, 국내에서 IMT2000 사업이 수행되면, 상기 셀룰러 사업자와 상기 PCS 사업자는 각각 IMT2000 서비스 사업을 기존의 무선통신 서비스 사업과 동시에 수행해야 한다. 이때, 종래의 단일 주파수 대역의 옴니 안테나를 이용하게 되면, IMT2000 주파수 대역에 적합한 옴니 안테나를 각 서비스 지역마다 설치해야 하므로, 사업자 측에서는 안테나 제작이나 구입 및 설치에 따른 매우 많은 비용을 소모해야 하는 문제점이 있었다.However, when the IMT2000 business is performed in Korea, the cellular service provider and the PCS service provider must each simultaneously perform the IMT2000 service business with the existing wireless communication service business. In this case, when using a conventional omni antenna of a single frequency band, since the omni antenna suitable for the IMT2000 frequency band should be installed in each service area, the operator has to spend a lot of money on the antenna production, purchase and installation. there was.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건물 내부와 같은 음영지역에서 여러 주파수 대역의 무선통신 서비스를 동시에 제공하므로써, 여러 주파수 대역의 무선통신 서비스를 제공하는 사업자 측에서는 주파수 대역 별로 각각의 안테나를 설치하지 않고도 하나의 안테나만을 이용하여 무선통신 서비스를 제공할 수 있는 옴니 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by simultaneously providing a wireless communication service of several frequency bands in the same shaded area as the inside of the building, the carrier side providing a wireless communication service of several frequency bands frequency band It is an object of the present invention to provide an omni antenna that can provide a wireless communication service using only one antenna without installing each antenna.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나의 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of a multi-band omni antenna in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서의 다중대역 옴니 안테나의 결합도.FIG. 2 is a coupling diagram of the multiband omni antenna in FIG. 1. FIG.

도 3은 도 1에서의 다중대역 옴니 안테나의 단면도.3 is a cross-sectional view of the multiband omni antenna in FIG.

도 4는 도 1에서의 모노폴 소자의 단면도.4 is a cross-sectional view of the monopole element in FIG.

도 5는 도 1에서의 모노폴 소자의 입체도.5 is a three-dimensional view of the monopole element in FIG.

도 6a 내지 도 6d는 도 1의 다중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 동작 설명도.6A to 6D are diagrams illustrating the operation of the multiband omni antenna of FIG. 1 in the high frequency band.

도 7a 내지 도 7d는 도 1의 다중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 동작 설명도.7A to 7D are diagrams illustrating the operation in the low frequency band of the multiband omni antenna of FIG.

도 8a는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 수평빔 패턴에 대한 특성도.8A is a characteristic diagram of a horizontal beam pattern in the low frequency band of the dual band omni antenna of FIG.

도 8b는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 수직빔 패턴에 대한 특성도.8B is a characteristic diagram of a vertical beam pattern in the low frequency band of the dual band omni antenna of FIG.

도 9a는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 수평빔 패턴에 대한 특성도.9A is a characteristic diagram of a horizontal beam pattern in the high frequency band of the dual band omni antenna of FIG.

도 9b는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 수직빔 패턴에 대한 특성도.9B is a characteristic diagram of a vertical beam pattern in the high frequency band of the dual band omni antenna of FIG.

도 10은 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 입력 정재파비에 대한 특성도.10 is a characteristic diagram of an input standing wave ratio of the dual band omni antenna of FIG.

도 11은 본 발명의 다른 실시예 따른 무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나의 분해 사시도.11 is an exploded perspective view of a multiband omni antenna in a wireless communication system according to another embodiment of the present invention.

도 12는 도 11에서의 모노폴 소자의 단면도.12 is a cross-sectional view of the monopole element in FIG.

도 13은 도 11에서의 모노폴 소자의 입체도.13 is a three-dimensional view of the monopole element in FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

11: 콘넥터 12, 13: 제 1 및 제 2 모노폴 소자11: connector 12, 13: first and second monopole elements

14: 반사판 15: 레이돔14: Reflector 15: Radom

16: 고정너트 17: 홀16: fixing nut 17: hole

18: 유전체18: dielectric

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신 시스템에서 콘넥터를 통해 입력되는 전자파를 자유 공간으로 복사하는 옴니 안테나에 있어서, 상기 콘넥터를 통해 입력되는 고주파 신호를 공진시키기 위한 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자; 상기 콘넥터를 통해 입력되는 상기 고주파 신호에 비해 주파수 대역이 낮은 저주파 신호를 공진시키기 위하여, 일부분이 상기 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자의 내부에 삽입되어 상기 콘넥터에 상기 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 일체형으로 고정되는 저주파 모노폴 소자; 및 상기 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자를 반사하여 상기 적어도 하나의 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자에 흐르는 표면전류와 동일한 이미지 전류를 발생시켜 다이폴 안테나와 동일한 복사패턴을 만들어 주는 반사판을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an omni antenna for radiating electromagnetic waves input through a connector into a free space in a wireless communication system, wherein at least one high frequency monopole element is used to resonate a high frequency signal input through the connector. ; In order to resonate a low frequency signal having a lower frequency band than the high frequency signal inputted through the connector, a portion is inserted into the at least one high frequency monopole element to be integrally fixed to the at least one high frequency monopole element. Low frequency monopole devices; And a reflecting plate for reflecting the at least one high frequency monopole element and the low frequency monopole element to generate an image current equal to the surface current flowing through the at least one high frequency monopole element and the low frequency monopole element to create a radiation pattern identical to that of a dipole antenna. Include.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나의 분해 사시도로서, 이중대역 옴니 안테나를 나타낸 것이다.1 is an exploded perspective view of a multi-band omni antenna in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention, showing a dual-band omni antenna.

도 2는 도 1에서의 이중대역 옴니 안테나의 결합도이다.FIG. 2 is a combined diagram of the dual band omni antenna in FIG. 1.

도 3은 도 1에서의 이중대역 옴니 안테나의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the dual band omni antenna in FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예 따른 이중대역 옴니 안테나는, 전자파가 전달되는 외부의 케이블에 연결되는 콘넥터(11)와, 콘넥터(11)를 통해 입력되는 1800 내지 2000 MHz 대역의 고주파 신호를 공진시키기 위한 제 1 모노폴 소자(12)와, 콘넥터(11)를 통해 입력되는 800 내지 900 MHz 대역의 저주파 신호를 공진시키기 위한 제 2 모노폴 소자(13)와, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)를 반사하여 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)에 흐르는 표면전류와 동일한 이미지 전류를 발생시켜 다이폴 안테나와 동일한 복사패턴을 만들어 주는 반사판(14)과, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)와 반사판(14)을 보호하기 위해 외부를 덮는 레이돔(15)을 구비한다.1 to 3, a dual band omni antenna according to an embodiment of the present invention includes a connector 11 connected to an external cable through which electromagnetic waves are transmitted, and a 1800 to 2000 MHz input through the connector 11. A first monopole element 12 for resonating a high frequency signal in a band, a second monopole element 13 for resonating a low frequency signal in a 800 to 900 MHz band input through the connector 11, and a first and a second 2 reflector 14 for reflecting the monopole elements 12 and 13 to generate the same image current as the surface current flowing through the first and second monopole elements 12 and 13 to produce the same radiation pattern as the dipole antenna; A radome 15 is provided to cover the outside to protect the first and second monopole elements 12 and 13 and the reflecting plate 14.

여기서, 콘넥터(11)는 외부에 연결되는 케이블을 통해 입력되는 전자파를 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)로 급전시켜 주며, 이 콘넥터(11)는 반사판(14)의 정중앙 부분의 홀(Hole)(17)에 삽입되어 고정너트(16)로 고정된다. 이렇게, 고정된 콘넥터(11)의 중심도선 끝부분은 볼트처리가 되어 있으며, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)의 하단부는 도 4와 같이 고정너트(16)로 고정되어 있어 콘넥터(11)와 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)를 서로 연결하여 반사판(14) 위에 위치하게 된다. 이때, 콘넥터(11)와 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)가 연결되는 부분에는 유전체(18)의 길이를 길게하여 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)가 접지되지 않도록 한다.Here, the connector 11 feeds electromagnetic waves input through the cable connected to the outside to the first and second monopole elements 12 and 13, and the connector 11 is a hole in the center of the reflecting plate 14 It is inserted into the (Hole) (17) and fixed with a fixing nut (16). Thus, the end portion of the center lead of the fixed connector 11 is bolted, and the lower ends of the first and second monopole elements 12 and 13 are fixed by fixing nuts 16 as shown in FIG. 11) and the first and second monopole elements 12 and 13 are connected to each other and positioned on the reflector plate 14. In this case, the length of the dielectric 18 is lengthened so that the first and second monopole elements 12 and 13 are not grounded at the portion where the connector 11 and the first and second monopole elements 12 and 13 are connected. .

제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)는 각각, 플라스틱 재질의 원통형으로 이루어지며, 이 플라스틱 원통형의 외부에는 금속을 입혀서 전류가 흐를 수 있도록 한다. 이는, 옴니 안테나의 무게를 가볍게 하므로써, 천장에 취부된 상태에서 바닥에 떨어지거나 사용 도중 바닥에 떨어질 경우 옴니 안테나 자체 무게에 의해 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.The first and second monopole elements 12 and 13 are each made of a plastic cylinder, and the outside of the plastic cylinder is coated with metal to allow current to flow. This is to lighten the weight of the omni antenna to prevent damage to the omni antenna itself if it falls on the floor in the ceiling mounted state or falls on the floor during use.

제 1 모노폴 소자(12)를 이루는 원통의 직경은 1800 내지 2000 MHz 대역의 고주파 신호가 통과할 수 있을 정도의 길이와 굵기로 이루어지며, 제 2 모노폴 소자(13)를 이루는 원통의 직경은 800 내지 900 MHz 대역의 저주파 신호가 통과할 수 있을 정도의 길이와 굵기로 이루어진다.The diameter of the cylinder constituting the first monopole element 12 is made of a length and thickness enough to pass a high frequency signal in the 1800 to 2000 MHz band, the diameter of the cylinder constituting the second monopole element 13 is 800 to It consists of a length and thickness enough to pass a low frequency signal in the 900 MHz band.

그리고, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)는 일체형으로 조립되어 콘넥터(11)에 연결되되, 도 5에서 처럼 제 2 모노폴 소자(13)의 일부분이 제 1 모노폴 소자(12)의 원통 내부에 삽입된다.In addition, the first and second monopole elements 12 and 13 are integrally assembled and connected to the connector 11, and a portion of the second monopole element 13 is cylindrical in the first monopole element 12 as shown in FIG. 5. It is inserted inside.

이와 같이, 일체형으로 조립된 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)는 도 4에 도시된 바와 같이 원통의 중심점을 기준으로 대칭 구조로 이루어진다.As such, the first and second monopole elements 12 and 13, which are integrally assembled, have a symmetrical structure with respect to the center point of the cylinder, as shown in FIG.

반사판(14)은 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)의 표면전류를 반사시켜 이와 동일한 이미지 전류를 발생시킬 수 있도록 도전성이 양호한 금속 재질로 이루어진다.The reflector plate 14 is made of a metal material having good conductivity so as to reflect the surface currents of the first and second monopole elements 12 and 13 to generate the same image current.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 이중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 동작 특성을 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 상세하게 설명한다.The operation characteristics of the dual band omni antenna of the present invention having the above structure in the high frequency band will be described in detail with reference to FIGS. 6A to 6D.

입력 전자파는 콘넥터(11)를 통해 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)로 급전되어 제 1 모노폴 소자(12)와 반사판(14) 사이에 도 6c에서와 같은 전장(Electric Field)을 만들어 자유공간으로 복사된다. 이때, 저주파 소자인 제 2 모노폴 소자(13)와 제 1 모노폴 소자(12) 사이에는 약한 전자파 결합(electromagnetic coupling)이 이루어지므로, 제 1 모노폴 소자(12)가 제 2 모노폴 소자(13)의 영향을 거의 받지 않도록 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)의 직경 크기를 설계한다.The input electromagnetic wave is fed to the first monopole element 12, which is a high frequency element, through the connector 11 to create an electric field as shown in FIG. 6C between the first monopole element 12 and the reflector 14 to free space. Copied to At this time, since a weak electromagnetic coupling is performed between the second monopole element 13 and the first monopole element 12, which are low frequency elements, the first monopole element 12 affects the second monopole element 13. The diameter sizes of the first and second monopole elements 12 and 13 are designed to receive little.

따라서, 고주파 대역에서 동작할 경우, 본 발명의 이중대역 옴니 안테나 내부의 전류 흐름은 도 6b에서와 같이 등가적으로 표현되며, 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)는 고주파 파장 λh의 "1/4" 높이로서 모노폴 안테나로 동작하게 된다.Thus, when operating in a high frequency band, it is equivalently represented by, as in the dual-band omnidirectional antenna internal current flow Figure 6b of the present invention, the high frequency device of the first monopole element 12 is a high frequency wavelength λ h "1 It is a 4 "tall monopole antenna.

이와 같은 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)에 의해 입력 전자파가 공진되어 복사되는 과정은 다음과 같다.The process by which the input electromagnetic waves are resonated and radiated by the first monopole element 12 which is such a high frequency element is as follows.

도 6b에 도시된 바와 같은 제 1 모노폴 소자(12)에 흐르는 전류는 Ⅰ부분에서의 복사패턴을 계산하기 위한 등가신호원으로 도 6c에서와 같이 표현되며, 제 1 모노폴 소자(12)의 표면에 유도되는 표면유도전류는 도 6d에서와 같은 분포를 갖는다.The current flowing through the first monopole element 12 as shown in FIG. 6b is represented as in FIG. 6c as an equivalent signal source for calculating the radiation pattern in part I, and is formed on the surface of the first monopole element 12. The induced surface induced current has the same distribution as in FIG. 6D.

도 6c에서 반사판(14)의 상측인 Ⅰ부분에서 볼때, 실제 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)의 표면전류인 신호원 ①과 반사판(14)의 이미지 효과로 인한 Ⅱ부분의 신호원 ②와의 합으로 보이며, 신호원 ①과 신호원 ②의 다이폴 전류 신호원으로부터 Ⅰ부분에서의 전자장이 해석된다. 다시 말하면, 모노폴 옴니안테나는 제 1 모노폴 소자(12)에 유도된 표면전류가 반사판(14)으로부터 생기는 이미지 전류와 합쳐져서 Ⅰ부분에서는 다이폴 안테나의 복사패턴과 동일한 특성을 낸다. 즉, 도 6c에서 ③은 전계(electric field) 분포를 나타낸다.In FIG. 6C, when viewed from the part I of the upper side of the reflector 14, the signal source 1, which is the surface current of the first monopole element 12, which is an actual high frequency element, and the signal source ② of the part II due to the image effect of the reflector 14, are obtained. It is shown as a sum, and the electromagnetic field in part I is analyzed from the dipole current signal sources of the signal source ① and the signal source ②. In other words, the monopole omniantenna combines the surface current induced in the first monopole element 12 with the image current generated from the reflector 14 so that the portion I has the same characteristics as the radiation pattern of the dipole antenna. That is, (3) in FIG. 6C indicates an electric field distribution.

한편, 반사판(14)의 하부인 Ⅱ 부분에는 전자파 복사 기능이 없는 콘넥터(11)만이 위치되므로, 전자파의 복사 신호원은 존재하지 않는다.On the other hand, since only the connector 11 having no electromagnetic radiation function is located in the portion II of the reflector 14, there is no radiation signal source of electromagnetic waves.

상기 참조된 도 6a 내지 도 6d는 각각, 본 발명의 이중대역 옴니 안테나의 단면, 본 발명의 이중대역 옴니 안테나 내부의 고주파 대역에서의 전류 흐름, 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)와 반사판(14)에 의해 형성되는 전계 분포, 그리고 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)에 유도되는 표면전류 분포를 나타낸 것이다.6A to 6D refer to the cross section of the dual band omni antenna of the present invention, the current flow in the high frequency band inside the dual band omni antenna of the present invention, the first monopole element 12 and the reflector ( 14 shows the electric field distribution formed by 14) and the surface current distribution induced by the first monopole element 12, which is a high frequency element.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 이중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 동작 특성을 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 상세하게 설명한다.Operation characteristics in the low frequency band of the dual band omni antenna of the present invention having the structure as described above will be described in detail with reference to FIGS. 7A to 7D.

저주파 대역의 동작 원리는 고주파 대역에서의 동작원리보다 다소 복잡하지만 기본적인 모노폴 안테나로서의 동작 특성은 유사하다.The operating principle of the low frequency band is somewhat more complicated than the operating principle in the high frequency band, but the operation characteristics as a basic monopole antenna are similar.

콘넥터(11)를 통해 입력되는 저주파 신호는 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)의 상단부인 ④에서 전자파 결합되어 저주파 소자인 제 2 모노폴 소자(13)로 전자파 결합되어 표면 전류가 유도된다. 이때, ④부분은 저주파 소자인 제 2 모노폴 소자(13)와 고주파 소자인 제 1 모노폴 소자(12)가 겹쳐지는 부분으로서, 내부 도선인 제 2 모노폴 소자(13)와 외부 도체인 제 1 모노폴 소자(12)가 마치 동축케이블과 같이 동작하여 ④부분에서 전자파 결합에 의해 인가된 전자파는 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13) 소자 간에 내부에서 연결되어 있는 아래부분까지 "λl/8" 거리를 이동하여 합쳐지는 쇼트(short)를 만나 위상이 180°반전되고 다시 ④부분으로 되돌아와 합계 (3λl)/4의 위상차를 갖는 시간이 지연되고 난 후 저주파 소자인 제 2 모노폴 소자(13)로 표면 전류를 인가한다. 또한 상기 ④부분의 동축내로 이동하여 반사되어 온 신호 이외에 직접적으로 제 2 모노폴 소자(13)의 상부로 전자파 결합되는 성분이 존재하게 되는데, 이 두 성분이 합쳐져서 제 2 모노폴 소자(13)에 표면 전류가 형성된다.The low frequency signal input through the connector 11 is electromagnetically coupled at the upper end of the first monopole element 12, which is a high frequency element, and electromagnetically coupled to the second monopole element 13, which is a low frequency element, thereby inducing surface current. At this time, the part ④ is a portion where the second monopole element 13, which is a low frequency element, and the first monopole element 12, which is a high frequency element, overlap, and the second monopole element 13, which is an inner conductor, and the first monopole element, which is an outer conductor. (12) acts like a coaxial cable, and the electromagnetic wave applied by electromagnetic coupling in the part ④ is “λ l / 8” to the lower part connected internally between the first and second monopole elements 12 and 13. reverse meet a short (short) to be merged by moving the drive phase is 180 ° and re-④ to back the sum (3λ l) / 4 after the time is delayed with the phase difference between the low frequency elements the second monopole element (13 parts Apply surface current with. In addition, there is a component that is directly electromagnetically coupled to the upper portion of the second monopole element 13 in addition to the signal reflected and moved in the coaxial part of the ④ portion, and these two components are combined to provide a surface current to the second monopole element 13. Is formed.

이러한, 동축 내부를 통한 위상지연 성분과 직접적으로 전자파 결합된 성분의 합에 의해 제 2 모노폴 소자(13)에 표면전류가 유도되는 관계로 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13) 외부에서 볼 때 전체 표면 전류는 약간의 불연속 성분이 존재하여 표면전류분포는 도 7d에서와 같이 나타난다. 즉, 저주파 모노폴 안테나의 복사패턴은 제 1 모노폴 소자(12)의 표면전류와 제 2 모노폴 소자(13)의 표면전류의 합으로 계산된다. 본 발명의 옴니 안테나 내부의 전류 흐름은 도 7b에서와 같다.Since the surface current is induced in the second monopole element 13 by the sum of the phase delay component through the coaxial inside and the component directly electromagnetically coupled, it is viewed from outside the first and second monopole elements 12 and 13. When the total surface current has some discontinuous components, the surface current distribution is shown in Fig. 7d. That is, the radiation pattern of the low frequency monopole antenna is calculated as the sum of the surface current of the first monopole element 12 and the surface current of the second monopole element 13. The current flow inside the omni antenna of the present invention is as in FIG. 7B.

그러나, 도 7d에 도시된 표면전류분포는 모노폴 안테나로서의 동작에는 전혀 이상이 없으며, 오히려 주파수 대역폭을 증가시키는 장점이 된다. 이때, 저주파수에서의 복사패턴 해석은 전술한 고주파 대역에서의 동작 원리와 동일하다.However, the surface current distribution shown in FIG. 7D is no abnormal for operation as a monopole antenna, but rather has an advantage of increasing the frequency bandwidth. At this time, the radiation pattern analysis at the low frequency is the same as the operation principle in the high frequency band described above.

이와 같은 저주파 소자인 제 2 모노폴 소자(13)에 의해 입력 전자파가 공진되어 복사되는 과정은 다음과 같다.The process by which the input electromagnetic waves are resonated and radiated by the second monopole element 13 which is such a low frequency element is as follows.

콘넥터(11)를 통해 입력되는 전자파가 동축 일체형 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)에 표면전류를 유도하고 반사판(14)에 의해 생기는 도 7c의 Ⅱ부분의 이미지 성분과 합쳐서 도 7c의 Ⅰ부분에서는 다이폴 안테나와 같은 복사패턴을 낸다. 이때, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)의 전체 표면전류 합이 등가적으로 저주파대역 파장 λl의 1/4 높이가 되어 모노폴 안테나로 동작하게 되며, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13) 간의 전자파 결합에 의해 동작되므로 오히려 넓은 대역폭을 만든다.Electromagnetic waves input through the connector 11 induce surface currents in the coaxial monolithic first and second monopole elements 12 and 13 and in combination with the image components in part II of FIG. 7C produced by the reflector plate 14 of FIG. Part I produces the same radiation pattern as a dipole antenna. In this case, the sum of the total surface currents of the first and second monopole elements 12 and 13 is equivalent to a quarter height of the low frequency band wavelength λ l to operate as a monopole antenna, and the first and second monopole elements ( It is operated by electromagnetic wave coupling between 12 and 13), thus making a wider bandwidth.

그리고, 도 7c에서 ⑤는 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13) 표면의 저주파 대역신호에 대한 표면전류이고, 도 7c에서 ⑥은 표면전류와 이미지 전류 간에 발생되는 Ⅰ부분에서의 전계 분포이다.In Fig. 7C,? Is the surface current for the low frequency band signal on the surfaces of the first and second monopole elements 12 and 13, and in Fig. 7C,? Is the electric field distribution in part I generated between the surface current and the image current. .

상기 참조된 도 7a 내지 도 7d는 각각, 본 발명의 이중대역 옴니 안테나의 단면, 본 발명의 이중대역 옴니 안테나 내부의 저주파 대역에서의 전류 흐름, 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)와 반사판(14)에 의해 형성되는 전계 분포, 그리고 제 1 및 제 2 모노폴 소자(12, 13)에 유도되는 표면전류 분포를 나타낸 것이다.7A to 7D refer to a cross section of the dual band omni antenna of the present invention, the current flow in the low frequency band inside the dual band omni antenna of the present invention, and the first and second monopole elements 12 and 13, respectively. The electric field distribution formed by the reflector 14 and the surface current distribution induced by the first and second monopole elements 12 and 13 are shown.

도 8a는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 복사 패턴에 대한 특성도를 나타낸 것으로서, 900MHz 대역에서의 수평빔 패턴에 대한 특성을 나타낸 것이다.FIG. 8A illustrates a characteristic diagram of a radiation pattern in a low frequency band of the dual band omni antenna of FIG. 1 and illustrates characteristics of a horizontal beam pattern in a 900 MHz band.

도 8b는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 저주파 대역에서의 복사 패턴에 대한 특성도를 나타낸 것으로서, 900MHz 대역에서의 수직빔 패턴에 대한 특성을 나타낸 것이다.FIG. 8B illustrates a characteristic diagram of a radiation pattern in a low frequency band of the dual band omni antenna of FIG. 1 and illustrates characteristics of a vertical beam pattern in a 900 MHz band.

도 9a는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 복사 패턴에 대한 특성도를 나타낸 것으로서, 1800MHz 대역에서의 수평빔 패턴에 대한 특성을 나타낸 것이다.FIG. 9A illustrates a characteristic diagram of a radiation pattern in a high frequency band of the dual band omni antenna of FIG. 1 and illustrates characteristics of a horizontal beam pattern in a 1800 MHz band.

도 9b는 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 고주파 대역에서의 복사 패턴에 대한 특성도를 나타낸 것으로서, 1800MHz 대역에서의 수직빔 패턴에 대한 특성을 나타낸 것이다.FIG. 9B illustrates a characteristic diagram of a radiation pattern in a high frequency band of the dual band omni antenna of FIG. 1 and illustrates characteristics of a vertical beam pattern in a 1800 MHz band.

도 10은 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 입력 정재파비에 대한 특성을 나타낸 것이다.FIG. 10 illustrates characteristics of an input standing wave ratio of the dual band omni antenna of FIG. 1.

도 11은 본 발명의 다른 실시예 따른 무선통신 시스템에서의 다중대역 옴니 안테나의 분해 사시도로서, 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 주파수 대역을 확장시킨 것이다.FIG. 11 is an exploded perspective view of a multiband omni antenna in a wireless communication system according to another embodiment of the present invention, in which the frequency band of the dual band omni antenna of FIG. 1 is expanded.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예 따른 다중대역 옴니 안테나는, 도 1에서와 마찬가지로, 콘넥터(11), 제 1 모노폴 소자(12), 제 2 모노폴 소자(13), 반사판(14), 그리고 레이돔(15)을 구비하며, 1800 내지 2000 MHz 대역보다 높은 대역의 고주파 신호를 공진시키기 위한 제 3 모노폴 소자(19)를 구비한다.Referring to FIG. 11, in the multi-band omni antenna according to another embodiment of the present invention, as in FIG. 1, the connector 11, the first monopole element 12, the second monopole element 13, and the reflector plate 14 are described. And a radome 15, and a third monopole element 19 for resonating high frequency signals in a band higher than the 1800 to 2000 MHz band.

콘넥터(11)는 고정너트(16)로 고정되며, 고정너트(16)에 의해 콘넥터(11)와 제 1 내지 제 3 모노폴 소자(12, 13, 19) 조립체가 연결되어 반사판(14) 위에 위치하게 된다.The connector 11 is fixed by the fixing nut 16, and the assembly of the connector 11 and the first to third monopole elements 12, 13, and 19 are connected to the fixing plate 16 and positioned on the reflector plate 14. Done.

제 1 내지 제 3 모노폴 소자(12, 13, 19)는 플라스틱 재질의 원통형으로 이루어지며, 금속도체 성분으로 구성된다.The first to third monopole elements 12, 13, and 19 are formed in a cylindrical shape made of plastic and composed of metal conductor components.

제 3 모노폴 소자(19)를 이루는 원통의 직경은 1800 내지 2000 MHz 대역보다 높은 대역의 고주파 신호가 공진되는 크기를 갖는다.The diameter of the cylinder constituting the third monopole element 19 is such that a high frequency signal in a band higher than the 1800 to 2000 MHz band is resonated.

그리고, 제 1 내지 제 3 모노폴 소자(12, 13, 19)는 일체형 동축 대칭구조로 제작된다.The first to third monopole elements 12, 13, and 19 are fabricated in an integrated coaxial symmetric structure.

이와 같이, 일체형으로 조립된 제 1 내지 제 3 모노폴 소자(12, 13, 19)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 원통의 중심점을 기준으로 접지판 위에서 대칭구조로 이루어진다.As such, the first to third monopole elements 12, 13, and 19 that are integrally assembled have a symmetrical structure on the ground plate with respect to the center point of the cylinder, as shown in FIGS.

따라서, 본 발명의 다중대역 옴니 안테나는, 상기한 바와 같이 대칭을 이루는 원통형의 모노폴 소자들의 직경 크기를 다르게 하므로써, 보다 넓은 주파수 대역의 신호를 복사시킬 수 있다.Therefore, the multiband omni antenna of the present invention can radiate signals of a wider frequency band by varying the diameter size of the symmetric cylindrical monopole elements as described above.

그리고, 도 11에 도시된 바와 같은 본 발명의 다중대역 옴니 안테나의 동작 특성은 도 1의 이중대역 옴니 안테나의 동작 원리와 동일하다.And, the operation characteristics of the multi-band omni antenna of the present invention as shown in Figure 11 is the same as the operation principle of the dual band omni antenna of FIG.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 동일 지역내에서 하나의 다중대역 옴니 안테나를 이용하여 여러 주파수 대역을 동시에 중계하므로써, 사업자 측에서는 안테나 제작이나 구입 및 설치에 소요되는 비용을 현저하게 절감할 수 있다.As described above, according to the present invention, by simultaneously relaying several frequency bands using one multi-band omni antenna in the same region, the operator can significantly reduce the cost required for antenna production, purchase, and installation.

Claims (6)

무선통신 시스템에서 콘넥터를 통해 입력되는 전자파를 자유 공간으로 복사하는 옴니 안테나에 있어서,In the omni antenna for radiating the electromagnetic wave input through the connector to a free space in a wireless communication system, 상기 콘넥터를 통해 입력되는 고주파 신호를 공진시키기 위한 고주파 모노폴 소자;A high frequency monopole element for resonating a high frequency signal input through the connector; 상기 콘넥터를 통해 입력되는 상기 고주파 신호에 비해 주파수 대역이 낮은 저주파 신호를 공진시키기 위하여, 일부분이 상기 고주파 모노폴 소자의 내부에 삽입되어 상기 콘넥터에 상기 고주파 모노폴 소자와 일체형으로 고정되는 저주파 모노폴 소자; 및A low frequency monopole element having a portion inserted into the high frequency monopole element and fixed integrally with the high frequency monopole element to the connector so as to resonate a low frequency signal having a frequency band lower than that of the high frequency signal input through the connector; And 상기 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자를 반사하여 상기 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자에 흐르는 표면전류와 동일한 이미지 전류를 발생시켜 다이폴 안테나와 동일한 복사패턴을 만들어, 상기 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자로부터 공진되는 상기 저주파신호 및 상기 고주파신호를 각각 자유공간으로 복사시키는 반사판Reflecting the high frequency monopole element and the low frequency monopole element to generate the same image current as the surface current flowing through the high frequency monopole element and the low frequency monopole element to produce the same radiation pattern as the dipole antenna, the high frequency monopole element and the low frequency monopole element A reflector for copying the low frequency signal and the high frequency signal resonated from each other into free space 을 포함하는 다중대역 옴니 안테나.Multiband omni antenna comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파 모노폴 소자와 상기 저주파 모노폴 소자는 각각 플라스틱 재질의 일체형 원통구조로 이루어지며, 상기 플라스틱 원통의 외부에는 전류가 흐를 수 있도록 금속을 입히는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.The high frequency monopole element and the low frequency monopole element are each formed of an integral cylindrical structure made of a plastic material, the multi-band omni antenna characterized in that the outer surface of the plastic cylinder is coated with metal so that a current can flow. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 고주파 모노폴 소자를 이루는 원통의 직경은 상기 저주파 모노폴 소자를 이루는 원통의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.The diameter of the cylinder constituting the high frequency monopole element is larger than the diameter of the cylinder constituting the low frequency monopole element. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 고주파 모노폴 소자를 이루는 원통과 상기 저주파 모노폴 소자를 이루는 원통은 각각 중심점을 기준으로 대칭되는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.And a cylinder constituting the high frequency monopole element and a cylinder constituting the low frequency monopole element are symmetrical with respect to a center point, respectively. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 고주파 모노폴 소자는 실질적으로 1800 내지 2000 MHz 대역의 고주파 신호를 공진시키고,The high frequency monopole device substantially resonates a high frequency signal in the 1800 to 2000 MHz band, 상기 저주파 모노폴 소자는 실질적으로 800 내지 900 MHz 대역의 저주파 신호를 공진시키는 것을 특징으로 하는 다중대역 옴니 안테나.And said low frequency monopole device substantially resonates a low frequency signal in the 800 to 900 MHz band. 삭제delete
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