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WO2019124844A1 - 이중편파 안테나 및 이를 포함하는 이중편파 안테나 조립체 - Google Patents

이중편파 안테나 및 이를 포함하는 이중편파 안테나 조립체 Download PDF

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WO2019124844A1
WO2019124844A1 PCT/KR2018/015629 KR2018015629W WO2019124844A1 WO 2019124844 A1 WO2019124844 A1 WO 2019124844A1 KR 2018015629 W KR2018015629 W KR 2018015629W WO 2019124844 A1 WO2019124844 A1 WO 2019124844A1
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WO
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point
substrate
line
reference phase
radiation plate
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/015629
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English (en)
French (fr)
Inventor
서용원
Original Assignee
주식회사 케이엠더블유
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP18891194.5A priority patent/EP3731345A4/en
Priority to CN202310064957.1A priority patent/CN116053778A/zh
Priority to CN201880079604.6A priority patent/CN111466056A/zh
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Priority to US16/905,940 priority patent/US11177582B2/en
Priority to US17/503,319 priority patent/US11581661B2/en

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    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to a dual polarized antenna and a dual polarized antenna assembly comprising the same.
  • Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology is a technology that dramatically increases the data transmission capacity by using multiple antennas.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the channel capacity increases and more data can be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10, the channel capacity is about 10 times that of the current single-antenna system using the same frequency band.
  • a dual polarized antenna is a technology that transmits and receives two electromagnetic wave signals that cross one another vertically with one antenna element, and is considered to be a technique advantageous for downsizing the antenna structure.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a dual polarized antenna capable of reducing the number of connected parts and the complexity of a signal wiring in the process while improving polarization isolation and cross polarization discrimination.
  • a dual polarized antenna including: a base substrate; A power feeder supported on the base substrate; And a radiation plate supported on the feeding part.
  • the power feeder includes a first feeder substrate and a second feeder substrate that are disposed to cross each other on the base substrate.
  • the first feeder substrate supplies a first reference phase signal to a first point of the radiation plate and a first reverse phase signal having a reverse phase to the first reference phase signal at a second point of the radiation plate And a first feed line configured to feed the first feed line.
  • the second feeder substrate supplies a second reference phase signal to a third point of the radiation plate and a second reverse phase signal having a reverse phase to the second reference phase signal at a fourth point of the radiation plate And a second feed line that is configured to feed the second feed line.
  • a dual polarized wave antenna assembly including: a casing; A plurality of dual polarization antennas disposed on the casing; And a radome covering the plurality of dual polarized antennas.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a dual polarization antenna cut along the line II-II 'of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of a dual polarized antenna according to the II-II 'line of FIG.
  • FIG. 4 is a top view of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a side view of a first feed substrate of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a second feed substrate of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a comparative example illustrating a single feed system.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a power feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a simulation graph of a radiation pattern in a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective perspective view of a dual polarized antenna assembly in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a dual polarization antenna cut along the line II-II 'of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of a dual polarized antenna according to the II-II 'line of FIG.
  • FIG. 4 is a top view of a dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
  • a dual polarized antenna 1 includes a base substrate 10, a feeder 20, and a radiation plate 50.
  • the base substrate 10 may be a plate-like member made of plastic or metal.
  • the base substrate 10 may include a ground layer.
  • the ground layer of the base substrate 10 may provide ground to the dual polarized antenna while acting as a reflective surface for the radio signals emitted from the radiating plate 50.
  • the radio signal radiated from the radiation plate 50 toward the base substrate 10 can be reflected in the main radiation direction. Therefore, the front-to-rear ratio and gain of the dual-polarized antenna according to an embodiment of the present invention can be improved.
  • the feeding portion 20 is supported on the base substrate 10 and is configured to supply a radio frequency electric signal to the radiation plate 50.
  • the power feeder 20 includes a first feeder substrate 30 and a second feeder substrate 40 which are arranged to cross each other on a base substrate 10.
  • the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40 are vertically arranged upright on the base substrate 10 and the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40 40 may intersect perpendicularly in each central region.
  • the feed portion 20 may include three or more feeder substrates, and three or more feeder substrates may be supported on the base substrate 10 to cross each other in various ways having structural symmetry .
  • the first feeding substrate 30 may be a printed circuit board including a first insulating substrate 310 and a first feeding line 320 formed on the first insulating substrate 310.
  • the second feeder substrate 40 may be a printed circuit board including a second insulating substrate 410 and a second feeder line 420 formed on the second insulating substrate 410.
  • the first feeding line 320 and the second feeding line 420 can supply high frequency electric signals to the radiation plate 50, respectively.
  • the first feed line 320 and the second feed line 420 are illustrated as being electrically capacitively coupled at a short distance from the radiation plate 50, respectively.
  • the present invention is not limited thereto, and in other embodiments, the first feeding line 320 and the second feeding line 420 may be directly in electrical contact with the radiation plate 50, respectively.
  • FIG. 5 The detailed structure and function of the first feed line 320 of the first feeder substrate 30 and the second feeder line 420 of the second feeder substrate 40 will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 The detailed structure and function of the first feed line 320 of the first feeder substrate 30 and the second feeder line 420 of the second feeder substrate 40 will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 The detailed structure and function of the first feed line 320 of the first feeder substrate 30 and the second feeder line 420 of the second feeder substrate 40 will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the first feeder substrate 30 may include at least one first substrate engaging protrusion 314 formed at one long side thereof.
  • the second feeder substrate 40 may include one or more second substrate engaging protrusions 414 formed on one long side thereof.
  • the base substrate 10 has a first substrate side engaging groove into which the first substrate engaging projection 314 of the first feeding substrate 30 is inserted and a second substrate engaging projection of the second feeding substrate 40 414 may be inserted into the second substrate side engagement groove.
  • the first substrate clamping protrusion 314 and the second substrate clamping protrusion 414 are respectively formed in two, and correspondingly, the first substrate side clamping groove and the second substrate side clamping groove It is illustrated that two are formed.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the number of the substrate clamping protrusions and the number of the engaging grooves can be selectively varied, and further, the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40 are not bonded, It may be fastened on the base substrate 10 by a separate joining member.
  • the first feeding substrate 30 may include a first coupling slit 316 formed at one side of the first feeding substrate 30.
  • the first coupling slit 316 may be a serpentine opening extending from the center of one long side of the first feeding substrate 30 to the inside of the first feeding substrate 30.
  • the second feed substrate 40 may include a second coupling slit 416 (shown in FIG. 6) formed at the other long side thereof.
  • the second coupling slit 416 may be a serpentine opening extending from the center of the other long side of the second feeder substrate 40 to the inside of the second feeder substrate 40.
  • the first feeding substrate and the second feeding substrate may be arranged to cross each other through the first coupling slit 316 and the second coupling slit 416.
  • the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40 may have substantially the same structure and electrical characteristics.
  • the length, width, and thickness of the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40 are substantially the same and only the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40 intersect each other Only some of the structural features, for example, the shape and orientation of the joining slit and thus some of the feed lines may be different.
  • the radiation plate 50 is supported on the feed part 20, that is, on the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40.
  • the radiation plate 50 may be a printed circuit board having a metal layer on one side.
  • the radiation plate 50 may be disposed parallel to the base substrate 10 and perpendicular to the first feed substrate 30 and the second feed substrate 40.
  • the radiation plate 50 has a rectangular shape, and the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40 are illustrated as being arranged across the diagonal direction of the radiation plate 50, respectively .
  • the present invention is not limited thereto.
  • the shape of the radiation plate 50 may be polygonal, circular, or annular.
  • the radiation plate 50 may include one or more first radiation plate side engagement grooves 52 and one or more second radiation plate side engagement grooves 54.
  • the first feeder substrate 30 may include at least one first radiation plate engaging protrusion 312 formed at the other long side of the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40 may include at least one 2 radiating plate fastening protrusion 412.
  • the first and second radiation plate engaging protrusions 312 and 412 may be inserted into and engaged with the first radiation plate side engagement groove 52 and the second radiation plate side engagement groove 54, respectively.
  • the radiation plate 50 can be supported on the base substrate 10 by being spaced apart from each other via the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40.
  • the first feeding line 320 of the first feeding substrate 30 feeds the first reference phase signal to the first point P1 of the radiation plate 50 and the first reference phase signal to the second point P2 of the radiation plate 50 And supplies a first anti-phase signal.
  • the second feed line 420 of the second feeder substrate 40 supplies the second reference phase signal to the third point P3 of the radiation plate 50 and the fourth point P4 of the radiation plate 50 To the second inverse phase signal.
  • first reference phase signal and the first anti-phase signal are high-frequency signals having opposite phases
  • second reference phase signal and the second anti-phase signal are also high-frequency signals having opposite phases
  • a straight line connecting the first point P1 and the second point P2 on the radiation plate 50 and a third point P3 on the radiation plate 50 and The straight lines connecting the fourth points P4 are orthogonal to each other. That is, a single polarized wave (45 polarized wave) is radiated in the direction of a straight line connecting the first point P1 and the second point P2, and a straight line connecting the third point P3 and the fourth point P4
  • One polarized wave (-45 polarized wave) may be radiated in the direction of the arrow.
  • the distance L between the first point P1 and the second point P2 and the distance L between the third point P3 and the fourth point P4 are set so that the center frequency? But may vary depending on the target properties and materials. For example, the cross-polarization separation, the half-power beam width, and the permittivity of the material of the radiation plate 50.
  • the first point P1 and the second point P2 and the third point P3 and the fourth point P4 are located at two points that are the greatest distance from the square radiation plate 50.
  • two vertexes facing in a diagonal direction That is, the first point P1 to the fourth point P4 of the dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention may respectively be adjacent to the four vertexes of the square radiation plate 50. Therefore, the dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention can have the smallest structure corresponding to the frequency of use.
  • FIG 5 is a side view of a first feed substrate 30 of a dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
  • a first feeder substrate 30 includes a first insulating substrate 310 and a first feeding line 320 formed on a first insulating substrate 310 .
  • the first feed line 320 includes a first connection line 321, a first reference phase transfer line 322, a first inverse phase transfer line 324, a first reference phase coupling electrode 323, And may include an anti-phase coupling electrode 325.
  • the first connection line 321 may be disposed adjacent to one side of the first feeder substrate 30 with respect to the center of the first feeder substrate 30.
  • the first connection line 321 extends from one side of the first feeder substrate 30 to the inside of the first feeder substrate 30 such as a circuit line extending from the other long side of the first feeder substrate 30, Lt; / RTI >
  • One end of the first connection line 321 may be electrically connected to a signal line of the base substrate 10 on one long side of the first feeder substrate 30.
  • the first connection line 321 may be connected to the signal line of the base substrate 10 via soldering 60. That is, the first feed substrate 30 of the dual polarized antenna according to an embodiment of the present invention may be inserted and soldered to the base substrate 10 using a surface mounting device. This can lead to a reduction in production costs and an increase in work efficiency.
  • the other end of the first connection line 321 may be connected to one end of the first reference phase transfer line 322 and one end of the first anti-phase transfer line 324. That is, the first reference phase transfer line 322 and the first reverse phase transfer line 324 are branched from the other end of the first connection line 321, so that the first reference phase transfer line 322 is connected to the first reference phase transfer line 322, The first reverse phase transfer line 324 may lead to one end 328 of the ring electrode 323 and the first reverse phase transfer line 324 may lead to the one end 328 of the first reverse phase coupling electrode 325.
  • the first reference phase transfer line 322 has a reference phase path length from the other end of the first connection line 321 to one end of the first reference phase coupling electrode 323.
  • the first anti-phase transfer line 324 has a reverse phase path length from the other end of the first connection line 321 to one end of the first anti-phase coupling electrode 325.
  • the inverse phase path length of the first inverse phase transfer line 324 is longer than the reference phase path length of the first reference phase transfer line 322, for example, may be as long as 0.5? G . Therefore, the high-frequency electric signal transmitted to one end of the first reverse-phase coupling electrode 325 is higher than the high-frequency electric signal transmitted to one end of the first reference phase-coupling electrode 323, 324 and the reference phase path length of the first reference phase transfer line 322, for example, by 0.5? G.
  • the high-frequency electric signal transmitted to one end of the first reference phase coupling electrode 323 and the high-frequency electric signal transmitted to one end of the first reverse-phase coupling electrode 325 are in opposite phases, that is, Polarity.
  • the first anti-phase transfer line 324 may include a first bypass line 326 configured to bypass the first coupling slit 316.
  • the anti-phase path length of the first anti-phase transfer line 324 will be set by adding the length of the first bypass line.
  • the first reference phase coupling electrode 323 may extend from one side of the first feeding substrate 30 toward the other side.
  • the first reference phase coupling electrode 323 may be disposed closer to the other long side than the one long side of the first feeding board 30 adjacent to the first connecting line 321.
  • One end of the first reference phase coupling electrode 323 may be disposed adjacent to one side of the first feeder substrate 30 and the first reference phase coupling electrode 323 may be disposed adjacent to one end of the first feeder substrate 30 Can be extended in parallel to the other long side of the first feeding substrate (30) from a position adjacent to the one short side.
  • the other end of the first reference phase coupling electrode 323 may have a free end structure.
  • the first anti-phase coupling electrode 325 may extend from the other short side of the first feed substrate 30 toward the one short side.
  • the first anti-phase coupling electrode 325 may be disposed closer to the other long side than the one long side of the first feeding substrate 30 adjacent to the first connecting line 321.
  • One end of the first reverse phase coupling electrode 325 may be disposed adjacent to the other short side of the first feed substrate 30 and the first reverse phase coupling electrode 325 may be disposed adjacent to the other short side of the first feed substrate 30 And may extend in parallel to the other long side of the first feeding substrate 30 from a position adjacent to the other short side.
  • the applied reference phase electrical signal is applied from one end of the first reference phase coupling electrode 323 toward the other end thereof,
  • the short side of one side of the first feeder substrate 30 will be fed toward the other short side thereof and a positive feed current If will be supplied in this feed direction.
  • the positive feed current and the negative feed current refer to a current having an opposite polarity, and the actual current value of the positive feed current and the negative feed current may be either a positive value or a negative value.
  • the first reference phase coupling electrode 323 and the first reverse phase coupling electrode 325 are connected to a first point P1 and a second point P2 of the radiation plate 50 P2, for example, in a 45-polarization direction.
  • One end of the first reference phase coupling electrode 323 may be disposed adjacent to the first point P1 of the radiation plate 50 and the first reference phase coupling electrode 323 may be disposed adjacent the first point P1 of the radiation plate 50. [ And may extend in the direction toward the second point P2 of the radiation plate 50 at a position adjacent to the first point P1.
  • first reverse phase coupling electrode 325 may be disposed adjacent to the second point P2 of the radiation plate 50 and the first reverse phase coupling electrode 325 may be disposed adjacent to the radiation plate 50 Parallel to the radiation plate 50 in a direction toward the first point P1 of the radiation plate 50 at a position adjacent to the second point P2 of the radiation plate 50.
  • the first feed line 320 of the first feeder substrate 30 feeds the reference phase signal to the first point P1 of the radiation plate 50 and the second reference point signal P2 to the second point P2 of the radiation plate 50 It is possible to supply a reverse phase signal.
  • the reference phase signal may be supplied from the first point P1 of the radiation plate 50 toward the second point P2 and the opposite phase signal may be supplied from the second point P2 of the radiation plate 50 And may be fed toward the first point P1.
  • feeding through at least two points of the radiation plate 50 can be done to radiate one polarization.
  • the first feed line 320 of the first feeder substrate 30 may form two L probe feed structures for feeding two electrical signals having opposite phases to each other on the radiation plate 50.
  • FIG. 6 is a side view of a second feed substrate 40 of a dual polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the second feeder substrate 40 includes a second feeder line 420 formed on a second insulating substrate 410 and a second insulating substrate 410 .
  • the second feed line 420 includes a second connection line 421, a second reference phase transfer line 422, a second inverse phase transfer line 424, a second reference phase coupling electrode 423, And an anti-phase coupling electrode 425.
  • the first feeder substrate 30 and the second feeder substrate 40 may have similar structures and functions. Accordingly, the second connection line 421, the second reference phase transfer line 422, the second inverse phase transfer line 424, the second reference phase (second reference phase) 424 of the second feed line 420 of the second feeder substrate 40,
  • the coupling electrode 423 and the second anti-phase coupling electrode 425 have the same shape and function as the first connection line 321 of the first feed line 320 of the first feeder substrate 30, First reference phase transfer line 322, first inverse phase transfer line 324, first reference phase coupling electrode 323 and first reverse phase coupling electrode 325, respectively.
  • the second anti-phase transfer line 424 of the second feeder substrate 40 may include a second bypass line 426.
  • the second bypass line 426 is not configured to bypass the second coupling slit 416, unlike the first bypass line 326. However, the second bypass line 426 is added to the second anti-phase transfer line 424 such that the second anti-phase transfer line 424 and the first anti-phase transfer line 324 have the same anti-phase path length .
  • the first feeding line 320 and the second feeding line 420 may have a similar shape as possible, and the symmetry of the entire dual polarized antenna structure can be maintained.
  • the second reference phase coupling electrode 423 and the second reverse phase coupling electrode 425 are connected to the third point P3 and fourth point P3 of the radiation plate 50, P4), for example, a -45 polarization direction.
  • One end 427 of the second reference phase coupling electrode 423 may be disposed adjacent to the third point P3 of the radiation plate 50 and the second reference phase coupling electrode 423 may be disposed adjacent to the radiation plate 50 in the direction toward the fourth point P4 of the radiation plate 50 at a position adjacent to the third point P3.
  • one end 428 of the second anti-phase coupling electrode 425 may be disposed adjacent to the fourth point P4 of the radiation plate 50, and the second anti-phase coupling electrode 425 may be disposed adjacent to the fourth And may extend parallel to the radiation plate 50 in a direction toward the third point P3 of the radiation plate 50 at a position adjacent to the fourth point P4 of the plate 50.
  • the second feed line 420 of the second feeder substrate 40 supplies the reference phase signal to the third point P3 of the radiation plate 50 and the reference phase signal to the fourth point P4 of the radiation plate 50 It is possible to supply a reverse phase signal.
  • the reference phase signal may be supplied from the third point P3 of the radiation plate 50 toward the fourth point P4 and the opposite phase signal may be supplied from the fourth point P4 of the radiation plate 50 And may be fed toward the third point P3.
  • feeding so-called double feeding
  • the second feed line 420 of the second feeder substrate 40 may form two L probe feed structures that supply two electrical signals having opposite phases to each other on the radiation plate 50.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a comparative example illustrating a single feed system.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a power feeding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a simulation graph of a radiation pattern in a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 an exemplary feed line having an exemplary feed line extending in only one direction and a radiation plate 50 supported thereon are illustrated as a comparative example.
  • a high frequency electrical signal is applied to the exemplary feed line through one soldering 60, which is directed from one side short side of the exemplary feed substrate toward the other side, or from one point on the radiating plate 50 to another And is fed in one direction toward the point.
  • a feed current flowing in one direction on the radiation plate 50 can be induced according to the signal feed.
  • the feed in the comparative example is made by deflecting in one direction of the exemplary substrate, the feed current will have an asymmetric distribution on the radiating plate 50.
  • the asymmetry of the feed current causes the asymmetry of the electromagnetic wave radiated by the radiation plate 50, which may be an impediment to the antenna quality.
  • FIG 9 shows the asymmetry of the radiation pattern according to the comparative example.
  • the center line CL1 of the radiation pattern at the same polarization is shifted asymmetrically (d) from the reference line L0, and it can be seen that there is asymmetry.
  • a power feeding scheme according to an embodiment of the present invention may have a so-called dual feeding scheme in which power is fed through at least two points of the radiation plate 50 to radiate one polarized wave.
  • Positive feed current and negative feed current can be formed in the opposite directions by the first reference phase coupling electrode 323 and the first reverse phase coupling electrode 325.
  • the reverse negative feed current formed by the first reverse-phase coupling electrode 325 can be interpreted as an electrically positive positive feed current. Therefore, it can be seen that the first reference phase coupling electrode 323 and the first reverse-phase coupling electrode 325 form a feed current in the same direction, and this is because the radiation plate 50 is a symmetrical dipole antenna Function.
  • the power feeding scheme according to an embodiment of the present invention shows a symmetrical radiation pattern.
  • the center line CL2 of the radiation pattern at the same polarization exhibits symmetry substantially matching the reference line L0.
  • the feeding line of one feeding board is connected to one high frequency signal (for example, one soldering 60)
  • Phase duplex feeding can be realized at two points of the radiation plate 50.
  • the conventional dual-polarized polarized antenna structure of the balun type requires a complicated signal wiring structure for forming two reference high-frequency signals and two reverse- (10).
  • Such a complicated wiring structure may cause a problem that the bottom surface of the base substrate 10 is exposed to a large area to deteriorate the degree of isolation, which hinders miniaturization of the product.
  • the inverse-phase dual feeding circuit is formed on each of the first feeding substrate 30 and the second feeding substrate 40, it is possible to overcome such spatial and electrical constraints, .
  • FIG. 11 is a perspective perspective view of a dual polarized antenna assembly in accordance with an embodiment of the present invention.
  • a dual polarized antenna assembly includes a casing 2, a plurality of dual polarized antennas disposed on one surface of the casing 2, and a radome 3 ).
  • each of the dual polarized antennas is substantially the same as the dual polarized antenna described above with reference to Figs. 1 to 10, and the plurality of dual polarized antennas share one base substrate 10.
  • Dual polarized antenna 10 Base substrate
  • feeding part 30 first feeding board

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Abstract

이중편파 안테나 및 이를 포함하는 이중편파 안테나 조립체가 제공된다. 이중편파 안테나는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 지지되는 급전부; 및 상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하고, 상기 급전부는 상기 베이스 기판 상에서 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하고, 상기 제1 급전기판은 상기 방사판의 제1 지점에 제1 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제2 지점에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고, 상기 제2 급전기판은 상기 방사판의 제3 지점에 제2 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제4 지점에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함한다.

Description

이중편파 안테나 및 이를 포함하는 이중편파 안테나 조립체
본 발명은 이중편파 안테나 및 이를 포함하는 이중편파 안테나 조립체에 관한 것이다.
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. 이중편파 안테나는 하나의 안테나 소자로 서로 수직교차하는 두 개의 전자기파 신호를 송수신하는 기술로서 안테나 구조 소형화에 유리한 기술로 여겨 진다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안테나 소형화에 유리한 이중 편파 안테나를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 편파간 격리도 및 교차 편파 식별도를 개선하면서도 공정상 연결 부위 개수 및 신호 배선의 복잡도를 줄일 수 있는 이중편파 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 이중편파 안테나는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 지지되는 급전부; 및 상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함한다.
한편, 상기 급전부는 상기 베이스 기판 상에서 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함한다.
한편, 상기 제1 급전기판은 상기 방사판의 제1 지점에 제1 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제2 지점에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함한다.
한편, 상기 제2 급전기판은 상기 방사판의 제3 지점에 제2 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제4 지점에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함한다.
또한, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 이중편파 안테나 조립체는, 케이싱; 상기 케이싱 상에 배치된 복수의 이중편파 안테나; 및 상기 복수의 이중편파 안테나를 덮는 레이돔을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 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 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제2 급전기판의 일 측면도이다.
도 7은 단일 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식을 나타내는 개략도이다.
도 9는 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 조립체의 투시 사시도이다.
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 교차하여 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 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예들에서 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 및 도 6을 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 및 제2 급전기판(40)의 제2 기판 체결 돌출부(414)가 삽입되는 제2 기판측 체결홈을 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 지점(P1)에 제1 기준위상 신호를 공급하며 방사판(50)의 제2 지점(P2)에 제1 역위상 신호를 공급한다.
마찬가지로, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제3 지점(P3)에 제2 기준위상 신호를 공급하며 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 제2 역위상 신호를 공급한다.
여기서, 제1 기준위상 신호 및 제1 역위상 신호는 서로 반대 위상을 갖는 고주파 신호이고, 제2 기준위상 신호 및 제2 역위상 신호 역시 서로 반대 위상을 갖는 고주파 신호이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나에서, 방사판(50) 상의 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)을 연결하는 직선 및 방사판(50) 상의 제3 지점(P3) 및 제4 지점(P4)을 연결하는 직선은 서로 직교한다. 즉, 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)을 연결하는 직선의 방향으로 하나의 편파(45편파)가 방사되고 제3 지점(P3) 및 제4 지점(P4)을 연결하는 직선의 방향으로 다른 하나의 편파(-45편파)가 방사될 수 있다.
제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이의 거리(L) 및 제3 지점(P3)과 제4 지점(P4) 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)과 제2 지점(P2), 그리고 제3 지점(P3)과 제4 지점(P4)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) 내지 제4 지점(P4)은 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.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제1 급전기판(30)의 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.
제1 급전라인(320)은 제1 연결라인(321), 제1 기준위상 전달라인(322), 제1 역위상 전달라인(324), 제1 기준위상 커플링 전극(323), 및 제1 역위상 커플링 전극(325)을 포함할 수 있다.
제1 연결라인(321)은 제1 급전기판(30)의 중앙을 기준으로 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 연결라인(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 연결라인(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 연결라인(321)은 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 연결라인(321)의 타단은 제1 기준위상 전달라인(322)의 일단 및 제1 역위상 전달라인(324)의 일단에 연결될 수 있다. 즉, 제1 기준위상 전달라인(322) 및 제1 역위상 전달라인(324)은 제1 연결라인(321)의 타단으로부터 분지되어, 제1 기준위상 전달라인(322)은 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단(327)으로 이어지고 제1 역위상 전달라인(324)은 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단(328)으로 이어질 수 있다.
제1 기준위상 전달라인(322)은 제1 연결라인(321)의 타단으로부터 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단으로 이어지는 기준위상 경로 길이를 가진다. 제1 역위상 전달라인(324)은 제1 연결라인(321)의 타단으로부터 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단으로 이어지는 역위상 경로 길이를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 역위상 전달라인(324)의 역위상 경로 길이는 제1 기준위상 전달라인(322)의 기준위상 경로 길이보다 길고, 예를 들어, 0.5 λg만큼 길 수 있다. 따라서, 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호는, 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단으로 전달되는 고주파 전기신호에 비하여, 제1 역위상 전달라인(324)의 역위상 경로 길이와 제1 기준위상 전달라인(322)의 기준위상 경로 길이의 차이만큼, 예를 들어, 0.5 λg만큼 지연되어 도달될 수 있다. 이로써, 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호와 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단에 전달되는 고주파 전기신호는 서로 역위상, 즉, 같은 크기의 반대 극성을 가질 수 있다.
제1 역위상 전달라인(324)은 제1 결합 슬릿(316)을 우회하도록 형성된 제1 우회라인(326)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 역위상 전달라인(324)의 역위상 경로 길이는 제1 우회 라인의 길이를 더하여 설정될 것이다.
제1 기준위상 커플링 전극(323)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 타측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(323)은 제1 연결라인(321)이 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 기준위상 커플링 전극(323)은 제1 급전기판(30)의 일측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란하게 연장될 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 타단은 자유단 구조를 가질 수 있다.
제1 역위상 커플링 전극(325)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변으로부터 일측 단변을 향해 연장할 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(325)은 제1 연결라인(321)이 인접하는 제1 급전기판(30)의 일측 장변이 아닌 그 타측 장변에 가깝게 배치될 수 있다. 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 역위상 커플링 전극(325)은 제1 급전기판(30)의 타측 단변에 인접한 위치로부터 제1 급전기판(30)의 타측 장변에 나란하게 연장될 수 있다.
제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단에 기준위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 기준위상 전기 신호는 제1 기준위상 커플링 전극(323)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 제1 급전기판(30)의 일측 단변으로부터 그 타측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 양의 급전 전류(If)가 공급될 것이다.
한편, 제1 역위상 커플링 전극(325)의 타단에 역위상 전기 신호가 인가될 때, 인가된 역위상 전기 신호는 제1 역위상 커플링 전극(325)의 일단으로부터 그 타단을 향해, 즉, 제1 급전기판(30)의 타측 단변으로부터 그 일측 단변을 향해 급전될 것이고, 이 급전 방향으로 음의 급전 전류(-If)가 공급될 것이다.
여기서 양의 급전 전류 및 음의 급전 전류는 서로 반대 극성을 갖는 전류를 지칭하는 것일 뿐이고, 양의 급전 전류 및 음의 급전 전류의 실제 전류 값은 양의 값 또는 음의 값 중 어느 것일 수 있다.
다시 도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 제1 기준위상 커플링 전극(323) 및 제1 역위상 커플링 전극(325)은 방사판(50)의 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)을 연결하는 하나의 대각선 방향, 예를 들어, 45편파 방향으로 배치될 수 있다. 제1 기준위상 커플링 전극(323)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 제1 지점(P1)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 방사판(50)의 제2 지점(P2)으로부터 제1 지점(P1)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 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나의 제2 급전기판(40)의 일 측면도이다.
도 6을 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 연결라인(421), 제2 기준위상 전달라인(422), 제2 역위상 전달라인(424), 제2 기준위상 커플링 전극(423), 및 제2 역위상 커플링 전극(425)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 연결라인(421), 제2 기준위상 전달라인(422), 제2 역위상 전달라인(424), 제2 기준위상 커플링 전극(423), 및 제2 역위상 커플링 전극(425)은 형상 및 기능은 전술한 제1 급전기판(30)의 제1 급전라인(320)의 제1 연결라인(321), 제1 기준위상 전달라인(322), 제1 역위상 전달라인(324), 제1 기준위상 커플링 전극(323) 및 제1 역위상 커플링 전극(325)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 역위상 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 역위상 전달라인(424)과 제1 역위상 전달라인(324)이 동일한 역위상 경로 길이를 갖도록 제2 역위상 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(423) 및 제2 역위상 커플링 전극(425)은 방사판(50)의 제3 지점(P3) 및 제4 지점(P4)을 연결하는 다른 하나의 대각선 방향, 예를 들어, -45편파 방향으로 배치될 수 있다. 제2 기준위상 커플링 전극(423)의 일단(427)은 방사판(50)의 제3 지점(P3)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 기준위상 커플링 전극(423)은 방사판(50)의 제3 지점(P3)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제4 지점(P4)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제2 역위상 커플링 전극(425)의 일단(428)은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 역위상 커플링 전극(425)은 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 인접한 위치에서 방사판(50)의 제3 지점(P3)을 향하는 방향으로 방사판(50)에 평행하게 연장할 수 있다.
이에, 제2 급전기판(40)의 제2 급전라인(420)은 방사판(50)의 제3 지점(P3)에 기준위상 신호를 공급하고 방사판(50)의 제4 지점(P4)에 역위상 신호를 공급할 수 있다. 아울러, 기준위상 신호는 방사판(50)의 제3 지점(P3)으로부터 제4 지점(P4)을 향해 급전될 수 있고, 역위상 신호는 방사판(50)의 제4 지점(P4)으로부터 제3 지점(P3)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 방사판(50)에 서로 역위상을 갖는 두 개의 전기 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성할 수 있다.
도 7은 단일 급전 방식을 예시하는 비교예의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식을 나타내는 개략도이다.
도 9는 비교예에 따른 구조에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식에서 나타나는 방사패턴의 시뮬레이션 그래프이다.
도 7을 참조하면, 일방향으로만 연장하는 예시적 급전라인을 갖는 예시적 급전라인 및 이에 지지되는 방사판(50)이 비교예로서 예시되었다.
비교예에서, 하나의 솔더링(60)을 통해 예시적 급전라인에 고주파 전기신호가 인가되며 이 신호는 예시적 급전 기판의 일측 단변으로부터 타측 단변을 향하여, 또는 방사판(50)의 일 지점으로부터 다른 지점을 향해 한 방향으로 급전된다.
신호 급전에 따라 방사판(50) 상에 일방향으로 흐르는 급전 전류가 유도될 수 있다. 그러나, 비교예에서 급전이 예시적 기판의 한 방향으로 편향되어 이루어지기 때문에, 급전전류는 방사판(50) 상에서 비 대칭적인 분포를 가질 것이다. 급전전류의 비대칭성은 방사판(50)으로부 방사되는 전자기파의 비대칭성을 야기하며 이는 안테나 품질의 저해 요인이 될 수 있다.
도 9에서 비교예에 따른 방사패턴의 비대칭성이 나타난다. 비교예에 따른 구조에서 동일 편파에서 방사패턴의 중심라인(CL1)은 기준라인(L0)로부터 비대칭 이동(d)되고 비대칭성이 있음을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식은 하나의 편파를 방사하기 위하여 방사판(50)의 적어도 2 지점을 통한 급전하는 방식, 소위, 이중 급전 방식을 가질 수 있다.
제1 기준위상 커플링 전극(323) 및 제1 역위상 커플링 전극(325)에 의해, 서로 반대 방향으로 양의 급전 전류 및 음의 급전 전류가 형성될 수 있다. 또한, 제1 역위상 커플링 전극(325)에서 형성된 역방향 음의 급전 전류는 전기적으로 정방향 양의 급전 전류로 해석될 수 있다. 따라서, 제1 기준위상 커플링 전극(323) 및 제1 역위상 커플링 전극(325)은 동일한 방향의 급전 전류를 형성하는 것으로 볼 수 있고, 이는 방사판(50)이 대칭성을 갖는 다이폴 안테나로 기능하게 할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식은 대칭적인 방사패턴을 나타낸다. 본 구조에서 동일 편파에서 방사패턴의 중심라인(CL2)은 기준라인(L0)과 거의 일치하는 대칭성을 보인다.
특히, 주목할 점은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 방식은 하나의 급전기판의 급전라인이 베이스 기판(10)의 하나의 지점, 예를 들어, 하나의 솔더링(60)을 통해 하나의 고주파 신호를 공급 받음에도 방사판(50)의 두 지점에 역위상 이중 급전을 실현할 수 있는 점이다. 이는 베이스 기판(10)의 신호 배선을 단순하게 만드는 것은 물론 두 개가 아닌 하나의 솔더링(60) 또는 하나의 커넥터만을 요구하기 때문에 공정 소요를 줄이고 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 방사판(50)을 이중편파 안테나 소자로 구성하는 경우, 종래의 발룬 형식의 이중편파 안테나 구조는 2개의 기준위상 고주파 신호 및 2개의 역위상 고주파 신호를 형성하는 복잡한 신호 배선 구조가 베이스 기판(10) 상에 마련되어야 한다. 이러한 복잡한 배선 구조는 베이스 기판(10)의 바닥면에 많은 면적으로 노출되어 격리도를 열화시키는 문제를 야기할 수 있고, 이는 제품 소형화를 저해한다.
반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나는 제1 급전기판(30) 및 제2 급전기판(40)에 각각 역위상 이중급전 회로가 형성되므로 이러한 공간적 및 전기적 제약을 극복하여 안테나의 소형화에 유리하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 조립체의 투시 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 안테나 조립체는 케이싱(2), 케이싱(2)의 일면에 배치된 복수의 이중편파 안테나, 및 복수의 이중편파 안테나를 덮는 레이돔(3)을 포함한다.
본 실시예에서, 각각의 이중편파 안테나는 앞서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 이중편파 안테나와 실질적으로 동일하며, 복수의 이중편파 안테나는 하나의 베이스 기판(10)을 공유한다.
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.
(부호의 설명)
1: 이중편파 안테나 10: 베이스 기판
20: 급전부 30: 제1 급전기판
40: 제2 급전기판 50: 방사판
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본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2017년 12월 19일자로 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2017-0175432호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (14)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 지지되는 급전부; 및
    상기 급전부 상에 지지되는 방사판을 포함하되,
    상기 급전부는 상기 베이스 기판 상에서 서로 교차하도록 배치되는 제1 급전기판 및 제2 급전기판을 포함하고,
    상기 제1 급전기판은 상기 방사판의 제1 지점에 제1 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제2 지점에 상기 제1 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제1 급전라인을 포함하고,
    상기 제2 급전기판은 상기 방사판의 제3 지점에 제2 기준위상 신호를 공급하고 상기 방사판의 제4 지점에 상기 제2 기준위상 신호에 대해 역위상을 갖는 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는 제2 급전라인을 포함하는,
    이중 편파 안테나.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전라인은 상기 제1 지점으로부터 상기 제2 지점을 향하는 방향으로 상기 방사판에 상기 제1 기준위상 신호를 공급하고 상기 제2 지점으로부터 상기 제1 지점을 향하는 방향으로 상기 방사판에 제1 역위상 신호를 공급하도록 구성되고, 상기 제2 급전라인은 상기 제3 지점으로부터 상기 제4 지점을 향하는 방향으로 상기 방사판에 제2 기준위상 신호를 공급하고 상기 제4 지점으로부터 상기 제3 지점을 향하는 방향으로 상기 방사판에 제2 역위상 신호를 공급하도록 구성되는,
    이중편파 안테나.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전라인은 상기 제1 지점으로부터 상기 제2 지점을 향하는 방향에 평행하게 연장되는 제1 기준위상 커플링 전극 및 상기 제2 지점으로부터 상기 제1 지점을 향하는 방향에 평행하게 연장하는 제1 역위상 커플링 전극을 포함하고, 상기 제2 급전라인은 상기 제3 지점으로부터 상기 제4 지점을 향하는 방향에 평행하게 연장하는 제2 기준위상 커플링 전극 및 상기 제4 지점으로부터 상기 제3 지점을 향하는 방향에 평행하게 연장하는 제2 역위상 커플링 전극을 포함하는,
    이중편파 안테나.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 급전라인은 일단이 상기 제1 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되는 제1 연결라인, 상기 제1 연결라인의 타단으로부터 상기 제1 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제1 기준위상 전달라인 및 상기 제1 연결라인의 타단으로부터 상기 제1 역위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제1 역위상 전달라인을 더 포함하고, 상기 제2 급전라인은 일단이 상기 제2 급전라인의 일측 장변 상에서 상기 베이스 기판의 신호 라인에 전기적으로 연결되는 제2 연결라인, 상기 제2 연결라인의 타단으로부터 상기 제2 기준위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제2 기준위상 전달라인 및 상기 제2 연결라인의 타단으로부터 상기 제2 역위상 커플링 전극의 일단으로 이어지는 제2 역위상 전달라인을 더 포함하는,
    이중편파 안테나.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 역위상 전달라인의 경로 길이는 상기 제1 기준위상 전달라인의 경로 길이보다 사용주파수의 중심주파수의 반파장만큼 길고, 상기 제2 역위상 전달라인의 경로 길이는 상기 제2 기준위상 전달라인의 경로 길이보다 사용주파수의 중심주파수의 반파장만큼 긴,
    이중편파 안테나.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 제1 기준위상 전달라인 및 상기 제2 기준위상 전달라인의 경로 길이는 동일하고, 상기 제1 역위상 전달라인 및 상기 제2 역위상 전달라인의 경로 길이는 동일한,
    이중편파 안테나.
  7. 제4 항에 있어서, 상기 제1 급전라인은 상기 방사판에 제1 기준위상 신호 및 제1 역위상 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성하고, 상기 제2 급전라인은 상기 방사판에 제2 기준위상 신호 및 제2 역위상 신호를 공급하는 두 개의 L프로브 급전 구조를 형성하는,
    이중편파 안테나.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전기판 및 상기 제2 급전기판은 상기 베이스 기판상에서 수직으로 직립 배치되고, 상기 제1 급전기판 및 상기 제2 급전기판은 각각의 중앙 영역에서 서로 수직하게 교차하는,
    이중편파 안테나.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 급전기판은 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점을 연결하는 직선에 평행하게 배치되고, 상기 제2 급전기판은 상기 제3 지점 및 상기 제4 지점을 연결하는 직선에 평행하게 배치되는,
    이중편파 안테나.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전기판은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 기판 체결 돌출부 및 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제1 방사판 체결 돌출부를 포함하고, 상기 제2 급전기판은 그 일측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 기판 체결 돌출부 및 그 타측 장변에 형성된 하나 이상의 제2 방사판 체결 돌출부를 포함하고, 상기 베이스 기판은 상기 제1 급전기판의 상기 제1 기판 체결돌출부가 삽입되는 제1 기판측 체결홈 및 상기 제2 급전기판의 제2 기판 체결 돌출부가 삽입되는 제2 기판측 체결홈을 포함하고, 상기 방사판은 상기 제1 방사판 체결 돌출부가 삽입되는 제1 방사판측 체결홈 및 상기 제2 방사판 체결 돌출부가 삽입되는 제2 방사판측 체결홈을 포함하는,
    이중편파 안테나.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 방사판은 정방형이고, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점 및 상기 제4 지점은 상기 방사판의 4개의 꼭지점에 인접하고, 상기 방사판의 대각선의 길이는 사용주파수의 중심주파수의 반파장의 길이와 동일한,
    이중편파 안테나.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전라인은 하나의 솔더링을 통해 상기 베이스 기판의 신호 라인에 연결되고, 상기 제2 급전라인은 다른 하나의 솔더링을 통해 상기 베이스 기판의 다른 신호 라인에 연결되는,
    이중편파 안테나.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 제1 급전기판은 그 일측 장변의 중앙으로부터 연장하는 제1 결합 슬릿을 포함하고, 제2 급전기판은 그 타측 장변의 중앙으로부터 연장하는 제2 결합 슬릿을 포함하고, 상기 제1 급전 기판 및 상기 제2 급전기판은 상기 제1 결합 슬릿 및 상기 제2 결합 슬릿을 통해 서로 교차하도록 배치되는,
    이중편파 안테나.
  14. 케이싱;
    상기 케이싱 상에 배치된 제1 항에 따른 복수의 이중편파 안테나; 및
    상기 복수의 이중편파 안테나를 덮는 레이돔을 포함하는,
    이중편파 안테나 조립체.
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