안테나 장치

안테나 설치 지주와의 간섭을 억제해서 불감 방향을 없애고, 또한 급전선이나 레이돔의 영향에 의한 안테나 지향성 패턴의 변동을 억제하는 용이한 억제 수단과 반사기나 레이돔의 영향에 의한 VSWR 악화를 개선하는 용이한 개선 수단을 구비하는 안테나 장치를 제공한다. 본 발명은, 동축 선로(30)에 결합되어 중심도체(10)와 슬리브(20)로 구성되는 슬리브 안테나(25)와, 원추형상의 반사기(40)를 구비하고, 상기 원추의 요측에 상기 중심도체(10)가 상기 원추의 중심축에 일치하고, 상기 원추의 정점에서 상기 중심도체(10)의 선단이 이격되도록 상기 슬리브 안테나(25)를 배치하는 것을 특징으로 한다.

(56) 선행기술조사문헌
KR1020050105785 A
KR200295968 Y1
KR200375813 Y1
JP62032711 A
특허청구의 범위
청구항 1
동축 선로에 결합되어 중심도체와 슬리브로 구성되는 슬리브 안테나와,원추형상의 반사기를 구비하고,상기 원추형상의 요측(凹側)에 상기 중심도체가 상기 원추형상의 중심축에 일치하고, 상기 원추형상의 정점에서상기 중심도체의 선단이 이격되도록 상기 슬리브 안테나를 배치하며,기 원추형상의 중심축을 따라 상기 슬리브 안테나의 상기 동축 선로측에, 전파의 간섭을 억제하는 간섭 억제용 디스크를 배치하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
청구항 2
제 1항에 있어서,상기 원추형상의 중심축을 따라 상기 슬리브 안테나의 상기 중심 도체에 임피던스 정합용 디스크를 설치하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
청구항 3
삭제
청구항 4
제 1항 ~제 2항 중 어느 한 항에 있어서,원추형상의 수지성 레이돔을 설치하고, 상기 반사기의 원추형상 저면과 상기 레이돔의 원추형상 저면을 서로 밀착시켜서 수납 공간을 형성하고, 이 수납 공간 내에 상기 슬리브 안테나를 수납하는 것을 특징으로 하는 안테나장치.
청구항 5
제 1항 ~제 2항 중 어느 한 항에 있어서,상면이 원추형상인 원기둥 모양의 레이돔을 설치하고, 상기 반사기를 상기 레이돔의 상기 상면에 배치하고, 상기 원기둥의 내부에 상기 슬리브 안테나를 수납하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
청구항 6
제 1항~제 2항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반사기는, 금속판, 금속망 또는 금속을 피복한 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 이동 통신에 있어서의 기지국용 안테나에 관한 것으로, 특히 좁은 <16> 서비스 영역에 적합한 기지국용 안테나 장치, 또는 전파 불감영역의 중계국용 안테나 장치에 관한 것이다.
<17> 이동 통신에서의 기지국용 안테나는, 대규모 영역을 커버하는 목적의 기지국 안테나와, 비교적 한정된 소규모영역을 커버하는 목적의 기지국 안테나로 구분하여 사용되고 있다. 이 비교적 한정된 소범위의 영역을 커버하는목적의 안테나는, 고층 건축물 등에 의해 전파가 차단되고, 소위 빌딩의 그림자가 되는 전파의 불감 지역을 커버하기 위하여 이용되고 있다. 도시권에서는, 이러한 불감 영역이 비교적 근거리에 산재해 있기 때문에, 불감지역마다 소규모 지역을 커버하는 안테나를 가지는 중계국을 배치하고, 서로 중계하여 불감 지역을 해소하는 멀티 호핑 방식의 개념이 검토되고 있다.
전파불감 지역 또는 좁은 서비스 영역에 적합한 기지국용 안테나로서, 모노폴(<18> monopole) 안테나와 다이폴(dipole) 안테나가 사용되고 있다. 미국 특허 US2005/0156804A1에는, 유한 지판에 의한 모노폴 안테나의 엘리먼트 형상에 관한 기재가 되어 있다. 예를 들면, 이러한 모노폴 안테나를, 좁은 서비스 영역의 기지국이나 멀티호핑 방식의 중계국에 사용할 경우, 빌딩의 벽 등을 이용할 수 없을 경우에, 자립용 안테나로서 설치할 필요성이 생긴다.

<19> 도 8은, 모노폴 안테나를 자립용 안테나로서 설치한 모노폴 안테나 설치 형태와 그 특성을 나타낸 도이다. 도 8의 (a)에서, 지면(90)에 세워진 자립용 안테나 설치 지주(91)의 선단에 모노폴 안테나(92)가 설치되고, 기지국또는 중계국(도시하지 않음)으로부터 급전선(93)에 의해, 방사 전파의 고주파 전력이 공급되고 있다. 유한 지판 천정측에 설치되어 있기 때문에, X-Z 평면에 있어서의 지향성은, 빌딩의 골짜기 사이를 향하여 전파를 방사하는데 적합한 수평방향에서 아래를 향하여 메인로브(main lobe)가 발생한다. 도 8의 (b)는, 설치된 모노폴 안테나(92)의 Ｘ-Ｙ면에서의 지향성을 나타내는 지향성 특성도이다. 모노폴 안테나(92)는, X-Ｙ면에서는 옴니(전방향성) 특성을 나타내며 원형으로 되지만, 전파는 지주(91)에 의한 간섭을 받고, -X방향에 있어서 전파의 감쇠가 생기고, 원형이 일그러진다. 이 감쇠에 의해, -X방향은 통신 품질의 저하 혹은 통신 불능이 되고, 전방향에걸친 전파 불감 지역의 해소가 곤란하게 된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
<20> 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 안테나 설치 지주와의 간섭을 억제해서 불감 방향을 없애고, 동시에, 급전선이나 레이돔의 영향에 의한 안테나 지향성 패턴의 변동을 억제하는 용이한 억제 수단과 반사기나 레이돔의 영향에 의한 VSWR 악화를 개선하는 용이한 개선 수단을 구비하는안테나 장치를 제공하는 것에 있다.
<21> 본 발명의 안테나 장치는, 동축 선로에 결합되어 중심도체와 슬리브로 구성되는 슬리브 안테나와, 원추형상의반사기를 구비하고, 상기 원추의 요측에 상기 중심도체가 상기 원추의 중심축에 일치하고, 상기 원추의 정점에서 상기 중심도체의 선단이 이격되도록 상기 슬리브 안테나를 배치하는 것을 특징으로 한다.
<22> 본 발명의 안테나 장치는, 반사기의 원추의 중심축을 따라 상기 슬리브 안테나의 상기 중심 도체에 임피던스 정합용 디스크를 설치하는 것을 특징으로 한다.
<23> 본 발명의 안테나 장치는, 반사기의 원추의 중심축을 따라 상기 슬리브 안테나의 상기 동축 선로측에, 전파의간섭을 억제하는 간섭 억제용 디스크를 배치하는 것을 특징으로 한다.
<24> 본 발명의 안테나 장치는, 원추형상의 수지성 레이돔을 설치하고, 상기 반사기의 저면과 상기 레이돔의 저면을서로 밀착시켜서 수납 공간을 형성하고, 이 수납 공간 내에 상기 슬리브 안테나를 수납하는 것을 특징으로한다.
<25> 본 발명의 안테나 장치는, 측면이 원주형상이고 상면이 원추형상의 레이돔을 설치하고, 상기 반사기를 상기 레이돔의 상기 상면에 배치하고, 상기 원주의 내부에 상기 슬리브 안테나를 수납하는 것을 특징으로 한다.
<26> 본 발명의 안테나 장치의 반사기는, 금속판, 금속망 또는 금속을 피복한 유전체로 구성되는 것을 특징으로한다.
발명의 구성 및 작용
<27> 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<28> 도 1은, 본 발명의 안테나 장치의 구성을 나타내는 안테나 구성도이다. 슬리브 안테나(25)는, 방사 전파의 고주파전력이 공급되는 동축 선로(30)에 결합된 중심도체(10)와 슬리브(20)로부터 구성되어 있다. 또, 슬리브 안테나(25)는, 원추형상의 반사기(40)와 원추형상의 수지성 레이돔(70)의 저면이 서로 밀착되어 형성된 수납 공간내에 수납되고, 안테나 장치(100)를 구성하고 있다. 수납에 있어서는, 반사기(40)의 원추의 요(凹)측에 중심도체(10)가 원추의 중심축에 일치하고, 원추의 정점에서 중심도체의 선단이 간격을 두고 떨어지도록 배치되어 있다.
또, 중심 도체(10)의 선단측에는, 레이돔(70)에서 발생한 반사파의 영향과, 특히 <29> 중심 도체(10)가 반사기(40)에접근하는 것에 의해 발생하는 결합의 영향에 의한 VSWR의 악화를 개선하기 위한 임피던스 정합용 디스크(50)가구비되어 있다. 동축 선로(30)에는, 동축 선로(30)에 흐르는 누설 전류가 송신기(도시하지 않음)의 커넥터측에흐르는 것을 억제함과 동시에, 레이돔(70)의 원추형상의 선단측에 직접 전파가 방출되고, 큰 간섭이 발생하는것을 억제하고, 또한 접속되는 안테나 설치 지주(80)(도 3과 7을 참조)가 파이프 형상일 경우에, 누설 도파관으로서 작용하는 것을 억제하기 위한 간섭 억제용 디스크(60)가 배치되어 있다. 이 임피던스 정합용 디스크(50)와간섭 억제용 디스크(60)에 의해, 전파는 파선으로 도시되는 방향으로 효율적으로 방사되고, 수평방향에서 아래를 향하여 메인 로브가 생긴다.
<30> 다음으로, 안테나 장치(100)의 형상에 대하여 설명한다. 원추 형상의 반사기(40)의 열리는 각도는 120도 직경은 약 3.75파장이다. 원반형상의 임피던스 정합용 디스크(50)의 직경은, 약 1/8파장이다. 또 원반형상의 간섭 억제용 디스크(60)의 직경은, 약 1/2파장이다. 슬리브 안테나(25)의 중심도체(10)와 슬리브(20)의 길이는, 각각 1/4파장이다. 슬리브(20)의 상단으로부터 간섭 억제용 디스크(60)까지의 거리는, 약 3/8파장이다. 슬리브(20)의 상단으로부터 임피던스 정합용 디스크(50)까지의 거리는, 약 1/16파장이다. 반사기(40)로부터 임피던스 정합용 디스크(50)까지의 거리는, 약 1/16파장이다.
<31> 도 2는, 본 발명의 안테나 장치의 내부의 설치 형태를 나타내는 내부 설장도이다. 도 2의 (a)에서, 동축 선로(30)에 결합된 슬리브 안테나(25)와, 정합 수단인 임피던스 정합용 디스크(50)와 간섭 억제용 디스크(60)가, 레이돔(70)의 원추형상의 선단측의 원형 공동(hole)부를 관통하여 삽입되고, 고정되어 있다. 도 2의 (b)는, 반사기(40)의 형상을 나타내며, 반사기(40)와 레이돔(70)의 저면이 서로 밀착되고, 안테나 설치 지주(80)에 설치전의 안테나 장치(100)를 구성한다.
<32> 도 3은, 본 발명의 안테나 장치의 외부의 실장형태를 나타내는 외부 실장도이다. 도 3의 (a)에 있어서, 슬리브안테나(25)는, 반사기(40)와 레이돔(70)이 밀착되어 형성된 수납 공간 내에 수납되고, 안테나 설치 지주(80)에설치되어 안테나 장치(100)를 구성하고 있다. 도 3의 (b)는 안테나 장치(100)의 사시도이다. 이 안테나 장치(100)는, 빌딩의 옥상 또는 지상의 특정한 장소에 자립 안테나로서 설치된다.
<33> 도 4는, 본 발명의 안테나 장치의 Ｘ-Z평면에 있어서의 지향성을 나타내는 지향성 특성도이다. 도 4에 있어서,지향성특성의 메인로브는 비스듬히 아래로 최대이득을 가지는 패턴을 나타내고 있다. 또 본 발명의 안테나 장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 안테나 설치 지주(80)의 선단에 설치되기 때문에, 지주(80)에 의한 간섭을 받지않고, X-Y평면의 지향성은 안정된 옴니 패턴을 나타낸다. 이것에 의해, 지주에 의한 그림자가 되는 전파의 불감지역이 없어지기 때문에 통신을 할 수 없는 장소를 해소할 수 있다.
<34> 도 5는, 본 발명의 안테나 장치의 임피던스 정합용 디스크의 효과를 나타내는 VSWR 특성도이다. 중심 도체(10)의 선단측에서는, 레이돔(70)에서 발생한 반사파의 영향과, 중심도체(10)가 반사기(40)와 접근하는 것에 의해발생하는 결합의 영향에 의해, VSWR 특성이 악화된다. 도 5에 있어서, 파선은 임피던스 정합용 디스크가 구비되어 있지 않은 경우를, 실선은 이 디스크가 구비되어 있는 경우를 각각 나타내고, VSWR 특성이 0.5∼1.0 개선된다. 또한, 기지국용 안테나나 중계국용 안테나는 수신뿐만 아니라, 비교적 큰 전력의 전파를 송신할 경우를 생각할 수 있으므로, VSWR은 1.3이하가 바람직하지만, 이 디스크의 효과에 의해 충분히 달성할 수 있다.
<35> 도 6은, 본 발명의 안테나 장치의 간섭 억제용 디스크의 효과를 나타내는 방사 전파의 리플 특성도이다. 동축선로(30)에는 누설전류가 흐르는 것에 의해 간섭파가 발생하고, 레이돔(70)의 원추형상의 선단측에는 직접 전파가 방출되어 큰 간섭이 발생하고, 게다가 접속되는 안테나 설치 지주(80)가 파이프 형상일 경우, 누설 도파관으로서 작용하여 간섭파가 발생한다. 간섭 억제용 디스크(60)는, 이들의 문제를 해소하기 위한 것이다. 도 6에 있어서, 파선은 간섭 억제용 디스크가 구비되어 있지 않은 경우를, 실선은 이 디스크가 구비되어 있는 경우를 각 나타낸다. 수평방향(90도)에 대하여, 45도 이하의 방향(135도)을 향하여 메인로브가 발생하고 있다. 또, 70도 이하의 방향(160도)에서 전파는 급격히 감쇠하고, 안테나 설치 지주(80)인 90도 방향(180도)으로는 거의 방사되지 않는다. 세로축은 dBi 스케일로 도시되어 있다. 간섭에 의한 리플은, 간섭 억제용 디스크(60)에 의해 억제되고, 방사 전파의 리플 특성은, 완만한 곡선을 가지는 패턴으로 되어 있다.
<36> 도 7은, 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다. 도 7에 있어서, 동축 선로(30)에 결합된슬리브 안테나(25)와, 정합 수단인 임피던스 정합용 디스크(50)와 간섭 억제용 디스크(60)가, 측면이 원주형상이고 상면이 원추형상의 레이돔(70)의 원주형상의 내부에 삽입되고, 고정되어 있다. 반사기(40)는, 레이돔(70)의 상면에 배치되고, 안테나 설치 지주(80)에 설치되기 전의 안테나 장치(100)를 구성하고 있다. 이 간편한 구성에 의해, 풍압이 약한 옥내에서의 불감 지역을 커버할 수 있다. 또, 도 1 및 도 7에 도시된 반사기(40)는, 금속판, 금속망 또는 금속을 피복한 유전체로 구성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 안테나 설치 지주와의 간섭을 억제하여 <37> 불감 방향을 없애고, 동시에급전선이나 레이돔의 영향에 의한 안테나 지향성 패턴의 변동을 억제하는 용이한 억제 수단과 반사기나 레이돔의 영향에 의한 VSWR 악화를 개선하는 간편한 개선 수단을 구비한 안테나 장치가 가능하게 된다. 이것에 의해소영역용 기지국 안테나 및 도시부 등의 건조물 간에 발생하는, 이른바 전파의 불감 지대에 있어서, 다른 기지국과의 사이에 장해물이 없는 높이에 설치하고, 비스듬히 아래의 불감 지대에 전파를 중계하는, 중계국 안테나서 사용하는 것이 가능하게 된다.
발명의 효과
<38> 본 발명의 안테나 장치에 의하면, 안테나 설치 지주와의 간섭을 억제해서 불감 방향을 없애고, 동시에 급전선이나 레이돔의 영향에 의한 안테나 지향성 패턴의 변동을 억제하는 용이한 억제 수단과 반사기나 레이돔의 영향에의한 VSWR 악화를 개선하는 용이한 개선 수단을 구비한 안테나 장치가 가능하게 된다. 이것에 의해 소영역용 기지국 안테나 및 중계국 안테나로서 사용할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이 가능한 이점을 가진다.
도면의 간단한 설명
<1> 도 1은 본 발명의 안테나 장치의 구성을 나타내는 안테나 구성도,
<2> 도 2는 본 발명의 안테나 장치의 내부 실장형태를 나타내는 내부 실장도,
<3> 도 3은 본 발명의 안테나 장치의 외부 실장형태를 나타내는 외부 실장도,
<4> 도 4는 본 발명의 안테나 장치의 Ｘ-Z평면에 있어서의 지향성을 나타내는 지향성 특성도,
<5> 도 5는 본 발명의 안테나 장치의 VSWR 특성도,
<6> 도 6은 본 발명의 안테나 장치의 방사 전파의 리플(ripple) 특성도,
<7> 도 7은 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도,
<8> 도 8은 종래의 모노폴 안테나 설치 형태와 그 특성도.
<9> 10: 중심도체 20: 슬리브
<10> 25: 슬리브 안테나 30: 동축 선로
<11> 40: 반사기 50: 임피던스 정합용 디스크
<12> 60: 간섭 억제용 디스크 70: 레이돔(radome)
<13> 80, 91: 안테나 설치 지주 90: 지면
<14> 92: 모노폴 안테나 93: 급전선
<15> 100: 안테나 장치