JP7704897B2 - 二重偏波アンテナ及びそれを含む二重偏波アンテナアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、二重偏波アンテナ及びそれを含む二重偏波アンテナアセンブリに関する。

マッシブマイモ（Massive MIMO、Multiple Input Multiple Output）技術は、多数のアンテナを用いてデータ伝送容量を大幅に増やす技術であり、送信機では各送信アンテナを介して互いに異なるデータを伝送し、受信機では適切な信号処理を介して送信データを区分する空間多重化（spatial multiplexing）技法である。送受信アンテナの個数を同時に増加させるにつれ、チャネル容量が増加してより多くのデータを送信することができる。たとえば、アンテナ数を１０個に増加させると、現在の単一アンテナシステムに比べて同じ周波数帯域を用いて約１０倍のチャネル容量を確保するようになる。

マッシブマイモ技術が多数のアンテナを必要とするにつれ、１つのアンテナモジュールが占めるスペースを減らすこと、つまり個別アンテナのサイズを減らすことに関する重要性がさらに強調されている。二重偏波アンテナは、１つのアンテナ素子で互いに垂直交差する２つの電磁波信号を送受信する技術であり、アンテナ構造の小型化に有利な技術とされている。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、アンテナの小型化に有利な二重偏波アンテナを提供することである。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、偏波間隔離度及び交差偏波識別度を改善しながらも、工程上連結部位個数及び信号配線の複雑度を減らせる二重偏波アンテナを提供することである。

本発明が解決しようとするまた他の課題は、構造的安定性が増加し、相対的に大量生産に容易なアンテナ素子を提供することである。

本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に限定されず、言及されていないまた他の課題は、下の記載から当業者には明確に理解されるであろう。

前記のような課題を解決するために、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナは、ベース基板と、前記ベース基板上に支持される給電部と、前記給電部上に支持される放射板を含み、前記給電部は前記ベース基板上で互いに交差するように配置される第１の給電基板及び第２の給電基板を含み、前記第１の給電基板は、前記ベース基盤上に支持される第１の絶縁基板及び前記第１の絶縁基板上に付着され、前記放射板の第１の地点に第１の基準位相信号を供給し、前記放射板の第２の地点に前記第１の基準位相信号に対して逆位相を有する第１の逆位相信号を供給するように構成される第１の給電ラインを含み、前記第２の給電基板は、前記ベース基板上に支持される第２の絶縁基板及び前記第１の絶縁基板上に付着され、前記放射板の第３の地点に第２の基準位相信号を供給し、前記放射板の第４の地点に前記第２の基準位相信号に対して逆位相を有する第２の逆位相信号を供給するように構成される第２の給電ラインを含む。

また、前記第１の給電基板及び第２の給電基板は、それぞれ前記第１の絶縁基板及び第２の絶縁基板上に配置された粘着テープパターンを含み、前記第１の給電ライン及び前記第２の給電ラインは前記粘着テープパターンに付着される金属パターンを含む。

一方、前記金属パターンは、防水接着技術処理がされたＷＡＴ処理層をさらに含む。

前記ＷＡＴ処理層は、前記粘着テープパターン上に配置される。

また、熱硬化過程を通じ、前記第１の絶縁基板及び前記第２の絶縁基板上の粘着テープパターンと前記金属パターンのＷＡＴ処理層は固着される。

一方、前記第１の給電基板及び前記第２の給電基板は前記ベース基板上で垂直に直立配置され、前記第１の給電基板及び前記第２の給電基板はそれぞれの中央領域で互いに垂直に交差する。

また、第１の給電基板は、前記第１の地点及び前記第２の地点をつなぐ直線に平行するように配置され、前記第２の給電基板は、前記第３の地点及び前記第４の地点をつなぐ直線と平行するように配置される。

一方、前記放射板は正方形であり、前記第１の地点、前記第２の地点、前記第３の地点及び前記第４の地点は前記放射板の４つの頂点に隣接し、前記放射板の対角線の長さは使用周波数の中心周波数の半波長の長さと同一である。

一方、前記第１の給電ラインは、１つのはんだ付けを介して前記ベース基板の信号ラインにつながれ、前記第２の給電ラインはもう1つのはんだ付けを介して前記ベース基板の他の信号ラインにつながれる。

前記のような課題を解決するために、本発明の一実施例に係るアンテナアセンブリは、ケーシングと、前記ケーシング上に配置された、請求項１に記載の１つ以上の二重偏波アンテナと、前記複数の二重偏波アンテナを覆うレドームを含む。

本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれる。

本開示に係る二重偏波アンテナは、全体的な部品のサイズを減らす効果がある。

また、本開示に係る二重偏波アンテナは、偏波間隔離度及び交差偏波識別度を改善しながらも、工程上連結部位個数及び信号配線の複雑度を減らす効果がある。

また、本開示に係る二重偏波アンテナは、構造的安定性を向上させ、大量生産に容易な効果がある。

本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの概略的な斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿って切開した二重偏波アンテナの断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿った二重偏波アンテナの分解断面図である。 本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの上面図である。 本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの製造方法を示す図である。 形成された給電基板の断面図である。 本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナアセンブリの透視斜視図である。

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面を通して詳しく説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素に対しては、たとえ異なる図面上に表示されても、できるだけ同一の符号を有するようにしていることに留意されたい。なお、本発明を説明するにあたり、関連された公知の構成又は機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、その詳しい説明は省略する。

以下で、添付された図面を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの概略的な斜視図である。

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿って切開した二重偏波アンテナの断面図である。

図３は、図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿った二重偏波アンテナの分解断面図である。

図４は、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの上面図である。

図１ないし図４を参照すると、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナ１は、ベース基板１０、給電部２０、及び放射板５０を含む。

ベース基板１０は、プラスチック又は金属からなる板状部材である。ベース基板１０は接地層を含む。ベース基板１０の接地層は二重偏波アンテナに接地を提供する一方、放射板５０から放射された無線信号に対する反射表面として作用する。これにより、放射板５０からベース基板１０に向けて放射された無線信号はメイン放射方向に反射される。これにより、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの前面対背面の比率及び利得が向上される。

給電部２０は、ベース基板１０上に支持され、高周波電気信号を放射板５０に供給するように構成される。給電部２０は、ベース基板１０上で互いに交差するように配置される第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０を含む。

本発明の一実施例で、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０は、ベース基板１０上で垂直に直立配置され、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０が、それぞれの中央領域で互いに垂直に交差する。

しかし、本発明はこれに限定されない。本発明の変形実施例で、給電部２０は３つ以上の給電基板を含み、３つ以上の給電基板が構造的対称性を有する多様な方式で互いに交差してベース基板１０上に支持される。

第１の給電基板３０は、第１の絶縁基板３１０及び、第１の絶縁基板３１０上に配置された第１の給電ライン３２０を含む。第２の給電基板４０は、第２の絶縁基板４１０及び、第２の絶縁基板４１０上に付着された第２の給電ライン４２０を含む。

第１の給電ライン３２０及び第２の給電ライン４２０は、それぞれ放射板５０に高周波電気信号を供給する。図示された実施例で、第１の給電ライン３２０及び第２の給電ライン４２０はそれぞれ、放射板５０と短距離で離間されて電気的に容量性カップリングされることとして例示された。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他の実施例で、第１の給電ライン３２０及び第２の給電ライン４２０はそれぞれ放射板５０に直接電気的に接触されてもよい。

第１の給電基板３０は、その一側長辺に形成された１つ以上の第１の基板締結突出部３１４を含む。第２の給電基板４０は、その一側長辺に形成された１つ以上の第２の基板締結突出部４１４を含む。

これに対応し、ベース基板１０は、第１の給電基板３０の第１の基板締結突出部３１４が挿入される第１の基板側締結溝及び第２の給電基板４０の第２の基板締結突出部４１４が挿入される第２の基板側締結溝を含む。

図示された本発明の一実施例で、第１の基板締結突出部３１４及び第２の基板締結突出部４１４はそれぞれ２つずつ形成され、これに対応して第１の基板側締結溝及び第２の基板側締結溝図も二つずつ形成されることが例示された。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施例で、基板締結突出部及び締結溝の個数は選択的に可変され、さらに、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０は挿入締結方式ではなく接着又は別途の結合部材によってベース基板１０上に締結されてもよい。

第１の給電基板３０は、その一側長辺に形成された第１の係合スリット３１６を含む。第１の係合スリット３１６は、第１の給電基板３０の一側長辺の中央から第１の給電基板３０の内部に延びる一字状開口部であってもよい。

同様に、第２の給電基板４０は、その他側長辺に形成された第２の係合スリット４１６（図示せず）を含む。第２の係合スリット４１６は、第２の給電基板４０の他側長辺の中央から第２の給電基板４０の内部に延びる一字状開口部である。

第１の係合スリット３１６及び第２の係合スリット４１６を介して第１の給電基板及び第２の給電基板は互いに交差するように配置される。

本発明の一実施例で、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０はその構造及び電気的特性が実質的に同一である。例えば、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０の長さ、幅、厚さは大部分同一であり、ただ、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０が互いに交差するためのそれぞれの構造的特徴、例えば係合スリットの方向及び構造とそれに応じた給電ラインの一部の形状のみが互いに異なる。

放射板５０は、給電部２０上で、即ち、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０上で支持される。本発明の一実施例で、放射板５０は一面に付着された金属層を含む。放射板５０は、ベース基板１０に平行であり、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０に対して垂直に配置される。

本発明の一実施例で、放射板５０は長方形を有し、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０がそれぞれ放射板５０の対角線方向を横切って配置されたものとして例示されている。しかし、本発明はこれに限定されない。放射板５０の形状は、多角形、円形、又は環状であってもよい。

放射板５０は、１つ以上の第１の放射板側締結溝５２及び、１つ以上の第２の放射板側締結溝５４を含む。これに対応し、第１の給電基板３０は、その他側長辺に形成された１つ以上の第１の放射板締結突出部３１２を含み、第２の給電基板４０は、その他側長辺に形成された１つ以上の第２の放射板締結突出部４１２を含む。

第１の放射板締結突出部３１２及び第２の放射板締結突出部４１２は、それぞれ第１の放射板側締結溝５２及び第２の放射板側締結溝５４に挿入され嵌合される。これにより、放射板５０は、第１の給電基板３０及び第２の給電基板４０を介してベース基板１０上に離間されて頑丈に支持される。

第１の給電基板３０の第１の給電ライン３２０は、放射板５０の第１の地点Ｐ１に第１の基準位相信号を供給し、放射板５０の第２の地点Ｐ２に第１の逆位相信号を供給する。

同様に、第２の給電基板４０の第２の給電ライン４２０は、放射板５０の第３の地点Ｐ３に第２の基準位相信号を供給し、放射板５０の第４の地点Ｐ４に第２の逆位相信号を供給する。

ここで、第１の基準位相信号及び第１の逆位相信号は互いに逆の位相を有する高周波信号であり、第２の基準位相信号及び第２の逆位相信号も互いに逆の位相を有する高周波信号である。

本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナで、放射板５０上の第１の地点Ｐ１及び第２の地点Ｐ２をつなぐ直線及び放射板５０上の第３の地点Ｐ３及び、 第４の地点Ｐ４をつなぐ直線は互いに直交する。すなわち、第１の地点Ｐ１及び第２の地点Ｐ２をつなぐ直線の方向に１つの偏波（４５偏波）が放射され、第３の地点Ｐ３及び第４の地点Ｐ４をつなぐ直線の方向にもう1つの偏波（－４５偏波）が放射される。

第１の地点Ｐ１と第２の地点Ｐ２との間の距離Ｌ及び第３の地点Ｐ３と第４の地点Ｐ４との間の距離Ｌは、使用周波数帯域の中心周波数波長λｃに依存するが、目標とする特性及び材料によって異なってくる。例えば、交差偏波間分離度、反電力ビーム幅及び放射板５０材料の誘電率などによって変わる。

本発明の一実施例で、第１の地点Ｐ１と第２の地点Ｐ２、そして第３の地点Ｐ３と第４の地点Ｐ４は、正方形の放射板５０から最も離れた２つの地点に、例えば、対角線方向で向かい合う２つの頂点に隣接する。すなわち、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの第１の地点Ｐ１ないし第４の地点Ｐ４は、それぞれ正方形放射板５０の４つの頂点にそれぞれ隣接する。したがって、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナは、使用周波数に相応しながら最もコンパクトな構造を有する。

図５は、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの製造方法を示す図である。

図５を参照すると、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナの給電基板及び放射板は、金属パターンが絶縁基板上に付着される方式で製造される。

図５では、１つの給電基板を形成することを例示しているが、本発明によるとき、他の給電基板及び放射板も同じ工程で製造される。

まず、図５（ａ）に図示されたように、給電基板の絶縁基板７１及び粘着テープパターン７２が準備される。

本発明の一実施例で、絶縁基板７１はプラスチック材料からなり、適切な重さ、強度及び高耐熱性を有しながら適切な誘電率（絶縁性）を有する材料から選択される。

すなわち、従来、印刷回路基板をなす素材、例えばポリイミドでない他の素材が選択されてもよく、構造的安定性が保証される限り、十分に軽くて加工性が容易な素材として選択される。

粘着テープパターン７２は、絶縁基板７１上に形成しようとする導電パターンの形状に相応する形状を有する。粘着テープ７２は、絶縁基板７１に対する接着性能に優れた材料からなり、その種類は選択された絶縁基板７１の材料によって変わる。図示されていないが、粘着テープパターン７２は剥離フィルムをさらに含み、粘着テープパターン７２が絶縁基板７１上に付着された後、剥離フィルムが除去される。

その後、図５（ａ）と（ｂ）の間の過程で、粘着テープパターン７２を絶縁基板７１にラミネートする。

その後、図５（ｂ）過程にて、絶縁基板７１と粘着テープパターン７２は仮接合状態を維持する。

本明細書にて仮接合状態とは、十分な接着力を維持しているが、熱硬化などを介して完全に固着されてない状態を意味する。

その後、図５（ｃ）の過程で、防水接着技術（Waterproof Adhesion Technology、「ＷＡＴ」）又はいわゆる異種素材接着技術処理がなされた金属パターン７３が準備される。

ＷＡＴ技術は、多様な材料、特に金属とプラスチック間の異種素材に対する化学／物理的接合技術を意味し、本発明におけるＷＡＴ処理は、金属パターン７３に複数のナノホール及びナノリンカーを形成する技術として理解される。

金属パターン７３は、養白、ＳＴＳ３０４（メッキ処理）、リン青銅（メッキ処理）、アルミニウム（メッキ処理）などの材質から成る。

その後、図５（ｃ）と（ｄ）の間の過程で、ＷＡＴ処理された金属パターン７３を絶縁基板７１及び粘着テープパターン７２にアライニング（aligning）してラミネートする。

これにより、図５（ｄ）にて、絶縁基板７１、粘着テープパターン７２及び金属パターン７３が仮接合された状態となる。

その後、図５（ｄ）と（ｅ）の間の過程で、適正温度で一定時間加熱する熱硬化工程が遂行される。

熱硬化工程の後、図５（ｅ）のように、１つの給電基板が完成される。

図６は、形成された給電基板の断面図である。

図６を参照すると、形成された給電基板は、絶縁基板７１、絶縁基板７１上の粘着テープパターン層７２、粘着テープパターン層７２上のＷＡＴ処理層７４及びＷＡＴ処理層７４上の金属パターン７３を含む。

上の例示で、給電基板の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、放射板５０も同一の方式で製造される。

図５及び図６を参照して説明した工程を通じ、適用環境に応じた要求、例えば絶縁性、耐熱性及び構造強度に適合しながらも、ＰＣＢに比べてより軽く、より取扱いが容易で、より成形性の良いプラスチック材料が選択される。

本発明によるアンテナ素子が相対的に低周波特性を有する場合、このような特性がさらに強調される。

なぜなら、低周波特性のアンテナで、放射素子は対角線の長さが約１０ｃｍに近いかそれより大きい構造物であり、これを印刷回路基板で製造する場合、大きさ、重量及び製造単価に相当な悪影響を及ぼすからである。

一方、本発明によるとき、絶縁基板７１の素材選択の自由度が保証され、素材切断、ラミネート、及び熱硬化など低コストの大規模処理が可能な工程のみでアンテナ素子構造物を製造できる利点がある。

なお、金属パターン７３は、絶縁基板７１上にいかなる表面ギャップ又は浮き上がりなしに完全に密着される。これは、アンテナが高周波特性を有する場合、非常に敏感な要素となる。すなわち、印刷回路基板を使用しなくても適正な品質のアンテナ素子構造物が製造される。

図７は、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナアセンブリの透視斜視図である。

図７を参照すると、本発明の一実施例に係る二重偏波アンテナアセンブリは、ケーシング２、ケーシング２の一面に配置された１つ以上の二重偏波アンテナ、及び複数の二重偏波アンテナを覆うレドーム３を含む。ケーシング２は、１つ以上の二重偏波アンテナを支持するように構成される。

本実施例で、それぞれの二重偏波アンテナは、先に図１ないし図６を参照して説明した二重偏波アンテナと実質的に同一であり、複数の二重偏波アンテナは１つのベース基板１０を共有する。

以上の説明は、本実施例の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本実施例が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。したがって、本実施例は、本実施例の技術思想を限定するものではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本実施例の技術思想の範囲が限定されるものではない。本実施例の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本実施例の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

[関連出願への相互参照（CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIOIN）]
本特許出願は、本明細書にその全体が参考として含まれる、２０２１年６月１６日付にて韓国に特許出願した特許出願番号第１０－２０２１－００７８３２４号に対して優先権を主張する。

１ 二重偏波アンテナ １０ ベース基板
２０ 給電部 ３０ 第１の給電基板
４０ 第２の給電基板 ５０ 放射板

Claims (7)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板上に支持される給電部と、
   前記給電部に支持される放射板と、を含み、
   前記給電部は、前記ベース基板上で互いに交差するように配置される第１の給電基板及び第２の給電基板を含み、
   前記第１の給電基板は、前記ベース基板上に支持される第１の絶縁基板及び、前記第１の絶縁基板上に付着され、前記放射板の第１の地点に第１の基準位相信号を供給し、前記放射板の第２の地点に前記第１の基準位相信号に対して逆位相を有する第１の逆位相信号を供給するように構成される第１の給電ラインを含み、
   第２の給電基板は、前記ベース基板上に支持される第２の絶縁基板及び、前記第２の絶縁基板上に付着され、前記放射板の第３の地点に第２の基準位相信号を供給し、前記放射板の第４の地点に前記第２の基準位相信号に対して逆位相を有する第２の逆位相信号を供給するように構成される第２の給電ラインを含み、
   前記第１の給電基板及び前記第２の給電基板は、
   それぞれ前記第１の絶縁基板及び前記第２の絶縁基板上に配置された粘着テープパターンを含み、前記第１の給電ライン及び前記第２の給電ラインは、前記粘着テープパターンに付着される金属パターンを含み、
   前記金属パターンは、さらに、防水接着技術処理がなされたＷＡＴ処理層を含み、
   前記ＷＡＴ処理層は、前記粘着テープパターン上に配置される、二重偏波アンテナ。
2. 前記第１の絶縁基板及び前記第２の絶縁基板上の粘着テープパターンと前記金属パターンのＷＡＴ処理層は、熱硬化過程を通じて固着される、請求項１に記載の二重偏波アンテナ。
3. 前記第１の給電基板及び前記第２の給電基板は前記ベース基板上で垂直に直立配置され、前記第１の給電基板及び前記第２の給電基板はそれぞれの中央領域で互いに垂直に交差する、請求項１に記載の二重偏波アンテナ。
4. 前記第１の給電基板は、前記第１の地点及び前記第２の地点をつなぐ直線に平行するように配置され、前記第２の給電基板は、前記第３の地点及び前記第４の地点をつなぐ直線に平行するように配置される、請求項１に記載の二重偏波アンテナ
5. 前記放射板は正方形であり、
   前記第１の地点、前記第２の地点、前記第３の地点、及び前記第４の地点は、前記放射板の４つの頂点に隣接し、
   前記放射板の対角線の長さは、使用周波数の中心周波数の半波長の長さと同一である、請求項１に記載の二重偏波アンテナ。
6. 前記第１の給電ラインは、１つのはんだ付けを介して前記ベース基板の信号ラインにつながれ、
   前記第２の給電ラインは、もう1つのはんだ付けを介して前記ベース基板の他の信号ラインにつながれる、請求項１に記載の二重偏波アンテナ。
7. ケーシングと、
   前記ケーシング上に配置された、請求項１に記載の１つ以上の二重偏波アンテナと、
   前記１つ以上の二重偏波アンテナを覆うレドームと、を含む、
   二重偏波アンテナアセンブリ。

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