KR100306466B1 - Adaptive array antenna unit - Google Patents
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Abstract
CDMA 이동통신시스템에 있어서 기지국에 사용되는 어댑티브 어레이 안테나이고, 섹터각과 동일빔폭의 지향성 안테나 소자를 사용한 경우에 필요로 하는 소자수(기준수)보다 많은 안테나 소자를 사용하여 소자빔폭보다 좁은 섹터각의 서비스 영역을 구성하고, 섹터각보다 빔폭이 넓은 안네타 소자수를, 상기 기준수보다 적은 수 사용하여 서비스 영역을 구성한다.An adaptive array antenna used for a base station in a CDMA mobile communication system, and a sector angle narrower than the element beam width by using more antenna elements than the number of elements (reference number) required when a directional antenna element having the same beam width as the sector angle is used. A service area is constituted, and the service area is constituted by using the number of antenna elements having a beam width wider than the sector angle than the reference number.
Description
자동차·휴대전화 등의 이동체 통신에 있어서, 셀룰러 방식은 한정된 주파수를 유효하게 이용하기 때문에, 거리가 떨어진 기지국에서 동일의 주파수를 사용하여 가입자 용량을 증가시킨다. 그러나, 주파수를 반복하여 사용하면 동일 주파수에 의한 간섭잡음이 문제로 된다. 간섭잡음이 증대하면 가입자 용량이 저하하는 문제점이 있다.In mobile communication such as automobiles and mobile phones, since the cellular system effectively uses a limited frequency, the subscriber capacity is increased by using the same frequency at a base station far apart. However, if the frequency is used repeatedly, interference noise by the same frequency becomes a problem. When interference noise increases, subscriber capacity decreases.
지금까지 간섭잡음을 억제하는 수단으로서, 기지국 안테나에 지향성 안테나를 사용하는 수법이 행하여 오고 있다. 수평면내에서 지향성을 갖는 안테나를 이용하여, 셀을 부채꼴로 분할하는 섹터화나, 수직면내의 지향성을 변화시키는 빔틸팅 등이 지금까지 채용되어 왔다. 이들은 기지국 안테나에 지향성 안테나를 사용하는 것으로 안테나의 지향방향 이외로부터의 간섭파를 억압함으로서 수신 SIR(신호파·간섭파 비)을 향상시키는 효과가 있다.As a means of suppressing interference noise, a technique of using a directional antenna as a base station antenna has been performed so far. Sectorization for dividing the cells into sectors using an antenna having directivity in the horizontal plane, beam tilting for changing the directivity in the vertical plane, and the like have been adopted until now. These directional antennas are used for the base station antennas, thereby suppressing interference waves from the antenna direction other than the directional direction, thereby improving the reception SIR (signal wave / interference wave ratio).
더욱더 이들의 방법에 더하여 근년 어댑티브 어레이 안테나를 사용하여 간섭잡음을 억압하는 검토가 이루어져 오고 있다. 어댑티브 어레이 안테나란 공간적으로 떨어져 배치한 복수의 안테나(어레이 안테나)를 사용하여 간섭파 방향으로 널빔(감도제로)으로 함과 동시에, 희망파 방향으로 폭이 좁은 빔을 갖는 지향성을 적응적으로 형성하고, 간섭잡음레벨을 억압하는 수법이다. 그러나, 종래의 어댑티브 어레이 안테나의 검토에서는, 이와 같이 형성되는 빔 방향을 넓은 범위에 걸쳐서 임의로 변화할 수 있는 것이 요망되는 것으로, 각 안테나 소자로서 무지향성(즉, 전지향성: 옴니 지향성) 소자를 사용한 것이고, 어레이 안테나를 구성하는 개개의 안테나 소자의 방사지향성에 지향성 안테나를 사용한 것은 거의 없다. 하물며 CMDA 방식에 있어서, 지향성 안테나 소자를 사용한 어댑티브 어레이 안테나를 사용하는 생각은 없었다.In addition to these methods, in recent years, consideration has been made to suppress interference noise using adaptive array antennas. An adaptive array antenna uses a plurality of antennas (array antennas) spaced apart from each other to form a null beam (sensitivity zero) in the interference wave direction and adaptively form a directivity having a narrow beam in the desired wave direction. Therefore, it is a method to suppress the interference noise level. However, in the examination of the conventional adaptive array antenna, it is desired to be able to arbitrarily change the beam direction thus formed over a wide range, and use an omni-directional (i.e. omni-directional: omni-directional) element as each antenna element. It is hard to use a directional antenna for the radiation directivity of the individual antenna elements constituting the array antenna. In the CMDA system, there was no idea of using an adaptive array antenna using a directional antenna element.
상술한 바와 같이 셀룰러 방식에서는 섹터화가 사용되는 일이 많지만, 이를 위해서는 섹터형상에 적합한 지향성 안테나가 필요로 된다. 어댑티브 어레이 안테나를 사용하지 않는 종래의 시스템에서는, 기지국의 안테나는 그의 수평면내 지향성의 전력반치폭(이후, 빔폭이라 칭함)이 섹터각도와 같은 것이 사용되어 왔었다. 즉 120°섹터(3섹터)에서는 빔폭이 120°의 안테나가 사용되는 것이 통상이었다. 종래의 기지국 어댑티브 어레이 안테나에 지향성 안테나를 적용하는 검토에 있어서는(야마구치 료, 에비네 요시오 「이동통신 기지국 어댑티브 어레이 안테나에 있어서 안테나 지향성의 영향」, 신학기보 Ap 96-131, 1997-01). 간섭파를 제거할 수 있는 각도가 안테나 빔 폭보다도 좁기 때문에 섹터를 구성하는 경우, 섹터각보다도넓은 빔폭의 안테나가 필요한 것이 보고되어 있다. 이 문헌에서의 검토는 무선액세스 방식에 TDMA 방식을 사용한 이동통신 시스템에 대한 것이고, 간섭파의 수가 비교적 적은 조건하에서의 검토결과이다. CDMA 방식과 같은 간섭파가 다수 존재하는 조건하에서의 섹터각과 빔폭과의 관계의 검토는 이루어져 있지 않는 것이 현상이다.As described above, in the cellular scheme, sectorization is often used, but for this purpose, a directional antenna suitable for the sector shape is required. In a conventional system that does not use an adaptive array antenna, an antenna of a base station has been used whose power half width (hereinafter referred to as beam width) of directivity in the horizontal plane is equal to sector angle. That is, in the 120 ° sector (3 sectors), an antenna having a beam width of 120 ° was commonly used. In consideration of applying a directional antenna to a conventional base station adaptive array antenna (Ryo Yamaguchi, Ebine Yoshio, "Influence of Antenna Directionality in Mobile Communication Base Station Adaptive Array Antenna", Theological Bulletin Ap 96-131, 1997-01). Since the angle at which the interference wave can be removed is narrower than the antenna beam width, it is reported that an antenna having a beam width wider than the sector angle is required when constructing a sector. The review in this document relates to a mobile communication system using a TDMA method for a radio access method, and is a result of a study under a condition where the number of interference waves is relatively small. It is a phenomenon that the relationship between the sector angle and the beam width has not been examined under conditions in which many interference waves such as the CDMA system exist.
이와 같이, 종래의 어댑티브 어레이 안테나의 검토에서는, 지향성 안테나를 사용한 검토는 거의 이루어지지 않았고, 이 때문에 지향성 안테나를 사용하는 섹터셀에 어댑티브 어레이 안테나를 적용한 경우의 최적한 안테나 구성법이 거의 명백하게 되어 있지 않았다. 특히, 무선 액세스 방식에 CDMA를 사용한 시스템과 같이, 간섭파가 모든 방향에서 다수 도래하는 환경하에서의 안테나 구성이 명백하게 되어 있지 않았던 것이 현상이다.As described above, in the examination of the conventional adaptive array antenna, the examination using the directional antenna is hardly made, and therefore, the optimal antenna configuration method when the adaptive array antenna is applied to the sector cell using the directional antenna is hardly made clear. . In particular, as in a system using CDMA for a radio access method, an antenna configuration has not been made clear under an environment in which interference waves come in many directions in all directions.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하고, CDMA 이동통신방식에서 기지국의 최적의 어댑티브 어레이 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve such a problem and to provide an optimal adaptive array antenna device of a base station in a CDMA mobile communication system.
본 발명은 자동차 전화, 휴대 전화 등의 이동통신에 있어서 기지국에 사용되고, 수평면내에 있는 각도범위, 소위 섹터영역을 서비스 영역으로 하고, 복수의 안테나 소자를 배열한 어레이 안테나로서, 동시에 간섭파를 적응적으로 억압하는 어댑티브 처리기가 접속된 어댑티브 어레이 안테나 장치에 관한 것이다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as a base station in mobile communication of automobile telephones and cellular phones, and is an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged in an angular range in a horizontal plane, a so-called sector area, and an interference wave is adaptively applied simultaneously. The present invention relates to an adaptive array antenna device to which an adaptive processor for suppressing data is connected.
도 1은 계산기 시뮬레이션을 사용한 안테나의 지향성을 도시하는 도면,1 is a diagram showing the directivity of an antenna using a calculator simulation;
도 2는 4개의 소자 어레이 안테나의 경우의 어레이 안테나 소자의 배치, 및 좌표계를 도시하는 도면,2 is a diagram showing the arrangement of the array antenna elements and the coordinate system in the case of four element array antennas;
도 3은 어레이 안테나의 빔폭을 파라미터로서 희망국의 각도를 변화시켰을 경우의 수신신호의 오류율 특성의 계산기 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,3 is a diagram showing a calculator simulation result of an error rate characteristic of a received signal when the angle of the desired station is changed using the beamwidth of the array antenna as a parameter;
도 4는 어레이 안테나의 소자수를 파라미터로서 희망국의 각도를 변화시켰을 경우의 수신신호의 오류율 특성의 계산기 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,4 is a diagram showing a calculator simulation result of an error rate characteristic of a received signal when the angle of the desired station is changed using the number of elements of the array antenna as a parameter;
도 5는 소자빔폭과 섹터각 및 어레이 소자수의 관계를 도시하는 도면,5 is a diagram showing a relationship between an element beam width, a sector angle, and an array element number;
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 섹터구성을 도시하는 도면,6 is a diagram showing a sector structure of the first embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 어레이 안테나 구성을 도시하는 도면,7 is a diagram showing an array antenna configuration of the first embodiment of the present invention;
도 8은 안테나 소자로서 다이폴 안테나를 사용한 경우의 제1 실시예를 도시하는 도면,8 is a diagram showing a first embodiment when a dipole antenna is used as the antenna element;
도 9는 안테나 소자로서 패치 안테나를 사용한 경우의 제1 실시예를 도시하는 도면,9 is a diagram showing a first embodiment when a patch antenna is used as the antenna element;
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 섹터구성을 도시하는 도면,10 is a diagram showing a sector configuration of the second embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 제2 실시예의 어레이 안테나 구성을 도시하는 도면.Fig. 11 is a diagram showing the array antenna configuration of the second embodiment of the present invention.
(발명의 개시)(Initiation of invention)
본 발명은 무선 액세스 방식으로서 CDMA 방식을 사용하는 이동통신의 기지국 어댑티브 안테나 장치에서,The present invention provides a base station adaptive antenna device of a mobile communication using a CDMA method as a radio access method,
제1 관점에 의하면, 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 수평면내 빔폭이 섹터각보다도 좁은 것을 사용하여 섹터내의 서비스 영역을 구성한다. 특히, 안테나 소자의 수평면내 빔폭이 섹터각과 거의 같은 경우에 필요로 하는 안테나 소자수(기준수)보다 소자수를 많이 하여 서비스 영역을 구성할 수가 있다.According to the first aspect, the service area in the sector is constituted by using the beam width in the horizontal plane of the antenna element constituting the array antenna smaller than the sector angle. In particular, the service area can be configured by increasing the number of elements more than the number of antenna elements (reference number) required when the beam width in the horizontal plane of the antenna element is approximately equal to the sector angle.
제2 관점에 의하면, 안테나 소자의 수평면내 빔폭이 섹터각보다도 넓은 안테나를 소자로서 사용한다. 특히 안테나 소자수를 상기 기준 소자수보다 줄여서 서비스영역을 구성할 수도 있다.According to the second aspect, an antenna in which the beam width in the horizontal plane of the antenna element is larger than the sector angle is used as the element. In particular, the service area may be configured by reducing the number of antenna elements than the number of reference elements.
실시예 1Example 1
본 발명의 실시예를 설명하기 전에, CDMA 이동통신방식에서 어댑티브 어레이 안테나 기지국에 지향성 안테나를 적용한 경우의 지향특성의 계산기 시뮬레이션의 결과를 나타내고, 구체적으로는 이동기로부터의 수신신호의 오류율 특성을, 이동기의 위치, 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 지향성, 및 어레이를 구성하는 안테나 소자수를 변화시킨 경우에 대하여 표시하고, 이로서 소망의 섹터각에 대한 안테나 구성(안테나 지향성, 어레이 소자수), 즉 본 발명이 얻어지는 것을 표시한다.Before explaining an embodiment of the present invention, the results of the simulation of the directional characteristics when the directional antenna is applied to the adaptive array antenna base station in the CDMA mobile communication method are shown. Specifically, the error rate characteristic of the received signal from the mobile unit is described. The position of the antenna, the orientation of the antenna elements constituting the array antenna, and the case where the number of antenna elements constituting the array are changed are displayed. Thus, the antenna configuration (antenna directionality, the number of array elements), i.e. Indicates that the invention is obtained.
시뮬레이션은 간섭파가 많은 조건이 되도록 셀내에 36개의 이동기(유저)를 배치하고, 각각 다른 확산코드를 사용하여 동시에 통신하고 있는 환경으로 하였다. 각각의 이동기로부터의 수신전력은, 모든 유저로 동일하게 되도록 이동기의 송신 전력 제어가 이루어져 있다. 도 1에 시뮬레이션에서 사용한 안테나 소자의 수평면지향성을 도시한다. 가로축은 빔폭Bw으로 규격화한 각도, 세로축은 상대이득을 피크 전력으로 규격화한 상대 이득을 도시하고 있다. 피크이득은 빔폭Bw을 바꾸더라도 안테나로부터 방사되는 전력이 일정하게 되도록 설정하고, 동시에 사이드 로브레벨은 피크전력의 15dB 낮은 레벨로 하였다. 도 2에 도시하는 바와 같이 복수의 안테나 소자(11)를 수평면내에서 직선상으로 배치하는 선형 어레이로 하고, 안테나 소자 간격은 1/2 파장 간격으로 하고, 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나소자(11)의 주빔방향은 모두 θ＝0°방향, 안테나 소자(11)의 배열방향과 수평면내에서 수직한 방향에 설정하였다.In the simulation, 36 mobile devices (users) were placed in a cell in such a way that a lot of interference waves existed, and a different spreading code was used to communicate simultaneously. Transmission power control of the mobile device is performed so that the received power from each mobile device is the same for all users. Fig. 1 shows the horizontal orientation of the antenna element used in the simulation. The horizontal axis shows the angle normalized to the beam width Bw, and the vertical axis shows the relative gain normalized to the peak power. The peak gain was set so that the power radiated from the antenna became constant even if the beam width Bw was changed, and the side lobe level was set to a level 15 dB lower than the peak power. As shown in FIG. 2, each antenna element 11 constituting the array antenna is a linear array in which a plurality of antenna elements 11 are arranged in a straight line in a horizontal plane, and the antenna element intervals are 1/2 wavelength intervals. ), The main beam directions were all set in the θ = 0 ° direction and in the direction perpendicular to the arrangement direction of the antenna element 11 and in the horizontal plane.
도 3에 계산결과의 일예를 도시한다. 도면은 이동기의 위치에 의한 오류율 특성을 도시하여 있고 가로축은 이동기의 기지국 안테나로부터 본 각도(어레이 안테나 정면방향을 0도로 하고 있다)이고, 세로축은 오류율이다. 이동기의 송신전력제어가 행해져 있기 때문에 이동기의 장소 의존성은 이동기, 기지국간의 거리에는 의존하지 않고, 각도 의존성만을 고려하면 좋은 것으로 된다. 도면중의 각각의 곡선은 안테나 소자(11)의 빔폭Bw을 30°에서 180°까지 30°씩 변화시킨 경우의 특성을 나타내고 있고, 이 경우, 모두 4개의 소자의 어레이 안테나이다. 이 도면에서 오류율이 10-3이하로 되는 각도 영역을 섹터각으로 하면 빔폭Bw이 30°일 때, 섹터각은 약 40°이지만, 빔폭Bw이 60°∼180°에서는 거의 90°로 일정하게 되고 소자빔폭과 섹터각은 비례하지 않는 결과로 되어 있다. 어댑티브 어레이 안테나는 간섭국(파) 방향으로 널빔을 형성할 뿐아니라, 희망국(파) 방향으로 빔의 피크방향을 향하게 하는 우수한 특성을 갖지만, 지향성 안테나 소자를 사용하면 이동기의 방향(즉 희망파의 방향)이 빔폭단 가까이 되면 빔의 추종성이 열화한다. 이는 본래 안테나 소자(11)의 지향성이 빔단에서는 이득이 내려가 있는 것에 기인하고 있다. 이 때문에 섹터각을 넓히는 데에는 안테나 소자의 빔폭을 넓히면 좋은 것으로 된다. 그러나, CDMA 방식의 경우 간섭파가 모든 방향에서 도래하므로, 안테나 소자의 빔폭을 넓히면 많은 간섭파를 수신하는 것으로 되고 수신 SIR이 열화하고 오류율 특성도 열화한다. 이들의 이유에 의하여 안테나 소자빔폭을 넓히더라도 섹터각이 넓어지지 않는 결과로 되어 있다.3 shows an example of the calculation result. The figure shows the error rate characteristic according to the position of the mobile unit, the horizontal axis is the angle viewed from the base station antenna of the mobile station (the array antenna front direction is 0 degrees), and the vertical axis is the error rate. Since the transmission power control of the mobile device is performed, the location dependence of the mobile device does not depend on the distance between the mobile device and the base station. Each curve in the figure shows the characteristic in the case where the beam width Bw of the antenna element 11 is changed by 30 degrees from 30 degrees to 180 degrees, and in this case, all four elements are array antennas. In this figure, when the angular region where the error rate is 10 -3 or less is used as the sector angle, the sector angle is about 40 ° when the beam width Bw is 30 °, but the beam width Bw is constant at about 90 ° when the beam width Bw is 60 ° to 180 °. The device beam width and the sector angle are not proportional to each other. The adaptive array antenna not only forms a null beam in the interference station (wave) direction, but also has excellent characteristics of directing the beam in the peak direction of the desired station (wave) direction. Direction of the beam becomes near to the beam width, the followability of the beam deteriorates. This is primarily because the directivity of the antenna element 11 is lowered in the beam stage. For this reason, it is good to widen the beam width of the antenna element for widening the sector angle. However, in the case of the CDMA system, since the interference waves come from all directions, widening the beam width of the antenna element results in receiving a large number of interference waves, deteriorating the reception SIR and deteriorating error rate characteristics. For these reasons, even if the antenna element beam width is widened, the sector angle does not widen.
또, 도 4는 도 3과 마찬가지로 이동기의 위치에 의한 오류율 특성을 도시하고 있지만 곡선 4a, 4b, 4c는 어레이를 구성하는 안테나 소자수(이후, 어레이 소자수라 한다)를 각각 4, 6, 8로 한 경우의 특성이다. 안테나 소자의 빔폭은 120°이다. 이 도면에서 어레이 소자수를 증가시키면 같은 빔폭의 소자를 사용하고 있더라도 섹터각이 넓어지는 것을 알 수 있다. 어댑티브 어레이 안테나는 구성하는 소자수가 N개의 경우, 간섭파 방향으로 형성되는 널빔의 수는 N-1개이다(이를 어레이 안테나의 자유도라고도 함). 이 때문에 어레이 소자수를 늘리면 형성되는 널빔이 늘고, 수신 SIR이 상승하고 섹터각이 넓어진다. 이 시뮬레이션에서는 어레이 소자수보다도 간섭파의 수가 크다라는 조건이 채용되고, 따라서, 어레이 소자수를 늘리면 그에 비례하여 수신 SIR이 개선된다. 이는 섹터각이 증가하는 것으로 해석된다.4 shows the error rate characteristics according to the position of the mobile unit as in FIG. 3, but curves 4a, 4b, and 4c represent the number of antenna elements constituting the array (hereinafter referred to as the number of array elements) as 4, 6, and 8, respectively. This is a characteristic of one case. The beam width of the antenna element is 120 degrees. In this figure, it can be seen that when the number of array elements is increased, the sector angle becomes wider even when the elements having the same beam width are used. When the number of elements constituting the adaptive array antenna is N, the number of null beams formed in the interference wave direction is N-1 (also referred to as the degree of freedom of the array antenna). For this reason, increasing the number of array elements increases the number of null beams formed, increases the receiving SIR, and widens the sector angle. In this simulation, the condition that the number of interference waves is larger than the number of array elements is adopted. Therefore, increasing the number of array elements improves the reception SIR in proportion to it. This is interpreted as increasing the sector angle.
도 5에 이들의 결과를 정리한 그래프를 도시한다. 가로축에 소자빔폭, 세로축에 오류율이 10-3이하로 되는 각도(섹터각)로 하고, 각각의 곡선 5a, 5b, 5c는 어레이 소자를 4, 6, 8로 변화시킨 경우의 특성이다. 직선 13은 소자 빔폭과 섹터각이 일치하는 선이고, 예를 들면 소자빔폭이 90°로 섹터각이 90°의 경우에 필요로 하는 어레이 소자수는 4이고, 소자빔폭이 120°로 섹터각이 120°의 경우의 어레이 소자수는 거의 6임을 알 수 있다. 또 소자빔폭을 예를 들면 120°로 하면,이것과 동일한 섹터각 120°를 얻는데 필요한 어레이 소자수는 대략 6이고, 이것보다 어레이 소자수를 많이, 예를 들면 8로 하면 섹터각은 대략 135°로 되고, 즉 소자빔폭 120°보다 크게 되고, 역으로 어레이 소자수를 6보다 줄여서 4로 하면, 섹터각은 대략 85°로 되고, 소자빔폭 120°보다 작아진다.The graph which summarized these results in FIG. 5 is shown. The angles (sector angles) in which the element beam width is on the horizontal axis and the error rate is 10 -3 or less on the vertical axis, and curves 5a, 5b, and 5c are characteristics when the array elements are changed to 4, 6, and 8, respectively. A straight line 13 is a line in which the element beam width and sector angle coincide. For example, when the element beam width is 90 ° and the sector angle is 90 °, the number of array elements required is 4, and the device beam width is 120 ° and the sector angle is It can be seen that the number of array elements in the case of 120 ° is almost six. If the device beam width is 120 °, for example, the number of array elements required to obtain the same sector angle 120 ° is approximately 6, and if the number of array elements is larger than 8, for example 8, the sector angle is approximately 135 °. In other words, when the element beam width is larger than 120 DEG, and conversely, if the number of array elements is reduced to 6 and 4, the sector angle becomes approximately 85 DEG and smaller than the element beam width 120 DEG.
이들로부터 (1) 소자빔폭이 섹터각보다 좁더라도 어레이 소자수를 늘리는 것으로 빔폭보다 넓은 영역을 서비스 영역으로 할 수가 있다(도면중의 영역 #1). (2) 소자빔폭이 섹터각보다 넓은 것을 사용하면 섹터당의 어레이 소자수를 줄일 수가 있다(영역 #2)는 것을 도시하고 있다.(1) Even if the element beam width is narrower than the sector angle, the area larger than the beam width can be used as the service area by increasing the number of array elements (area # 1 in the figure). (2) When the element beam width is wider than the sector angle, the number of array elements per sector can be reduced (area # 2).
이상의 검토결과로부터 6 도 및 도 7에 본 발명의 제1 실시형태를 도시한다. 도 6은 섹터 구성을 도시하는 도면이고, 하나의 셀은 3개의 120°섹터(섹터 #S1, 섹터 #S2, 섹터 #S3)로 분할되고, 각각의 섹터에 어댑티브 어레이 안테나를 적용한 기지국 안테나 장치가 배치된다. 도 7에는 3개의 섹터의 기지국 안테나 장치의 구성을 도시하고 있다. 각 섹터에 대한 안테나 장치(BA1, BA2, BA3)는 8개의 안테나 소자(AE1∼AE8)에 의하여 구성되는 8개의 소자 어레이 안테나이고, 반사편(21)과 간격을 두고 배열되어 있다. 각각의 안테나 소자(AE1∼AE8)는지향성 안테나이다. 안테나 소자의 수평면내 빔폭은 섹터각보다도 좁은 90°이다. 이 빔폭은 안테나 소자(AE1∼AE8)와반사판(21)과의 간격을 조정함으로서 소망한 대로 설정할 수가 있다. 도 7의 구성은 도 5의 영역 #1에 상당한다.6 and 7 show the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a sector configuration, wherein a cell is divided into three 120 ° sectors (sector # S1, sector # S2, sector # S3), and a base station antenna apparatus in which an adaptive array antenna is applied to each sector. Is placed. 7 shows a configuration of a base station antenna device of three sectors. The antenna devices BA1, BA2, and BA3 for each sector are eight element array antennas composed of eight antenna elements AE 1 to AE 8 , and are arranged at intervals from the reflecting piece 21. Each antenna element AE 1 -AE 8 is a directional antenna. The in-plane beamwidth of the antenna element is 90 degrees narrower than the sector angle. This beam width can be set as desired by adjusting the distance between the antenna elements AE 1 to AE 8 and the reflector plate 21. The configuration of FIG. 7 corresponds to region # 1 of FIG. 5.
도 8은 반사판이 달린 반파장 다이폴을 안테나 소자로서 사용한 경우의 어레이 안테나의 구성을 도시한다. 각 섹터용 안테나 장치(BA1, BA2, BA3)는 금속의 반사판(21)과, 반사판(21)의 앞에 배치된 다이폴 안테나(DA1∼DA8)로부터 구성되어 있다. 반사판(21)의 표면과 다이폴 안테나(DA1∼DA8)와의 간격은 예를 들면 사용파장 λ의 4분의 1 이다. 이 경우, 각 안테나 소자의 수평면 빔폭은 약 120°로 된다. 다이폴 안테나 소자와 반사판(21)의 표면과의 거리를 이것보다 좁히면, 빔폭은 좁게 되고, 역으로 간격을 크게 하면 빔폭이 넓어진다.8 shows the configuration of an array antenna in the case of using a half-wave dipole with a reflector as an antenna element. Each sector antenna apparatus (BA1, BA2, BA3) for is constructed from a dipole antenna (DA 1 ~DA 8) arranged in front of the reflector 21 and the reflector 21 of metal. The distance between the surface of the reflecting plate 21 and the dipole antennas DA 1 to DA 8 is, for example, one quarter of the wavelength used. In this case, the horizontal beam width of each antenna element is about 120 degrees. If the distance between the dipole antenna element and the surface of the reflecting plate 21 is narrower than this, the beam width is narrowed, and conversely, if the distance is increased, the beam width is widened.
도 9는 패치 안테나(마이크로 스트립 안테나)를 안테나 소자로서 사용한 경우의 어레이 안테나의 구성을 도시한다. 안테나는, 이면에 금속판이 붙여져 있는 유전체 기판(22)과, 그 표면에 서로 간격을 두고 설치된 4변형의 금속패치 안테나(PA1∼PA8)로부터 구성된다. 패치 안테나의 일변의 크기를 약 4분의 1 파장(정확하게는 유전체 기판(22)의 유전율을 ε라 하면, λ/4ε)으로 한 경우, 수평면 빔폭은 약 90°로 된다.Fig. 9 shows a configuration of an array antenna when a patch antenna (micro strip antenna) is used as the antenna element. The antenna is composed of a dielectric substrate 22 having a metal plate attached to its rear surface, and quadrangular metal patch antennas PA 1 to PA 8 provided at intervals on the surface thereof. When the size of one side of the patch antenna is about one quarter wavelength (exactly, when the dielectric constant of the dielectric substrate 22 is? / 4?), The horizontal beam width becomes about 90 degrees.
기타 안테나 소자로서 폰 안테나를 사용할 수도 있어, 그의 폰 안테나의 열림각도의 선정 등에 의하여 소망의 빔폭을 얻을 수가 있다.A phone antenna can also be used as the other antenna element, and the desired beam width can be obtained by selecting the opening angle of the phone antenna.
이와 같이 어댑티브 어레이 안테나를 구성하는 소자의 빔폭이 섹터각보다 좁은 각일지라도 어레이 소자수를 많이 하면 빔폭보다도 넓은 섹터각을 서비스 영역으로 할 수가 있다.Thus, even if the beam width of the elements constituting the adaptive array antenna is narrower than the sector angle, a larger sector angle than the beam width can be used as the service area.
실시예 2Example 2
도 10 및 도 11에 본 발명의 제2 실시형태를 도시한다. 도 10은 섹터구성을도시하는 도면이고, 하나의 셀은 4개의 90°섹터(섹터 #S1, 섹터 #S2, 섹터 #S3, 섹터 #S4)로 분할되고, 각각의 섹터에 어댑티브 어레이 안테나를 적용한 기지국 안테나 장치가 배치된다. 도 11에는 기지국 안테나 장치의 구성을 도시하고 있다. 하나의 섹터에 대한 안테나 장치는 4개의 안테나 소자(AE1∼AE4)에 의하여 구성되는 4개의 소자 어레이 안테나이고, 각각의 안테나 소자는 지향성 안테나이다. 안테나 소자의 빔폭은 섹터각보다도 넓은 120°이다. 이 구성은 도 5의 영역 #2에 상당한다.10 and 11 show a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram illustrating a sector configuration, in which one cell is divided into four 90 ° sectors (sector # S1, sector # S2, sector # S3, sector # S4), and an adaptive array antenna is applied to each sector. A base station antenna device is arranged. 11 shows the configuration of a base station antenna device. The antenna device for one sector is a four element array antenna constituted by four antenna elements AE 1 to AE 4 , and each antenna element is a directional antenna. The beam width of the antenna element is 120 degrees wider than the sector angle. This configuration corresponds to area # 2 in FIG.
이와 같이 어댑티브 어레이 안테나를 구성하는 소자의 빔폭이 섹터각보다 넓은 각으로 함으로써, 어레이는 서비스 영역으로 되는 섹터각은 빔폭보다 좁아지기는 하지만 어레이 소자수를 줄일 수 있다. 이 실시예에 있어서도, 안테나 소자로서는 도 8과 같은 다이폴 안테나를 사용하여도 좋고, 도 9와 같은 패치 안테나를 사용하여도 좋다.As described above, when the beam width of the elements constituting the adaptive array antenna is wider than the sector angle, the sector angle of the array serving as the service area becomes smaller than the beam width, but the number of array elements can be reduced. Also in this embodiment, a dipole antenna as shown in Fig. 8 may be used as the antenna element, or a patch antenna as shown in Fig. 9 may be used.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 어댑티브 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 빔폭이 섹터각보다도 좁더라도, 어레이 소자수를 늘리므로서 넓은 영역을 서비스 영역으로 할 수가 있다. 또 역으로 소자안테나에 섹터각보다도 넓은 빔폭을 갖는 안테나 소자를 사용하면 어레이 소자수를, 섹터각과 같은 소자빔폭의 안테나 소자를 사용하는 경우에 필요로 하는 소자수보다 줄일 수가 있다. 이들의 사실로부터 CDMA 이동통신의 기지국 어댑티브 어레이 안테나에 있어서, 소망의 섹터구성에 대한 최적의 안테나 구성을 설계할 수가 있다.As described above, according to the present invention, even if the beam width of the antenna element constituting the adaptive array antenna is narrower than the sector angle, the wide area can be made into the service area by increasing the number of array elements. On the contrary, if an antenna element having a beam width larger than the sector angle is used for the element antenna, the number of array elements can be reduced than the number of elements required when using an antenna element having the same element beam width as the sector angle. From these facts, it is possible to design an optimal antenna configuration for a desired sector configuration in a base station adaptive array antenna for CDMA mobile communication.
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