KR100374175B1 - A variable down-tilting array antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기지국용 배열 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 일체화된 다수의 이상기를 이용하여 기지국용 배열 안테나의 틸팅(tilting)각을 용이하게 조절할 수 있는 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an array antenna for a base station, and more particularly, to an array antenna for a base station capable of adjusting a tilting angle, which can easily adjust a tilting angle of the array antenna for a base station using a plurality of integrated idealizers. It is about.
종래의 이상기를 이용한 배열 안테나의 틸팅각 조정장치는 구성이 복잡하여 신뢰성이 떨어지고, 조정작업이 용이하지 않다는 문제점을 갖고 있었다.Conventional tilting angle adjusting device of the array antenna using a phase shifter has a problem that the configuration is complicated, the reliability is low, and the adjustment work is not easy.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다수의 복사소자; 신호 입출력 커넥터; 상기 입출력 커넥터로부터의 신호를 입력받아 상기 복사소자로 각각 분배하여 급전하는 전력 분배기; 상기 전력 분배기로부터의 신호를 상기 복사소자로 전송하는 다수의 급전 케이블; 상단에 조정봉을 포함하고 상기 조정봉의 회전운동에 의해 상기 복사소자 각각에 공급되는 신호의 위상을 소정의 값만큼 변화시킬 수 있도록 구비되는 다수의 이상기; 하부에 상기 조정봉에 체결되는 일자 드라이버를 갖는 웜(worm)기어; 상기 웜기어와 맞물리는 웜이 그 외주면에 형성된 회전축; 상기 회전축을 회전시키는 조정손잡이; 상기 구성요소들이 장착되되 무선신호를 목적하는 방향으로만 복사하도록 하는 반사판; 및 상기 구성요소들을 외부 환경으로부터 보호하는 레이돔으로 구성된다.The present invention has been made to solve the above problems, a plurality of radiation elements; Signal input / output connector; A power divider which receives signals from the input / output connector and distributes and feeds the signals to the copying devices, respectively; A plurality of feed cables for transmitting signals from the power divider to the radiating element; A plurality of abnormalizers including an adjusting rod at an upper end thereof and configured to change a phase of a signal supplied to each of the radiation elements by a predetermined value by a rotational movement of the adjusting rod; A worm gear having a screwdriver screwed to the adjusting rod at a lower portion thereof; A rotating shaft having a worm meshing with the worm gear formed on an outer circumferential surface thereof; An adjusting knob for rotating the rotating shaft; A reflector for mounting the components to radiate only a radio signal in a desired direction; And a radome protecting the components from the external environment.
따라서, 본 발명은 틸팅각을 용이하게 조정할 수 있다는 효과를 갖는다.Therefore, the present invention has the effect that the tilting angle can be easily adjusted.
Description
본 발명은 기지국용 배열(array) 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 일체화된 다수의 이상기(phase shifter)를 이용하여 기지국용 배열 안테나의 틸팅각(tilting angle)을 용이하게 조절할 수 있는 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an array antenna for a base station, and more particularly, a tilting angle for easily adjusting a tilting angle of the array antenna for a base station using a plurality of integrated phase shifters. The present invention relates to an array antenna for an adjustable base station.
셀룰러(cellular) 방식의 이동통신 시스템에 있어서, 셀 설계시 기지국에 장착되는 안테나의 위치는 해당 셀의 커버리지(coverage)를 결정하는 중요한 변수가 된다. 일반적으로 안테나를 철탑과 같은 구조물에 장착할 때는 셀 커버리지를 크게하기 위해 안테나 주 빔이 지평선 쪽을 향하도록 장착한다. 하지만, 상대적으로 약한 전파가 도달하는 기지국 근방과 인접하는 타 기지국의 셀 커버리지와의 교차 간섭을 고려하여 틸팅각을 점차 낮추어 조절하게 된다.In a cellular mobile communication system, the position of an antenna mounted on a base station when designing a cell becomes an important variable for determining coverage of a corresponding cell. In general, when the antenna is mounted on a structure such as a steel tower, the antenna main beam is mounted toward the horizon to increase cell coverage. However, the tilt angle is gradually lowered and adjusted in consideration of the cross interference between the base station where the relatively weak radio wave arrives and the cell coverage of another neighboring base station.
종래의 틸팅각을 조절하기 위한 방법은 안테나의 뒷면에 부착된 클램핑 장치의 틸팅각 조정수단을 이용하여 기계적으로 안테나의 수직 빔을 하향 조정하는 방법과 전기적으로 각 복사소자에 서로 다른 위상을 갖는 신호를 분배 급전하도록 급전 케이블의 길이를 결정하여 틸팅각을 조절하는 방법이 있다. 상기한 기계적인 조정방법은 설치후 센 바람과 같은 외부 환경에 의해 그 각이 변할 수 있다는 가능성과 조정작업이 용이하지 않다라는 문제점을 갖고 있다.The conventional method for adjusting the tilting angle is a method of mechanically adjusting the vertical beam of the antenna by using a tilting angle adjusting means of the clamping device attached to the rear side of the antenna, and a signal having a different phase electrically from each radiation element. There is a method of adjusting the tilting angle by determining the length of the feed cable to distribute the feed power. The mechanical adjustment method has a problem that the angle may be changed by an external environment such as a strong wind after installation, and that adjustment is not easy.
도 1a는 종래 이상기를 이용하여 틸팅각 조정이 가능한 안테나의 일반적인 구성을 보여주는 블록도이다. 입출력단자(101)를 통해 입력되는 신호전력은 전력 분배수단(102)을 통해 분배되고 분배된 전력은 각 전송선로(103)를 통해 복사소자(104)로 급전된다. 이때, 적절한 틸팅각을 형성하기 위해 각각의 전송선로(103)에 이상기(105)가 삽입, 연결되어 있다. 또한, 각각 이상기(105)들은 하나의 이상기 제어장치(106)에 의해 그 변화 위상 지연값이 결정된다.Figure 1a is a block diagram showing a general configuration of an antenna capable of adjusting the tilt angle using a conventional ideal phaser. The signal power input through the input / output terminal 101 is distributed through the power distribution means 102, and the distributed power is supplied to the radiation element 104 through each transmission line 103. At this time, the ideal phase 105 is inserted and connected to each transmission line 103 to form an appropriate tilting angle. In addition, each of the phase shifters 105 has its phase change value determined by one phase shifter 106.
이와같은 종래의 이상기를 이용한 틸팅각 조정이 가능한 안테나는 복사소자로의 각 전송선로에 이상기를 연결, 장착하고 각각의 이상기를 전기적으로 제어하는 제어장치를 별도로 구비함으로써 이에 따른 시스템 구성이 복잡하여 신뢰성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있었다.Such an antenna capable of adjusting the tilting angle using a conventional ideal device has a separate control device that connects and mounts the ideal device to each transmission line to the radiating element and electrically controls each of the abnormal devices, thereby making the system configuration complicated and reliable. It had a problem of falling.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 각 급전선로에 연결되어 있는 다수의 이상기들을 하나의 회전축으로 일체화하여 간단한 회전축의 회전만으로도 각 이상기들의 위상 지연값을 달리 조정할 수 있도록 함으로써, 배열 안테나의 틸팅각을 용이하게 가변할 수 있도록 한 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나를 제공한다는 것을 그 기술적 과제로 한다.The present invention has been made in order to overcome the above problems, by integrating a plurality of outliers connected to each feed line into a single rotary shaft, so that the phase delay value of each idealizer can be adjusted differently by simply rotating the rotary shaft, It is a technical object of the present invention to provide an array antenna for a base station capable of adjusting a tilt angle so that the tilt angle of the array antenna can be easily changed.
도 1a는 종래 이상기를 이용하여 틸팅각 조정이 가능한 안테나의 일반적인 구성을 보여주는 블록도.도 1b는 빔 틸트 안테나에 있어서 복사전파의 등위상면을 나타내는 도면.Figure 1a is a block diagram showing a general configuration of an antenna capable of adjusting the tilting angle using a conventional ideal phase. Figure 1b is a view showing an equi-phase plane of the radio wave propagation in the beam tilt antenna.
도 2는 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 일실시예의 구성을 보여주는 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of an array antenna for a base station capable of adjusting the tilting angle in accordance with the present invention.
도 3a는 도 2 실시예에 사용된 이상기의 평면도.3A is a plan view of an ideal phase used in the FIG. 2 embodiment.
도 3b는 도 2 실시예의 웜기어와 이상기의 체결 구조를 보여주는 측면도.Figure 3b is a side view showing a fastening structure of the worm gear and the ideal device of the embodiment 2;
도 4는 도 2 실시예의 웜기어와 웜의 체결상태를 보여주는 상태도.Figure 4 is a state diagram showing a fastening state of the worm gear and the worm of Figure 2 embodiment.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
101. 입출력 단자 102. 전력분배수단101. I / O terminals 102. Power distribution means
103. 전송선로 104. 복사소자103. Transmission line 104. Radiation element
105. 이상기 106. 이상기 제어장치107. 복사전파의 등위상면 108. 복사소자에 여기된 전류분포105. Ideal phase 106. Ideal phase controller 107. Isophase of radiation propagation 108. Current distribution excited in the radiation element
201. 입출력커넥터 202. 전력분배기201. I / O connector 202. Power distributor
203. 복사소자 204. 급전케이블203. Radiating element 204. Feeding cable
205. 이상기 206. 회전축205. Lee Sang-ki 206. Rotating shaft
207. 웜(worm)기어 208. 웜207. Worm Gear 208. Worm
209. 조정 손잡이 210. 지탱수단209. Adjustment knob 210. Supporting means
211. 반사판 301. 조정봉211.Reflector 301.Adjustment rod
302. 일자 홈 303. 일자 드라이버302. Slotted home 303. Slotted screwdriver
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나는 자유공간으로부터 무선신호를 받아들이거나 자유공간으로 신호를 내보내기 위한 다수의 복사소자;와 신호의 입출력을 위한 입출력 커넥터; 상기 입출력 커넥터로부터 입력되는 신호를 동위상, 동진폭으로 분배하여 상기 복사소자로 각각 급전하는 전력 분배기;와 상기 전력 분배기로부터의 신호를 상기 복사소자 각각으로 전달하기 위한 다수의 급전 케이블;과 상단에 조정봉과 그 일단에 일자 홈을 포함하고, 상기 조정봉의 회전운동에 의해 상기 복사소자 각각에 공급되는 신호의 위상을 소정의 값만큼 변화시킬 수 있도록 상기 급전 케이블과 상기 복사소자의 사이에 각각 구비되는 다수의 이상기;와 원판 형상으로 상기 이상기의 상단위로 구비되되 하부에 상기 조정봉의 일자 홈으로 삽입되는 일자 드라이버가 연장되어 형성되어 있는 웜기어;와 긴 원기둥 형상을 가지되 상기 웜기어와 맞물리는 웜이 그 외주면에 형성된 회전축;과 상기 회전축의 일단에 형성되어 상기 회전축을 회전시키는 조정손잡이; 상기 구성요소들이 장착되되 무선신호를 목적하는 방향으로만 복사하도록 하는 반사판; 및 상기 구성요소들을 외부환경으로부터 보호하는 레이돔으로 구성된다.In order to solve the above technical problem, an array antenna for a base station capable of adjusting a tilting angle according to the present invention includes a plurality of radiating elements for receiving a radio signal from a free space or sending a signal to a free space; and an input / output for input / output of a signal. connector; A power divider for distributing the signal input from the input / output connector in the same phase and the same amplitude to each of the radiating elements; and a plurality of feeding cables for transmitting the signal from the power divider to each of the radiating elements; An adjustment rod and a slot is provided at one end thereof, and are respectively provided between the feed cable and the radiation element to change a phase of a signal supplied to each of the radiation elements by a predetermined value by a rotational movement of the adjustment rod. And a worm gear provided on the upper end of the abnormal device in a disk shape and having a flat-blade screwdriver inserted into the slot groove of the adjusting rod in the lower portion thereof. A rotating shaft formed on an outer circumferential surface thereof and formed at one end of the rotating shaft to rotate the rotating shaft. The adjustment knob; A reflector for mounting the components to radiate only a radio signal in a desired direction; And a radome protecting the components from the external environment.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.도 1b는 빔 틸트 안테나에 있어서 복사전파의 등위상면을 나타내는 도면이다. 도1b에서 가장 상부에 위치한 복사소자에 공급되는 급선선의 전기적 길이를 기준으로 하여, 그보다 하부에 위치한 복사소자에 대한 급전선의 전기적 길이를 일정길이L씩 길게 한 급전구조로 함으로써 각 복사소자의 급전위상은 가장 상부에 위치된 복사소자의 급전위상을 기준으로 하여 일정값만큼 지연된다. 그 결과 각 복사소자에서 복사된 전파도 동위상이 되는 복사방향은 상기 도1b에 도시된 것과 같이 T만큼 하향 틸트된다. 도 1b에서 기호 108은 복사소자에 여기된 전류분포를 나타내며, 기호 107은 복사전파의 등위상면을 나타낸다.Hereinafter, a preferred embodiment of an array antenna for a base station capable of adjusting a tilting angle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or corresponding members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. FIG. 1B is a diagram showing an equiphase plane of radiation waves in a beam tilt antenna. The electrical length of the feeder for the radiation element located lower than that on the basis of the electrical length of the feeder supplied to the radiation element located at the top of Figure 1b a certain length By setting the feeding structure lengthened by L, the feeding phase of each copying element is delayed by a predetermined value based on the feeding phase of the copying element located at the top. As a result, the radiation direction in which the radio wave radiated from each radiation element is in phase is tilted downward by T as shown in Fig. 1B. In Fig. 1B, symbol 108 denotes a current distribution excited in the radiation element, and symbol 107 denotes an equiphase plane of radiation propagation.
도 2는 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 일실시예의 구성을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이 4개의 복사소자를 갖는 수직 배열 안테나이고, 맨 위쪽에 배열되는 복사소자에는 이상기가 연결되지 않으므로 위상 지연이 없는 신호가 맨 위의 복사소자에 급전된다.2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an array antenna for a base station capable of adjusting the tilting angle according to the present invention. As shown in the figure, a vertical array antenna having four radiating elements, and since no abnormalities are connected to the radiating elements arranged at the top, a signal without phase delay is fed to the top radiating element.
입출력 커넥터(201)로부터 입력되는 신호는 전력분배기(202)에 의해 동진폭, 동위상으로 분배되고, 상기 전력분배기(202)의 출력포트로부터 각 복사소자(203)로 급전되는 신호는 급전케이블(204)에 연결된 이상기(205)에 의해 소정의 값만큼 위상 지연되어 공급된다. 이때, 각 이상기(205)의 위상 지연값은 회전축(206)의 직경과 회전각 그리고 웜기어(207)와 회전축 외주면에 형성된 웜(208)의 기어비에 의해 결정된다. 이와같이 서로 다른 위상 지연값을 갖는 신호들이 각 복사소자로 급전됨으로써, 배열안테나는 소정의 틸팅각을 갖게 된다.The signal input from the input / output connector 201 is distributed in the same amplitude and phase by the power divider 202, and the signal fed from the output port of the power divider 202 to each of the copy elements 203 is a feed cable ( The phase delay is supplied by a phase shifter 205 connected to 204 by a predetermined value. At this time, the phase delay value of each phase shifter 205 is determined by the diameter and rotation angle of the rotation shaft 206 and the gear ratio of the worm gear 207 and the worm 208 formed on the outer circumferential surface of the rotation shaft. As such, signals having different phase delays are fed to each of the radiating elements, so that the array antenna has a predetermined tilting angle.
도시된 이상기(205)는 KMW사의 제품번호 KPH35OSCL000를 사용하는 것으로 가정하였지만, 이 제품은 위상 변위각이 2GHz에서 35°밖에 되지 않아 본 실시예에 적용하기에 무리가 있다. 하지만, 위상 변위각은 이상기내 마이크로 스트립선로의 길이와 각 유전체의 유전율을 조정함으로써 상기 제품이 갖는 위상 변위각보다 크게 할 수 있는 것이므로, 본 실시예의 구성 및 동작에 충분히 적용가능하다.Although the ideal phaser 205 shown assumes the use of the KMW product number KPH35OSCL000, this product has a phase shift angle of only 35 ° at 2 GHz, which makes it difficult to apply to the present embodiment. However, since the phase shift angle can be made larger than the phase shift angle of the product by adjusting the length of the microstrip line in the ideal phase and the dielectric constant of each dielectric material, it is sufficiently applicable to the configuration and operation of this embodiment.
도 3a는 도 2 실시예에 사용된 이상기의 평면도이다. 도 3a에서 알 수 있듯이 이상기(205)의 상단에 형성된 조정봉(301)을 회전시킴으로써 위상 지연값의 변화가 가능하며, 상기 조정봉(301)의 월활한 회전을 위해 그 상단에 일자 홈(302)이 파여 있다.3A is a plan view of an ideal phase used in the embodiment of FIG. 2. As can be seen in FIG. 3A, the phase delay value can be changed by rotating the adjusting rod 301 formed at the upper end of the phase shifter 205, and a straight groove 302 is formed at the upper end for the smooth rotation of the adjusting rod 301. Dig up.
도 3b는 도 2 실시예의 웜기어와 이상기의 체결 구조를 보여주는 측면도이다. 상기한 대로 상기 이상기(205)의 조정봉(302) 상단에는 일자 모양의 홈(302)이 파여 있는데, 웜기어(207)의 하단부에서 연장되어 형성된 일자 모양의 일자 드라이버(303)가 상기한 홈(302)으로 삽입됨으로써, 상기 웜기어(207)는 상기 이상기(205)에 체결되는 것이다.Figure 3b is a side view showing a fastening structure of the worm gear and the ideal device of Figure 2 embodiment. As described above, a slot-shaped groove 302 is dug at the upper end of the adjusting rod 302 of the abnormal phase device 205, and the slot-shaped flat-blade screwdriver 303 extending from the lower end of the worm gear 207 is the groove 302 described above. The worm gear 207 is fastened to the abnormal device 205 by being inserted into the.
도 4는 도 2 실시예의 웜기어와 웜의 체결상태를 보여주는 상태도이다. 회전축(206)의 외주면에 나선형으로 형성된 웜(208)이 회전하면서 평기어 형태인 웜기어(207)도 회전을 하게 되고, 웜기어의 하부에 형성된 일자 드라이버(303)가 회전하는 것이다. 회전축(206)의 외주면으로는 소정의 피치를 갖는 웜(208)이 형성되고, 그 일단에는 회전축을 안테나 외부에서 회전시킬 수 있도록 조정 손잡이(209)가 구비된다. 또한, 회전축(206)의 양단과 중앙에는 회전축을 지탱하여 주는 지탱수단(210)이 장착된다.4 is a state diagram showing a fastening state of the worm gear and the worm of FIG. As the worm 208 spirally formed on the outer circumferential surface of the rotation shaft 206 rotates, the worm gear 207 in the form of a spur gear is also rotated, and the flat-blade driver 303 formed below the worm gear rotates. The outer circumferential surface of the rotating shaft 206 is formed with a worm 208 having a predetermined pitch, and one end thereof is provided with an adjusting knob 209 to rotate the rotating shaft outside the antenna. In addition, both ends and the center of the rotary shaft 206 is mounted with a support means 210 for supporting the rotary shaft.
배열 안테나에 있어서 상기 소정의 틸팅각(T)을 형성시켜 주기 위해서는, 각 복사소자에 연결된 각각의 이상기의 위상 지연값(P)을 아래 수학식 1에 의해 계산하여 설정해 주면 된다.In order to form the predetermined tilting angle T in the array antenna, the phase delay value P of each phase shifter connected to each radiation element may be calculated and set by Equation 1 below.
상기 수학식 1에서, λ는 신호의 파장, D는 소자간 간격(element separation), T는 틸팅각을 나타낸다. 복사소자 4개가 0.8λ 간격으로 수직 배열된 배열 안테나를 예로 들어 설명하면, 현재 상용화된 개인휴대통신(PCS)의 주파수대인 1.8GHz의 신호가 입력되는 경우, 파장은가 되고, 10˚의 틸팅각을 주기 위해서 각복사소자별 위상기가 가져야 하는 위상 지연값은 상기 수학식 1에 의해 다음의 표 1과 같이 구해진다.In Equation 1, λ represents a wavelength of a signal, D represents an element separation, and T represents a tilting angle. Taking an example of an array antenna in which four radiating elements are vertically arranged at intervals of 0.8λ, a wavelength of 1.8 GHz, which is a frequency band of currently commercially available personal mobile communication (PCS), is inputted. In order to give a tilting angle of 10 °, the phase delay value that each phase shifter should have is obtained as shown in Table 1 below.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나는 틸팅각을 용이하게 변화시킬 수 있다는 효과를 갖는다.As described above, the array antenna for the base station capable of adjusting the tilting angle according to the present invention has an effect of easily changing the tilting angle.
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