KR100440181B1 - 이동통신시스템의 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부호분할다중접속 이동통신시스템의 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 광대역의 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 안테나의 수를 줄일 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 n 섹터의 안테나 배치를 가지는 이동통신시스템의 안테나 장치에 있어서, 송수신 다이버시티를 위해 상기 n 섹터 각각에 2개씩 구비되며, 각각 송신포트와 수신포트를 구비하여 송수신되는 신호를 분리하는 전치리부들과, 상기 n 섹터 각각에 두 개씩 할당되며, 해당 섹터의 상기 송신 포트를 통해 입력되는 송신 신호를 해당 방향으로 송신하는 송신 안테나부와, 상기 섹터에 인접한 섹터로 수신되는 신호를 수신하기 위해 상기 송신 안테나부와 소정 각도 θ로 연결되고 신호 수신 시 인접한 섹터의 상기 전처리부의 수신포트로 전송하는 수신 안테나부가 일체로 구성되는 삼각 안테나들로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

이동통신시스템의 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 부호분할다중접속 이동통신시스템의 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 광대역의 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 안테나의 수를 줄일 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.

일반적으로 2G 시스템(CDMA 및 PCS)의 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 안테나의 배치는 3 섹터로 배치된다.

도1은 상기 2G 시스템의 이동통신시스템에서의 안테나 배치 구조를 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도1에서 안테나는 3개의 섹터로 배치되고, 상기 각 섹터는 120°의 각을 가지며, 나머지 두 섹터에 인접함을 볼 수 있다. 상기 각 섹터는 수신 다이버시티(Rx Diversity)를 위해 2개의 안테나를 구비한다. 상기 2개의 안테나 중 하나는 송/수신 겸용 안테나이고, 나머지 하나는 수신 전용 안테나이다. 상기 각 안테나는 해당 섹터의 방향으로 신호를 송신하고, 해당 섹터의 방향에서 수신되는 신호만을 수신한다. 수신된 신호는 상기 각 안테나와 연결되는 전처리부(도시하지 않음)의 수신포트로 입력하고, 통신시스템에서 발생된 송신 신호는 상기 전처리부의 송신포트를 통해 해당 섹터의 송/수신 겸용 안테나를 통해 송신된다. 통상 상기 전처리부는 듀플렉서 방식을 사용한다. 이러한 구조에서 안테나는 송/수신 주파수를 모두 커버(Cover)하기 위해 다이폴 등의 형태를 가진 공진자(Resonator)를 배열(Array)하는 형태로 제작되었다. 그러나 이러한 공진자는 일정한 주파수 범위(Bandwidth)를 벗어나면 공진자로서의 효율이 크게 떨어진다.

예를 들면, IMT2000 시스템과 같이 송수신 주파수 범위가 1920MHz ∼2170MHz로서 250MHz의 대역을 갖는 시스템에서는 상기 공진자로 구성된 안테나로는 제 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 안테나의 문제점을 해결하기 위해서 송수신 안테나를 따로 분리해야 하며, 송수신 다이버시티를 지원하는 IMT2000 시스템에서는 상기 2G 시스템과 비교하여 섹터당 안테나의 개수가 4개로 늘어나게 된다.

상술한 바와 같이 신호를 송수신하기 위해서 섹터당 4개의 안테나를 설치해야 하므로 안테나를 설치하기 위해 많은 공간을 필요로 하게 되고 안테나의 높이도더 높아지게 되는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 안테나 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 송신 신호를 해당 섹터의 방향으로 송신하는 송신 안테나부와 인접 섹터로 수신되는 신호를 수신하는 수신 안테나부를 일체로 구성하는 삼각 안테나를 구비하여 안테나의 수를 줄일 수 있는 이동통신시스템의 안테나 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 n 섹터의 안테나 배치를 가지는 이동통신시스템의 안테나 장치에 있어서, 송수신 다이버시티를 위해 상기 n 섹터 각각에 2개씩 구비되며, 각각 송신포트와 수신포트를 구비하여 송수신되는 신호를 분리하는 전치리부들과, 상기 n 섹터 각각에 두 개씩 할당되며, 해당 섹터의 상기 송신 포트를 통해 입력되는 송신 신호를 해당 방향으로 송신하는 송신 안테나부와, 상기 섹터에 인접한 섹터로 수신되는 신호를 수신하기 위해 상기 송신 안테나부와 소정 각도 θ로 연결되고 신호 수신 시 인접한 섹터의 상기 전처리부의 수신포트로 전송하는 수신 안테나부가 일체로 구성되는 삼각 안테나들로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 이동통신시스템의 안테나 배치 구조를 나타낸 도면.

도 2a 및 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 배치 구조를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 송수신 겸용방식인 듀플렉서 방식을 사용하는 무선통신시스템의 기지국 구조에서 경우 송수신 분리형 안테나의 구조를 개선하고 기지국 전처리부와의 연결구조를 개선함으로서 안테나의 수를 줄이는 데 있다.

도2a는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 평면도를 나타낸 것이고, 도2b는 본 발명의 실시 예에 따른 측면도를 나타낸 도면이다.

이하 도2를 참조하여 본 발명에 따른 안테나의 구조를 설명한다. 본 발명에 따른 안테나는 송신 안테나부(201)와 수신 안테나부(203)와 고정 폴(Pole)(205)로 구성된다. 상기 구성들이 결합되었을 때, 각 안테나는 내부 표면과 외부 표면을 갖는다. 상기 송신 안테나부(201)와 수신 안테나부(203)는 도2b에서 나타나는 바와 같이 사각형의 형상의 외부 표면을 가지며, 도2a에서 나타나는 바와 같이 소정 각도 θ(이하 "수평각 또는 θ"라 함)로 연결된다. 그러나 상기 송신 안테나부(201)와 수신 안테나부(203)는 사각형 이외의 다른 형상을 가질 수도 있다. 그리고 상기 고정 폴(205)은 상기 송신 안테나부(201)와 수신 안테나부(203)를 상기 각도 θ로고정하는 역할을 한다(이하 본 발명에 따른 안테나, 송신 안테나부(201)와 수신 안테나부(203)와 고정 폴(205)로 이루어지는 안테나를 삼각 안테나라 칭한다.).

도3에서 D1, D2, D3는 방향 벡터(Directional Vector)들 이고, 상기 방향 벡터는 상기 섹터들의 방향을 정의한다.

상기 θ는 기지국의 안테나 배치 구조에 따라 달라진다. 기지국의 안테나 배치 구조가 n 섹터일 경우 안테나의 수평각 θ는 180-(360/n(섹터수))로 구해질 수 있다. 신호들은 셀 각도에 대한 안테나에서의 빔 패턴이나 방사각도에서 송수신되어야 한다. 셀 각도에 대한 안테나에서의 빔 패턴이나 방사각도는 안테나 내부의 제작기술로 조절이 가능하기 때문이다.

본 발명에 따른 삼각 안테나의 송신 안테나부(201)는 자신이 위치한 섹터의 방향 벡터의 방향으로 신호를 송신하고, 수신 안테나부(203)는 인접 섹터로 수신되는 신호를 수신한다. 따라서 제2섹터의 삼각 안테나는 방향 벡터 D2의 방향으로 송신 지정된 송신 안테나부를 갖는다.

도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 안테나 배치 구조 및 상기 삼각 안테나와 전처리부간의 연결 구조를 나타낸 도면으로, 3섹터인 경우를 나타낸 도면이다.

이하 상기 도3을 참조하여 설명한다. 삼각 안테나는 각 섹터마다 두 개씩 구비된다. 따라서도3에서와 같이 3섹터인 경우 삼각 안테나 6개가 필요하다. 도3에서 제1섹터의 삼각 안테나(321, 323)의 송신 안테나부(201) 각각은 제1섹터의 전처리부(301)와 전처리부(303)의 송신포트에 각각 연결된다. 따라서 삼각 안테나(321,323) 각각의 송신 안테나부(201)는 전처리부(301, 303)의 송신포트로부터 입력되는 신호를 제1섹터 방향으로 각각 송신한다. 그리고 제1섹터의 전처리부(301)와 전처리부(303)의 수신 포트는 인접 섹터인 제3섹터의 삼각 안테나(331)와 (329)의 수신 안테나부(203)에 각각 연결된다. 그러므로 전처리부(301, 303)은 제3섹터에 위치된 수신 안테나부들로부터 방향 벡터 D1으로부터 수신된 신호들을 입력받는다.

상기 제2섹터에서 삼각 안테나들(325, 327)의 송신 안테나부(201)들 각각은 전처리부(309) 및 (311)의 송신부들 각각에 연결되고 상기 제2섹터의 방향으로 신호들을 전송한다.

그리고 상기 제1섹터의 삼각 안테나(321) 및 (323)의 수신 안테나부(203)는 전처리부(309) 및 (311)의 수신 포트에 각각 연결된다. 따라서 제1섹터의 삼각 안테나(321) 및 (323) 각각의 수신 안테나부(203)는 제1섹터의 방향, 즉 방향 벡터 D2쪽으로 수신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호를 제2섹터의 전처리부(309)와 (311)의 수신 포트로 각각 전송한다.

제2섹터의 삼각 안테나(325) 및 (327)의 수신 안테나부(203)는 제3섹터의 전처리부(307) 및 (309)의 수신 포트에 연결되어 제3섹터의 방향, 즉 방향 벡터 D3쪽으로부터 수신되는 신호를 수신하여 상기 전처리부(307) 및 (309)의 수신 포트롤 제공한다. 제2섹터의 삼각 안테나(325) 및 (327)의 송신 안테나부(201)는 제3섹터의 전처리부(307) 및 (309)의 송신 포트에서 입력되는 신호를 제2섹터 방향으로 송신한다.

제3섹터의 삼각 안테나(329) 및 (331)의 수신 안테나부(203)는 제1섹터의 전처리부(301) 및 (303)의 수신포트와 연결되어 제1섹터 방향, 즉 방향 벡터 D1쪽으로부터 수신되는 신호를 상기 전처리부(301) 및 (303)의 수신포트로 제공한다.

따라서 본 발명은 송수신 분리 방식의 안테나 구조와 배치 구조를 가지므로 안테나의 개수를 늘리지 않고 IMT2000 시스템과 같은 광대역 송수신 주파수 범위를 가지는 시스템에 적용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

1. n 섹터의 안테나 배치를 가지는 이동통신시스템의 안테나 장치에 있어서,

   송수신 다이버시티를 위해 상기 n 섹터 각각에 2개씩 구비되며, 각각 송신포트와 수신포트를 구비하여 송수신되는 신호를 분리하는 전처리부들과,

   상기 n 섹터 각각에 두 개씩 할당되며, 해당 섹터의 상기 송신 포트를 통해 입력되는 송신 신호를 해당 방향으로 송신하는 평면의 송신 안테나부와, 상기 섹터에 인접한 섹터로 수신되는 신호를 수신하기 위해 상기 송신 안테나부와 소정 수평각 θ를 형성하며 접하고 신호 수신 시 인접한 섹터의 상기 전처리부의 수신포트로 전송하는 평면의 수신 안테나부가 일체로 구성되는 삼각 안테나들로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수평각 θ는 180-(360/n) 임을 특징으로 하는 상기 장치.
3. n 섹터의 안테나 배치를 가지는 이동통신시스템의 안테나 장치에 있어서,

   송신 신호와 수신 신호를 분리하는 송수신 포트를 구비하고, 상기 송수신 포트를 통해 섹터들의 방향에서 신호들을 송신 및 수신하는 각 섹터에 할당되는 적어도 하나의 전처리부와,

   상기 해당 섹터의 전처리부로부터 입력되는 송신 신호를 송신하는 평면의 송신 안테나부와, 상기 송신 안테나부와 접하고 섹터에 인접한 방향쪽에서 수신되는 신호를 수신하여 상기 인접한 방향쪽 섹터의 전처리부로 출력하는 평면의 수신 안테나부로 형성되어 각 섹터에 할당되는 적어도 하나의 삼각 안테나로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 송신 안테나부와 상기 수신 안테나부가 미리 결정된 수평각 θ로 연결됨을 특징으로 하는 상기 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 수평각 θ가 180-(360/n)임을 특징으로 하는 상기 장치.
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