KR100570353B1 - 무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 발생되는 간섭 및 발진을 방지할 수 있는 평면배열 안테나를 제공하는 것으로, 전자파를 전송하는 외부의 동축케이블에 연결되는 입력 콘넥터; 입력 콘넥터를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기; 및 전력 분배기에 의해 분배된 전자파들을 일정방향으로 복사시키기 위하여, 지표면의 수직 방향에 대해 마름모 형태로 배열된 다수의 복사소자들을 구비하되, 다수의 복사소자들에 의해 복사되는 주빔은 안테나의 전방으로 복사되고, 다수의 복사소자들에 의해 복사되는 부엽은 지표면의 수직 방향에 대해 상하의 대각선 방향으로 복사되는 것을 특징으로 한다.

격리도, 원편파, 평면, 배열, 안테나

Description

무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 안테나{Planar array antenna for preventing interference in wireless communication system}

도 1은 일반적인 무선통신 시스템의 모식도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도.

도 3은 종래의 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도.

도 4는 동일 평면에 수직 및 수평으로 배열된 종래의 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도.

도 5는 본 발명에 적용되는 복사소자의 사시도.

도 6은 도 5에서의 X형 다이폴 복편파 복사소자를 이용하여 원편파를 복사시키기 위한 급전 회로에 대한 단면도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 안테나의 사시도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 안테나의 전면도.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 안테나의 급전 회로에 대한 단면도.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도.

도 12는 동일 평면에 마름모 형태로 배열된 본 발명의 안테나 사이의 복사패턴의 특성도.

본 발명은 평면배열 안테나에 관한 것으로, 특히 무선통신 시스템에서 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 발생되는 간섭 및 발진을 방지할 수 있는 평면배열 안테나에 관한 것이다.

현재 국내에서 서비스되고 있는 무선통신 시스템은 800MHz 대역의 셀룰러(Cellular)와 TRS 시스템 그리고 1800MHz 대역의 PCS 등이 있으며, 800MHz 대역이나 1800MHz 대역의 주파수를 사용하는 무선통신 서비스 사업자가 서로 다르기 때문에, 음영지역에서의 무선통신 서비스를 위한 패치 안테나가 800MHz 대역과 1800MHz 대역에 구분되어 사용되고 있다. 그리고, 국내에서 2000MHz 대역의 주파수를 사용하는 IMT 2000 사업이 시작되면서, 국내에서도 한 무선통신 사업자가 두 개 의 주파수 대역을 동시에 서비스하게 되었다.

이와 같은, 무선통신 시스템에서는 일정 영역의 무선통신 서비스를 관할하는 기지국으로부터 광범위하게 분포되어 있는 사용자들에게 양질의 통신 서비스를 제공하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 중계기용 안테나들을 통해 통신 서비스를 제공하고 있다.

도 1은 일반적인 무선통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 이를 참조하여 중계기용 안테나를 통해 무선통신 서비스를 제공하는 방식에 대하여 살펴본다.

도 1에 도시된 바와 같이, 중계기용 안테나(110)는 기지국(120)으로부터 전송된 무선주파수신호(RF : Radio Frequency)를 수신받아 사용자의 핸드폰(130)으로 전송한다.

이와 같이, 기지국(120)의 무선주파수신호를 중계기용 안테나(110)를 통해 사용자에게 전송함으로써, 사용자가 기지국(120)으로부터 매우 먼 거리에 위치해 있더라도 기지국(120)과 사용자 사이에 널리 설치된 중계기용 안테나(110)들을 통해 양질의 통신 서비스를 제공받을 수 있다.

그리고, 도 1에서는 도시되지 않았지만, 기지국(120)과 중계기용 안테나(110) 간의 거리가 일정거리 이상될 경우 중계기용 안테나(110)와 기지국(120) 사이에는 적어도 하나의 링크(Link) 안테나가 설치된다.

이러한 중계기용 안테나(110)에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

중계기용 안테나(110)는, 기지국(120)이나 상기 링크 안테나로부터 전송된 무선주파수신호를 수신하기 위한 도너 안테나(111)와, 도너 안테나(111)를 통해 수신된 무선주파수신호를 사용자의 핸드폰(130)으로 전송하기 위한 서비스 안테나(112)와, 도너 안테나(111)를 통해 수신된 무선주파수신호를 증폭시켜 서비스 안테나(112)로 전달하기 위한 RF 무변파 증폭기(도시되지 않았음)로 이루어진다.

그리고, 상기 링크 안테나도 중계기용 안테나(110)와 같은 구조로 이루어져 기지국(120)과 중계기용 안테나(110) 간의 무선주파수신호를 중계한다.

이와 같은 종래의 중계기용 안테나의 복사패턴에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도로서, 복사소자가 수직 및 수평으로 배열된 종래의 중계기용 안테나의 수평 복사패턴을 나타낸 것이다. 여기서, 부엽레벨(Side Lobe Level)은 -15dB 이하이다.

도면에 도시된 바와 같이, 중계기용 안테나(110)는 사용자의 휴대폰(130)으로 전송하기 위한 주빔(Main Beam)을 복사하고 동시에 주변 건물 등에 의한 반사파의 원인이 되어 간섭이 발생되도록 하는 부엽(Side Lobe)을 복사한다. 이러한 특성을 갖는 종래의 중계기용 안테나는 부엽을 15dB 이하로 줄이기 위하여 급전 전력의 비율을 차등 입력한다.

도 3은 종래의 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도로서, 복사소자가 수직 및 수평으로 배열된 종래의 중계기용 안테나의 복사패턴을 2차원적으로 도시한 것이다. 여기서, 수직 및 수평 복사패턴에서 부엽이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 동일 평면에 수직 및 수평으로 배열된 종래의 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도로서, 도면 부호 410 및 420은 종래의 중계기용 안테나를 나타낸다.

도 4에서와 같이, 동일 평면 상에 수직 및 수평으로 배열된 안테나(410, 420)들의 경우 부엽 방향이 인접된 안테나와 같은 높이에서 수평으로 형성되므로, 부엽이 주변의 건물이나 물체 등에 직접 부딪치는 방향으로 복사가 이루어진다. 이렇게, 부엽이 주변의 건물 등에 수직으로 직접 부딪칠 경우 건물 등에 의한 반사파는 부엽이 복사된 방향의 반대 방향으로 수직되게 복사된다. 이로 인하여, 종래의 중계기용 안테나는 주변 건물 등에 의해 반사되는 전자파의 영향을 받아 간섭이 일어나기 쉬었다.

전술한 바와 같은 특성들로 인하여 종래의 중계기용 안테나의 경우 여러 가지 문제점들이 발생되었는데, 이러한 문제점들에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 종래의 중계기용 안테나의 경우, 서비스 안테나(112)로부터 복사된 부엽이 주변의 건물이나 물체 등에 부딪쳐 도너 안테나(111)로 반사되는 고 격리도가 대폭 저하되었을 뿐만 아니라, 서비스 안테나(112)의 복사시 후방 복사에 의해 고 격리도가 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 도너 안테나(111)와 서비스 안테나(112) 간의 격리도가 상기 RF 무변파 증폭기의 증폭이득보다 10dB 이하일 경우, 도너 안테나(111)로 복사된 전자파가 상기 RF 무변파 증폭기를 통해 서비스 안테나(112)로 전달되는 발진이 일어나는 문제점이 있었다.

한편, 상기 링크 안테나의 경우에도 중계기용 안테나(110)에서와 같은 간섭이나 발진이 일어나는 문제점이 있다.

이와 같이, 중계기용 안테나(110)나 상기 링크 안테나에서 간섭이나 발진이 일어날 경우, 사용자에게 제공되는 통신 서비스의 품질이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무선통신 시스템에서 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 발생되는 간섭 및 발진을 방지할 수 있는 평면배열 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 무선통신 시스템에서 중계기용 안테나의 복사소자들을 마름모 형태로 배열함으로써, 주변의 건물이나 물체 등에 의해 부엽이 반사되어 발생되는 간섭을 방지할 수 있는 평면배열 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 무선통신 시스템에서 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 적어도 하나의 반사판을 부착하여 후방복사를 차단함으로써, 후방복사에 의한 간섭을 방지하여 고 격리도를 개선할 수 있는 평면배열 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평면배열 안테나는, 전자파를 전송하는 외부의 동축케이블에 연결되는 입력 콘넥터; 상기 입력 콘넥터를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기; 및 반사판 상에 제공되어 상기 전력 분배기에 의해 분배된 전자파를 복사시키기 위한 다수의 복사소자들로 구성되는 복사부를 구비하여, 도너 안테나와 서비스 안테나가 한 쌍으로 구성되는 중계기용 안테나에서 인접한 두 안테나 사이의 격리도를 증진시키는 안테나에 있어서, 상기 복사부를 구성하는 다수의 복사소자들은 N×N 배열 단위로 배열되되, 지표면의 수직 방향에 대해 마름모 형태로 배열되며, 상기 복사부에 의해 복사되는 주빔은 안테나의 전방으로 복사되고, 상기 복사부에 의해 복사되는 부엽은 지표면의 수직 방향에 대해 상하의 대각선 방향(±45°)으로 복사되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에서는 중계기용 안테나가 우측원편파(RHCP : Right Hand Circular Polarization) 또는 좌측원편파(LHCP : Left Hand Circular Polarization)를 복사하도록 실시하고 있는데, 이는 중계기용 안테나가 우측원편파를 복사할 경우 주변 건물 등에 의해서는 좌측원편파가 반사되어 간섭의 발생을 방지할 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로, 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 간섭이 발생하기 위해서는 안테나로부터 복사된 원편파와 주변 건물 등으로부터 반사되는 원편파가 동일한 방향을 갖어야 하는데, 예를 들어 서비 스 안테나로부터 우측원편파가 복사될 경우 간섭이 발생되기 위해서는 주변 건물 등에 의해 우측원편파가 반사되어야 한다. 그러나, 실질적으로 중계기용 안테나가 우측원편파를 복사할 경우 주변 건물 등에 의해 좌측원편파가 반사되기 때문에, 본 발명에서는 이와 같은 원리에 착안하여 중계기용 안테나가 일방향의 우측원편파 또는 좌측원편파를 복사하도록 함으로써, 주변 건물 등에 의한 원편파의 반사로 인한 간섭을 방지할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 적용되는 복사소자의 사시도로서, X형 다이폴 복편파 복사소자(510)를 나타낸 것이다.

도 6은 도 5에서의 X형 다이폴 복편파 복사소자를 이용하여 원편파를 복사시키기 위한 급전 회로에 대한 단면을 나타낸 것으로서, 이를 참조하여 본 발명에서 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)를 이용하여 원편파를 복사시키는 원리에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

여기서, X형 다이폴 복편파 복사소자(510)는 저대역의 '±45°' 이중편파를 위한 'X'자형 스트립 다이폴 복사소자로서, 실질적으로 4개의 복사소자가 배치되어 14dBi 정도의 복사이득을 갖는다.

도 6을 참조하면, 입력 전자파는 전력 분배기(520)를 통해 일정비율로 분배되어 제 1 및 제 2 급전선(511, 512)을 통해 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)로 전송된다. 이때, 제 2 급전선(512)을 통해 급전되는 전자파는 제 1 위상 지연기(530)에 의해 위상이 90도 지연되어 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)로 급전된다. 여기서, 제 1 급전선(511)을 통해서는 +45도의 위상을 갖는 전자파가 급전되고, 제 2 급전선(512)을 통해서는 -45도의 위상을 갖는 전자파가 급전된다.

이와 같이 전력 분배기(520)에 의해 분배된 전자파들이 90도의 위상차를 갖고 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)로 순차적으로 급전되기 때문에, 제 1 급전선(511)을 통해 급전된 +45도의 위상을 갖는 전자파가 먼저 복사된 후, 제 2 급전선(512)과 위상 지연기(530)를 통해 급전된 -45도의 위상을 갖는 전자파가 먼저 복사된 편파와 X자형을 이루면서 복사된다. 이와 같은 복사 과정을 통해 입력 전자파가 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)를 통해 시계 반대방향으로 X자형을 이루면서 연속적으로 복사되기 때문에, 전방에서 바라볼 경우 복사되는 전자파의 편파는 우측원편파 형태를 이룬다.

한편, 본 발명에서는 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)를 이용하여 중계기용 안테나를 구현하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 패치 복사소자 또는 마름모 타입 복사소자 등의 다양한 복사소자를 이용하여 본 발명에 따른 중계기용 안테나를 구현할 수도 있다.

본 발명은 도 6에서와 같이 입력 전자파를 원편파로 복사시키는 X형 다이폴 복편파 복사소자를 마름모 형태로 배열하여 중계기용 안테나를 구현한 것으로 이하에 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 안테나의 사시도이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 안테나의 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 평면배열 안테나(700)는, 전자파를 전송하는 외부의 동축케이블에 연결되는 입력 콘넥터(710)와, 입력 콘넥터(710)를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(720)와, 입력 콘넥터(710)를 통해 입력되는 전자파를 전력 분배기(720)로 전달하기 위한 동축케이블(730)과, 마름모 형태로 배열되어 전력 분배기(720)에 의해 분배되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 다수의 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)들과, 전력 분배기(720)에 의해 분배된 전자파를 다수의 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)들로 급전시키기 위한 다수의 급전선(740)들과, 다수의 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)들로부터 복사되는 우측원편파가 후방으로 복사되는 것을 차단하고 전방으로 복사되도록 하기 위한 제 1 내지 제 3 복사판(751 내지 753)들을 구비한다.

여기서, 제 1 내지 3 복사판(751 내지 753)은 전기가 잘 전도되는 금속으로 이루어져, 전자파가 후방으로 복사되는 것을 차단하고 전방으로 복사되도록 한다.

제 1 반사판(751) 상에는 2x2 배열 단위로 배열된 4개의 X형 다이폴 복편파 복사소자(510)들이 4x4 배열 단위로 이루어진 마름모 형태로 배열된다.

제 2 반사판(752)은 제 1 반사판(751)의 측면에 일정 높이로 돌출되어 형성되어 제 1 반사판(751)을 통해 후방으로 복사되는 전자파의 후방복사를 2차적으로 차단한다.

제 3 반사판(753)은 제 1 반사판(751)의 후면에 이격되게 부착되어 제 1 및 제 2 반사판(751, 753)을 통해 후방으로 복사되는 전자파의 후방복사를 3차적으로 차단한다. 이러한, 제 3 반사판(753)은 지지대들을 통해 제 1 및 제 2 반사판(751, 752)과 연결된다.

그러나, 전자파의 후방 복사를 차단하기 위한 반사판의 수는 3개로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 안테나를 구현함에 있어 반사판의 수는 조절될 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 평면배열 원편파 안테나의 배열 및 복사 원리에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

입사 전자파를 우측원편파로 복사하는 4개의 X형 다이폴 복편파 복사소자들이 2x2 배열 단위로 배열되되, 마름모 형태로 배열된다. 여기서, 전자파가 급전선들을 통해 마름모 형태로 배열된 4개의 X형 다이폴 복편파 복사소자들로 급전될 때, 각 급전선 상에 형성된 위상 지연기들에 의해 전자파들이 0도, 90도, 180도 및 270도의 위상차이를 보이며 순차적으로 급전되어 복사됨으로써, 마름모 형태로 배열된 4개의 X형 다이폴 복편파 복사소자들은 급전된 전자파를 우측원편파로 복사하게 되는 것이다.

그리고, 2x2 배열 단위로 배열된 4개의 X형 다이폴 복편파 복사소자들이 4x4 배열 단위로 이루어진 마름모 형태로 배열되는데, 여기에서도 전자파가 2x2 배열 단위로 형성된 X형 다이폴 복편파 복사소자들로 급전될 때에, 전자파는 급전선들 상에 형성된 위상 지연기들에 의해 전자파들이 0도, 90도, 180도 및 270도의 위상차이를 보이며 순차적으로 급전되어 복사됨으로써, 4x4 배열 단위로 배열된 X형 다 이폴 복편파 복사소자들은 급전된 전자파를 우측원편파로 복사하게 되는 것이다.

한편, 도 8에 도시된 본 발명에 따른 평면배열 원편파 안테나의 급전 회로에 대한 보다 세부 구조를 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서 간섭 방지를 위한 평면배열 원편파 안테나의 급전 회로에 대한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 평면배열 원편파 안테나(700)는, 입력 콘텍터(710)를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(720)와, 전력 분배기(720)를 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 0도, 90도, 180도 및 270도로 각각 지연시키기 위한 위상 지연기(901 내지 904)들과, 위상 지연기(901)를 통해 0도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 제 1 복사부(910)와, 위상 지연기(902)를 통해 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 제 2 복사부(930)와, 위상 지연기(903)를 통해 180도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 제 3 복사부(950)와, 위상 지연기(904)를 통해 270도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 제 4 복사부(970)로 이루어진다.

제 1 복사부(910)는, 위상 지연기(901)를 통해 0도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(911)와, 전력 분배기(911)를 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 0도, 90도, 180도 및 270도로 각각 지연시키기 위한 위상 지연기(912 내지 915)들과, 위상 지연기(912 내지 915)들을 통해 각각 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(916 내지 919)들과, 전력 분배기(916 내지 919)들을 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 각각 90도 지연시키기 위한 위상 지연기(920 내지 923)들과, 전력 분배기(916)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(920)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(924)와, 전력 분배기(917)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(921)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(925)와, 전력 분배기(918)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(922)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(926)와, 전력 분배기(919)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(923)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(927)로 구성된다.

제 1 복사부(910)는 X형 다이폴 복편파 복사소자(924 내지 927)들이 마름모 형태로 배열되되, 전력 분배기(911)를 통해 분배되는 전자파들이 각각 위상 지연기(912 내지 915)들을 통해 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 X형 다이폴 복편파 복사소자(924 내지 927)들로 급전되므로, 급전되는 전자파가 2x2 배열 단위로 이루어져 마름모 형태로 배열된 X형 다이폴 복편파 복사소자(924 내지 927)들에 의해 우측원편파로 복사된다. 구체적으로 살펴보면, 전력 분배기(911)에 의해 분배된 전자파들이 0도, 90도, 180도 및 270도의 위상차를 갖고 X형 다이폴 복편파 복 사소자(924 내지 927)들로 순차적으로 급전되기 때문에, 급전되는 전자파들도 위상 지연의 크기에 따라 순차적으로 복사가 이루어진다. 이와 같은 복사 과정을 통해 급전되는 전자파가 X형 다이폴 복편파 복사소자(924 내지 927)들을 통해 시계 반대방향으로 연속적으로 복사되기 때문에, 전방에서 바라볼 경우 복사되는 전자파의 편파는 우측원편파 형태를 이룬다.

제 2 복사부(930)는, 위상 지연기(902)를 통해 90도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(931)와, 전력 분배기(931)를 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 0도, 90도, 180도 및 270도로 각각 지연시키기 위한 위상 지연기(932 내지 935)들과, 위상 지연기(932 내지 935)들을 통해 각각 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(936 내지 939)들과, 전력 분배기(936 내지 939)들을 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 각각 90도 지연시키기 위한 위상 지연기(940 내지 943)들과, 전력 분배기(936)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(940)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(944)와, 전력 분배기(937)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(941)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(945)와, 전력 분배기(938)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(942)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(946)와, 전력 분배기(939)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(943)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(947)로 구성된다.

제 3 복사부(950)는, 위상 지연기(903)를 통해 90도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(951)와, 전력 분배기(951)를 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 0도, 90도, 180도 및 270도로 각각 지연시키기 위한 위상 지연기(952 내지 955)들과, 위상 지연기(952 내지 955)들을 통해 각각 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(956 내지 959)들과, 전력 분배기(956 내지 959)들을 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 각각 90도 지연시키기 위한 위상 지연기(960 내지 963)들과, 전력 분배기(956)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(960)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(964)와, 전력 분배기(957)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(961)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(965)와, 전력 분배기(958)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(962)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(966)와, 전력 분배기(959)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(963)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(967) 로 구성된다.

제 4 복사부(970)는, 위상 지연기(904)를 통해 90도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(971)와, 전력 분배기(971)를 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 0도, 90도, 180도 및 270도로 각각 지연시키기 위한 위상 지연기(972 내지 975)들과, 위상 지연기(972 내지 975)들을 통해 각각 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 급전되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(976 내지 979)들과, 전력 분배기(976 내지 979)들을 통해 분배되어 급전되는 전자파의 위상을 각각 90도 지연시키기 위한 위상 지연기(980 내지 983)들과, 전력 분배기(976)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(980)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(984)와, 전력 분배기(977)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(981)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(985)와, 전력 분배기(978)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(982)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(986)와, 전력 분배기(979)에 의해 분배되어 위상 지연없이 급전되는 전자파와 위상 지연기(983)를 통해 위상이 90도 지연되어 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사하기 위한 X형 다이폴 복편파 복사소자(987)로 구성된다.

제 2 내지 제 4 복사부(390, 950, 970)들은 제 1 복사부(910)와 동일한 배열 및 구조로 이루어지므로, 제 1 복사부(910)와 같은 복사 과정을 통해 급전되는 전자파를 우측원편파로 복사한다.

그리고, 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들이 마름모 형태로 배열되기 때문에, 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들을 이루는 X형 다이폴 복편파 복사소자들도 마름모 형태로 배열된다.

이와 같이 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들이 마름모 형태로 배열된 상태에서, 전력 분배기(720)를 통해 분배되는 전자파들이 각각 위상 지연기(901 내지 904)들을 통해 0도, 90도, 180도 및 270도 지연되어 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들로 급전되므로, 급전되는 전자파가 4x4 배열 단위로 이루어져 마름모 형태로 배열된 X형 다이폴 복편파 복사소자들로 구성된 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들에 의해 우측원편파로 복사된다. 구체적으로 살펴보면, 전력 분배기(720)에 의해 분배된 전자파들이 0도, 90도, 180도 및 270도의 위상차를 갖고 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들로 순차적으로 급전되기 때문에, 급전되는 전자파들도 위상 지연의 크기에 따라 순차적으로 복사가 이루어진다. 이와 같은 복사 과정을 통해 급전되는 전자파가 제 1 내지 제 4 복사부(910, 930, 950, 970)들을 통해 시계 반대방향으로 연속적으로 복사되기 때문에, 전방에서 바라볼 경우 복사되는 전자파의 편파는 우측원편파 형태를 이룬다.

전술한 바와 같은 복사 과정을 통해 전자파를 복사하기 때문에, 본 발명의 평면배열 원편파 안테나(700)는 입력 전자파를 우측원편파로 복사하게 된다. 그러나, 본 발명의 전자파 복사형태는 이에 한정되는 것이 아니고 입력 전자파를 좌측 원편파로 복사하도록 구현할 수도 있다.

그리고, 본 발명은 입력 전자파를 원편파로 복사하기 때문에 사용자에게 보다 넓은 주파수대역의 무선주파수신호를 전송한다.

한편, 본 발명의 평면배열 원편파 안테나 내부에서 각 소자(전력 분배기, 위상 지연기, 복사소자 등)들 간에 급전되는 전자파들은 각 소자들 간에 연결된 급전선을 통해 급전된다. 그리고, 상기 위상 지연기들의 위상 크기는 급전선의 길이에 의해 결정된다.

상기한 바와같은 구조 및 배열로 이루어진 본 발명의 평면배열 원편파 안테나의 복사 특성에 대해 이하에 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴본다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 원편파 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도로서, 본 발명의 원편파 안테나를 마름모 형태로 설치하여 측정한 수평 복사패턴의 특성을 나타낸 것이며, 이때의 부엽레벨은 -25dB 이하이다.

그리고, 본 발명의 원편파 안테나의 수직 복사패턴은 수평 복사패턴과 동일하되, 우측원편파와 상반된 편파 특성을 갖는 좌측 원편파 성분은 20dB 이상의 비교적 낮은 특성을 갖는다.

여기서, 본 발명의 원편파 안테나에는 동일 전력을 입력하지만, 도 2a 및 도 2b에 나타난 종래의 중계기용 안테나의 복사패턴에서와 달리 도 10a 및 도 10b에 나타난 본 발명의 원편파 안테나의 복사패턴에서는 부엽이 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 평면배열 원편파 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도로서, X형 다이폴 복편파 복사소자들이 마름모 형태로 배열된 본 발명의 원편파 안테나의 복사패턴을 2차원적으로 도시한 것이다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 원편파 안테나는 X형 다이폴 복편파 복사소자들이 마름모 형태로 배열되어 있기 때문에, 지표면에서 수직으로 바라볼 경우 부엽이 ±45도 방향으로 나타남을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 원편파 안테나에서는 부엽이 지표면의 수직 방향에 대해 ±45도 방향으로 나타나기 때문에, 도 3에서와 같이 부엽이 지표면의 수직 및 수평 방향으로 나타나는 종래의 중계기용 안테나의 경우와 달리 본 발명의 원편파 안테나로부터 발생되는 부엽은 주변의 건물 등에 비스듬히 부딪치게 된다. 이에 따라, 본 발명의 원편파 안테나로부터 발생되는 부엽은 주변의 건물 등에 부딪치더라도 안테나 방향으로 반사되지 않고 다른 방향으로 반사된다. 이렇게, 부엽이 본 발명의 안테나 방향으로 반사되지 않기 때문에, 본 발명의 원편파 안테나는 부엽의 반사에 의한 간섭을 차단할 수 있는 것이다.

도 12는 동일 평면에 마름모 형태로 배열된 본 발명의 원편파 안테나 사이의 복사패턴의 특성도이다.

도 12에서와 같이, 동일 평면 상에 마름모 형태로 배열된 본 발명의 원편파 안테나들의 경우, 상측 부엽은 하늘 방향으로 복사되기 때문에 부엽이 반사되어 돌아올 수 없으며, 또한 하측 부엽은 모두 지표면의 수직 방향에 대해 대각선 방향으로 복사가 이루지기 때문에 도 4에서와 같이 지표면의 수직 및 수평 방향으로 부엽 이 복사되는 종래의 중계기용 안테나와 달리 주변의 건물 등에 의해 반사되어 돌아올 확률은 거의 없다. 이에 따라, 본 발명의 원편파 안테나의 경우 복사된 부엽이 반사되어 돌아오지 않기 때문에, 부엽의 반사파에 의한 간섭의 발생을 차단할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 원편파 안테나는 우측원편파를 복사하는데 반하여, 주변 건물 등에 의한 반사파는 좌측원편파가 반사되어 돌아온다. 이러한 복사패턴의 특성에 따라, 반사파인 좌측원편파가 우측원편파보다 약 20dB 이상의 낮은 전력으로 본 발명의 안테나에 수신되어 도너 안테나와 서비스 안테나 같이 인접한 두 안테나 간에 간섭의 발생 확률이 현저하게 줄어든다.

한편, 전술한 바와같은 특성을 갖는 본 발명의 원편파 안테나는 레이돔과 같은 보호 덮개 등에 의해 덮혀서 외부에 마름모 형태로 설치된다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 무선통신 시스템에서 주변 건물 등에 의해 반사되는 반사파로 인하여 중계기용 안테나에 발생되는 간섭 및 발진을 차단함으로써, 이동통신 사업자 및 소비자들에게 고품질의 통신 서비스를 제공할 수 있 는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 전자파를 전송하는 외부의 동축케이블에 연결되는 입력 콘넥터; 상기 입력 콘넥터를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기; 및 반사판 상에 제공되어 상기 전력 분배기에 의해 분배된 전자파를 복사시키기 위한 다수의 복사소자들로 구성되는 복사부를 구비하여, 도너 안테나와 서비스 안테나가 한 쌍으로 구성되는 중계기용 안테나에서 인접한 두 안테나 사이의 격리도를 증진시키는 안테나에 있어서,

   상기 복사부를 구성하는 다수의 복사소자들은 N×N 배열 단위로 배열되되, 지표면의 수직 방향에 대해 마름모 형태로 배열되며,

   상기 복사부에 의해 복사되는 주빔은 안테나의 전방으로 복사되고, 상기 복사부에 의해 복사되는 부엽은 지표면의 수직 방향에 대해 상하의 대각선 방향(±45°)으로 복사되는 것을 특징으로 하는 평면배열 안테나.
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