KR100595893B1

KR100595893B1 - 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나시스템의 제어방법

Info

Publication number: KR100595893B1
Application number: KR1020020070307A
Authority: KR
Inventors: 고재창; 홍준표; 김상기
Original assignee: 주식회사 엘지텔레콤; 주식회사 감마누
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2006-07-03
Also published as: KR20040042145A

Abstract

본 발명은 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 안테나의 길이를 줄임과 아울러 안테나의 교체없이 안테나 복사패턴의 폭, 이득 및 틸트를 가변할 수 있도록 한 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

이 트리폴 안테나 시스템은 각각 다수의 안테나소자들이 일렬로 배열되고 수평으로 나란히 인접하는 적어도 3 개 이상의 안테나소자열과, 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선과, 안테나 급전선 상에 중첩되는 다수의 유전체와, 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 가변시킴으로써 안테나소자에 송수신되는 복사패턴의 수직빔 특성을 조정하기 위한 안테나 구동부를 구비한다.

Description

안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법{TRIPOL ANTENNA SYSTEM FOR WIDTH AND GAIN AND ELECTRIC TILT OF ANTENNA RADIATION PATTERN AND METHOD FOR CONTROLING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 종래의 기구적 틸트 가변방식의 안테나 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 트리폴 안테나 시스템을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 제1 및 제2 안테나소자열의 수직빔폭 및 수직빔틸트를 조정하기 위한 빔폭 가변 구동부와 빔틸트 가변 구동부를 상세히 나타내는 평면도이다.

도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 제3 안테나소자열의 수직빔폭 및 수직빔틸트를 조정하기 위한 빔폭 가변 구동부와 빔틸트 가변 구동부를 상세히 나타내는 평면 도이다.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 빔폭 가변 구동부와 빔틸트 가변 구동부의 구성을 알기 쉽게 나타내는 부분 절개 사시도이다.

도 8a는 도 3에 도시된 빔폭 가변 구동부의 동작 원리를 설명하기 위하여 안테나 급전선에 대한 유전체의 중첩면적이 큰 경우를 나타내는 평면도이다.

도 8b는 도 8a에서 선 'Ⅰ-Ⅰ''를 따라 절취하여 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 보여 주는 단면도이다.

도 9a는 도 3에 도시된 빔폭 가변 구동부의 동작 원리를 설명하기 위하여 안테나 급전선에 대한 유전체의 중첩면적이 작은 경우를 나타내는 평면도이다.

도 9b는 도 9a에서 선 'Ⅱ-Ⅱ''를 따라 절취하여 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 보여 주는 단면도이다.

도 10a는 도 3에 도시된 빔틸트 가변 구동부의 동작 원리를 설명하기 위하여 안테나 급전선에 대한 유전체의 중첩면적이 큰 경우를 나타내는 평면도이다.

도 10b는 도 3에 도시된 빔틸트 가변 구동부의 동작 원리를 설명하기 위하여 안테나 급전선에 대한 유전체의 중첩면적이 상대적으로 작은 경우를 나타내는 평면도이다.

도 11은 도 2에 도시된 빔틸트 가변 구동부에 의해 가변되는 안테나 복사패턴의 동위상 등전위면의 틸트를 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 안테나본체 2 : 타워폴대

3 : 링크 21,22,23 : 안테나소자열

26a,26b,26c,36 : 안테나 급전 콘넥터 32 : 빔폭 가변 구동부

33,37 : 스텝모터 34,38 : 모터 구동부

35 : 원격 제어부 39 : 빔틸트 가변 구동부

30 : 안테나 급전선 41a,41b : 빔폭 가변 회전노브

43 : 랙기어 42 : 유전체

4,50 : 안테나 복사패턴

60 : 안테나 복사패턴의 동위상 등전위면

1001 내지 1006, 2001 내지 2006, : 안테나소자

일반적으로, 이동통신망이나 무선가입자회선(wireless local loop : WLL)과 같은 무선통신망에서는 교환국과 가입자 단말기 간에 기지국을 설치하고, 기지국과 가입자 단말기 간에 무선신호를 교환하게 된다.

기지국에 설치되는 안테나 시스템은 고정빔 형태의 복사패턴을 발생하는 안테나 시스템으로써 가입자호의 공간적 분포를 고려하여 고정빔 형태의 복사패턴을 발생하며 그 복사패턴이 일정한 폭, 이득 및 틸트로 고정되도록 설계되고 있다. 또한, 기지국에 설치되는 안테나 시스템은 고정빔 각 섹터를 담당하는 세 개의 섹터 안테나를 포함하고 있다.

최근에는 기존의 이동통신 사업자가 기존에 할당 받은 주파수대역 이외의 다른 주파수대역의 사업권을 획득하여 서비스를 다각화하고 있다. 예컨대, 800MHz나 900MHz 대역의 이동통신 사업자가 1800MHz, 1900MHZ 혹은 3GHz 사업권을 추가 획득한 경우가 많다.

PCS 방식(Personal communication system), 셀룰라방식(Cellular system)이나 최근에 각광을 받는 IMT-2000 방식(International Mobile Telecommunication-2000)에서는 각각의 망최적화를 위하여 안테나특성이 서로 다른 안테나 시스템을 필요로 하고 있기 때문에 이러한 전파환경의 변화의 요구에 대응하여 안테나 복사패턴의 폭, 이득 및 틸트와 같은 안테나특성이 변화될 필요가 있다.

그런데 종래의 고정빔 형태의 안테나 시스템은 안테나 특성이 고정되어 있기 때문에 안테나 특성의 변경요구시 그 변경 스펙의 안테나특성으로 제작된 새로운 안테나 시스템으로 교체되어야 한다.

이렇게 안테나 시스템이 교체되면 안테나 교체에 소요되는 시간만큼 서비스가 단절되고 교체비용이 발생할뿐 아니라, 교체 작업의 난이도가 높은 경우에 서비 스 환경의 변화에 신속히 대응하지 못하는 문제점이 있다.

최근에는 안테나 교체없이 틸트를 가변시키기 위한 안테나 시스템이 개발되어 기지국에 설치되고 있다. 이러한 안테나 시스템은 도 1a 및 도 1b와 같이 다수의 안테나소자가 내장된 안테나본체(1)와, 그 안테나본체(1)의 배면에 장착되며 중간부가 접혀지는 상/하부 링크(3)를 포함한 브라켓을 포함한다. 브라켓은 타워폴대(2)에 고정된다. 틸트 가변시, 기술자가 타워폴대(2)에 올라가서 브라켓을 고정하고 있는 여러 개의 볼트를 풀고 상부 링크(3)를 벌려서 타워폴대(2)에 대하여 안테나본체(1)를 도 1b와 같이 원하는 각도로 조정하게 된다. 원하는 각도로 안테나본체(1)의 각도가 조정되면 기술자는 다시 볼트를 조여주게 된다. 이렇게 기구적으로 틸트를 조정하는 방식은 기술자가 직접 타워폴대(2)에 올라가서 복잡한 작업을 하여야 하기 때문에 많은 위험을 내포하고 있으며 또한, 많은 작업시간이 요구되어 서비스 환경의 신속한 변화에 대응할 수가 없다. 특히, 이동통신에서는 하나의 기지국 안테나를 조정하면 기지국 전파환경이 최적화되는 것이 아니고 인접한 모든 기지국을 연동하여 조정하여야 망최적화 효율이 극대화되기 때문에 작업 시간단축이 매우 중요하다. 따라서 기존의 안테나 시스템으로는 작업시간이 길기 때문에 망최적화를 시도하는 자체가 어렵다.

또한, 하나의 기지국에 설치되는 안테나는 수신용과 송신용으로 나뉘어진다. 일반적으로 수신용으로는 수직편파 안테나 소자와 수평편파 안테나소자가 복합 구성된 복편파 안테나소자가 사용되고 송신용으로는 수직편파 또는 수평편파의 싱글편파 안테나 소자가 필요하다. 이 경우에 하나의 기지국에 최소 6개 또는 9 개의 섹터 안테나가 필요하다. 이렇게 많은 수의 섹터 안테나가 설치된 경우에 서비스 환경의 변화에 대응하여 안테나의 특성을 변경시 각 섹터 안테나를 교체하여야 하므로 안테나 교체에 따른 시간과 노력이 그 만큼 많이 소비된다. 이러한 문제를 줄이기 위하여, 최근에는 하나의 섹터 안테나에 도 2와 같이 수신용 안테나와 송신용 안테나를 수직으로 배치하고 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 트리폴 안테나 시스템은 상반부에 설치되는 제1 및 제2 복편파 안테나 소자열(21,22)와, 하반부에 설치되는 싱글편파 안테나소자열(23)을 구비한다. 하단에 설치된 안테나 급전 콘넥터(26a,26b,26c)를 경유하여 안테나 소자열(21,22,23)의 안테나소자 각각에 도시하지 않은 안테나 급전선이 연결된다.

제1 및 제2 복편파 안테나 소자열(21,22)은 수신용으로 이용된다. 제1 및 제2 복편파 안테나 소자열(21,22) 각각은 수직편파 안테나소자(24a)와 수평편파 안테나소자(24b)가 교대로 배치된다. 또한, 제1 및 제2 복편파 안테나 소자열(21,22)은 2 개의 수직편파 안테나소자(24a)와 2 개의 수평편파 안테나소자(24b)가 마름모꼴로 대칭적으로 구성되어 하나의 안테나소자를 형성한다.

싱글편파 안테나소자열(23)은 송신으로 이용된다. 이 싱글편파 안테나소잘열(23)의 안테나소자는 수직편파나 수평편파 중 어느 하나를 복사하여 송출하게 된다.

이러한 종래의 트리폴 안테나 시스템은 수신용 안테나와 송신용 안테나가 상호 간섭을 일으키지 않게 하기 위하여 수직으로 배치되기 때문에 그 길이가 대략 2m에서 이득을 높이는 경우에 대략 3m까지 길다. 따라서, 종래의 트리폴 안테나 시스템은 길이가 길기 때문에 물리적으로 취약한 구조를 가질뿐 아니라 안테나 특성 변경 요구시 안테나소자열 각각에 대하여 교체하여야 하기 때문에 안테나소자열이 하나 설치된 섹터 안테나에 비하여 작업시간이 그 만큼 더 길어지게 되므로 서비스환경 변화에 신속히 대응하기가 더 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 안테나의 길이를 줄임과 아울러 안테나의 교체없이 안테나 복사패턴의 폭, 이득 및 틸트를 가변할 수 있도록 한 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템은 3 개의 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나와; 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선과; 안테나 급전선 상에 중첩되는 다수의 유전체와; 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 가변시킴으로써 안테나소자에 송수신되는 복사패턴의 수직빔 특성을 조정하기 위한 안테나 구동부를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 안테나 구동부는 복사패턴의 수직빔 폭과 수직빔 틸트 및 수직빔의 이득을 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 안테나 구동부는 다수의 복편파안테나소자들이 각각 일렬로 배열되는 제1 및 제2 안테나소자열과, 싱글 편파소자들이 일렬로 배열되는 제3 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나와; 제1 내지 제3 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선과; 안테나 급전선 상에 중첩되는 다수의 유전체와; 안테나소자들 중에서 최하단 안테나소자와 최하단 안테나소자와 그에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 제1 내지 제3 안테나소자열에 송수신되는 복사패턴의 수직빔폭과 이득을 조정하기 위한 제1 안테나 구동부와; 안테나소자들 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 복사패턴의 수직빔 틸트를 조정하기 위한 제2 안테나 구동부를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제1 안테나 구동부는 최상단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 안테나 급전선과 최하단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 안테나 급전선 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변하여 빔폭 가변범위를 확장한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제1 안테나 구동부는 최상단 안테나소자에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제1 유전체와 최하단 안테나소자에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제2 유전체가 취부된 랙기어와, 랙기어에 치합되어 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제1 안테나 구동부는 최상단 안테나소자와 그에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자 각각에 연결된 안테나 급전선에 중첩되는 제1 유전체와 최하단 안테나소자와 그에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자 각각에 연결된 안테나 급전선에 중첩되는 제2 유전체가 취부된 랙기어와, 랙기어에 치합되어 상기 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제2 안테나 구동부는 안테나소자들 각각에 연결된 안테나 급전선에 중첩되는 다수의 유전체가 취부된 랙기어와, 랙기어에 치합되어 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제2 안테나 구동부는 다수의 유전체 중에서 중앙에 위치한 유전체와 중첩되는 안테나 급전선에 고주파신호전력을 공급하기 위한 입력단 급전선을 더 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템에 있어서, 제1 및 제2 안테나 구동부 각각은 랙기어를 회전시키기 위한 모터를 더 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템에 있어서, 유전체는 유전상수가 1 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 3 개의 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선 상에 다수의 유전체를 중첩시키는 단계와; 상기 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 안테나소자에 송수신되는 복사패턴의 수직빔 특성을 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제어방법에 있어서, 수직빔 특성을 조정하는 단계는 복사패턴의 수직빔 폭과 수직빔 틸트 및 수직빔의 이득을 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 다수의 복편파안테나소자들이 각각 일렬로 배열되는 제1 및 제2 안테나소자열과, 싱글 편파소자들이 일렬로 배열되는 제3 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선 상에 다수의 유전체를 중첩시키는 단계와; 상기 안테나소자들 중에서 최하단 안테나소자와 최하단 안테나소자와 그에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제3 안테나소자열에 송수신되는 복사패턴의 수직빔폭과 이득을 조정하는 단계와; 상기 안테나소자들 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 복사패턴의 수직빔 틸트를 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 최상단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 안테나 급전선과 최하단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 안테나 급전선 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변하여 빔폭 가변범위를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템의 제어방법 다수의 유전체 중에서 중앙에 위치한 유전체와 중첩되는 안테나 급전선에 고주파신호전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트리폴 안테나 시스템은 수평으로 나란히 배열된 수신용의 두 개의 안테나소자열(21,22) 및 하나의 송신용 안테나소자열(23)과, 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결된 안테나 급전선(30)과, 안테나소자들로부터 복사된 안테나 복사패턴의 수직빔폭을 가변시키기 위한 빔폭 가변 구동부(32), 제1 스텝모터(33) 및 제1 모터 구동부(34)와, 안테나소자들로부터 복사된 안테나 복사패턴의 수직빔틸트를 가변시키기 위한 빔틸트 가변 구동부(39), 제2 스텝모터(37) 및 제2 모터 구동부(38)와, 제1 및 제2 모터 구동부(34,38)를 원격지에서 제어하기 위한 원격 제어부(35)를 구비한다.

안테나소자열(21,22,23)의 안테나소자들 각각은 다이폴 안테나소자, 야기 안테나소자, 대수 안테나소자, 주기 안테나소자, 평면 안테나소자 등에서 선택된다. 안테나소자열(21,22,23) 각각에서 최상단에 배치된 첫 번째 안테나소자와 최하단에 배치된 안테나소자의 위상변화에 의해 수직빔폭이 가변된다. 또한, 안테나소자들 각각에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상차 값에 의해 수직빔의 등위상전파면의 틸트각이 가변된다.

세 개의 안테나 소자열(21,22,23)은 수평으로 나란히 배치된다. 여기서, 제1 및 제2 안테나소자열(21,22)은 그들 사이의 간격이 작은 반면에 제3 안테나소자열(23)과 제1 및 제2 안테나소자열(22) 사이의 간격은 상대적으로 넓게 설정된다. 이는 제1 및 제2 안테나소자열(21,22)은 상호 직교하는 편파의 복사패턴을 수 신하기 때문에 간섭이 거의 없는데 반하여, 제3 안테나소자열(23)과 제1 및 제2 안테나소자열(21,22)의 간격이 가까우면 제1 및 제2 안테나소자열(22)에 수신되는 복사패턴과 제3 안테나소자열(23)로부터 송출되는 복사패턴 사이에 간섭이 발생할 수 있기 때문이다. 이 트리폴 안테나 시스템의 길이는 송신용 안테나 소자열(23)이 수신용의 제1 및 제2 안테나 소자열(21,22)의 옆에 위치하게 되므로 종래의 트리폴 안테나 시스템에 비하여 적어도 송신용 안테나 소자열(23)의 길이 만큼 그 길이가 줄어 든다.

안테나 급전선(30)은 안테나소자열(21,22,23)의 안테나소자들 각각에 연결되어 안테나소자들에 고주파신호전력을 공급한다. 이 안테나 급전선(30)에는 안테나급전 콘넥터(40a,40b,40c)가 연결된다. 안테나급전 콘넥터(40a,40b,40c)는 도시하지 않은 기지국의 주급전케이블에 연결되어 도시하지 않은 기지국으로부터의 고주파신호전력(RF)을 안테나급전선(30)에 공급함과 아울러 안테나에 수신된 복사패턴에 의해 발생된 고주파신호전력(RF)을 기지국에 공급한다.

빔폭 가변 구동부(32)는 안테나소자열(21,22,23) 각각에서 최상단에 배치된 첫 번째 안테나소자와 최하단에 배치된 마지막 안테나소자에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상 변화를 일으킴으로써 안테나 복사패턴의 수직빔폭을 가변시키게 된다. 이 빔폭 가변 구동부(32)에 대한 상세한 설명은 후술된다.

빔틸트 가변 구동부(39)는 안테나소자열(21,22,23)의 안테나소자들 각각에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상 변화를 일으킴으로써 안테나 복사패턴의 수직빔틸트를 가변시키게 된다. 이 빔틸트 가변 구동부(39)에 대한 상세한 설명은 후 술된다.

제1 스텝모터(33)는 빔폭 가변 구동부(32)에 연결되어 빔폭 가변 구동부(32)의 구동을 자동화한다. 제2 스텝모터(37)는 빔틸트 가변 구동부(39)에 연결되어 빔틸트 가변 구동부(39)의 구동을 자동화한다. 제1 모터 구동부(34)는 원격 제어부(35)의 제어 하에 제1 스텝모터(33)를 구동한다. 마찬가지로, 제2 모터 구동부(38)는 원격 제어부(35)의 제어 하에 제2 스텝모터(37)를 구동한다.

원격 제어부(35)는 운용자 또는 미리 설정된 프로그램에 의해 빔폭 가변 구동부(32)와 빔틸트 가변 구동부(39)를 원격지에서 제어 하여 원격지에서 수신용 안테나소자열과 송신용 안테나 소자열(21,22,23) 각각에서 수직빔의 빔폭과 수직빔의 틸트각을 가변하도록 한다. 이를 위하여, 원격 제어부(35)는 빔폭 데이터와 빔틸트 데이터가 저장된 메모리, 빔폭과 빔틸트 가변을 실행시키는 프로그램, 운용자로부터의 데이터나 명령을 입력하게 하는 입력장치 및 안테나 시스템의 현재상태 등을 출력하는 출력장치를 포함하는 컴퓨터 시스템을 포함한다.

도 5는 각각 6 개의 복편파 안테나소자들(1001 내지 1006)을 포함하는 제1 및 제2 안테나소자열(21,22)에 연결되는 빔폭 가변 구동부(32)와 빔틸트 가변 구동부(39)를 상세히 나타내는 평면도이다.

도 5를 참조하면, 복편파 안테나소자들(1001 내지 1006) 각각은 +45도 편파(또는 수평편파)를 발생하는 제1 및 제3 안테나소자편(100a,100d)과 -45도 편파(또는 수직편파)를 발생하는 제2 및 제4 안테나소자편(100b,100c)을 포함한다.

복편파 안테나소자들(1001 내지 1006) 각각은 제1 내지 제4 안테나소자편들(100a 내지 100d)이 4 각형 형태로 배치된다. 제1 및 제3 안테나소자편(100a,100d)은 사각형 배치에서 서로 대향하는 두변에 배치되며 각각 +45도 편파가 공급되는 도시하지 않은 안테나 급전선에 연결된다. 제2 및 제4 안테나소자편(100b,100c)은 제1 및 제3 안테나소자편(100a,100d)의 사이에서 서로 대향하도록 배치되며 -45도 편파가 공급되는 안테나 급전선(30)에 연결된다. 이러한 복편파 안테나소자들(1001 내지 1006)은 다른 안테나소자 종류에 비하여 안테나 복사패턴의 수직편파와 수평편파의 간섭이 최소화된다.

제1 및 제2 안테나소자열(21,22)의 수직빔폭을 가변시키기 위한 빔폭 가변 구동부(32)와 안테나 복사패턴의 동위상 전파면에 대한 경사각(틸트)를 가변시키기 위한 빔틸트 가변 구동부(39) 각각은 도 5와 도 7과 같이 회전노브(41a,41b)와, 회전노브(41a,41b)에 연결되는 유전체(42)와, 유전체(42)가 부착되며 회전노브(41a,41b)에 치합되는 랙기어(43)를 구비한다. 회전노브(41a,41b)의 표면에는 오른 나사 형태로 꼬여진 기어열이 형성된다. 이 회전노브(41a,41b)는 스텝모터(33,37)에 연동하여 스텝모터(33,37)와 동일한 방향으로 회전하여 랙기어(43)를 직선운동시키게 된다. 그리고 랙기어(43)는 회전노브(41a,41b)의 회전에 연동하여 직선운동함으로써 유전체(42)를 좌측 또는 우측(l,r)으로 직선운동시키게 된다. 예컨데, 회전노브(41a,41b)가 시계방향으로 회전하게 되면 우측(r)으로 랙기어(43)가 이동하게 되며, 회전노브(33a,33b)가 반시계방향으로 회전하게 되면 좌측(l)으로 랙기어(43)가 이동하게 된다.

유전체(42)는 공기층을 사이에 두고 안테나 급전선(30)과 중첩되며, 유전율 이 1 이상인 물질을 포함한다. 예를 들면, 유전체(42)는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : 상품명 '테프론')을 포함한다. 이 유전체(42)는 랙기어(43)에 의해 직선운동함으로써 안테나 급전선(30)과 중첩되는 중첩면적이 변하게 된다. 이 유전체(42)에 비교적 긴 길이의 안테나 급전선(30)이 중첩될 수 있도록 안테나 급전선(30)에는 유전체(42)에 중첩되는 부분에서 'U'자 또는 'W'자 형태로 절곡된 절곡부(30a)가 형성된다. 여기서, 안테나 급전선(30)의 절곡부(30a,30b)는 유전체(42)와 중첩되기만 하면 되므로 'U'자 또는 'W'자 형태에 한정되는 것이 아니라 종래와 같이 절곡되지 않거나 다른 형태로 절곡될 수 있음은 물론이다.

도 6은 각각 6 개의 싱글 편파 안테나소자들(2001 내지 2006)을 포함하는 제3 안테나소자열(23)에 연결되는 빔폭 가변 구동부(32)와 빔틸트 가변 구동부(39)를 상세히 나타내는 평면도이다.

도 6을 참조하면, 제3 안테나소자열(23)의 수직빔폭을 가변시키기 위한 빔폭 가변 구동부(32)와 안테나 복사패턴의 동위상 전파면에 대한 경사각(틸트)을 가변시키기 위한 빔틸트 가변 구동부(39) 각각은 도 6 및 도 7과 같이 회전노브(41a,41b)와, 회전노브(41a,41b)에 연결되는 유전체(42)와, 유전체(42)가 부착되며 회전노브(41a,41b)에 치합되는 랙기어(43)를 구비한다. 회전노브(41a,41b)의 표면에는 오른 나사 형태로 꼬여진 기어열이 형성된다. 이 회전노브(41a,41b)는 스텝모터(33,37)에 연동하여 스텝모터(33,37)와 동일한 방향으로 회전하여 랙기어(43)를 직선운동시키게 된다. 그리고 랙기어(43)는 회전노브(41a,41b)의 회전에 연동하여 직선운동함으로써 유전체(42)를 좌측 또는 우측(l,r)으로 직선운동시키게 된다. 예컨데, 회전노브(41a,41b)가 시계방향으로 회전하게 되면 우측(r)으로 랙기어(43)가 이동하게 되며, 회전노브(33a,33b)가 반시계방향으로 회전하게 되면 좌측(l)으로 랙기어(43)가 이동하게 된다.

유전체(42)는 공기층을 사이에 두고 안테나 급전선(30)과 중첩되며, 유전율이 1 이상인 물질이다. 이 유전체(42)와 중첩되는 안테나 급전선(30)의 절곡부(30a,30b)는 'U'자 또는 'W'자 형태로 절곡되거나 그와 다른 형태로 절곡될 수 있다.

도 8 및 도 9를 결부하여 빔폭 가변 구동부(32)에 의한 수직빔폭의 변화를 설명하면 다음과 같다. 도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 제1 내지 3 안테나소자열(21,22,23)의 첫 번째 안테나소자(1001,2001)과 마지막 안테나소자(1006,2006)에 각각 접속된 안테나 급전선(30)에 중첩되는 유전체(42)의 중첩폭 변화를 나타낸다. 도 9는 도 5 및 도 6과 같이 안테나 급전선(30)에 대한 유전체(42)의 중첩면적이 변화될 때의 단면 상태를 나타낸다.

도 8 및 도 9에서 알 수 있는 바, 안테나 급전선(30)은 공기층을 사이에 두고 유전체(42)에 중첩된다. 회전노브(41a)가 시계방향으로 회전할 수록 랙기어(43)와 유전체(42)는 우측(r)으로 이동된다. 그러면 첫 번째 안테나소자(1001,2001)과 마지막 안테나소자(1006,2006)에 각각 접속된 안테나 급전선(30)과 유전체(42)의 중첩면적은 증가하게 된다. 이렇게 유전체(42)와의 중첩면적(ΔOvl)이 증가되면 안테나 급전선(30)을 경유하여 첫 번째 안테나소자(1001,2001)와 마지막 안테나소자(1006,2006) 각각에 공급되는 고주파신호전력(RF)의 위상이 지연되어 제1 내지 제3 안테나소자들(21,22,23)로부터 복사되는 수직빔의 진행속도가 느려지게 되고 그 결과, 안테나 복사패턴의 수직빔폭이 커지고 수직빔폭이 커지는 만큼 이득이 감소된다. 이와 반대로, 회전노브(41a)가 반시계방향으로 회전할 수록 랙기어(31)와 유전체(32)는 좌측(l)으로 이동된다. 그러면 첫 번째 안테나소자(1001,2002)와 마지막 안테나소자(1006,2006)에 각각 접속된 안테나 급전선(30)과 유전체(42)의 중첩면적은 줄어된다. 이렇게 유전체(42)와의 중첩면적(ΔOvl)이 감소되면 안테나 급전선(30)을 경유하여 첫 번째 안테나소자(1001,2001)와 마지막 안테나소자(1006,2006) 각각에 공급되는 고주파신호전력(RF)의 위상 지연양이 상대적으로 작게되어 안테나소자(1001,1006)로부터 복사되는 수직빔의 진행속도가 빨라지게 되고 그 결과, 안테나 복사패턴의 수직빔폭이 작아지고 수직빔폭이 작아지는 만큼 이득이 증가된다.

한편, 빔폭 가변 구동부(32)는 첫 번째 안테나소자(1001,2001)에 인접하는 다른 적어도 하나 이상의 다른 안테나 소자에 연결되는 안테나 급전선과 마지막 안테나소자(1006,2006)에 인접하는 적어도 하나 이상의 다른 안테나 소자에 연결되는 안테나 급전선 각각에 중첩되는 유전체(42)의 중첩면적을 가변하여 빔폭 가변범위를 확장할 수 있다.

도 10 및 도 11을 결부하여 빔틸트 가변 구동부(39)에 의한 수직빔틸트의 변화를 설명하면 다음과 같다. 도 10은 도 5 및 도 6에서 제1 내지 제3 안테나소자열(21,22,23)의 안테나소자들(1001 내지 1006, 2001 내지 2006) 각각에 접속된 안 테나 급전선(30)에 중첩되는 유전체(42)의 중첩폭 변화를 나타낸다. 도 11은 도 10과 같이 안테나 급전선(30)에 대한 유전체(42)의 중첩면적이 변화될 때 제1 내지 제3 안테나소자열(21,22,23)로부터 방출되는 안테나 복사패턴(50)의 수직빔틸트를 나타낸다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 안테나 급전선(30)은 공기층을 사이에 두고 유전체(42)에 중첩된다. 회전노브(41b)가 시계방향으로 회전할 수록 랙기어(43)와 유전체(42)는 우측(r)으로 이동된다. 그러면 중앙의 유전체(42C)와 중첩된 안테나급전선(30)에 있어서 좌측의 중첩면적은 우측의 중첩면적보다 감소되고 그 결과, 제3 안테나소자(1003,2003)과 제4 안테나소자(1004,2004)로부터 방출되는 안테나 복사패턴(50)의 등위상 전파면(60)은 θ만큼 틸트되어진다. 이 때, 제3 안테나소자(1003,2003)에서는 +θ만큼 그리고 제4 안테나소자(1004,2004)에서는 -θ만큼 안테나 복사패턴(50)의 등위상 전파면(60)이 틸트되어진다. 이와 동시에, 제2 안테나소자(1002,2002)와 제5 안테나소자(1005,2005)에 고주파신호전력(RF)을 공급하기 위한 안테나 급전선(30)은 두 개의 유전체(42)에 중첩된다. 그리고 제1 안테나소자(1001,2001)와 제6 안테나소자(1006,2006)에 고주파신호전력(RF)을 공급하기 위한 안테나 급전선(30)은 세 개의 유전체(42)에 중첩된다. 이 때문에 제2 안테나소자(1002,2002)와 제5 안테나소자(1005,2006)에 공급되는 고주파 신호전력(RF)은 제3 안테나소자(1003) 또는 제4 안테나소자(1004)에 비하여 위상이 2 배만큼 지연되고, 제1 안테나소자(1001,2006)와 제6 안테나소자(1006,2006)에 공급되는 고주파 신호전력(RF)은 제3 안테나소자(1003,2003) 또는 제4 안테나소자(1004,2004)에 비 하여 위상이 3 배만큼 지연된다. 따라서, 제1 내지 제3 안테나소자열(21,22,23)로부터 방출되는 안테나 복사패턴(50)의 등위상 전파면(60)은 유전체(42)의 중첩면적에 따라 그 틸트각이 조정된다.

아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 시뮬레이션에 시편으로써 선택된 안테나는 수직빔을 발생하기 위한 안테나소자가 수직으로 12 개 배치되었다.

수직빔폭 [도]	수직틸트 [도]	소자별위상[도]
수직빔폭 [도]	수직틸트 [도]	소자 1	소자 2	소자 3	소자 4	소자 5	소자 6	소자 7	소자 8	소자 9	소자 10	소자 11	소자 12
9.5	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	3	45	45	30	30	10	10	-10	-10	-30	-30	-45	-45
	6	95	95	54	54	18	18	-18	-18	-54	-54	-95	-95
12	0	105	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	105
	3	150	45	30	30	10	10	-10	-10	-30	-30	-45	62
	6	200	95	54	54	18	18	-18	-18	-54	-54	-95	10
14	0	135	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	135
	3	180	45	30	30	10	10	-10	-10	-30	-30	-45	90
	6	230	95	54	54	18	18	-18	-18	-54	-54	-95	40

표 1에서 알 수 있는 바, 제1 내지 제3 안테나소자열(21,22,23) 각각에 있어서 가장 상단에 배치된 제1 안테나 소자(소자1)와 가장 하단에 배치된 제12 안테나소자(소자12)가 위상 지연값이 달라지게 되면 그 위상지연값에 따라 안테나 복사패턴(20)의 수직빔폭이 9.5도, 12도, 14도 등으로 변하게 된다. 또한, 제6 및 제7 안테나소자들(소자 6, 7)을 중심으로 하여 좌측으로 갈수록 + 방향으로 위상이 증가하고 우측으로 갈수록 - 방향으로 위상이 증가하면 안테나 복사패턴(20)의 수직빔 틸트가 0도, 3도, 6도 등으로 변하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 수신용과 송신용의 안테나소자열을 수평으로 나란하게 배치시켜 안테나의 전체 길이를 종래의 트리폴 안테나 시스템에 비하여 그 길이를 대략 1/2 이하로 줄일 수 있게 된다. 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 안테나소자열들 각각에서 빔폭을 결정하기 위한 안테나소자에 연결되는 안테나 급전선 상에 유전체를 중첩시키고 그 중첩면적을 변화시킴으로써 안테나 복사패턴의 수직빔폭과 이득을 조정하고, 안테나소자들의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선 상에 유전체를 중첩시키고 그 중첩면적을 변화시킴으로써 안테나 복사패턴의 수직빔틸트를 조정하게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 안테나 복사패턴의 폭과 이득 및 틸트의 가변을 위한 트리폴 안테나 시스템과 이를 이용한 트리폴 안테나 시스템의 제어방법은 안테나 특성의 변경 요구시에 안테나를 새로 교체할 필요없이 최소한의 시간으로 안테나 특성을 가변시킬 수 있으므로 서비스 환경변화에 신속히 대처할 수 있고 망최적화에 필요한 안테나를 구현할 수 있게 되고, 수직빔폭 가변 기능과 틸트 가변 기능을 동시에 갖고 있기 때문에 망최적화에 요구되는 안테나 특성을 다양하게 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

3 개의 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나와;

상기 3개의 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선과;

상기 안테나 급전선 상에 중첩되는 다수의 유전체와;

상기 다수의 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 안테나소자에 송수신되는 복사패턴의 수직빔 특성을 조정하기 위한 안테나 구동부를 구비하고;

상기 안테나 구동부는 상기 복사패턴의 수직빔 폭과 수직빔 틸트 및 수직빔의 이득을 조정하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
삭제
다수의 복편파안테나소자들이 각각 일렬로 배열되는 제1 및 제2 안테나소자열과, 싱글 편파소자들이 일렬로 배열되는 제3 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나와;

상기 제1 내지 제3 안테나소자열의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선과;

상기 안테나 급전선 상에 중첩되는 다수의 유전체와;

상기 안테나소자들 중에서 최하단 안테나소자와 최하단 안테나소자와 그에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제3 안테나소자열에 송수신되는 복사패턴의 수직빔폭과 이득을 조정하기 위한 제1 안테나 구동부와;

상기 안테나소자들 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 복사패턴의 수직빔 틸트를 조정하기 위한 제2 안테나 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 안테나 구동부는 상기 최상단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 상기 안테나 급전선과 상기 최하단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 상기 안테나 급전선 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변하여 빔폭 가변범위를 확장하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 안테나 구동부는,

상기 최상단 안테나소자에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제1 유전체와 상기 최하단 안테나소자에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제2 유전체가 취부된 랙기어와,

상기 랙기어에 치합되어 상기 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 제1 안테나 구동부는,

상기 최상단 안테나소자와 그에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자 각각에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제1 유전체와 상기 최하단 안테나소자와 그에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자 각각에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 제2 유전체가 취부된 랙기어와,

상기 랙기어에 치합되어 상기 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제2 안테나 구동부는,

상기 안테나소자들 각각에 연결된 상기 안테나 급전선에 중첩되는 다수의 유 전체가 취부된 랙기어와,

상기 랙기어에 치합되어 상기 랙기어를 직선운동시키기 위한 회전노브를 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 다수의 유전체 중에서 중앙에 위치한 유전체와 중첩되는 상기 안테나 급전선에 고주파신호전력을 공급하기 위한 입력단 급전선을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 안테나 구동부 각각은 상기 랙기어를 회전시키기 위한 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 유전체는 유전상수가 1 이상인 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템.
3 개의 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선 상에 다수의 유전체를 중첩시키는 단계와;

상기 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 안테나소자에 송수신되는 복사패턴의 상기 복사패턴의 수직빔 폭과 수직빔 틸트 및 수직빔의 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템의 제어방법.
삭제
다수의 복편파안테나소자들이 각각 일렬로 배열되는 제1 및 제2 안테나소자열과, 싱글 편파소자들이 일렬로 배열되는 제3 안테나소자열이 수평으로 나란히 배치되는 트리폴 안테나의 안테나소자들 각각에 연결되는 안테나 급전선 상에 다수의 유전체를 중첩시키는 단계와;

상기 다수의 유전체 중에서 중앙에 위치한 유전체와 중첩되는 상기 안테나 급전선에 고주파신호전력을 공급하는 단계와;

상기 안테나소자들 중에서 최하단 안테나소자와 최하단 안테나소자와 그에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제3 안테나소자열에 송수신되는 복사패턴의 수직빔폭과 이득을 조정하는 단계와;

상기 안테나소자들 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변시킴으로써 상기 복사패턴의 수직빔 틸트를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템의 제어방법.
제 13 항에 있어서,

상기 최상단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 상기 안테나 급전선과 상기 최하단의 안테나소자에 인접하는 적어도 하나 이상의 안테나소자에 연결되는 상기 안테나 급전선 각각에 중첩되는 유전체의 중첩면적을 가변하여 빔폭 가변범위를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트리폴 안테나 시스템의 제어방법.
삭제