KR100606455B1 - 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나에 있어서, 지지대, 상기 지지대 상에 복수개 설치되고, 일면이 포물면으로 형성된 반사판 및 상기 각 반사판 포물면의 초점 위치에 각 통신사업자별로 적어도 하나 이상 설치된 급전 안테나를 포함하되, 상기 반사판의 포물면은 상기 반사판에 의해 반사되어 방사되는 전파의 수직방향 복사패턴이 코시컨트 제곱 빔 패턴을 갖도록 곡률이 설계되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 다급전 반사판 안테나를 이용하여 각 이동통신 사업자들이 기지국을 공용으로 사용할 수 있도록 하고 또한 각 사업자는 별도의 출력을 갖는 기지국 장비를 사용하여 섹터 커버리지 반경을 독립적으로 운영할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이동통신, 안테나, 공용기지국, 반사판, 급전안테나.

Description

이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나{A Multi-feeding Reflector Antenna For Integrated Base Station of Mobile Telecomunication}

도 1은 종래 이동통신 기지국용 안테나 설치 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 종래 이동통신 기지국용 배열 안테나의 형상 및 그에 따른 수직 복사패턴과 지상 전파세기를 도시한 도면이다.

도 3은 종래 3섹터 배열 안테나를 이용한 경우 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

도 4는 종래 이동통신 기지국용 안테나의 수직빔 각도를 조절하는 방법 및 수직빔 각도 변화에 따른 수직 복사패턴의 변화를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국 장치의 외관 및 구성을 도시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 장착수단을 이용한 급전 안테나의 수평방향 스윙 및 수직방향 틸팅을 설명하기 위한 도면이다.

도 7a는 수직방향으로 코시컨트 제곱 패턴 방사를 위해 설계된 반사판 포물면의 곡률을 도시한 도면이다.

도 7b는 수평방향으로 부채꼴 패턴 방사를 위해 설계된 반사판 포물면의 곡률을 도시한 도면이다.

도 8은 도 7a에서 설계된 반사판 구조에 따른 수직 복사패턴과 지상 전파세기를 도시한 도면이다.

도 9는 도 7b에서 설계된 반사판 구조에 따른 수평 복사패턴과 지상 전파세기를 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 다급전 반사판 안테나를 3섹터로 구현한 경우 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 3섹터 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 12은 도 11의 변형된 3섹터 안테나의 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

도 13은 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나의 수직빔 각도를 조절하는 방법 및 수직빔 각도 변화에 따른 수직 복사패턴의 변화를 도시한 도면이다.

도 14는 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나의 수평빔 각도를 조절하는 방법 및 수평빔 각도 변화에 따른 방사 커버리지의 변화를 도시한 도면이다.

도 15는 보정 렌즈를 이용하여 초점 위치가 아닌 지점에 설치된 급전 안테나(30)의 빔 패턴을 보정하는 원리를 도시한 도면이다.

<주요 도면부호에 관한 설명>

10 : 반사판 20 : 안테나 설치대

30 : 급전 안테나 40 : 지지대

50 : 듀플렉서 60 : 기지국 장비

70 : 전력분배기 80 : 장착수단

90 : 보정 렌즈

본 발명은 이동통신 통합 기지국용 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 급전 안테나를 반사판의 초점 위치에 설치하여 각 급전 안테나에서 방사된 전파가 반사판에 반사되어 방사되도록 함으로써 각 이동통신 사업자들이 기지국을 공용으로 사용할 수 있도록 하고 또한 각 사업자는 별도의 출력과 별도의 주파수를 갖는 기지국 장비를 사용하여 섹터 커버리지 반경을 독립적으로 운영할 수 있도록 하는 다급전 반사판 안테나 및 그 시스템에 관한 것이다.

셀룰러 방식 이동통신 시스템 및 무선가입자망 등과 같은 무선통신 시스템에서는 해당 기지국의 안테나를 통하여 단말기와 무선 접속하여 신호를 송수신한다.

이동통신 시스템에서는 지향성이 있어 일정한 방향으로 무선신호를 송수신하는 섹터 안테나가 주로 사용되는데, 일반적으로 2개 내지 3개의 안테나를 조합하여 한 섹터를 구성한다.

이러한 섹터 안테나는 복수개의 복사소자를 배열하고 각 복사소자에 입력되는 전류와 위상을 조절하여 고이득의 샤프한 빔 패턴을 생성하는 배열 안테나가 주로 사용된다.

도 1은 종래 이동통신 기지국용 안테나 설치 구조를 도시한 도면이다.

종래 이동통신 기지국은 전파의 도달거리를 최대한 연장하기 위해 건물 옥상 등에 안테나와 함께 설치된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 이동통신 기지국 안테나는 트러스 구조물로 이루어진 철탑(200) 상에 다수의 장착폴(120)이 설치되고, 각 장착폴(120)에 배열 안테나(100)가 설치되어 있으며, 상측에는 피뢰침(300)이 설치된 구조가 일반적이다.

그러나, 이동통신 가입자와 서비스의 종류가 늘어나면서 기지국에 장착되는 안테나가 계속 추가되면서 기지국의 구조가 복잡하여 설치비가 증가되며 비용효율이 감소하고, 기지국의 복잡한 구조는 시민들에게 혐오감을 주고 있다.

따라서, 현재 정보통신부 등에서는 공용기지국화 및 환경친화적인 기지국화 정책을 펼치고 있으나 각 사업자들의 조건을 충족시키는 통합 기지국에 대한 마땅한 해결책이 제시되지 않아 정책이 활성화되지 못하고 있는 실정이다.

이러한 복잡한 구조 및 외관상 문제점 외에도 종래 배열 안테나를 이용한 기지국은 여러가지 기술적인 문제점을 가지고 있다.

도 2는 종래 이동통신 기지국용 배열 안테나의 형상 및 그에 따른 수직 복사패턴과 지상 전파세기를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 종래 배열 안테나를 사용하는 경우 그림과 같이, 방사전력이 큰 주엽(Main Lobe)과 부엽(Side Lobe)이 나타나는 수직 복사패턴이 생성된다.

상기와 같은 수직 복사패턴이 방사될 경우 지상에서의 전파세기 분포를 측정하면 도 2에 도시된 그래프가 도출된다. 그래프를 참조하면, 배열 안테나의 경우 부엽과 부엽 간의 방사미약부분(Null Point)이 존재하여 커버리지 내에 전파세기가 불균일하게 방사되어 전파음영지역(shadow region)이 많이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 서비스 커버리지 내에서는 전파세기를 균일하게 유지하면 통화품질이 개선되고 가입자의 휴대폰 배터리 수명이 늘어나며 기지국의 효율이 증대되기 때문에 수직복사패턴이 Cosecant Squared Beam을 형성하는 것이 바람직하나 종래 배열 안테나로는 이러한 특성 구현이 어려운 문제점이 있다.

또한, 수직 빔 패턴의 상부영역인 상측부엽(Upper Side Lobe)은 실제 사용되지 않으면서 인접 기지국에게 전파잡음으로 작용하므로 이를 억압할 필요가 있으나 종래 배열 안테나로는 이러한 상부엽 억압 특성 구현이 어려운 문제점이 있다.

도 3은 종래 3섹터 배열 안테나를 이용한 경우 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 3섹터 배열 안테나를 사용하는 경우의 섹터 커버리지 패턴은 인접한 섹터가 중복되는 오버랩(Overlap) 영역이 넓어 핸드오버(Hand-over)를 대비하여 할당되는 예비 왈쉬코드(Walsh Code)의 수가 증가하여 커버리지 내의 가입자를 위해 할당가능한 통화용 왈쉬코드의 수가 감소되어 통화용량이 감소 되므로 기지국의 용량 활용도가 저하되는 문제점이 있다.

도 4는 종래 이동통신 기지국용 안테나의 수직빔 각도를 조절하는 방법 및 수직빔 각도 변화에 따른 수직 복사패턴의 변화를 도시한 도면이다.

이동통신 가입자의 수는 수시로 변하므로 이동통신 사업자는 안테나의 수직 빔 각도를 수시로 조절하여 기지국의 전파환경을 최적화하고 있는데, 종래 기존 섹터 안테나의 수직 빔 틸트를 위해서는 작업자가 높은 철탑(200)에 올라가서 안테나(100)를 고정하고 있는 브라켓(미도시)의 볼트와 너트를 해체하고 각도를 조절한 다음 다시 고정하는 작업을 해야 하므로 작업성이 떨어지고 기울기 및 지향각 조절이 번거로워서 운용유지비용이 많이 들어가는 문제점이 있다.

따라서, 종래 배열 안테나를 이용한 이동통신 기지국의 문제점을 극복하고, 친환경적이면서도 저비용성 및 고효율성을 갖는 이동통신 공용 기지국용 안테나 구조에 대한 요구가 심각하게 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다급전 반사판 안테나를 이용하여 각 이동통신 사업자들이 기지국을 공용으로 사용할 수 있도록 하고 또한 각 사업자는 별도의 출력을 갖는 기지국 장비를 사용하여 섹터 커버리지 반경을 독립적으로 운영할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복수개의 소형 급전안테나와 반사판으로 구성되어 그 외관이 미려한 이동통신 통합 기지국용 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수평 및 수직 빔 패턴이 개선되고, 수평빔 스윙 및 수직빔 틸트가 용이한 이동통신 통합 기지국용 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나에 있어서, 지지대, 상기 지지대 상에 복수개 설치되고, 일면이 포물면으로 형성된 반사판 및 상기 각 반사판 포물면의 초점 위치에 각 통신사업자별로 적어도 하나 이상 설치된 급전 안테나를 포함하되, 상기 반사판의 포물면은 상기 반사판에 의해 반사되어 방사되는 전파의 수직방향 복사패턴이 코시컨트 제곱 빔 패턴을 갖도록 곡률이 설계되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나가 제공된다.

상기에서 각 급전 안테나를 수평 및 수직 방향으로 회동시키기 위한 장착수단이 더 포함되는 것이 바람직하며, 상기 장착수단은 베이스부, 상기 베이스부에 수평회동 가능하도록 결합되는 수평회동부, 상기 수평회동부와 축연결되는 연결부, 상기 연결부에 축연결되어 수직회동 가능하도록 결합되는 수직회동부 및 일단이 상기 급전 안테나에 결합되고 타단이 상기 수직회동부에 결합되는 안테나 장착부를 포함하여 구성된다.

상기 반사판은 수직방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 상부 종단에서 20 ~ 40°에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성되고, 수평방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 양측면 종단에서 내측방향으로 10 ~ 20°에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성된다.

상기 각 통신사업자별 급전 안테나들 중 정확한 초점 위치가 아닌 위치에 설치된 급전 안테나들에서 방사되는 전파의 방사 패턴을 초점 위치에서 방사된 방사 패턴과 위상이 일치하도록 보정하기 위한 보정 렌즈가 더 포함되는 것이 보다 바람직하다. 여기서 보정렌즈의 수단 대신 복사패턴이 보정된 급전안테나를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 반사판은 급전 안테나에서 방사된 전파를 1차 반사시키는 부반사판 및 상기 부반사판에 의해 1차 반사된 전파를 2차 반사시키는 주반사판을 포함하여 구성될 수도 있다.

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이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국 장치의 외관 및 구성을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국 장치는 반사판(10)과 급전 안테나(30)를 포함하는 다급전 반사판 안테나부와 듀플렉서(50-1 ~ 50-3)와 각 통신사별 기지국 장비(60-1, 60-2, 60-3)를 포함하는 기지국 장비부로 구성된다.

반사판(10)과 급전 안테나(30)는 지지대(40) 상에 설치되어 있으며, 반사판(10)의 개수는 사용 실정에 따라 3 ~ 6개의 반사판(10)이 설치되어 3 ~ 6 섹터로 분할하여 사용될 수 있다. 특히 6섹터를 구성하여 사업자 간에 서로 다른 반사판을 사용할 수도 있으며 사업자가 증가할수록 6섹터 이상을 사용할 수도 있다.

반사판(10)은 종래 군사용 레이더 장비에 많이 사용되는 파라볼라 안테나의 반사판과 유사한 포물면을 갖도록 형성되나 이동통신 환경에서 요구되는 코시컨트 제곱 빔 패턴(Cosecant Squared Beam Pattern)을 서비스할 수 있도록 다소 변형된 포물면 형상으로 설계되는 것이 바람직하며, 이에 대해서는 추후 설명하기로 한다.

급전 안테나(30)는 이동통신 서비스를 제공하는 각 업체(현재 국내 기준에서는 SKT, KTF, LGT의 3사)별로 다른 특성을 갖는 안테나로서, 하나의 반사판(10)의 초점 위치에 해당하는 안테나 설치대(20) 상에 각 업체의 급전 안테나(30)가 설치된다. 도 5의 경우 3개의 급전 안테나(30)가 설치된 경우를 도시하고 있으며, 이 경우 1개의 급전 안테나(30)가 정확한 초점위치에 설치되고, 나머지 2개의 급전 안테나(30)가 초점위치를 중심으로 도 5와 같이 인접한 상하지점에 설치하거나, 인접한 양측 지점에 설치된다. 본 실시예에서는 수평으로 좁은 반사판을 사용하여 기지국의 면적을 줄이기 위하여 급전 안테나(30)의 수평빔폭은 대략 30°, 수직빔폭은 60°가 되도록 설계되었다.

반사판(10)의 크기는 일반적으로 급전 안테나(30)의 10dB 복사 빔 각도를 갖도록 주로 설계하지만 이 경우에는 사업자의 수평스윙과 수직틸트 요구에 해당되는 각도를 추가한 반사판의 크기를 사용하며, 초점위치가 아닌 지점의 급전 안테나(30)에서 방사되는 빔 패턴의 왜곡 현상을 거의 무시할 정도로 만들 수 있으며, 보다 정확한 빔 패턴을 요하는 경우에는 후술할 도 14와 같은 빔 패턴 보정 방법을 취할 수도 있다.

듀플렉서(50-1 ~ 50-3)는 하나의 안테나를 사용하여 송신단과 수신단을 분기하도록 하는 것으로서, 송신단 주파수만 통과시키는 대역통과 필터(미도시)와 수신단 주파수만 통과시키는 대역통과 필터(미도시)를 연결한 구조로 되어 있다. 여기서는 듀플렉서를 사용하여 하나의 급전안테나로 송신과 수신을 동시에 서비스하는 실시 예를 나타낸 것이지만 송신용 급전안테나와 수신용 급전안테나를 별도로 사용할 수도 있다.

기지국장비(60-1, 60-2, 60-3)는 이동 단말기(미도시)로부터 수신된 메시지를 교환기(미도시)로 전송하고, 교환기로부터의 메시지를 각 단말기로 전송하는 무선 송.수신 시스템이다.

도 6a 및 도 6b는 장착수단을 이용한 급전 안테나의 수평방향 스윙 및 수직방향 틸팅을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 급전 안테나(30)는 장착수단(80)에 장착되어 수평 방향 스윙 및 수직방향 틸팅 동작이 수행된다.

장착수단(80)은 안테나 설치대(20) 상에 설치되는 베이스부(82), 상기 베이스부(82) 상에 수평회동 가능하도록 결합되는 수평회동부(87), 수평회동부(87)가 회동가능하도록 축으로 연결되는 연결부(85), 연결부(85)에 축결합되어 수직회동 가능하도록 결합되는 수직회동부(83) 및 일단이 급전 안테나(30)의 하부에 결합되고 타단이 수직회동부(83)에 결합되는 안테나 장착부(81)를 포함하여 구성되며 도면에 상세하게 도시되어 있지는 않으나, 수직회동부(83)와 수평회동부(87)는 연결부(85)와 축 중심으로 볼트가 관통되며 일정 각도로 회동시킨 후 관통된 볼트의 끝부분은 너트로 고정시키는 구조로 제작될 수 있다.

도 6a를 참조하면, 안테나장착부(81)에 결합된 수직회동부(83)를 거쳐 수직회동부(83)와 연결된 연결부(85)의 일단은 장착수단(80)에 결합된 수평회동부(87)와 힌지 결합되어 있어 작업자가 급전 안테나(30)의 수평방향 스윙(Swing)을 위해 급전안테나(30)를 좌우로 회동시키면 연결부(85)와 수평회동부(87)의 힌지결합된 축을 중심으로 좌우방향으로 회동하게 된다.

도 6b를 참조하면, 안테나장착부(81)에 결합된 수직회동부(83)는 장착수단(80)에 결합된 수평회동부(87)를 거쳐 수평회동부(87)와 연결된 연결부(85)의 타단과 힌지 결합되어 있어 작업자가 급전 안테나(30)의 수직방향 틸트(Tilt)를 위해 급전안테나(30)를 상하로 회동시키면 연결부(85)와 수직회동부(83)의 힌지결합된 축을 중심으로 상하방향으로 회동하게 된다.

도 7a 및 도 7b는 코시컨트 제곱 패턴 방사를 위해 설계된 반사판 포물면의 곡률을 도시한 일실시예의 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 반사판(10)의 포물면은 반사판(10)에 의해 반사되어 방사되는 전파의 복사패턴이 코시컨트 제곱 빔 패턴을 갖도록 곡률이 설계된다.

즉, 도 7a를 참조하면, 반사판(10)은 수직방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 상부 종단에서 20 ~ 40°(바람직하게는 30°)에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 7a에서 ①은 통상의 포물면을 갖는 파라볼라 안테나의 내면 수직단면을 나타낸 것이고, ②는 본 발명에서 이동통신 환경에 적합하도록 설계된 반사판(10)의 내면 수직단면을 도시한 것이다.

상기에서 포물선 중심 곡률보다 수직방향 곡률이 큰 부분이 너무 넓으면(상기 각이 40°이상인 경우) 위상차가 상이한 전파 빔이 증가되어 바람직하지 못하고, 포물선 중심 곡률보다 수직방향 곡률이 큰 부분이 너무 좁으면(상기 각이 20°미만인 경우) 지상을 향하여 지면 부근의 도달하는 전파의 세기를 보정하는 빔의 양이 적어지므로 이상적인 코시컨트 제곱 빔 패턴을 얻기가 힘들게 된다.

또한, 도 7b를 참조하면, 반사판(10)은 수평방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 양측면 종단에서 내측방향으로 10 ~ 20°에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 7b에서 ①은 통상의 포물면을 갖는 파라볼라 안테나의 내면 수평단면을 나타낸 것이고, ②는 본 발명에서 이동통신 환경에 적합하도록 설계된 반사판(10) 의 내면 수평단면을 도시한 것이다.

상기에서 포물선 중심 곡률보다 수평방향 곡률이 큰 부분이 너무 넓으면(상기 각이 20°이상인 경우) 빔폭이 넓어져 바람직하지 못하고, 포물선 중심 곡률보다 수평방향 곡률이 큰 부분이 너무 좁으면(상기 각이 10°미만인 경우) 빔폭이 좁아져 충분한 섹터 커버리지를 제공하지 못하는 문제점이 있다.

도 8은 도 7a에서 설계된 반사판 구조에 따른 수직 복사패턴과 지상 전파세기를 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사판(10)은 상부일측이 상부로 갈수록 곡률이 커지도록 형성되므로 반사파의 위상이 점점 짧아져 반사 방향이 하방으로 기울어지게 되어 고도가 높은 부분의 안테나 이득이 커지고 기지국과 가까워질수록 안테나 이득이 작아지는 전형적인 코시컨트 제곱 빔 패턴이 만들어진다.

본 발명에 따른 수직 복사패턴에서는 종래 배열 안테나에 따른 수직 복사패턴에서와 같은 전파미약부분(Null Point)이 존재하지 않으며, 상부엽(Upper Side Lobe)과 주빔(Main Beam)의 상측이 억압되어 불필요한 전자파 방사가 줄어들고, 지상의 거리에 따른 송신전파의 세기가 일정하므로 이동통신에 상당히 적합한 수직 복사패턴이 생성됨을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나의 수 평 빔 패턴을 도시한 것이다.

도 7b와 같이 반사판(10)의 수평방향 곡률을 적절하게 설계하면, 도 9와 같은 수평 빔 패턴이 얻어진다. 이러한 수평 빔 패턴에 의할 경우에는 서비스하는 섹터 내의 모든 각도 범위에서 일정한 출력을 송수신할 수 있기 때문에 통화 품질을 개선할 수 있으며, 이러한 수평 빔 패턴은 종래 배열 안테나의 구조에서는 도출될 수 없다.

도 10은 본 발명의 다급전 반사판 안테나를 3섹터로 구현한 경우 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

본 발명의 다급전 반사판 안테나를 도 5에 도시된 바와 같은 3섹터로 구성하면 도 10의 섹터 커버리지 패턴이 얻어진다.

이를 도 3의 종래 섹터 커버리지 패턴과 비교하면 각 섹터간 오버랩(Overlap)이 최소화되며, 기지국 위치인 중심에서 거리에 따라 전파의 강도가 일정하므로 전파환경이 이상적으로 구현될 수 있음을 알 수 있다.

특히, 섹터간 오버랩이 최소화되면 섹터간 핸드 오버(Hand-over)등을 위해 할당되는 예비 왈쉬 코드(Walsh Code)를 최소화할 수 있으므로 가용 채널 수가 증가하여 기지국의 용량을 최대한 활용할 수 있게 된다.

상기의 도 7a 내지 도 10에서 설명한 본 발명의 반사판 곡률은 기존의 기지국안테나의 전기적 성능을 개선하기 위한 일실시예일 뿐이며 다양한 형태의 변형된 반사판 곡률로 최적 설계하여 수직과 수평 빔 패턴을 구현할 수 있으며 또한 개선할 수도 있다.

도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 3섹터 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 12는 변형된 3섹터 안테나의 섹터 커버리지 패턴을 도시한 것이다.

변형된 3섹터 안테나 구조는 가입자의 밀도가 높은 하나의 섹터를 둘로 나누어 그 중 절반은 단독 섹터(도 12에서 분홍색 영역)를 형성하고, 나머지 절반은 가입자의 밀도가 낮은 인접섹터와 합하여 약 180°의 각도를 갖는 넓은 섹터(도 12에서 파란색 영역)를 구성하도록 한 것이다.

파란색 영역을 구성하는 각 급전 안테나(30)는 기지국 장비(60)와 연결된 급전선이 전력분배기(70)에서 분기되어 각 반사판(10)에 위치한 급전 안테나(30)로 연결되는 구조로서, 2개의 급전 안테나(30)의 위상을 일치하도록 전력분배기(70)와 급전안테나(30)을 연결하는 케이블의 길이가 설정된다.

변형된 3섹터 안테나 구조에 의할 경우 반사판(10)에 급전 안테나(30) 두 개를 장착하여 한 쪽을 인접 섹터와 조합할 수 있으므로 기존의 섹터 안테나로 구현할 수 없었던 다양한 기지국 최적화 방법을 구현할 수 있는 서비스 커버리지 조절 수단이 된다.

도 13은 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나의 수 직빔 각도를 조절하는 방법 및 수직빔 각도 변화에 따른 수직 복사패턴의 변화를 도시한 도면이다.

급전 안테나(30)가 상하로 틸팅이 이루어지면, 도 13의 우측과 같은 수직빔 패턴이 변화되어 기지국의 서비스 커버리지를 조절할 수 있다.

본 발명에 의할 경우에는 종래와 같이 작업자가 기지국 철탑에 올라가서 안테나의 브라켓을 풀고 다시 고정하는 등의 작업이 요구되지 않고, 반사판(10)에 올라갈 필요 없이 단지 급전 안테나(30)를 상하로 회동시키기만 하면 되므로 작업성이 훨씬 좋아지게 된다.

도 14는 본 발명에 따른 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나의 수평빔 각도를 조절하는 방법 및 수평빔 각도 변화에 따른 방사 커버리지의 변화를 도시한 도면이다.

이동통신 환경에서는 수평방향의 빔 스윙 또한 기지국의 최적화에 반드시 필요한 요소이다.

급전 안테나(30)가 수평방향의 스윙이 이루어지면, 도 14의 우측과 같은 수평빔 패턴이 변화되어 기지국의 서비스 방향을 변경할 수 있다.

본 발명에 의할 경우에는 종래와 같이 작업자가 기지국 철탑에 올라가서 안테나의 브라켓을 풀고 다시 고정하는 등의 작업이 요구되지 않고, 반사판(10)에 올 라갈 필요 없이 단지 급전 안테나(30)를 좌우로 회동시키기만 하면 되므로 작업성이 훨씬 좋아지게 된다.

도 15는 보정 렌즈를 이용하여 초점 위치가 아닌 지점에 설치된 급전 안테나(30)의 빔 패턴을 보정하는 원리를 도시한 도면이다.

복수개의 급전 안테나(30)가 반사판(10)의 초점 위치에 설치되는 경우 초점 위치에 인접한 지점에 설치되는 급전 안테나(30-2)에서 방사되는 빔 패턴은 완전한 위상 일치가 되지 않아 빔 패턴이 약간 왜곡되는 현상이 발생할 수 있다.

이러한 경우 적절하게 설계된 보정 렌즈(90)를 급전 안테나(30)의 전면측에 설치하여 복사 빔이 서로 다른 위치에서 반사되더라도 반사판(10)의 초점 위치에 위치한 급전 안테나(30-1)와 동일한 빔 패턴이 형성되도록 할 수 있다.

여기서, 보정 렌즈(90)는 서비스 주파수, 렌즈의 유전율, 초점길이, 빔각도, 급전안테나의 복사패턴 등을 고려하여 설계될 수 있으며, 이러한 렌즈 설계는 광학 분야에서 공지된 기술에 해당하고 본 발명의 요지와는 다소 거리가 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 상기에서 설명한 보정렌즈(90)는 급전안테나의 복사빔 패턴을 변형하기 위한 수단이며 보정렌즈(90)을 사용하지 않고 급전안테나 자체의 변형된 설계로 동일하게 구현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 하나의 반사판(10)으로 구현된 예를 예시하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 주반사판과 부반사판의 2개의 반사판을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 이상적인 빔 패턴을 형성하기 위해 반사판(10)의 곡률을 변화시키도록 설계하였으나, 이에 국한되지 않고 급전 안테나(30)의 복사패턴을 변형하는 방법도 가능하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 다급전 반사판 안테나를 이용하여 각 이동통신 사업자들이 기지국을 공용으로 사용할 수 있도록 하고 또한 각 사업자는 별도의 출력을 갖는 기지국 장비를 사용하여 섹터 커버리지를 독립적으로 운영할 수 있도록 하여 독립적으로 전파환경을 최적화하는 효과가 있다.

또한, 복수개의 소형 급전안테나와 반사판으로 구성되어 그 외관이 미려한 이동통신 통합 기지국용 안테나를 제공하는 것이다.

또한, 수평 및 수직 빔 패턴이 우수하고, 수평빔 스윙 및 수직빔 틸트가 용이하여 기지국의 최적화가 용이한 효과가 있다.

또한 기지국 설치비용과 기지국 최적화를 위한 운영유지 비용을 절감하는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (9)

1. 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나에 있어서,

   지지대;

   상기 지지대 상에 복수개 설치되고, 일면이 포물면으로 형성된 반사판; 및

   상기 각 반사판 포물면의 초점 위치에 각 통신사업자별로 적어도 하나 이상 설치된 급전 안테나를 포함하되,

   상기 반사판의 포물면은 상기 반사판에 의해 반사되어 방사되는 전파의 수직방향 복사패턴이 코시컨트 제곱 빔 패턴을 갖도록 곡률이 설계되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 급전 안테나를 수평 및 수직 방향으로 회동시키기 위한 장착수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 장착수단은

   베이스부;

   상기 베이스부에 수평회동 가능하도록 결합되는 수평회동부;

   상기 수평회동부와 축연결되는 연결부;

   상기 연결부에 축연결되어 수직회동 가능하도록 결합되는 수직회동부; 및

   일단이 상기 급전 안테나에 결합되고 타단이 상기 수직회동부에 결합되는 안 테나 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은 수직방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 상부 종단에서 20 ~ 40°에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 다급전 반사판 안테나.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 반사판은 수평방향으로 절개된 단면에 의해 형성되는 포물선을 기준으로 볼 때, 양측면 종단에서 내측방향으로 10 ~ 20°에 이르는 부분의 곡률이 중심에서 멀어질수록 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 반사판 안테나.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 통신사업자별 급전 안테나들 중 정확한 초점 위치가 아닌 위치에 설치된 급전 안테나들에서 방사되는 전파의 방사 패턴을 초점 위치에서 방사된 방사 패턴과 위상이 일치하도록 보정하기 위한 보정 렌즈가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 반사판 안테나.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은

   급전 안테나에서 방사된 전파를 1차 반사시키는 부반사판; 및

   상기 부반사판에 의해 1차 반사된 전파를 2차 반사시키는 주반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 통합 기지국용 반사판 안테나.
9. 삭제

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