KR100774262B1 - 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적인 제어에 의해 모터를 이용해 기지국 안테나의 좌우 방향과 전기적 틸팅 각도를 조절할 수 있는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 다른 안테나의 빔방향 가변장치는, 이동통신 기지국에 적어도 하나 이상 설치되고, 반사판과 다수의 방사체로 이루어지는 안테나 본체와, 상기 안테나 본체를 동력원인 회전 모터의 회전에 의해 각각 수평 회전시키는 회전수단 및, 상기 안테나 본체와 회전수단을 외부로부터 보호하는 레이돔을 포함한다.

상기한 본 발명의 구성에 의하면, 사람이 직접 높은 위치에 설치된 안테나에 올라가서 수동으로 방향을 조절하지 않아도 되므로 안테나의 빔방향 조절이 용이하고 추락과 같은 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

친환경 기지국 안테나, 전기적 틸트, 스윙, 모터.

Description

이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치 {Beam Direction Variable Device of Mobile Communication Base Station Antenna}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 안테나의 내부 구조를 보여주는 사시도,

도 2는 도 1에 나타낸 기지국 안테나를 제어하는 시스템 구성도,

도 3은 도 1에 나타낸 상부 내외측 회전축 부분의 상세도,

도 4는 도 1에 나타낸 틸팅 모터 부분의 상세도,

도 5a와 도 5b는 도 4에 나타낸 틸팅 모터에 의한 전기적 틸팅 원리를 설명하기 위한 도면,

도 6은 도 1에 나타낸 회전 모터 부분의 상세도,

도 7은 도 6에 나타낸 회전 모터에 의한 회전축의 회전 원리를 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 안테나의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20: 안테나 본체 30,40: 회전수단

50,60: 틸팅수단 70: 지지수단

80: 캡 82: 레이돔

90:스윙/틸트 제어유닛

본 발명은 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적인 제어에 의해 모터를 이용해 기지국 안테나의 좌우 방향과 전기적 틸팅 각도를 조절할 수 있는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치에 관한 것이다.

이통통신망에서는 교환국과 가입자 단말기 간에 기지국을 설치하고, 기지국과 가입자 단말기 간에 무선신호를 교환하게 된다.

기지국에 설치되는 안테나는 가입자호의 공간적 분포를 고려하여 일정한 빔패턴과 빔지향 특성을 갖도록 설계되고, 안테나의 위치는 해당 셀의 커버리지를 결정하는 중요한 변수가 된다.

따라서 상기 기지국 안테나는 전파의 도달거리를 최대한 늘리기 위해 도심 건물 옥상이나 도심 근교의 기지국용 철탑에 설치된다.

상기 안테나를 장착하기 위해서 옥외의 경우 각 기지국에 안테나 지지폴을 세우고 그 상단부에 안테나를 장착하며, 옥내의 경우 벽면 등에 안테나를 고정시킨다.

이동통신시스템의 서비스 품질은 기지국과 가입자 단말기 간의 전력 제어와 기지국 안테나의 좌우 방향과 경사각도(tilt angle)를 가변함으로써 향상시킬 수 있다.

한편, 최근에는 기지국 주변의 건물 지형 변화나 행사 등에 의해 통화량 밀집지역이 자주 발생하게 되고 이 경우에 안테나 빔의 방향을 조정하여 서비스 품질의 저하를 방지해야 한다.

그런데 종래에는 안테나의 빔의 방향을 조정하기 위하여 사람이 직접 높은 위치에 설치된 안테나에 올라가서 수동으로 방향을 조절해야 하므로 작업상의 번거로움과 안전사고의 위험이 수반되었다.

또한, 안테나 방향의 빠른 조절이 어렵고 안테나의 개수가 많은 경우에 안테나의 방향을 조절하는데 많은 시간이 소요되며 기지국 안테나를 관리하는 인원이 다수 필요한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기적인 제어에 의해 모터를 이용해 기지국 안테나의 좌우 방향과 전기적 틸팅 각도를 조절함으로써 안테나의 빔방향 조절이 용이하고 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치를 제공하는데 주목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안테나의 빔방향을 빠르게 조절할 수 있고 안테나의 개수가 많은 경우에도 안테나의 빔방향을 조절하는 시간을 단축할 수 있으며 기지국 안테나를 관리하는 인원수와 관리비를 줄일 수 있는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치는, 이동통신 기지국에 적어도 하나 이상 설치되고, 반사판과 다수의 방사체로 이루어지는 안테나 본체와, 상기 안테나 본체를 동력원인 회전 모터의 회전에 의해 각각 수평 회전시키는 회전수단 및 상기 안테나 본체와 회전수단을 외부로부터 보호하는 레이돔을 포함한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 안테나의 내부 구조를 보여주는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 안테나 본체(10,20)와, 상기 두 개의 안테나 본체(10,20)를 각각 회전시키는 회전수단(30,40)과, 상기 안테나 본체(10,20)의 전기적 틸팅 각도를 각각 조절하는 틸팅수단(50,60)과, 상기 각 구성부를 지지하는 지지수단(70)을 포함하여 구성된다.

상기 안테나 본체(10,20)는 상부에서 보아 각각 ㄷ자로 절곡된 반사판(12,22)과, 상기 ㄷ자의 반사판(12,22) 내부에 상하로 다수 배치되는 방사체(14,24)로 이루어지고, 양 안테나 본체(10,20) 사이에 수직으로 입설된 2 개의 회전축(35,45)에 결합구(38,48)에 의해 결합된다.

상기 두 개의 회전축(35,45)은 서로 다른 크기의 심경을 갖는 원통 형상으로 내측 회전축(35)에 외측 회전축(45)이 외삽되어 동일 회전중심을 갖고 회전한다.

이때 외측의 회전축(45)은 상하로 분리된다.

상기 회전수단(30,40)은 회전 모터(31,41)의 회전에 의해 상기 회전축(35,45)을 회전함으로써 안테나 본체(10,20)의 빔방향을 가변한다.

상기 틸팅수단(50,60)은 틸팅 모터(51,61)의 회전에 의해 신호위상의 가변을 제어하여 전기적 틸팅 각도를 조절한다.

상기한 안테나 본체(10,20), 회전수단(30,40) 및 틸팅수단(50,60)은 하부에 위치된 지지수단(70)에 의해 움직이지 않도록 지지 고정된다.

상기 지지수단(70)은 하부에서 상부로 바닥판(72), 중간 지지판(74) 및 상부 지지판(75)이 위치되고, 중간 지지판(74)과 상부 지지판(75)은 바닥판(72)에 입설되는 지지대(76)에 의해 지지된다.

상기 바닥판(72)과 중간 지지판(74) 사이에는 회전수단(30,40)이 바닥판(72)의 상부와 중간 지지판(74)의 하부에 결합되어 지지되고, 상부 지지판(75)의 하부에는 틸팅수단(50,60)을 구성하는 틸팅 모터(51,61)가 결합되어 고정되며 상부 지지판(75)의 상부에는 안테나 본체(10,20)가 결합되어 지지된다.

도 2는 도 1에 나타낸 기지국 안테나를 제어하는 시스템 구성도이다.

안테나 본체(10,20)는 RS-485통신을 통하여 원격지의 메인 컨트롤 유닛(MCU)이나 PC(미도시함)에서 제어할 수 있고, 스윙/틸트 제어유닛(90)은 안테나 본체(10,20)의 바로 밑이나 중간의 노드(node)에 설치되어 회전수단(30,40)의 회전 모터(31,41)와 틸팅수단(50,60)의 틸팅 모터(51,61)를 제어한다.

상기 안테나 본체(10,20)의 회전 각도와 전기적 틸팅 각도는 설정 변경이 가능함은 물론이다.

미설명 부호 92는 안테나 본체(10,20)에 연결된 급전선이고, 94는 스윙/틸트 제어유닛(90)에서 회전 모터(31,41)나 틸팅 모터(51,61)를 제어할 수 있도록 연결된 제어선이다.

도 3은 도 1에 나타낸 상부 내외측 회전축 부분의 상세도이다.

안테나 본체(10)는 결합구(38)에 의해 내측 회전축(35)에 결합되고, 다른 안테나 본체(20)는 상하로 분리된 결합구(48)에 의해 외측 회전축(45)에 결합된다.

상기 안테나 본체(20)를 회전할 수 있도록 해주는 외측 회전축(45) 내부에는 2개의 베어링(47)이 삽입되어 회전을 원활하게 해준다.

도 4는 도 1에 나타낸 틸팅 모터 부분의 상세도이다.

안테나 본체(10)는 결합구(38)에 의해 내측 회전축(35)에 결합되고, 다른 안테나 본체(20)는 상하로 분리된 결합구(48)에 의해 외측 회전축(45)에 결합된다.

전기적 틸트를 변환시키는 틸팅수단(50,60)의 틸팅 모터(51,61)는, 상부 지지판(75)의 하부에 결합되어 고정되며, 상부 지지판(75)에는 바닥판(72)에서 입설된 지지대(76)가 결합되어 상부 지지판(75)이 지지된다.

도 5a와 도 5b는 도 4에 나타낸 틸팅 모터에 의한 전기적 틸팅 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a는 반사판의 정면도이고, 도 5b는 반사판의 배면도이다.

도시된 바와 같이, 틸팅 모터(51)의 모터축이 샤프트 케이블(55)을 통해 샤프트(55a)에 연결되고, 샤프트(55a)에는 웜기어(52)가 결합되어 동력을 전달한다.

상기 웜기어(52)는 나사선이 형성되고 상기 샤프트(55)에 축삽되는 웜(52a) 과, 상기 웜(52a)에 치합되는 웜휠(52b)로 구성되며, 틸팅 모터(51)의 수평 회전운동을 수직 회전운동으로 변환한다.

상기 웜휠(52b)의 회전운동은 반사판(12)의 배면에 설치된 위상 변위기(53)의 신호위상의 가변을 제어하여 전기적 틸팅 각도를 조절한다.

이때 상기 전기적 틸팅 각도는 0°～10°이다.

도 6은 도 1에 나타낸 회전 모터 부분의 상세도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 회전 모터에 의한 회전축의 회전 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 지지수단(70)을 구성하는 바닥판(72)과 중간 지지판(74) 사이에 회전수단(50,60)이 설치되며 상기 중간 지지판(74)에는 바닥판(72)에서 입설된 지지대(76)가 결합되어 중간 지지판(74)을 지지한다.

두 개의 회전수단(30,40) 중 하부의 회전수단(30)은 내측 회전축(35)에 고정된 안테나 본체(10)를 회전시키고, 상부의 회전수단(40)은 외측 회전축(45)에 고정된 안테나 본체(20)를 회전시킨다.

상기 하부의 회전수단(30)은 회전모터(31)와 웜기어(32), 평기어(33,34) 및 회전축(35)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 회전축(35)의 회전 각도를 감지하는 센서(36)를 더 구비하여 회전축(35)이 소정 각도 이상 회전하지 않게 할 수 있다.

상기 센서(36)는 회전 각도의 0점을 감지하는 0점 센서(36b)와, 상기 0점을 기준으로 + 회전 각도의 한계치를 감지하는 업 리미트 센서(36a)와, 0점을 기준으로 - 회전 각도의 한계를 감지하는 다운 리미트 센서(36c)로 구성된다.

상기 센서(36)에 의해 회전축(35)은 +25° ～ -25° 사이의 회전 각도를 갖는다.

상기 웜기어(32)는 웜(32a)과 웜휠(32b)으로 구성되어 회전 모터(31)의 수직 회전운동을 수평 회전운동으로 변환하고, 상기 평기어(33)는 웜휠(32b)과 동일축상에 설치되어 웜휠(32b)과 같이 수평 회전운동하며, 회전축(35)에 외삽된 평기어(33)는 상기 평기어(34)에 치합되어 회전축(35)을 감속 회전시킨다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 안테나의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 기지국 안테나의 상부는 캡(80)으로 씌워지고, 측면은 원통형의 레이돔(82)에 의해 포위되어 밀폐되는 구조로 환경 친화적인 기지국 안테나를 구성할 수 있다.

상기한 구성에 의한 안테나의 회전과 전기적 틸팅을 설명하면, 외부의 메인 컨트롤 유닛이나 PC에서 RS-485 통신을 통하여 제어 신호를 스윙/틸트 제어유닛(90)에 송신하면, 스윙/틸트 제어유닛(90)은 제어신호에 따라 회전 모터(31,41)나 틸팅 모터(51,61)를 회전시킨다.

먼저 회전 모터(31,41)를 회전시키는 경우에, 회전 모터(31,41)의 수직 회전운동이 웜기어(32)에 의해 수평 회전운동으로 변환되고, 두 개의 평기어(33,34)에 의해 회전력이 감속되어 회전축(35,45)에 전달되면, 상기 회전축(35,45)에 고정된 안테나 본체(10,20)를 수평 회전시킨다.

이때 센서(36)의 회전 각도 감지에 의해 안테나 본체(10,20)는 예를 들어 +25° ～ -25° 사이의 회전 각도를 갖는다.

다음, 틸팅 모터(51,61)를 회전시키는 경우에, 틸팅 모터(51,61)의 수평 회전운동이 웜기어(52)에 의해 수직 회전운동으로 변환되어 안테나 본체(10,20) 배면에 설치된 위상 변위기(53)의 신호위상의 가변을 제어하여 전기적 틸팅 각도를 조절한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예로 안테나 본체(10,20)가 2개인 것을 예를 들어 설명하였으나, 3개 이상인 경우에는, 회전축이 서로 다른 크기의 심경을 갖는 원통 형상을 하도록 하여, 상대적으로 내측에 있는 내측 회전축에 상대적으로 외측에 있는 외측 회전축을 외삽하여 동일 회전중심을 갖고 회전하도록 하며, 상기 회전축 중에서 제일 내측에 있는 내측 회전축을 제외한 외측 회전축을 상하로 분리함으로써 다수 안테나 본체를 수평 회전할 수 있다.

이상에서와 같이 안테나의 빔방향을 조정하기 위하여 사람이 직접 높은 위치에 설치된 안테나에 올라가서 수동으로 방향을 조절하지 않아도 되므로 안테나의 방향 조절이 용이하고 추락과 같은 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

이상 도면과 상세한 설명에서 최적 실시예들이 개시되고, 이상에서 사용된 특정한 용어는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것일 뿐 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다.

그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기적인 제어에 의해 모터를 이용해 기지국 안테나의 좌우 방향과 전기적 틸팅 각도를 조절함으로써 안테나의 빔방향 조절이 용이하고 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 안테나의 빔방향을 빠르게 조절할 수 있고 안테나의 개수가 많은 경우에도 안테나의 빔방향을 조절하는 시간을 단축할 수 있으며 기지국 안테나를 관리하는 인원수와 인원의 관리비용을 줄일 수 있다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 이동통신 기지국에 적어도 하나 이상 설치되고, 반사판과 다수의 방사체로 이루어지는 안테나 본체와;

   상기 안테나 본체가 결합되는 회전축을 포함하고, 상기 안테나 본체가 복수개인 경우에 회전축은 서로 다른 크기의 심경을 갖는 원통 형상을 하여, 상대적으로 내측에 있는 내측 회전축에 상대적으로 외측에 있는 외측 회전축이 외삽되어 동일 회전중심을 갖고 회전되며, 상기 회전축 중에서 제일 내측에 있는 내측 회전축을 제외한 외측 회전축은 상하로 분리되어 동력원인 회전 모터의 회전에 의해 각각 수평 회전시키는 회전수단; 및

   상기 안테나 본체와 회전수단을 외부로부터 보호하는 레이돔을 포함하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 내측 회전축과 외측 회전축 사이에는 베어링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 레이돔은 원통 형상인 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 회전 수단은,

   상기 회전 모터의 수직 회전운동을 수평 회전운동으로 변환하는 제1웜기어와,

   상기 제1웜기어와 동일축상에 설치되어 제1웜기어와 같이 수평 회전운동하는 제1평기어와,

   상기 회전축에 내삽되고 상기 제1평기어와 치합되어 회전축을 감속 회전운동시키는 제2평기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
6. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 회전축의 회전 각도를 감지하는 센서가 더 구비되어 회전축이 소정 각도 이상 회전하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 센서는,

   상기 회전 각도의 기준이 되는 0점을 감지하는 0점 센서와,

   상기 0점을 기준으로 + 회전 각도의 한계치를 감지하는 업 리미트 센서 및와,

   상기 0점을 기준으로 - 회전 각도의 한계를 감지하는 다운 리미트 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 회전축의 회전 각도는 +25° ～ -25°인 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
9. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 안테나 본체의 전기적 틸팅각을 동력원인 틸팅 모터의 회전에 의해 각각 조절하는 틸팅수단이 더 구비되어 레이돔에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 틸팅수단은,

    수평 회전운동하는 틸팅 모터와,

    상기 틸팅 모터의 수평 회전운동을 수직 회전운동으로 변환하는 제2웜기어 및,

    상기 안테나 본체 배면의 설치되어 제2웜기어의 회전에 의해 신호위상의 가변을 제어하여 전기적 틸팅 각도를 조절하는 위상 변위기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 전기적 틸팅각은 0°～10°인 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
12. 청구항 9에 있어서,

    상기 안테나 본체와, 회전수단 및 틸팅수단을 움직이지 않도록 지지 고정하는 지지수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 지지수단은, 하부에서 상부로 바닥판, 중간 지지판 및 상부 지지판이 소정거리 이격되어 설치되고, 중간 지지판과 상부 지지판은 바닥판에 입설되는 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 빔방향 가변장치.

Images