KR100921556B1

KR100921556B1 - 배열 안테나 시스템

Info

Publication number: KR100921556B1
Application number: KR1020080014142A
Authority: KR
Inventors: 윤미경; 이승철; 연해정; 이재욱; 심충섭; 고 최; 변희완
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-10-12
Also published as: KR20090088703A

Abstract

본 발명은 배열 안테나 시스템을 구성하는 복수의 배열 소자 각각에 분배되는 전력을, 복수의 배열 소자 중 중심에 위치하는 소자를 기준으로 양 측 소자에 비대칭으로 분배하여, 안테나 방사 패턴의 널을 제거하는 배열 안테나(array antenna) 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템은, 순차적으로 배열되어 있는 복수의 소자를 포함하는 안테나부; 상기 복수의 소자에 부여되는 신호의 전력을 결정하는 전력 분배부; 및 상기 전력 분배부에 의해 상기 복수의 소자에 부여되는 신호의 전력을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 복수의 소자 중 중심에 위치하는 중심 소자를 기준으로 인접한 양 측 소자에 부여되는 신호의 전력이 비대칭이 되도록 제어한다.

배열 안테나, 널

Description

배열 안테나 시스템{ARRAY ANTENNA SYSTEM}

본 발명은 배열 안테나 시스템을 구성하는 복수의 배열 소자 각각에 분배되는 전력을, 복수의 배열 소자 중 중심에 위치하는 소자를 기준으로 양 측 소자에 비대칭으로 분배하여, 안테나 방사 패턴의 널을 제거하는 배열 안테나 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 안테나에서 방사하는 전자기파는 특정 방향으로 빔(beam)을 형성한다. 빔은 안테나에서 송수신이 가능한 특정한 전자기파의 방향 및 형상을 말하며, 빔 패턴(beam pattern) 또는 방사 패턴(radiation pattern)이라고도 한다. 빔 패턴은 안테나의 종류 및 안테나의 방향성 등에 따라 다르게 나타난다.

안테나가 방사하는 빔 패턴 중 제일 긴 빔 패턴을 주엽(main lode, 메인로브)이라 하고, 이외의 성분을 부엽(side lobe, 사이드 로브)라 한다.

이동통신 시스템에서는 전파 음영지역을 해소하기 위해 이동통신 기지국에 배열 안테나 시스템이 주로 사용되고 있다. 일반적으로 이동통신 시스템에서 사용되는 기지국용 배열 안테나는, 균일 배열과 바이노미얼(bimnomial) 배열을 절충한 돌프-체비세프 배열 안테나이다.

도 1은 일반적인

돌프-체비세프 수직 배열 방식의 빔 패턴이고, 표 1은

돌프-체비세프 수직 배열 방식이다.

[표 1]

배열 소자	Amplitude	Phase( )
소자 1 (최상측)	1	0
소자 2	1	0
소자 3	1	0
소자 4	1	0
소자 5 (최하측)	1	0

표 1과 같이,

돌프-체비세프 수직 배열 방식은 수직 배열된 다섯 개의 배열 소자에 각각 동일한 전력이 분배되고, 각각의 배열 소자는

의 위상을 가진다.

도 1을 참고하면,

돌프-체비세프 수직 배열 방식의 빔 패턴은 1~4차의 널이 존재하고 빔의 커버리지가 일정하게 제공되지 않음을 볼 수 있다. 즉, 기존의 지향성 배열 안테나의 경우, 동일한 위상 지연에 대해 깊은 널이 존재하게 된다. 또한, 빔 패턴에 여러 개의 널이 존재함으로써 소규모 음영지역이 다수 존재한다.

따라서, 전파 음영지역인 널을 제거하기 위해, 복수의 중계장치가 소요되어 비용이 상승하고 효과적인 서비스가 불가능할 뿐만 아니라, 특정 음영지역에 사용자가 집중되는 경우 서비스 영역을 커버할 수가 없어 통화품질이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배열 안테나 시스템을 구성하는 복수의 배열 소자 각각에 분배되는 전력을, 복수의 배열 소자 중 중심에 위치하는 소자를 기준으로 양 측 소자에 비대칭으로 분배하여, 안테나 방사 패턴의 널을 제거하는 배열 안테나 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 의하면 배열 안테나 시스템이 제공된다.

본 발명에 의하면, 배열 안테나 시스템을 구성하는 복수의 배열 소자 각각에 분배되는 전력을, 복수의 배열 소자 중 중심에 위치하는 소자를 기준으로 양 측 소자에 비대칭으로 분배하여, 안테나 방사 패턴의 널을 제거하는 배열 안테나 시스템을 제공할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 위상제어부(110), 안테나부(140), 전력분배부(130), 입출력부(120) 및 제어부(150)를 포함한다. 도 2의 각 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 명세서에서는 배열 소자가 다섯 개인 경우를 설명한다.

입력부(120)는 입력된 신호를 전력분배부(130)로 출력한다.

안테나부(140)는 다섯 개의 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145)로 구성되 며, 각각의 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145)로 입력된 신호를 방사한다. 이때, 다섯 개의 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145)는 지면에서 가장 높은 곳에 위치한 배열 소자(141)부터 지면에 가장 가까운 배열 소자(145)까지 순차적으로 배열된다.

전력분배부(130)는 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여될 신호의 전력을 결정한다. 이때, 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여될 신호의 전력의 분배는 표 2와 같다.

[표 2]

배열 소자	Amplitude
배열 소자(141)	0.2
배열 소자(142)	0.75
배열 소자(143)	0.45
배열 소자(144)	0.35
배열 소자(145)	0.2

표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은, 배열 소자(141) 및 배열 소자(145)에 부여되는 신호의 전력이 동일하며, 다른 배열 소자(142, 143, 144)에 부여되는 신호의 전력보다 작다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은, 지면에서 가장 먼 배열 소자(141)와 지면에 가장 가까운 배열 소자(145)에 부여되는 신호에 최소의 전력을 부여한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)이 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여하는 신호의 전력을 살펴보면, 배열 소자(142)에 부여되는 신호의 전력이 가장 크고, 배열 소자(142)에서 배열 소자(145)로 갈수록 부여되는 신호의 전력이 감소한다. 즉, 가장 중심에 위치한 배열 소자(143)을 중 심 소자로 보고, 그 양측에 위치한 배열 소자(142, 144)에 부여되는 신호 전력을 비대칭이 되도록 부여하는 것이다.

한편, 배열 소자가 짝수 개로 구성되는 경우에는 중심에 위치하는 2개의 배열 소자를 한 쌍의 중심 소자로 보거나 중심에 위치하는 2개의 배열 소자 중 하나의 배열 소자를 중심 소자로 보고, 그 양측에 위치한 배열 소자에 대한 신호 전력을 비대칭이 되도록 할 수 있을 것이다.

위상 제어부(110)는 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여될 신호의 위상을 결정한다. 위상 제어부(110)는 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여되는 신호의 위상을 조정하는 복수의 위상천이부(111, 112, 113, 114, 115)를 포함한다. 이때, 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 각각에 부여될 신호의 위상은 표 3와 같다.

[표 3]

위상천이기	Phase( )
위상천이기(111)	0
위상천이기(112)	10
위상천이기(113)	30
위상천이기(114)	10
위상천이기(115)	0

표 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은, 위상천이기(111)에서 배열 소자(141)에 부여하는 위상 및 위상천이기(115)에서 배열 소자(145)에 부여하는 위상은 0

이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은, 지면에서 가장 먼 배열 소자(141)와 지면에 가장 가까운 배열 소자(145)에는 위상의 변화를 생성하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은, 위상천이기(113)에서 배열 소자(143)에 부여하는 위상이 30

로 가장 크다. 또한, 위상천이기(112)에서 배열 소자(142)에 부여하는 위상 및 위상천이기(114)에서 배열 소자(144)에 부여하는 위상은 동일하며(10ㅀ), 위상천이기(113)에서 배열 소자(143)에 부여하는 위상(30

)보다 작다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 배열 소자(141, 142, 143, 144, 145) 중 가운데에 위치하는 배열 소자(113)에 부여되는 위상이 가장 크다. 즉, 가장 중심에 위치한 배열 소자(143)에 가장 큰 위상을 천이시키는 것이다.

한편, 배열 소자가 짝수 개로 구성되는 경우에는 중심에 위치하는 2개의 배열 소자를 한 쌍의 중심 소자로 보거나 중심에 위치하는 2개의 배열 소자 중 하나의 배열 소자를 중심 소자로 보고, 가장 큰 위상을 천이시키는 것도 가능할 것이다.

위상을 조정하는 방식은 다양한 방식에 의할 수 있다. 예를 들어, 전송선로의 위상차를 이용하거나, 동축케이블의 위상차이를 이용하는 방식 등을 이용할 수 있다.

제어부(150)는 위상제어부(110), 안테나부(140), 전력분배부(130), 입출력부(120)의 동작을 제어한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 이상에서 설명한 구성 이외에, 광대역의 전 신호를 특정 방향으로 방사하는 방사기부(미도시), 방사기부에서 방사하는 전파를 반사시키는 반사기부(미도시), 방사 패턴 폭을 제어하기 위한 쵸크부(미도시) 및 자연환경으로부터 보호하는 레이돔부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 패턴이다.

도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 빔 패턴에 존재하던 널이 제거되었다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)은 복수의 배열 소자에 비균등 전력 및 위상을 부여하여, 널을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템(100)에 의하면, 빔 패턴의 널이 제거됨으로써 넓은 서비스 커버리지를 가질 수 있고 음역지역의 해소가 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 일반적인

돌프-체비세프 수직 배열 방식의 빔 패턴이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 패턴이다.

Claims

순차적으로 배열되어 있는 복수의 소자를 포함하는 안테나부;

상기 복수의 소자에 부여되는 신호의 전력을 결정하는 전력 분배부; 및

상기 전력 분배부에 의해 상기 복수의 소자에 부여되는 신호의 전력을 제어하는 제어부를 포함하되,

상기 제어부는 상기 복수의 소자 중 중심에 위치하는 중심 소자를 기준으로 인접한 양 측 소자에 부여되는 신호의 전력이 비대칭이 되도록 제어하는

배열 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 복수의 소자는 지면에서 가장 먼 곳에서 지면에 가까운 쪽으로 순차적으로 배열되어 있는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 소자인 것을 특징으로 하며,

상기 제어부는,

상기 전력 분배부에 의해 상기 제2 소자에 부여되는 신호의 전력이 상기 제2 소자를 제외한 나머지 소자에 부여되는 신호의 전력보다 크도록 제어하는

배열 안테나 시스템.
제2항에 있어서,

상기 전력 분배부에 의해 상기 제1 및 제5 소자에 부여되는 신호의 전력은 동일하며, 상기 제1 및 제5 소자를 제외한 나머지 소자에 부여되는 신호의 전력보다 작은 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제3항에 있어서,

상기 전력 분배부에 의해 상기 제3 소자에 부여되는 신호의 전력은 상기 제2 소자에 부여되는 신호의 전력보다 작고, 상기 제5 소자에 부여되는 전력보다 큰 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제4항에 있어서,

상기 전력 분배부에 의해 상기 제4 소자에 부여되는 신호의 전력은 상기 제 3 소자에 부여되는 신호의 전력보다 작고, 상기 제5 소자에 부여되는 신호의 전력보다 큰 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 소자에 부여되는 신호의 전력은

소자 전력 제1 소자 0.2 제2 소자 0.75 제3 소자 0.45 제4 소자 0.35 제5 소자 0.2

와 같은 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 복수의 소자에 부여되는 신호의 위상을 결정하는 위상 제어부를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 위상 제어부에 의해 상기 중심 소자에 부여되는 신호의 위상이 상기 중심 소자를 제외한 나머지 소자에 부여되는 위상보다 크도록 제어하는

배열 안테나 시스템.
제7항에 있어서,

상기 위상 제어부에서 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 소자에 부여되는 신호의 위상은 동축케이블을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제8항에 있어서,

상기 복수의 소자는 지면에서 가장 먼 곳에서 지면에 가까운 쪽으로 순차적으로 배열되어 있는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 소자인 것을 특징으로 하며,

상기 제어부는,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제3 소자에 부여되는 신호의 위상이 상기 제3 소자를 제외한 나머지 소자에 부여되는 신호의 위상보다 크도록 제어하는

배열 안테나 시스템.
제9항에 있어서,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제1 및 제5 소자에 부여되는 신호의 위상 변화는 0 인 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제10항에 있어서,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제2 소자에 부여되는 신호의 위상은 상기 제3 소자에 부여되는 신호의 위상보다 작고, 상기 제1 소자에 부여되는 신호의 위상보다 큰 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제11항에 있어서,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제4 소자에 부여되는 신호의 위상은 상기 제3 소자에 부여되는 신호의 위상보다 작고, 상기 제5 소자에 부여되는 신호의 위상 보다 큰 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제12항에 있어서,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제2 소자에 부여되는 신호의 위상 및 상기 제4 소자에 부여되는 신호의 위상은 동일한 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제13항에 있어서,

상기 위상 제어부에 의해 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 소자에 부여되는 신호의 위상은

소자 Phase(
) 소자 1 0 소자 2 10 소자 3 30 소자 4 10 소자 5 0

와 같은 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 복수의 소자가 짝수개인 경우, 중심에 위치하는 2개의 소자를 쌍으로 하여 중심소자로 취급하거나, 중심에 위치하는 2개의 소자 중 임의의 소자를 중심소자로 취급하는 것을 특징으로 하는

배열 안테나 시스템.