KR101105994B1 - 안테나 통신에 관한 장치 - Google Patents

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텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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Abstract

본 발명은 한 사이트에서 안테나 장치 및 무선 기지국 간의 통신을 제공하는 장치(1A,1B)에 관한 것이다. 이는 무선 기지국 및 안테나 장치(1A,1B)에 연결된 파장 유도 장치(3)를 포함하는데, 이는 무선 기지국 및 안테나 장치(1A,1B) 간에 신호 통신을 지원한다.
안테나 장치, 파장 유도 장치, 무선 기지국

Description

안테나 통신에 관한 장치{AN ARRANGEMENT RELATING TO ANTENNA COMMUNICATION}
본 발명은 한 사이트에서 안테나 장치 및 무선 기지국 간의 통신을 제공하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기지국 안테나 급전(base station antenna feeding)에 관한 것이다. 본 발명은 기지국 및 안테나 장치 간에 신호 통신을 제공하는 장치를 갖는 기지국 및 안테나 장치에 관한 것이다.
사이트에서 안테나 장치 및 한 이동 기지국 간의 통신을 제공하기 위해서, 동축 공급기 케이블이 오늘날 사용된다. 그러나 손실은 이런 케이블에서, 전송된 신호의 주파수가 높을수록, 손실이 큰 것으로 고려되는 경향이 있다. 손실을 감소시키기 위해서, 기지국 사이트에서, 예컨대, 매스트형(mast) 고정 구조에 고정된 안테나 장치 및 기지국의 활성 부 사이의 통신을 위해서 가능한 두꺼운 케이블이 사용되는 것이 대단히 중요하다. 두꺼운 케이블에 대한 요구는 기지국이 일반적으로 모든 일렉트로닉스를 포함하고; 오늘날 안테나에서 일렉트로닉이 실제로 조금도 존재하지 않기 때문에 부분적으로 또한 중요하다.
오늘날 사용되는 동축 케이블의 공통적인 크기는 2.2GHz 주파수 신호에 대해 약 0.05dB/m의 손실을 갖는 1.25인치이다.
손실이 상당한 경향이 있고, 그로 인해 매우 두꺼운 케이블이 필요하다는 사실, 그중에서도 특히 두꺼운 케이블은 부피가 크고, 무겁고, 많은 공간을 필요로 하기 때문에 심각한 문제이다.
이런 문제는 기지국 사이트에서 안테나 장치가 주로 몇몇 안테나들로 구성되고, 일반적으로 각각의 안테나가 두 개의 편파(polarization)를 갖는다는 사실로 인하여 더 문제가 된다. 또한, 예컨대, 소위 세 개의 섹터 사이트에서 세 개의 안테나를 갖고, 그러므로 (두 개의 편파가 있다면) 기지국 및 안테나 장치 간에 여섯 개의 다른 공급기 케이블을 필요로 하는데, 특히 이들 모두 안테나 장치가 고정되는 매스트를 따라 제공되는 소위 섹터 안테나를 사용하는 것이 공통적이다. 여섯 개의 섹터 사이트에 대해서, 케이블의 수는 12개에 상응할 것이다. 게다가, 이중 또는 삼중 주파수 대역 안테나를 사용하는 것이 공통적이 되고; 이는 필요로 되는 케이블의 수가 더 많아질 것이고, 모든 이런 케이블은 어떻게든지 함께 일괄적으로 제공(bundle)되어야만 한다는 것을 의미한다.
이는 몇 미터의 두꺼운 동축 케이블이 매스트형과 같은 고정 구조상에 제공되어야만 하거나 상기 구조에 가까워야만 하기 때문에 매우 불리하다. 우선, 미적 관점에서 매우 만족스럽지 않다. 두 번째로, 두꺼운 케이블이 필요로 된다는 사실로 인해서, 임의의 안테나가 존재하기 때문에 편리하지 않다. 게다가 설치 및 고정은 시간이 걸릴 것이고, 복잡하고, 또한 고가일 것이며, 케이블은 특히 전체 고정 구조의 공간의 큰 부분을 차지하므로, 시각적으로 두드러질 것이다.
안테나 장치, 즉, 부가적인 섹터, 주파수 대역 등이 더 복잡할수록, 시간을 더 많이 소비하고, 안테나 장치 및 그의 기지국 간에 다수의 두꺼운 케이블로 구성된 통신 장치를 고정하기 어려울 것이고, 더 높은 손실이 산출되어야만 할 것이다.
그러므로 초기에 언급된 바와 같은 장치가 필요한데, 이는 기지국 및 비교적 얇고, 복잡하지 않으며 고정하거나 설치하기에 쉬운 안테나 장치 간의 통신을 가능하게 한다. 또한, 적은 손실이 있고, 유연한, 즉, 상이한 유형의 안테나 장치와 사용될 수 있고, 특히 다른 편파를 가질 수 있고/있거나 이중 또는 삼중 주파수 대역 안테나일 수 있으며 섹터 유형일 수 있는 여러 안테나를 포함하는 안테나 장치와 사용될 수 있는 장치가 필요로 된다. 특히 심미적이고 낮게 감쇠되는 안테나가 필요로 된다. 게다가, 높은 주파수 시스템에서 사용될 수 있는, 즉, 약 2GHz 이상의 주파수를 사용하는 통신 시스템에서 사용될 수 있는 장치가 필요로 된다. 특히 길게 만들어질 수 있고, 많은 수의 신호, 예컨대, 이중 편파 유형의 섹터 안테나 및 하나의 주파수 대역 이상에서 사용될 수 있는 장치가 필요로 된다. 또한, 제조가 용이하고, 사이트로 트랜스포트하기에 용이하며, 높은 제조 비용 없이 제조되어 핸들링될 수 있는 장치가 필요로 된다. 또한, 유지가 거의 필요로 되지 않거나 아예 필요없고, 쉽게 대체될 수 있으며 로버스트(robust)하고 지속성 있는 장치가 필요로 된다.
그러므로 초기에 언급되는 바와 같은, 무선 기지국 및 안테나 장치에 연결된 도파로 장치를 포함하는 장치가 제공된다. 한 실시예에서, 도파로 장치는 무선 기지국에 직접 연결되고/되거나 안테나 장치에 직접 연결된다. 이는 무선 기지국에 직접 연결될 수 있지만 안테나 장치에는 간접적으로 연결되거나, 그 역의 경우를 의미한다. 또한, 물론, 무선 기지국 및 안테나 장치에 직접 연결될 수 있다. 다른 구현에서, 도파로 장치는 예컨대, 점퍼 케이블(jumper cables)과 같은 중간 연결 수단 및 파장 유도 장치 단부 또는 단부들에 위치된 커넥터를 통해 무선 기지국에 간접적으로 연결되고/되거나 안테나 장치에 간접적으로 연결된다. 특히, 이는 동축 케이블-대-도파로 변환기를 포함한다. 다른 실시예에서, 도파로 장치는 무선 기지국에 직접 연결되고/되거나 안테나 장치에 직접 연결된 도파로 연결부를 포함한다.
특히 도파로 장치는 매스트와 같거나 유사한 안테나 고정 구조에 연결되거나 이에 관련된다. 대안적인 파장 유도 장치는 안테나 장치 고정 구조에 통합되도록 적응되거나 상기 구조에서 처리되도록 적응된다. 특히 예컨대, 여러 개의 섹터 안테나를 갖는 멀티 섹터 안테나와 같은, 여러 개의 안테나를 포함하는 안테나 장치와의 통신을 제공하도록 사용된다. 도파로 장치는 특히 다수의 격벽을 포함하는데, 각각의 격벽은 특히 안테나로의 신호에 대한 격벽의 역할을 한다. 예컨대, 멀티 섹터 안테나 또는 단지 하나의 안테나를 포함하는 안테나 각각은 두 개의 편파를 가질 수 있고, 파장 유도 장치는 각각의 편파에 대해 각각의 안테나에 대해 하나의 도파로 격벽을 포함하고, 이로 인해 이중 편파 안테나에 대해서, 각각의 섹터 안테나에 대해서 두 개의 격벽을 포함한다.
본 발명은 대부분 다른 종류의 안테나 장치에 적용될 수 있다. 한 실시예에서, 이중 대역 안테나를 포함하는 안테나 장치와의 통신을 제공하고, 다른 실시예에서는 삼중 대역 안테나 장치와의 통신을 제공한다. 섹터 안테나와의 통신을 제공하기 위해서, 각각의 안테나에 대한 하나의 도파로 격벽, 특히 각각의 안테나의 각각의 주파수 대역에 대한 하나의 파장 유도 격벽 및/또는 안테나 장치의 각각의 안테나에 대한 편파가 있을 수 있다.
특히 도파로 장치는 격벽들에 의해 형성된 다수의 도파로를 갖는 종형 메탈 프로파일 구조를 포함하는데, 이는 적용할 수 있는 것에 따라, 각각의 안테나에 대해 하나의 격벽, 특히, 각각의 편파에 대해 하나 및 그의 각각의 대역 등에 대해 하나의 격벽을 갖는다.
이는 허용된 손실 팩터 등에 관한 요구 조건에 따라 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 멀티 모드 격벽인 여러 격벽(들)이 존재하는데, 그 밖에 것들은 멀티 모드 격벽이 아니다.
한 실시예에서, 금속 프로파일 구조는 환형 횡단면을 가지며, 다른 실시예에서는, 타원형, 사다리꼴, 삼각형 또는 계란형 횡단면을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 상기 구조는 직사각형 횡단면을 가지며, 특히, 정사각형 횡단면을 갖는다.
금속 프로파일 구조 횡단면은 개별적인 격벽에 대해 상이할 수 있다. 프로파일 구조는 예컨대, 환형일 수 있고, 격벽은 직사각형일 수 있으며, 그 역일 수도 있다. 임의의 결합이 가능하다.
바람직하게는 금속 프로파일 구조가 임의의 저손실 전도성 물질, 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 유사한 특성을 갖는 물질로 만들어진다. 또한, 알루미늄과 같은 저전도성 물질로 코팅된 물질로 만들어질 수 있다.
한 실시예에서, 도파로 장치는 다수의 도파로를 포함하고, 각각의 도파로는 도파로 폭 및 도파로 높이에 의해 한정되는 직사각형 횡단면을 갖는다. 전파하기 위한 RF 신호를 고려하기 위해서, 도파로의 폭은 공급 신호의 λ/2를 초과해야만 한다. 직사각형 도파로의 다른 치수인 높이는 특정한 치수로 제한되지 않고, 실제로 RF 신호의 전파에 영향을 받지 않으므로, 낮게 만들어질 수 있다.
한 특정한 구현에서, 도파로 장치는 여러 안테나(및/또는 다른 편파, 주파수 대역)으로/로부터의 다수의 신호에 대해 공통인 하나의 도파로를 포함하고, 여러 신호는 상기 공통 도파로에서 상이한 도파로 모드로 운반된다.
특정한 실시예에서, 도파로 장치는 제한된 수의 도파로 격벽을 포함하는데, 이들 각각은 상이한 모드로 소정의 수의 안테나(편파, 주파수 대역)로/로부터 다수의 신호를 운반한다. 높이 크기는 특히 도파로의 손실 수행을 결정한다. 한 실시예에서, 도파로 폭은 2GHz UMTS(범용 이동 전기통신 시스템)에 대해서, 90-150, 예컨대, 120mm에 상응하는 약 0.6λ-1.0λ, 예컨대, 0.80λ이다. 특히, 개별적인 도파로의 높이는 폭의 약 1/4 내지 1/8이고, 특히 약 10-30mm이다. 특히, 2GHz 신호에 대한 도파로 치수는 120×20mm이다. 전형적인 손실은 0.025dB/m일 것이다. 도파로의 높이가 10mm이라면, 손실은 약 0.05dB/m일 것이다. 이런 형태는 단지 예시의 목적으로 주어진다는 것을 명확하게 해야만 한다.
한 실시예에서, 안테나 구조는 단일 또는 모놀리식 구조를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 장치 또는 금속 프로파일 구조는 서로 연결된 다수의 섹션을 포함하여 장치의 길이가 실질적으로 개별적인 섹션 길이의 합에 상응한다.
공통 멀티 모드 도파로에 대한 한 실시예에서, 개별적인 섹션은 끼워넣을 수 있게 서로 연결된다.
본 발명은 또한 무선 기지국을 갖는 기지국 사이트, 기지국 및 안테나 장치 간에 통신을 제공하는 통신 수단을 갖는 안테나 장치, 및 예컨대, 매스트 또는 이와 유사한 안테나 고정 구조에 관한 것이다. 통신 수단은 특히 고정 구조에 관련되거나 상기 구조에 포함되거나, 상기 구조에 통합된 도파로 장치를 포함한다.
특히 도파로 장치는 다수의 평행한 도파로를 포함한다. 특히 고정 구조는 다수의 다리를 갖는 매스트를 포함하는데, 각각의 다리는 도파로 장치의 하나 이상의 도파로를 포함한다. 특히, 도파로 장치는 다수의 격벽을 포함하고, 각각의 격벽은 안테나 장치의 안테나로/로부터 신호를 운반한다. 대안적으로, 이는 다수의 상이한 모드의 전파를 지원하는 공통 도파로를 포함하는데, 이들 각각은 안테나 장치의 하나의 안테나로/로부터 하나의 신호를 운반하고, 상기 안테나 장치는 다수의 안테나를 포함하는데, 이들은 예컨대, 섹터 안테나, 이중 편파된 안테나, 임의로 결합된 이중 또는 삼중 대역 안테나이다.
특히, 본 발명은 약 2GHz 또는 그 이상에서 동작하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상술된 바와 같은 장치의 사용에 관한 것이다. 물론 본 발명된 개념에 따르는 장치는 다른 주파수 범위에서도 적용될 수 있다.
본 발명은 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 방법으로 더욱 완전히 설명할 것이다.
도1은 한 사이트에서 두 개의 안테나 및 무선 기지국 간의 통신을 제공하기 위해서 도파로를 포함하는 장치의 개략도,
도2는 세 개의 섹션 및 각 단부에 도파로-대-동축 변환기로 구성된 도파로 장치를 포함하는, 세 개의 안테나 및 무선 기지국 간의 통신을 제공하는 장치의 개략도,
도3A는 동축 케이블-대-도파로 변환기를 갖는 세 개의 섹터 안테나 중 한 섹터 안테나에 연결된 세 개의 격벽을 갖는 도파로의 형태인 통신 장치의 일부에 대한 개략도,
도3B는 도파로 장치의 도3A에서의 A-A를 따라 획득되는 횡단면도,
도4는 예컨대, 섹터 안테나(도시되지 않음) 및 무선 기지국에 직접 접촉하는 것을 통해 제공되는 도파로 연결부를 갖는 도파로 장치의 또 다른 실시예에 대한 개략도,
도5는 n개의 직사각형 도파로를 포함하는 도파로 장치의 횡단면도,
도6은 환형 교차 섹션을 갖지만 직사각형 도파로를 형성하는 세그멘트를 갖지 않는 도파로 장치의 직사각형 도파로의 다른 구현을 도시하는 도면,
도7은 n개의 도파로를 갖는 동축 도파로 장치의 예의 개략도,
도8A는 직사각형 도파로에 공급되는 도파로 모드의 개략도,
도8B는 한형 도파로에 공급되는 모드의 개략적인 횡단면도,
도8C는 동축 도파로에 공급되는 기본 모드의 개략적인 횡단면도,
도9는 기지국으로의, 동축 케이블-대-도파로 변환을 형성하는, 연결을 위한 커넥터를 갖는 도파로 장치의 낮은 부분에 대한 개략도, 및
도10은 상이한 도파로 모드가 상이한 신호의 전파를 고려할 때, 하나의 공통 도파로를 포함하는 도파로 장치용 연결부(동축-대-도파로 변환)의 개략도.
도1은 고정 구조(4)에 고정된 안테나 장치(1A,2A)를 도시하는데, 여기서 매스트의 형태로, 두 개의 안테나(1A,1B)가 고정된다. 기지국(도시되지 않음)과의 통신을 위해서, 도파로 장치(3)는 매스트 구조(4)에 관련된다. 이런 실시예에서, 점퍼 케이블(2A,2B)이 안테나(1A,1B)에 연결된다. 도파로 장치(3)가 또한 예컨대, 점퍼 케이블을 통해 기지국에 연결된다는 것이 명확하게 되어야만 한다(도시되지 않음). 그러므로, 이런 실시예에서, 도파로 장치(3)가 매스트 구조(4)와 관련되거나, 연결된다. 대안적인 실시예에서, 매스트 구조에 통합될 수 있거나, 보다 일반적으로 고정 구조에 통합될 수 있다. 도1의 실시예에서, 도파로 장치(3)는 하나의 큰 섹션으로 구성되는 것으로 도시된다. 그러나 바람직하게는, 일반적으로 적당한 길이의 다수의 섹션으로 나뉘는데, 이는 제조, 수송 및 설치 목적에 유리하다. 대안적인 실시예에서, 도파로 장치 또는 개별적으로 여기에 제공되는 도파로이 안테나 및/또는 기지국에 직접 연결될 수 있다. 점퍼 케이블이 사용되는 경우에, 커넥터들은 개별적인 도파로의 각 단부에서 필요로 된다. 안테나 장치가 두 개 이상의 안테나를 포함할 수 있거나 단지 하나의 안테나일 수 있다는 것이 명확해져야만 한다. 물론, 또한 다른 종류의 안테나가 사용될 수 있는데, 예컨대, 세 개의 섹터 사이트에 대한 세 개의 안테나 또는 여섯 개의 섹터 사이트에 대한 여섯 개의 섹터 안테나 등이다. 각각의 안테나는 두 개의 편파를 가질 수 있고, 안테나(들)는 부가적으로 이중 또는 삼중 대역 안테나(들)일 수 있다.
도4를 참조하면, 도파로 연결 수단이 사용되지 않는 한, 동축-대-도파로 변환기가 안테나로의 연결 또는 기지국으로의 연결 둘 다를 위해 필요로 된다. 도1은 단지 본 발명의 기본 개념을 도시하고, 여기서 도파로 장치는 두꺼운 케이블 대신 사용된다.
도2는 도파로 장치가 여기서는, 플랜지(911,912,913)에 의해 내부접속되는 세 개의 도파로 섹션(311,312,313)을 포함하는 다른 실시예를 도시한다. 최상부 도파로 섹션(311)은 여기서 플랜지(911)를 통해 세 개의 안테나(도시되지 않음)에 연결하는 케이블(2A1,2B1,2C1)로 변환시키는 도파로 공급 변환기(51)에 연결된다. 유사하게는, 기지국(도시되지 않음)에 연결하는 케이블(7A1,7A2,7A3)로 변환시키는 도파로 공급 변환기(61)가 플랜지(914)를 통해 최하부 도파로 섹션(313)에 연결된다. 도파로 장치는 더욱 전적으로 아래에서 설명되는 바와 같이 임의의 형태를 취할 수 있지만, 또한 몇몇 다른 실시예가 가능하다.
도3A는 제1 섹터 안테나(1A2)만이 도시되는 세 개의 섹터 안테나에 케이블(2A2,2B2,2C2)을 통해 도파로 변환기(821,822,823)에 동축인 플랜지(92)를 통해 변환 장치(52)에 연결되는 세 개의 도파로 격벽을 포함하는 도파로 장치(32)의 일부를 도시한다(참조. 도3B에서의 A-A를 따라 획득된 도파로 장치 횡단면도의 도면).
도3B는 세 개의 도파로 격벽(C1,C2,C3)을 포함하는 (도3에 도시된 바와 같은) 도파로 장치의 횡단면도의 예를 도시한다. 개별적인 도파로는 약 W32≥λ/2인 폭을 갖는 직사각형 도파로이다. 폭의 크기는 RF 신호를 전파할 수 있는 거이어야만 한다. 높이(H32)는 파장길이에 따라 제한되지 않고, 매우 작게 만들어질 수 있다. 특히, 높이는 도파로의 손실 수행을 결정한다. 크기가 120×20mm인 공기 충진된 알루미늄 도파로에 대한 전형적인 손실은 2GHz 주파수 신호에 대해 약 0.025dB/m이다. 높이가 약 5mm라면, 손실은 약 0.088dB/m이고, 높이가 약 10mm라면, 손실은 약 0.045dB/m이고, 약 15mm의 높이에 대해서는 손실이 약 0.031dB/m일 것이며, 20mm의 높이에 대해서는 손실이 약 0.024dB/m일 것이다. 그러므로 손실은 역으로 높이에 비례한다.
손실은 1.25인치 케이블에 대한 손실과 비교되어야만 하고, 이는 약 0.05dB/m이다. 고주파수(2GHz이상)에서, 공기-충진된 도파로 및 동축 케이블 간의 차이가 증가한다. 도파로는 원칙적으로 주파수에 독립적인 것에 반하여, 동축 케이블에 대해서 dB의 손실이 유전율 손실로 인해 주파수에 비례한다. 단단한 도파로에서 유전율 손실을 쉽게 피한다.
이런 실시예에서, 직사각형 도파로(C1,C2,C3)은 직사각형이고, 도파로 장치를 포함하는 공통 금속 프로파일(32)에 적층된다. 이런 특정한 실시예에서, 프로파일의 외형은 직사각형이다. 물론 또한 원형일 수 있거나 임의의 다른 적합한 형태일 수 있다.
2GHz UMTS-신호에 대해서, 전형적인 크기는 0.8λ일 수 있고, 이는 거의 120mm이다.
특히, 하나의 도파로 또는 하나의 격벽은 하나의 공급 신호에 대한 도파로 역할을 한다. 아래에서 더욱 완전하게 논의되는 바와 같이, 하나의 도파로이 하나 이상의 모드의 전파를 지원할 수 있다는 멀티 모드 구현들이 또한 가능하다.
도4는 도파로 장치(33)의 다른 실시예를 도시한다(이는 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 임의의 횡단면도를 가질 수 있고, 예컨대, 다수의 직사각형 격벽 등을 포함하지만 상이한 모드를 지원하고, 각각의 공급 신호에 대해 하나인 다수의 도파로 또는 단일 도파로를 포함할 수 있다). 그러나 이런 실시예에서, 도파로 장치는 도파로 연결부(63)를 통해 기지국(10)에 직접 연결되고, 도파로 연결부(53)를 통해 여기서는 세 개의 섹터 안테나(도시되지 않음)에 연결되므로, 세 개의 도파로 연결부(531,532,533)를 포함한다. 도파로 장치(33)는 플랜지(932)를 통해 안테나 도파로 연결부(53)에 연결되고, 플랜지(932) 및 도파로 연결부(63)를 통해 기지국(10)에 연결된다. 플랜지들(931,932)은 임의의 통상적인 종류일 수 있다. 도파로 연결부는 대안적으로 도파로 장치(33) 상에 납땜될 수 있다. 이 도면에서 도파로 장치(33)가 단지 하나의 섹션을 포함하는 것으로 도시될지라도, 물론 대안적으로 예컨대, 도2를 참조하여 논의되는 바와 같이 여러 섹션을 포함할 수 있다. 이런 실시예에서, 동축-대-도파로 변환기가 존재하므로, 특별하게 적응되거나 특별한 종류의 안테나/기지국들이 필요로 된다.
도5는 상술된 바와 같이 λ/2보다 크거나 실질적으로 동일한 폭(W)을 갖는 n개의 직사각형 도파로(1,2,…,n)을 포함하는 도파로 장치(34)의 횡단면도이다. 외벽들은 전도성이 있고 도파로의 내부는 공기 또는 저손실 유전 물질을 포함한다. 지원되는 기본 모델은 여기서 TE10이다. 도파로들은 또한 고차 모드를 지원할 수 있는데, 이런 경우에 TE20, TE30 등이지만, 그들은 더 커야만 한다. 그러므로 각각의 개별적인 도파로는 하나 이상의 모드를 지원할 수 있고, 각각의 도파로는 하나의 공급 신호를 핸들링하거나, 다중 모드 또는 지원되는 경우에, 각각의 모드가 하나의 공급 신호를 핸들링한다.
도6은 도파로 장치(35)의 횡단면도의 또 다른 실시예를 도시하는데, 이는 원칙적으로 또한 다수의 직사각형 도파로들(1,2,3,4,5)을 갖는 장치의 역할을 하는데, 이들(외부 세그멘트(1,2,3)의 길이는 λ/2보다 크거나 실질적으로 동일해야만 한다. 최외각 도파로는 모드에 상응하는 원형 도파로를 포함한다. 또한, 이런 경우에, 기본 지원 모델은 TE10이지만, 개별적인 도파로들은 또한 TE20, TE30 등과 같은 고차 모드를 지원할 수 있다.
도7은 도파로 장치(36)의 실시예의 횡단면도를 도시하는데, 이는 n개의 층을 포함하는 다층 구현에서 동축 도파로를 포함한다. 기본 지원 모델은 여기서 동축 케이블과 유사한 TEM이다. 지원될 수 있는 제1 고차 모드는 TE11 등이다. 다른 실시예에 따르면, 각각의 도파로 격벽은 하나의 모드를 지원하지만, 지원된다면, 즉, 도파로의 크기가 더 크다면(충분히 크다면), 다중 모드 동안에 전파할 수 있다.
도8A는 폭(W) 및 높이(H)인 직사각형 도파로에 대한 기본 전파 모드를 개략적으로 도시하다. 도파로 벽들은 전도성이 있고, 전기적인 관통 깊이를 초과하는 두께를 갖는다. 상술된 바와 같이, 지원 기본 모드는 이런 실시예에서, TE10, 즉, 전파 방향에 수평인 전기장이다. 더 큰 폭이 사용된다면, 고차 모드가 공급 신호에 대해 사용될 수 있다.
도8B는 도8A를 참조하여, 또한 전도성 벽들 등을 갖는 환형 도파로(CWG)의 지원 도파로 모드를 개략적으로 도시한다. 기본 전파 모드는 여기서 TE11이다. 큰 횡단면도로, 이는 또한 하나 이상의 고차 모드, 예컨대, TM01을 지원할 수 있다.
도8C는 동축 도파로의 횡단면도인데, 여기서 b는 외부 컨덕터의 반지름에 상응하고, a는 내부 컨덕터의 반지름이다. 고차 모드는 큰 반지름이 선택된다면 지원될 수 있는데, 예컨대, TE11 등이다. 이런 도면은 단지 도파로 횡단면도 상에서 여러 예들을 도시하는 것을 명확해야만 한다.
도9는 안테나 장치/기지국으로의 각각의 공급 신호에 대해 한 개이고, 각각의 도파로는 애플리케이션에서 이미 상술되는 바와 같이 기지국(개별적인 안테나)으로의 접속을 위해 커넥터(671,…,676)를 포함하는, 다수의 도파로 격벽(371,…,376)을 포함하는 도파로 장치(36)의 매우 간략화된 도면이다.
도10은 본 발명을 따르는 멀티모드 구현용 동축 도파로 변환기의 한 예를 도시한다. 이는 직사각형 도파로(37)의 횡단면도를 도시한다. TE10 급전은 외부 컨덕터(87)를 갖는 동축 케이블의 중앙 금속 컨덕터(81)에 의해서 제공된다. TE20 급전은 위상 쉬프트기(890)에 의해 제공되는데, 이는 두 개의 동축-도파로 변환기(881,882)의 중앙 컨덕터(82,83)를 통해 공급되는 되는 두 개의 쉬프트된 신호 위상(+/-90°)을 제공한다. TE10는 대칭으로 공급되고 TE20은 상이하게 공급된다.
대안적인 실시예(도시되지 않음)는 4-포트 합산/델타-분리기를 사용하는데, 여기서 TE10 모드는 82 및 83으로 공급되는 두 개의 동일한(대칭 공급) 신호의 결과를 가져오는 합산-포트에 공급되고, TE20 모드는 두 개의 동일한 증폭이지만 동시에 82 및 83에 공급되는 180°위상 이동된 (차동 공급) 신호의 결과를 가져오는 델타-포트에 공급된다.
분리기는 상호적이어서, 원리가 두 개의 방향으로의 전송에 적용된다.
상이한 종류의 도파로이 사용될 수 있다는 것을 명확하게 해야만 한다. 또한, 예를 들어 돌출부 도파로들을 사용할 수 있다.
본 발명의 이점은 통신 예컨대, 모든 공급 신호가 두껍고 큰 손실을 갖는 동축 공급기 케이블과 비교되는 바와 같은 얇은 도파로에서 수집될 수 있다는 것이다. 또 다른 이점은 기지국 및 안테나 장치 간에 통신을 제공하는 장치가 매우 많은 두꺼운 동축 공급기 케이블보다 심미적이고 덜 광적으로 조절한다는 것이다. 특히 유리한 것은 장치가 매스트와 같은 고정 구조에 통합될 수 있거나 매스트 구조의 다리에 통합될 수 있다는 것이다. 또한, 신호 전송을 위해 도파로를 사용하는 것을 통해, 손실이 매우 낮춰진다는 이점이 있다. 손실은 낮은 프로파일 도파로에 대해서 조차 두꺼운 동축 케이블보다 낮다. 또한, 도파로 장치, 특히 다수의 섹션을 포함하는 도파로 장치는 쉽게 제조될 수 있고 저가로 설치될 수 있다는 이점이 있으며, 수송하기 쉽고 손상에 방지한다는 이점이 있다. 또한, 이러한 도파로 장치는 특히 제조가 용이하고 저렴하며, 예컨대, 종래 압출된 알루미늄 프로파일 또는 알루미늄으로 코팅된 물질을 포함한다는 이점이 있다.
게다가, 예컨대, 3G(3GPP, 제3 세대 파트너쉽 프로젝트) 구현을 위해서, 고주파수가 사용되고, 이는 케이블이 사용된다면 손실이 높다는 것을 의미하며, 매우 두꺼운 동축 케이블을 사용하는 대신 도파로 장치를 사용하는 것이 유리하다는 것을 명확하게 보여준다.
또한, 도파로 장치는 고정 구조는 매스트인데, 이는 매우 높고, 20-30미터 또는 그 이상에 이르기 때문에, 플랜지 또는 유사한 것에 의해서 서로 간단히 고정되는 섹션으로 제조될 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 특정하게 설명된 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 다수의 방법으로 바뀔 수 있다는 것을 명확하게 해야만 한다.
특히 도파로 장치의 각각의 도파로이 하나 이상의 모드에 의해서 신호의 전파 또는 전송을 지원할 수 있고, 프로파일 구조는 임의의 횡단면 형태, 정사각형 형태, 직사각형, 환형, 타원형, 계란형 등으로 만들어질 수 있다. 전파 신호의 주파수가 높을수록, 도파로 장치의 사용에 대한 이득이 높아진다는 것을 또한 명확하게 해야만 한다.

Claims (29)

  1. 한 사이트에 있는, 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치로서, 상기 무선 기지국에 연결되고 상기 안테나 장치에 연결되어 상기 무선 기지국 및 상기 안테나 장치 사이에서의 신호의 통신을 지원하는 도파로 장치(waveguide arrangement)를 포함하는, 통신 제공 장치에 있어서,
    상기 도파로 장치는 상기 무선 기지국 및 상기 안테나 장치 사이에서의 다수의 신호의 통신을 지원하도록 구성되고,
    상기 도파로 장치는, 각각 특정한 신호에 대해 도파로 역할을 하는 다수의 격벽을 포함하거나, 또는 상기 도파로 장치는 적어도 일부가 각각의 모드가 하나의 신호를 운반(carry)하는 이중 또는 멀티모드 격벽을 포함하는 다수의 격벽을 포함하거나, 또는 상기 도파로 장치는 다수의 신호에 공통인 하나의 멀티모드 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 상기 무선 기지국 또는 상기 안테나 장치에 직접 연결되는 도파로 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 상기 도파로 장치 단부(들)에 배치된 중간 연결 수단을 통해 상기 무선 기지국 또는 상기 안테나 장치에 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치는 안테나 고정 구조에 연결되거나 상기 안테나 고정 구조에 연계되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치는 안테나 장치 고정 구조에 통합되거나 상기 안테나 장치 고정 구조 내의 일부 공간을 차지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 여러 안테나를 포함하는 안테나 장치의 안테나로/로부터의 특정한 신호에 대한 도파로로써 각각 동작하는 다수의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 각각의 이중 편파된 안테나의 각각의 안테나의 각각의 편파에 대한 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 장치의 각각의 안테나가 이중 또는 삼중 대역 안테나이고, 각각의 안테나의 각 대역에 대한 하나의 도파로 격벽 또는 안테나 편파가 존재하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치는, 여러 안테나 또는 여러 편파들로부터의 다수의 신호들, 또는 여러 안테나 또는 여러 편파들로의 다수의 신호들에 대하여, 또는 여러 주파수 대역에 대하여 공통인 하나의 멀티 모드 도파로를 포함하고, 상기 여러 신호는 상이한 도파로 모드로 운반되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치는 복수의 도파로 격벽들을 포함하는 종형 금속 프로파일 구조체(longitudinal metal profile structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 금속 프로파일 구조체는 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 금속 프로파일 구조체는 환형, 타원형, 계란형, 사다리꼴 또는 삼각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 금속 프로파일 구조체는 저손실 전도성 물질로 만들어지거나, 또는 저손실 전도성 물질로 코팅된 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 다수의 직사각형 도파로를 포함하고, 이들 각각은 도파로 폭 및 도파로 높이에 의해 한정된 직사각형 횡단면 또는 다수의 환형으로 배치된 세그멘트를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 도파로 폭(W)이 파장 길이(λ)의 반보다 큰 것(W>λm/2)을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 도파로 폭은 0.6λ-1.0λ인 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 폭이 전파 2GHz RF 신호에 대해 90-150mm인 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 높이가 폭은 1/4 내지 1/8인 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  19. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 격벽을 갖는 환형 또는 동축 도파로 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  20. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 단일 (모놀리식) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  21. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 연결된 다수의 섹션(section)(311,312,313)을 포함하여 상기 장치의 길이가 실질적으로 개별적인 섹션 길이의 합에 상응하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 장치.
  22. 무선 기지국 및 안테나 장치, 상기 안테나 장치 및 무선 기지국 사이에서의 통신을 제공하기 위한 통신 수단, 및 안테나 고정 구조를 구비하는 기지국 안테나 장치로서, 상기 통신 장치는 도파로 장치를 포함하고, 상기 도파로 장치는 상기 고정 구조와 연계되거나 상기 고정 구조에 의해 포함되는, 기지국 안테나 장치에 있어서,
    상기 도파로 장치는 상기 무선 기지국 및 상기 안테나 장치 사이에서의 다수의 신호의 통신을 지원하도록 구성되고,
    상기 도파로 장치는, 각각 특정한 신호에 대해 도파로 역할을 하는 다수의 격벽을 포함하거나, 또는 상기 도파로 장치는 적어도 일부가 각각의 모드가 하나의 신호를 운반하는 이중 또는 멀티모드 격벽을 포함하는 다수의 격벽을 포함하거나, 또는 상기 도파로 장치는 다수의 신호에 공통인 하나의 멀티모드 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 기지국 안테나 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 도파로 장치는 상기 고정 구조에 통합된 다수의 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 및 안테나 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 고정 구조가 다수의 다리를 갖는 매스트를 포함하는데, 상기 각각의 다리는 상기 도파로 장치의 하나 이상의 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 및 안테나 장치.
  25. 제 22항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파로 장치가 다수의 도파로 격벽을 포함하고, 상기 각각의 도파로 격벽이 상기 안테나 장치의 안테나로/로부터 하나 이상의 신호를 운반하고, 이들이 다수의 상이한 모드의 전파 지원하고, 상기 각각의 모드는 상기 안테나 장치의 안테나로/로부터의 하나의 신호를 운반하며, 상기 안테나 장치는 다수의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 및 안테나 장치.
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