KR101246365B1 - 이동통신용 6 섹터 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 섹터 안테나의 복사소자를 1열로 구성하고 복사소자 전면에 도파기를 부착하여 수평복사 빔폭을 좁혀서 인접 섹터 간의 간섭을 최소화한 이동통신용 6 섹터 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는, 6개의 단일 섹터 안테나가 원형으로 균등하게 배치되어 이루어진 6 섹터 안테나에 있어서, 상기 각 단일 섹터 안테나는 반사판; 상기 반사판의 전면에 λ/4 떨어져 수평으로 1열, 수직으로 다단 배치된 복사소자; 상기 복사소자의 전면에 절연체에 의해 상기 복사소자로부터 λ/4 떨어져 설치된 제1 도파기; 및 상기 제1 도파기의 전면에 절연체에 의해 상기 제1 도파기로부터 λ/4 떨어져 설치된 제2 도파기로 이루어져 수평복사 빔 폭을 좁혀서 인접 섹터간의 간섭을 최소화할 수 있도록 된 것이다.

Description

이동통신용 6 섹터 안테나{SIX SECTOR ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION}

본 발명은 이동통신망의 기지국이나 중계국에 사용되는 섹터 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 섹터 안테나를 배열하여 한정된 주파수 자원 안에서 보다 많은 가입자들에게 서비스할 수 있는 이동통신망용 6 섹터 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 기지국 등에서 사용되는 안테나는 전방향성의 옴니 안테나나 지향성을 갖는 섹터 안테나로 구현될 수 있는데, 섹터 안테나는 복사소자와 반사판으로 이루어진 안테나를 지지대로 설치한 후 안테나 후방에 반사판이나 전파흡수체를 설치하여 일정 방향으로만 무선신호를 송수신할 수 있도록 되어 있다.

이러한 섹터 안테나는 빔 패턴 특성 및 지향 특성에 의하여 특정 지역에 있는 이동통신단말기와 통신할 수 있도록 되어 있는데, 종래의 이동통신 기지국이나 중계국의 안테나는 6개의 방향 섹터 안테나를 배치한 다중 섹터 안테나를 채택하여 한정된 주파수범위 내에서 팽창하는 가입자들을 수용하고 있다.

그런데 종래의 6 섹터 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 각 단일 섹터 안테나의 복사소자 기판(10)이 절연 지지대에 의해 일정간격을 두고 반사판(12에 고정되어 있으며, 복사소자 기판(10)에는 2열로 복사소자들(A1~An,A1'~An')이 +45°혹은 -45°방향으로 경사지게 형성되어 있어 전체적으로 직경이 커져서 공간을 많이 차지하고, 제조 비용도 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 단일 섹터 안테나의 복사소자를 1열로 구성하고 복사소자 전면에 도파기를 부착하여 수평복사 빔폭을 좁혀서 인접 섹터 간의 간섭을 최소화한 이동통신용 6 섹터 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는, 6개의 단일 섹터 안테나가 원형으로 균등하게 배치되어 이루어진 6 섹터 안테나에 있어서, 상기 각 단일 섹터 안테나는 반사판; 상기 반사판의 전면에 λ/4 떨어져 수평으로 1열, 수직으로 다단 배치된 복사소자; 상기 복사소자의 전면에 절연체에 의해 상기 복사소자로부터 λ/4 떨어져 설치된 제1 도파기; 및 상기 제1 도파기의 전면에 절연체에 의해 상기 제1 도파기로부터 λ/4 떨어져 설치된 제2 도파기로 이루어져 수평복사 빔 폭을 좁혀서 인접 섹터간의 간섭을 최소화할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

상기 복사소자와 상기 제1 도파기와 상기 제2 도파기는 사각형이나 원형의 금속판형으로 이루어지고, 상기 복사소자는 4개의 급전점을 구비하여 급전 방법에 따라 복사편파를 ±45°방식 또는 0°및 90°방식, 좌회전편파 및 우회전편파로 다양하게 구현할 수 있다.

또한 상기 복사소자는 기존 다이폴 복사소자로 구성한 ±45°형 또는 0°, 90°형이고, 기존 다이폴 복사소자의 전면에 상기 제1 도파기와 상기 제2 도파기를 각각 λ/4 이하가 되게 부가하여 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 6 섹터 안테나는 복사소자를 수평으로는 1열, 수직으로는 다단으로 구성함과 아울러 복사소자의 전면에 도파기를 부착하여 수평 빔 폭을 좁힘으로써 인접하는 섹터 안테나와의 간섭을 최소화하고, 안테나의 직경을 줄임으로써 부피와 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 종래의 섹터 안테나는 빔 패턴이 원형에 가까워 인접하는 섹터와의 간섭이 많았으나 본 발명의 섹터 안테나는 빔 패턴이 부채꼴 모양이어서 섹터 간의 간섭을 최소화할 수 있고, 종래에는 기계적인 틸트 방식으로 운영하였으나 본 발명의 섹터 안테나는 전기적인 가변 틸트를 사용하여 운용이 용이한 장점이 있다.

그리고 본 발명의 섹터 안테나는 복사소자와 도파소자를 원형으로 함으로써 원편파(좌회전편파, 우회전편파)의 축비를 개선하였고, ±45° 2중 편파도 가능하다.

도 1은 종래의 6 섹터 안테나에 사용되는 단일 섹터 안테나의 예,
도 2는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나가 설치된 기지국(중계국)을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 저면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 정면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 측면도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 평면도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 복사소자의 급전점을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원형 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 자세하게 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복사소자의 급전점을 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 수평 복사 패턴도,
도 13은 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 수직 복사 패턴도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나가 설치된 중계국을 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 6 섹터 안테나가 설치된 중계국(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 도심내 고층빌딩(201) 옥상에 설치되어 있는 옥탑(202) 위에 중계기 함체(204)와 6 섹터 안테나(100)가 함께 설치되어 있고, 원거리 기지국과는 광케이블을 통해 연결되어 서비스하는 장치이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 섹터 안테나가 설치된 중계국(200)은 첨부에 피뢰침(206)이 설치되어 있는 방습커버(205)의 내부에 6 섹터 안테나(100)가 위치하고 있고, 6 섹터 안테나(100)의 바로 밑에는 문(207)이 설치된 함체(204; 쉘터)가 있으며, 함체(204)는 건물 옥탑(202)에 설치되어 광케이블을 통해 기지국으로 신호를 전송하도록 되어 있다. 옥탑(202)에는 계단(203)이 설치되어 유지보수를 위해 운영자가 쉽게 접근할 수 있도록 되어 있고, 함체(204) 안에는 6개의 중계기(220: α,β,γ,α',β',γ')와 광변환 전송장치(210)가 있으며, 중계기(220)는 HPA, RRH, LNA, U/C, D/C 등을 구비하고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 측면도로서, (a)는 복사소자가 사각형인 경우이고, (b)는 복사소자가 원형인 경우이며, 도 4는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 저면도이다.

본 발명에 따른 6 섹터 안테나(100)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 건물의 옥상이나 철탑 상부 등에 받침대를 설치한 후 6 방향의 섹터 안테나를 설치하기 위한 6 각형의 지지구조물을 받침대에 고정하고, 6 각형의 지지구조물에 6개의 섹터 안테나(100-1~100-6)를 6방향으로 각각 설치한 구조로 되어 있다. 이때 6 섹터 안테나(100)는 방습커버(205)에 의해 보호되는 구조이다.

본 발명에 따른 6 섹터 안테나를 구성하는 각 단일 섹터 안테나(100-1~100-6)는 모두 동일한 구조로 되어 있기 때문에 이하에서는 하나의 섹터 안테나만을 자세히 설명한다.

제1 실시예(사각형)

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 정면도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 측면도이며, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 상세하게 도시한 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 복사소자의 급전점을 도시한 도면이다.

제1실시예의 단일 섹터 안테나(100-1)는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 직사각형의 평판에 양측으로 측벽이 경사지게 돌출된 형상의 알루미늄판으로 이루어진 반사판(102)의 중앙에 사각형의 복사소자들(110)이 일렬로 배열된 구조로 되어 있는데, 평판은 복사소자(110)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사시키는 반사판 기능을 하고, 양 측판은 인접한 섹터 안테나와의 전파 간섭을 차폐하기 위한 차폐판 기능을 하고 있다.

복사소자(110)는 절연체(104)에 의해 반사판(102)으로부터 대략 λ/4 떨어져 위치하고 있고, 복사소자(110)의 전면에는 절연체(104)에 의해 복사소자(110)로부터 대략 λ/4 떨어져 제1 도파기(120)가 위치하고 있으며, 제1 도파기(120)의 전면에는 절연체(104)에 의해 제1 도파기(120)로부터 대략 λ/4 떨어져 제2 도파기(130)가 위치하고 있다. 따라서 도파기(120,130)에 의해 수평복사 빔 폭을 좁혀서 인접 섹터간의 간섭을 최소화할 수 있다.

그리고 복사소자(110)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 급전 커넥터(105)를 거쳐 급전 케이블(106)에 의해 4개의 급전점(S1~S4)에서 급전되는데, 각 급전점(S1~S4)에는 급전선 결합기(108)가 형성되어 커플링 방식으로 급전하도록 되어 있다. 따라서 4개의 급전점(S1~S4)에 급전하는 방법에 따라서 2중 편파방식, 수직.수평 복사 방식, +45°.-45° 복사 방식, 좌회전편파.우회전편파 방식 등 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 복사소자(110)가 사각 금속판형으로 이루어진 것을 예로들어 설명하였으나 본 발명은 복사소자(110)를 기존 다이폴 복사소자로 구성한 ±45°형 또는 0°,90°형에 제1 도파기(120)와 제2 도파기(130)를 각각 λ/4 이하가 되게 부가하여 구성할 수도 있다. 즉, 기존의 복사소자 위에 제1 도파기(120)와 제2 도파기(130)를 구성하여 수평복사 빔 폭을 좁혀서 전술한 실시예와 동일하게 구현할 수 있다.

제 2 실시예(원형)

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 6 섹터 안테나의 단일 섹터를 자세하게 도시한 도면으로서 (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복사소자의 급전점을 도시한 도면이다.

앞서의 제1 실시예에서는 복사소자의 형상이 사각형인 것을 예로 들어 설명하였으나 본 발명의 제2 실시예에서는 복사소자의 형상이 원형인 것을 예로 들어 설명한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 실시예의 단일 섹터 안테나(300-1)는 직사각형의 평판에 양측으로 측벽이 경사지게 돌출된 형상의 알루미늄판으로 이루어진 반사판(302)의 중앙에 원형의 복사소자들(310)이 일렬로 배열된 구조로 되어 있는데, 평판은 복사소자(310)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사시키는 반사판 기능을 하고, 양 측판은 인접한 섹터 안테나와의 전파 간섭을 차폐하기 위한 차폐판 기능을 하고 있다.

원형의 복사소자(310)는 절연체(104)에 의해 반사판(302)으로부터 대략 λ/4 떨어져 위치하고 있고, 복사소자(310)의 전면에는 절연체(104)에 의해 복사소자(310)로부터 대략 λ/4 떨어져 제1 도파기(320)가 위치하고 있으며, 제1 도파기(320)의 전면에는 절연체(104)에 의해 제1 도파기(320)로부터 대략 λ/4 떨어져 제2 도파기(330)가 위치하고 있다. 따라서 도파기(320,330)에 의해 수평복사 빔 폭을 좁혀서 인접 섹터간의 간섭을 최소화할 수 있다.

또한 복사소자(310)는 도 11에 도시된 바와 같이, 4개의 급전점(S1~S4)을 갖고 있으며, 각 급전점(S1~S4)에는 급전 결합기(308)를 통해 커플링되어 있다. 따라서 4개의 급전점(S1~S4)에 급전하는 방법에 따라서 2중 편파방식, 수직.수평 복사 방식, +45°.-45° 복사 방식, 좌회전편파.우회전편파 방식 등 다양하게 구성할 수 있다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 섹터 안테나는 복사소자(310)와 도파소자(320,330)를 원형으로 함으로써 원편파(좌회전편파, 우회전편파)의 축비를 개선하였고, ±45° 2중 편파도 가능하다.

도 12는 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 수평 복사 패턴도이고, 도 13은 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 수직 복사 패턴도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 6 섹터 안테나(100)의 수평 복사 패턴은 빔 폭이 좁아 인접하는 섹터와의 간섭이 최소화되고, 수직 복사 패턴은 근거리(저앙각)는 고이득이고 원거리(수평이상)는 저이득이 되어 다른 인접 중계국과의 간섭이 최소화된 것을 알 수 있다. 이 저앙각 고이득 복사는 각 소자들에 급전하는 위상변위를 케이블 길이만으로 위상 변위하여 기존 위상 가변형보다 손실이 적고, 가격도 저렴하게 하여, 저앙각 위상 가변없이 운영이 편하게 한 것이다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 6 섹터 안테나 100-1~100-6: 단일 섹터 안테나
102,302: 반사판 104: 절연체
105: 급전 커넥터 108: 급전 결합기
106: 급전선 110,310: 복사소자
120,320: 제1 도파기 130,330: 제2 도파기
200: 중계국 201: 빌딩
202: 옥탑 203: 계단
204: 함체 205: 방습커버
206: 피뢰침 207: 문

Claims (4)

1. 6개의 단일 섹터 안테나가 원형으로 균등하게 배치되어 이루어진 6 섹터 안테나에 있어서,
   상기 각 단일 섹터 안테나는
   반사판;
   상기 반사판의 전면에 λ/4 떨어져 수평으로 1열, 수직으로 다단 배치된 복사소자;
   상기 복사소자의 전면에 절연체에 의해 상기 복사소자로부터 λ/4 떨어져 설치된 제1 도파기; 및
   상기 제1 도파기의 전면에 절연체에 의해 상기 제1 도파기로부터 λ/4 떨어져 설치된 제2 도파기로 이루어져
   수평복사 빔 폭을 좁혀서 인접 섹터간의 간섭을 최소화할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이동통신용 6 섹터 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 복사소자와 상기 제1 도파기와 상기 제2 도파기는
   사각형이나 원형의 금속판형으로 이루어지고, 상기 복사소자는 4개의 급전점을 구비하여 급전 방법에 따라 복사편파를 ±45°방식 또는 0°및 90°방식, 좌회전편파 및 우회전편파로 다양하게 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동통신용 6 섹터 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 복사소자는
   기존 다이폴 복사소자로 구성한 ±45°형 또는 0°,90°형이고,
   기존 다이폴 복사소자의 전면에 상기 제1 도파기와 상기 제2 도파기를 각각 λ/4 이하가 되게 부가하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신용 6 섹터 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 안테나는
   저앙각 고이득 빔 틸트 전파 복사하기 위하여 수직 다단으로 배열한 복사소자에 위상 변위 공급함에 있어서 각각의 급전 케이블만으로 길이 조정하여 저앙각 고이득되게 한 것을 특징으로 하는 이동통신용 6 섹터 안테나.
   
   
   

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