KR101281782B1 - 지향성이 향상된 다차원 편파 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지향성이 향상된 다차원 편파 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)의 사용으로 지향성을 증가시킨 다차원 편파 안테나 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 혼 안테나(horn antenna)와 반사기(reflector)를 다차원(N차원) 편파에 확장함으로써 지향성이 향상됨과 함께 무선 채널 용량의 증대를 극대화하는 안테나 시스템을 제공한다.

Description

지향성이 향상된 다차원 편파 안테나{Multi-dimension polarization antenna with improved directivity}
본 발명은 지향성이 향상된 다차원 편파 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혼 안테나(horn antenna)와 반사기(reflector)의 사용으로 지향성을 증가시킨 다차원 편파 안테나 시스템에 관한 것이다.
스마트 폰 사용의 대중화로 이동통신에서 데이타 트래픽의 폭증을 해결하기 위해 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 그러한 시도 중의 하나가 편파 안테나를 사용하여 무선 채널의 용량을 증가시키는 것이다. 편파 안테나의 종류로는 수직 편파 안테나, 수평 편파 안테나, 원형 편파 안테나 등이 있다. 채널 용량을 증가시키기 위해 수직 및 수평 편파 안테나를 2차원이상으로 확장하는 것 이외에 전기장 다이폴(dipole) 및 자기장 루프 안테나를 혼합하여 사용하는 방법 등이 있다. 이와 같은 방법들은 안테나들 간의 간섭(interference)으로 인한 잡음 증가로 무선채널의 용량을 효과적으로 증가시키기에 많은 문제점을 갖고 있다.
도 1에는, 현재 개시되어 있는 3차원 전기장 다이폴(dipole) 편파 안테나가 도시되어 있다. 이들 유형의 편파 안테나는 각 안테나 간의 간섭으로부터 발생되는 교차 편파(cross-polarization)로 인하여 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 혼 안테나(horn antenna)와 반사기(reflector)를 사용하여 지향성을 증가시키는 방안이 제안되었다. 그러나 제안된 방안은 수직 편파와 수평편파에 제한되어 있어 한계를 갖고 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 다차원(N차원) 편파에 확장함으로써 지향성이 향상됨과 함께 무선 채널 용량의 증대를 극대화하는 안테나 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 송신단의 다차원 편파 안테나는, 서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 가진 신호 빔(beam)을 발생시키는 다수의 혼 안테나(horn antenna)로 구성된 혼 어레이 안테나(horn array antenna); 및 상기 혼 어레이 안테나에서 방사된 신호 빔을 반사시켜 수신단으로 송신하는 반사기(reflector)를 포함하고, 상기 반사기에서 반사된 신호 빔은, 평행하게 지향성(directivity)을 유지하면서 수신단으로 송신되며, 상기 다수의 혼 안테나(horn antenna)에서 송신하는 신호 빔은, 각각 독립적인 무선 신호 채널을 형성하고, 상기 혼 어레이 안테나에 입력되는 신호들은 전송 채널들의 독립성을 유지하기 위해 수직, 수평 편파 및 다차원 편파의 속성을 갖도록 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수신단의 다차원 편파 안테나는, 서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 가진 신호 빔(beam)을 수신하는 다수의 혼 안테나(horn antenna)로 구성된 혼 어레이 안테나(horn array antenna); 및 송신단으로부터 송신된 신호 빔을 반사시켜 상기 혼 어레이 안테나로 전달하는 반사기(reflector)를 포함하고, 상기 반사기에서 반사된 신호 빔은, 서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 유지하면서 상기 혼 어레이 안테나의 각 혼 안테나로 전달되며, 상기 다수의 혼 안테나(horn antenna)에서 수신하는 신호 빔은, 각각 독립적인 무선 신호 채널을 형성하고, 상기 혼 어레이 안테나로 전달되는 신호들은 전송 채널들의 독립성을 유지하기 위해 수직, 수평 편파 및 다차원 편파의 속성을 갖도록 구성된다.
삭제
상기 반사기는 파라볼라(parabola) 형 반사기인 것이 바람직하다.
상기 혼 안테나는, 자기파를 억제하고 상하진동의 전기파만을 방사하거나 흡수하는 E-플레인 형(E-plane type) 혼 안테나일 수 있다.
상기 혼 안테나는, 전기파를 억제하고 수평진동의 자기파만을 방사하거나 흡수하는 H-플레인 형(H-plane type) 혼 안테나일 수 있다.
본 발명에 의하면, 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 다차원(N차원) 편파에 확장함으로써 지향성이 향상됨과 함께 무선 채널 용량의 증대를 극대화하는 안테나 시스템을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 현재 개시되어 있는 3차원 전기장 다이폴(dipole) 편파 안테나를 도시한 도면.
도 2는 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 이용한 송신단의 다차원 편파 안테나를 도시한 도면.
도 3은 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 이용한 수신단의 다차원 편파 안테나를 도시한 도면.
도 4는 E-플레인 형 혼 안테나와 H-플레인 형 혼 안테나를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 이용한 송신단의 다차원 편파 안테나를 도시한 도면이다.
송신단에서 서로 독립적인 채널을 형성하는 다차원 편파 채널은 다수의 혼 안테나로 구성된 혼 어레이 안테나(210)를 통해 빔(beam)(21)이 형성된다. 본 도면의 실시예에서는 9개의 혼 안테나로 9개의 채널을 형성하는 혼 어레이 안테나(210)가 도시되어 있다. 강한 지향성(directivity)에 의해 서로 간섭을 일으키지 않는 각 채널별 독립적인 빔(21)들은 혼 어레이 안테나(horn array antenna)(210)를 통해 방사되어 파라볼라 반사기(parabola reflector)(220)에서 지향성(directivity)을 유지하면서 반사되어 송신된다(22). 도면을 참조하면, 파라볼라 반사기(220)에서 반사된 각 채널별 신호 빔(beam)(22)은 서로 평행하게 지향성을 유지하며 수신단으로 송신된다. 이러한 지향성 성질을 이용하여, 파라볼라 반사기(220)는 이동전화 기지국 간의 무선통신에 이용된다. 예를 들어, 일정 거리 떨어져 있으나 중간에 장애물이 없는 두 기지국 간의 무선통신(LoS, line of sight)에 있어서, 파라볼라 반사기(220)의 이러한 지향성 성질은 매우 유용하게 이용된다. 즉, 파라볼라 반사기(220)는 지향성을 향상시키는 웨이브 가이드(wave guide)로 사용된다.
혼 어레이 안테나(210)에 입력되는 신호들은 전송 채널들의 독립성을 최대로 유지하기 위해 수직/수평(vertical/horizontal) 편파 및 다차원 편파의 속성을 갖도록 한다.
도 3은 혼 어레이 안테나(horn array antenna)와 반사기(reflector)를 이용한 수신단의 다차원 편파 안테나를 도시한 도면이다.
도 2의 송신단과 대응하는 도 3의 수신단에서는, 송신단의 파라볼라 반사기(220)에서 반사되어 송신된 지향성을 가진 편파 신호(32)를 수신하여, 수신 파라볼라 반사기(parabola reflector)(320)에서 반사(31)하여 다수의 혼 안테나로 구성된 혼 어레이 안테나(310)에서 수신하도록 한다. 즉, 수신 파라볼라 반사기(parabola reflector)(320)는, 서로 평행하며 지향성을 유지한 신호 빔(32)을 수신하여 서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 유지하면서 상기 혼 어레이 안테나(310)의 각 혼 안테나로 각 채널별 신호빔(31)을 전달하게 된다. 이로부터, 지향성을 가지고 서로 간섭을 일으키지 않는 독립적인 편파 신호들이 상호간섭(mutual coupling) 없이 수신되고 복원될 수 있게 된다.
도 4는 E-플레인 형 혼 안테나(410)와 H-플레인 형 혼 안테나(420)를 도시한 도면이다.
혼 안테나는 E-플레인 형(E-plane type) 혼 안테나(410) 또는 H-플레인 형(H-plane type)혼 안테나(420)으로 구현될 수 있다. E-플레인 형 혼 안테나(410)는 자기파 H를 최대한 억제하여 전기파 E로만 구성된, 상하 진동파를 방사하게 되며, 반대로 H-플레인 형 혼 안테나(420)는 전기파 E를 최대한 억제하여 자기파 H로만 구성된, 수평 진동파를 방사하게 된다.
이러한 설계를 확장시켜, E-플레인 형(E-plane type) 또는 H-플레인 형(H-plane type)의 다수의 혼 안테나를 이용하여 다차원(N차원) 편파 안테나를 혼 어레이 안테나로써 설계할 수 있는데, 이는 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 바와 같다.
210: 송신단 혼 어레이 안테나 220: 송신단 파라볼라 반사기
21: 송신단 혼 어레이 안테나에서 방사되는 신호 빔(beam)
22: 송신단 파라볼라 반사기에서 반사된 신호 빔(beam)
310: 수신단 혼 어레이 안테나 320: 수신단 파라볼라 반사기
31: 수신단 혼 어레이 안테나에서 방사되는 신호 빔(beam)
32: 수신단 파라볼라 반사기에서 반사된 신호 빔(beam)
410: E-플레인 형 혼 안테나 420: H-플레인 형 혼 안테나

Claims (8)

  1. 송신단의 다차원 편파 안테나로서,
    서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 가진 신호 빔(beam)을 발생시키는 다수의 혼 안테나(horn antenna)로 구성된 혼 어레이 안테나(horn array antenna); 및
    상기 혼 어레이 안테나에서 방사된 신호 빔을 반사시켜 수신단으로 송신하는 반사기(reflector)
    를 포함하고,
    상기 반사기에서 반사된 신호 빔은,
    평행하게 지향성(directivity)을 유지하면서 수신단으로 송신되며,
    상기 다수의 혼 안테나(horn antenna)에서 송신하는 신호 빔은,
    각각 독립적인 무선 신호 채널을 형성하고,
    상기 혼 어레이 안테나에 입력되는 신호들은 전송 채널들의 독립성을 유지하기 위해 수직, 수평 편파 및 다차원 편파의 속성을 갖도록 구성되는 것
    을 특징으로 하는 다차원 편파 안테나.
  2. 수신단의 다차원 편파 안테나로서,
    서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 가진 신호 빔(beam)을 수신하는 다수의 혼 안테나(horn antenna)로 구성된 혼 어레이 안테나(horn array antenna); 및
    송신단으로부터 송신된 신호 빔을 반사시켜 상기 혼 어레이 안테나로 전달하는 반사기(reflector)
    를 포함하고,
    상기 반사기에서 반사된 신호 빔은,
    서로 간섭을 일으키지 않도록 지향성(directivity)을 유지하면서 상기 혼 어레이 안테나의 각 혼 안테나로 전달되며,
    상기 다수의 혼 안테나(horn antenna)에서 수신하는 신호 빔은,
    각각 독립적인 무선 신호 채널을 형성하고,
    상기 혼 어레이 안테나로 전달되는 신호들은 전송 채널들의 독립성을 유지하기 위해 수직, 수평 편파 및 다차원 편파의 속성을 갖도록 구성되는 것
    을 특징으로 하는 다차원 편파 안테나.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사기는
    파라볼라(parabola) 형 반사기인 것
    을 특징으로 하는 다차원 편파 안테나.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 혼 안테나는,
    자기파를 억제하고 상하진동의 전기파만을 방사하거나 흡수하는 E-플레인 형(E-plane type) 혼 안테나인 것
    을 특징으로 하는 다차원 편파 안테나.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 혼 안테나는,
    전기파를 억제하고 수평진동의 자기파만을 방사하거나 흡수하는 H-플레인 형(H-plane type) 혼 안테나인 것
    을 특징으로 하는 다차원 편파 안테나.
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