KR101335701B1 - 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 - Google Patents

이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 Download PDF

Info

Publication number
KR101335701B1
KR101335701B1 KR1020120016906A KR20120016906A KR101335701B1 KR 101335701 B1 KR101335701 B1 KR 101335701B1 KR 1020120016906 A KR1020120016906 A KR 1020120016906A KR 20120016906 A KR20120016906 A KR 20120016906A KR 101335701 B1 KR101335701 B1 KR 101335701B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polarization
phase
circular
polarization component
radiation
Prior art date
Application number
KR1020120016906A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130095460A (ko
Inventor
박용현
임명섭
송준성
김강석
Original Assignee
(주)하이게인안테나
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)하이게인안테나 filed Critical (주)하이게인안테나
Priority to KR1020120016906A priority Critical patent/KR101335701B1/ko
Publication of KR20130095460A publication Critical patent/KR20130095460A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101335701B1 publication Critical patent/KR101335701B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/28—Arrangements for establishing polarisation or beam width over two or more different wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 수직편파, ±45도 편파, 원형 편파(좌회전 편파, 우회전 편파) 등 다양한 편파를 동시에 서비스할 수 있는 다중대역 다중편파 가변 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들; 소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및 급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하여 수직편파, ±45도 편파, 원형편파를 동시에 구현할 수 있으며, 복사소자인 다이폴은 원형 또는 8각형으로 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나는 다중 편파 원리를 이용하여 차세대 고속 데이터 전송에 핵심적인 기능을 할 것으로 기대된다. 또한 본 발명에 따른 안테나는 원형 편파를 구현함으로써 망 커버리지 향상에 도움이 될 수 있다.

Description

이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나{Multi-band And Multi-Polarization of Adjustable Antenna for Mobile communication}
본 발명은 이동통신용 기지국 또는 중계국에 적용되는 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직편파, ±45도 편파, 원형 편파(좌회전 편파, 우회전 편파) 등 다양한 편파를 동시에 서비스할 수 있는 다중대역 다중편파 가변 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 기지국 또는 중계기 안테나는 수직편파 안테나나 ±45도 편파 안테나, 원형편파 안테나 중 어느 하나로 구현되어 고정 편파 형태로 주로 서비스를 하고 있다. 수직편파 안테나는 안테나의 내부 복사소자인 다이폴이 수직형태로 배열된 것이고, ±45도 편파 안테나는 다이폴이 ±45도 형태로 즉, 크로스(cross) 형태로 배열된 것이며, 원형편파 안테나는 복사소자의 전계 성분이 ±90도 위상차를 가져 편파성분이 좌회전 편파 또는 우회전 편파로 배열된 안테나를 의미한다.
이와 같은 고정 편파 성분의 안테나는 각각의 독립적인 편파를 유지하여 서비스를 제공하는데, 안테나 내부의 복사소자 특성상 통합된 기능을 제공하기 어려워 동시에 여러 편파를 서비스하지 못하였다. 특히, 이동통신 환경에서는 고층 건물이나 빌딩, 철탑 등 다중경로 페이딩으로 인해 건물 하단부나 밀집 주택지역에는 어느 정도의 음영지역이 발생되고 있으나, 종래의 독립적인 편파 형태로는 더이상 서비스할 수 없는 한계에 도달하였다. 또한 통신기술의 고도화에 따라 다양한 편파를 동시에 서비스 할 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 형태의 안테나가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 기지국용 서비스 안테나나 중계국용 안테나를 다양한 편파로 대체 즉, 수직편파, ±45도 편파, 원형편파 방식으로 구현하여 MIMO 성능을 제공함으로써 기지국 망 운용의 효율성을 향상시키고, 차세대 고속 데이터 통신 서비스에 적합한 이동통신 기지국 또는 중계국용 다중대역 다중편파 가변 안테나를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들; 소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및 급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하여 수직편파, ±45도 편파, 원형편파를 동시에 구현할 수 있으며, 복사소자인 다이폴은 원형 또는 8각형으로 구현할 수 있다.
상기 다수의 복사소자들은 저대역 복사소자와, 고대역 복사소자로 구분되고, 상기 저대역 복사소자는 반사판의 전면에 돌출되는 원판형으로 된 1차 복사소자와, 상기 1차 복사소자의 전면에 돌출되어 도파기 기능을 하는 원형의 기생소자로 구성되고, 상기 1차 복사소자와 상기 기생소자의 간격은 0.1λ ~ 0.5λ인 것이다.
상기 편파성분 발생부는 디지털 스위치와, 마이크로스트립 위상제어기와, 고정형 케이블 급전선 중 어느 하나로 구현되고, 상기 디지털 스위치는 3-bit FET로 구성되며, 상기 마이크로스트립 위상 제어기는 고정 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 고정 위상제어 유전체와, 이동 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 이동 위상제어 유전체로 이루어지고, 상기 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터와 연결되는 입력선로가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터와 연결되는 출력선로들이 형성되어 있으며, 입력선로와 출력선로는 이동 위상제어 유전체의 패턴을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라지는 것이다.
본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나는 다중 편파 원리를 이용하여 차세대 고속 데이터 전송에 핵심적인 기능을 할 것으로 기대된다. 즉, 종전의 독립적인 단일 편파로는 향후 데이터 전송속도를 증가시키는데 한계가 있기 때문에, 본 발명에 따라 하나의 안테나에 다중 편파를 구현하여 전송속도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 안테나는 원형 편파를 구현함으로써 망 커버리지 향상에 도움이 될 수 있다. 즉, 원형편파 자체가 회절 성분을 이용하기 때문에 음영지역 또는 밀집지역에서 회절에 의한 수신 성능의 향상이 가능하다.
그리고 종래에는 원형 편파를 구현하기 위해서는 하이브리드(Hybrid) 형태의 캐비티드 형태로 안테나 내외부에 장착하는 구조였지만, 본 발명의 MIMO 안테나는 내부의 복사소자 단에서 원형편파를 구현한 형태로서, 구조 및 성능 면에서도 우수하며, 안테나 내부의 멀티 편파 구현도 비교적 간단하게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 배면도,
도 4는 도 1에 도시된 저대역 복사소자를 확대한 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 저대역 복사소자의 측면도,
도 6은 도 1에 도시된 저대역과 고대역 복사소자를 확대한 정면도,
도 7은 도 6에 도시된 저대역과 고대역 복사소자의 측면도,
도 8은 본 발명이 적용된 이동통신용 기지국 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도,
도 9는 도 8에 도시된 디지털 스위치의 구성 블럭도,
도 10은 도 9에 도시된 디지털 스위치의 회로도,
도 11은 도 8에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기의 설치 예,
도 12는 도 8에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기 조립체를 도시한 도면,
도 13은 도 12에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기의 유전체를 도시한 도면,
도 14는 본 발명에서 위상 변위에 따른 유전체 이동 예를 도시한 평면도,
도 15는 본 발명에서 위상 변위에 따른 유전체 이동 예를 도시한 측면도,
도 16은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나의 변형 예이다.
본 발명은 기지국 또는 중계국용 서비스 안테나에 적용되는 독립적인 편파를 수직편파, ±45도 편파, 원형편파를 동시에 구현하는 기술사상으로서, 본 발명의 구체적인 기술사상은 아래 실시예를 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 아래 예는 단지 설명을 위한 실시예에 불과하며, 발명을 범위를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 기지국용 다중대역 다중편파 가변 안테나를 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 배면도이다.
본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 반사판(102)의 전면에 저역 복사소자(110)와 고역 복사소자(120)가 각각 혹은 함께 설치되어 수직으로 1열로 배열되어 있는데, 저역 복사소자(110)는 4개의 급전부로 급전되는 1차 복사소자(111)와, 도파기 역할을 하는 기생소자(112)로 구성되고, 고역 복사소자(120)는 두 개의 서로 다른 편파가 크로스(cross) 형태로 복사된다. 고역 복사소자(120)의 도전체는 PCB 형태로 이루어지며, 급전 형태는 동축 케이블을 이용한 급전선을 사용한다.
본 발명의 실시예에서 저역 복사소자(110)는 원형 형태로서 원형 편파로 구현하기 쉬운 형상으로 이루어져 있다. 원형 편파는 일반적으로 직교상태 2개의 복사소자에 각기 다른 편파를 90도 위상차로 합성하여 원편파 성분을 만들게 된다. 본 발명이 적용된 이동통신 기지국용 다중대역 다중편파 가변 안테나(100)는 원형 형태의 복사소자를 기지국이나 중계국용으로 사용하며, 원형편파의 특수성인 회절 성능을 극대화할 수 있도록 되어 있다.
본 발명이 적용된 안테나의 반사판(102) 후면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 저역 위상 변위기(206), 고역 위상 변위기(208), 저역 필터(202), 고역 필터(204)가 배치되어 있는데, 저역 위상 변위기(206)는 도 1에서 나열된 저역 복사소자(110)를 전기적으로 상향 또는 하향으로 틸트시킬 수 있는 위상 변위 장치이다. 고역 위상 변위기(208)는 도 1에서 나열된 고역 복사소자(120)를 전기적으로 상향 또는 하향으로 틸트시킬 수 있는 위상 변위장치이다. 도 3의 저역 필터(202)은 고역 성분을 차폐시키는 역할을 하며, 고역 필터(204)은 저역 성분을 차폐시키는 역할을 한다.
도 4는 도 1에 도시된 저대역 복사소자를 확대한 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 저대역 복사소자의 측면도이다.
본 발명에 따른 저대역 복사소자(110)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 복사소자 지지대(20)에 의해 반사판(102)의 전면으로 돌출되는 원형의 1차 복사소자(111)와, 1차 복사소자(111)의 전면에 복사소자 지지대(20)에 의해 지지되는 기생소자(112)로 이루어지고, 1차 복사소자(111)는 4개의 급전부(P1~P4)를 통해 급전되어 수직편파, 원형편파, ±45편파를 구현할 수 있다. 1차 복사소자(111)는 도전체인 PCB 형태로 구현하거나, 금속 물체의 위상 급전부가 가능한 재질을 이용할 수 있고, 기생소자(112)도 마찬가지로 PCB 형태나 금속 물체의 전파 복사가 가능한 재질을 사용할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 1차 복사소자(111)는 복사소자 지지대(20)에 의해 반사판(102)에 지지되면서 케이블 유전체(12)와 임피던스 스터브(14)를 거쳐 각 급전부(P1~P4)로 급전된다. 또한 기생소자(112)는 1차 복사소자 높이의 0.1λ ~ 0.5λ 간격을 유지하여 임피던스 특성에 맞게 높이를 가변 조립하게 된다. 1차 복사소자(111)의 급전은 동축 케이블로 이루어지며, 1차 복사소자(111)와 연결된 부분은 유전체(12)가 어느 정도 탈피된 형태이고, 유전체 아래 임피던스 스터브(14)는 케이블 겉 실드와 결합하며, 임피던스 스터브(14)는 반사판(102)에 결합한 구조이고, 1차 복사소자(111)를 지지하는 지지대(20)의 재질은 유전율을 갖는다.
기생소자(112)의 크기는 임피던스 대역을 결정짓는 역할을 하게 되고, 복사 패턴의 빔폭을 결정짓는 역할을 하게 되며, 복사 패턴의 빔폭을 조정할 수 있는 기능을 갖게 된다. 기생소자(112)도 도 4의 정면도에서 처럼, 원형 형태로 구현되어 원형편파에 최적 구성을 하게 된다. 1차 복사소자(111)와 반사판(102)의 간격은 기생소자(112)와 유사하게 0.1λ ~ 0.5λ 간격을 가지며, 이를 가변함으로써 빔폭은 도 4의 각각의 위상 급전부의 간격에 따라 빔폭을 가변하는 중요한 역할을 가지게 된다. 임피던스 스터브(14)는 1차 복사소자(111)의 출력을 효율적으로 복사사키게 하는 임피던스 매칭 역할 즉, 임피던스 변화량을 담당하게 된다.
이러한 저대역 복사소자(110)는 내부의 전계 흐름을 분포시킬수 있는 0도 위상 급전부(P2,P4)와 90도 위상 급전부(P1,P3)를 통해 급전되어 위상 합성을 통해 원형 편파를 복사한다. 그리고 도 4의 90도 위상 급전부(P1)를 180도 위상 급전부로 변화시키면 원형편파가 아닌 선형 편파의 효과를 가지게 된다. 이들 위상을 구현하기 위해 스위칭을 이용하여 0도, 90도, 180도 위상을 설계할 수 있으며, 고정 형태의 위상을 사용하여 선형편파, 원형 편파를 구현할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 여러 가지 편파 조건을 성립하기 위하여 디지털 펄스 변화를 통한 위상 변화를 주는 스위칭 형태와, 마이크로스트립(microstrip) 형태의 급전선 선로를 통한 위상 변화를 주는 제어기 형태를 제시한다. 이와 같이 본 발명에서는 3가지 형태, 즉, 수직 편파, ±45편파, 원형 편파를 구현할 수 있다. 본 발명에서 편파를 구현하기 위한 3가지 방법은 고정형 케이블 위상 구현 방법과, 디지털 펄스 변화를 통한 위상 변화를 주는 스위칭 방식과, microstrip 형태의 급전선 선로를 이용한 위상 제어 방식, 및 고정형 케이블 위상 구현 방식이 있다.
도 6은 도 1에 도시된 저대역과 고대역 복사소자를 확대한 정면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 저대역과 고대역 복사소자의 측면도로서, 저역 복사소자(110)에 고역 복사소자(120)가 추가된 형태이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 고대역 복사소자(120)는 저역 복사소자(110)의 기생소자(112) 위에 구현한 형태이다. 고대역 복사소자(120)는 일반적인 복사소자의 역할을 하게 되면 ±45도 편파 성분을 갖게 된다. 복사소자의 형태도 본 발명에 포함된 형태로서, 비교적 대역을 넓게 커버할 수 있게 된다. 도 7의 고역 복사소자(120)는 급전선 케이블(16)에 의해 고역 위상 변위기(130)에 연결되어 입출력 RF의 송수신 역할을 하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 시스템(200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 저역 제한필터(202), 저역 위상변위기(206), 고역 제한 필터(204), 고역 위상변위기(208), 전력분배기(210), 각 복사소자들이 수직편파, ±45편파, 원편파를 생성할 수 있도록 편파신호를 생성하는 편파성분 발생부(250-1~250-n)로 구성된다.
도 8에서 복사소자(110&120)는 앞서 설명한 바와 같이 저역 복사소자(110)와 고역 복사소자(120)가 반사판(102)의 전면에 수직으로 배열된 형태이다. 복사소자 다음 단인 편파성분 발생부(250-1~250-n)는 디지털 스위치(220), 마이크로스트립(microstrip) 위상 제어기(230), 고정형 케이블 급전선(240)으로 이루어지며, 각각의 구체적인 구성은 다음에 설명하는 바와 같다.
[디지털 스위치 방식]
도 9는 도 8에 도시된 디지털 스위치의 구성 블럭도이고, 도 10은 도 9에 도시된 디지털 스위치의 회로도이다.
본 발명에 따라 편파성분을 발생하는 디지털 스위치(220)는 도 9에 도시된 바와 같이, RF단(228), 위상을 변화시켜주는 디지털 스위치단(221), 빔 틸트 페이즈 시프터(222), CPU(224), 스위치 제어부(227), 아날로그 디지털 변환부(223), 전원 공급을 위한 PSU(226)로 구성된다.
RF단(228)과 신호 처리부(222~227)는 보편적인 형태로 구현된 것이며, 본 발명의 편파 성분을 생성하게 되는 3가지 형태 중 하나인 디지털 스위치(221)가 핵심 역할을 하게 되며, 그 구체적인 회로는 도 10에 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 디지털 스위치(221)는 3-bit FET로 구성되며, 제 1위상 스위치(221a), 제 2위상 스위치(221b), 제 3위상 스위치(221c)는 각각의 제어신호에 의해서 0도, 45도, 90도, 180도의 위상을 출력하게 된다. 디지털 스위치(221)의 Q1, Q2, Q3는 DC 전원 공급원이며, C1, C2, C3는 제어 신호원이다. 여기에서 Q1, Q2, Q3의 DC 전원 공급은 ON, OFF 형태로 구성되며, ON일 경우 +3V, OFF일 경우 0V로 제어된다. 이때 스위치의 클럭 펄스 제어 신호는 다음 표 1에서와 같이 DC전원이 ON일 경우 1, OFF일 경우에는 0으로 정규화 하게 된다.
상기와 같은 구성으로 편파 성분을 발생하기 위한 디지털 스위치(221)의 동작 원리는 다음과 같다.
제1 위상 스위치(221a)는 제어신호(C1)에 의해서 Q1에 +3V 전원을 인가하여 45도 위상을 생성하게 된다. 이때, 제2 위상 스위치(221b)와 제3 위상 스위치(221c)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 45도의 위상이 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 45도 위상을 출력할 때의 펄스 제어 신호는 제1 위상스위치(221a)는 "1", 제2 위상스위치(221b)는 "0", 제3 위상스위치(221c)는 "0"으로 정규화하게 된다.
제 2 위상 스위치(221b)는 제어 신호(C2)에 의해서 Q2에 +3V 전원을 인가하여 90도 위상을 생성하게 된다. 이때 제 1 위상 스위치(221a)와 제 3 위상 스위치(221c)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 90도의 위상을 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 90도 위상을 출력 할때의 펄스 제어 신호는 제1 위상 스위치(221a)는 "0", 제2 위상 스위치(221b)는 "1", 제3 위상 스위치(221c)은 "0"으로 정규화하게 된다.
제 3 위상 스위치(221c)는 제어 신호(C3)에 의해서 Q3에 +3V 전원을 인가하여 180도 위상을 생성하게 된다. 이때 제 1 위상 스위치(221a)와 제 2 위상 스위치(221b)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 180도의 위상을 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 180도 위상을 출력 할때의 펄스 제어 신호는 제1 위상 스위치(221a)는 "0", 제2 위상 스위치(221b)는 "0", 제2 위상 스위치(221c)는 "1"로 정규화하게 된다.
디지털 스위치(221)에서 0도 위상을 맞추기 위해서는 제 1 위상 스위치(221a), 제 2 위상 스위치(221b), 제 3 위상 스위치(221c)의 Q1, Q2, Q3 전원 공급을 모두 OFF 상태로 놓으면, RF 입력단의 0도 위상 성분이 RF 출력단으로 그대로 통과하게 된다.
구분 제1 위상 스위치 제2 위상 스위치 제3 위상 스위치
0 0 0 0
45 1 0 0
90 0 1 0
180 0 0 1
상기에서 언급된 동작 원리에 의해 디지털 스위치(221)의 위상 변화와 복사소자 급전부에서 편파 생성은 다음 표2와 같다.
급전부 수직편파 수평편파 +45도 -45도 좌 원편파 우 원편파
P1 0° 0° 180° 90° 270°
P2 0°
P3 0° 180° 0° 0°
P4 0° 0°
디지털 스위치(221)는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)와 90도 위상 급전부(P3)에 연결되어 각각 독립적으로 동작하게 된다. 저역 복사소자(110)의 0도 위상 급전부(P2)와 0도 위상 급전부(P4)은 위상이 0도를 유지하게 된다.
45도 편파 생성 원리는 다음과 같다.
디지털 스위치(221)의 제 3 위상 스위치(221c)가 Q3의 전원 공급을 통해 180도의 위상을 발생시키고, RF 출력단으로 출력하게 된다. 출력된 신호는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)로 급전하게 된다. 이때 0도 위상 급전부(P2)는 위상이 0도이며, 두 개의 급전부가 합성되어 45도 편파가 형성된다.
다음으로 원형 편파의 생성 원리이다.
디지털 스위치(221)의 위상 스위치(221b)가 Q2의 전원 공급을 통해 90도 위상을 발생시키고, RF 출력단으로 출력하게 된다. 출력된 신호는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)로 급전하게 된다. 이때 0도 위상 급전부(P2)는 위상이 0도이므로, 두 개의 급전은 90도 위상차를 가지게 되며, 합성된 원형 편파를 갖추어 공간에 복사하게 된다. 위의 원형 편파에서 언급된 원리는 좌회전 원형 편파를 설명되었고, 우회전 원형 편파는 디지털 위상 스위치(221)의 제 2위상 스위치(221b)와 제 3 위상 스위치(221c)의 전원 공급 Q2, Q3 각각 +3V를 인가하여 동작을 수행 각각 90도, 180도 합성을 통하여 270도의 편파 성분을 얻게 되어 좌회전 편파의 반대 편파인 우회전 편파의 동작을 하게 된다.
상기에서 언급된 디지털 스위치(221)은 하나의 복사소자에 대한 실시예에 불과하기 때문에 여러개의 배열된 복사소자에 대해서는 각각의 디지털 위상 스위치(221)가 부착되어야 한다.
[마이크로 스트립 위상제어기]
도 11은 도 8에 도시된 마이크로 스트립(Microstrip) 위상 제어기의 설치예로서, 5개의 복사소자에 대응하여 5개가 설치된 예이고, 도 12는 도 8에 도시된 Microstrip 위상 제어기 조립체를 도시한 도면으로서, (a)는 Microstrip 위상 제어기 조립체의 평면도이고, (b)는 Microstrip 위상 제어기 조립체의 측면도이다. 또한 도 13은 도 12에 도시된 Microstrip 위상 제어기의 유전체를 도시한 도면으로서, (a)는 고정 위상제어 유전체이고, (b)는 이동 위상제어 유전체이다.
본 발명에 따라 다양한 편파성분을 발생하는 Microstrip 위상 제어기(230)는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, Microstrip 위상 제어 신호 모듈(231), 위상 구동 모듈(232), PCB 기어 고정기(233), PCB 구동 기어(234), PCB 지지 유전체(235), 이동 위상제어 유전체(236), 고정 위상제어 유전체(237), 위상 차폐체(238)로 구성된다.
고정 위상 제어 유전체(237)는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 고정 위상 제어 유전체 패턴(237a)이 형성되어 있고, 이동 위상제어 유전체(236)는 도 14의 (b)와 같이 이동 위상 제어 유전체 패턴(236a)이 형성되어 있다. 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터(C5,C6)와 연결되는 입력선로(L5,L6)가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터(C1~C4)와 연결되는 출력선로(L1~L4)들이 형성되어 있다. 그리고 입력선로(L5,L6)와 출력선로(L1~L4)는 이동 위상제어 유전체의 패턴(236a)을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라진다.
이와 같이 구성되는 Microstrip 위상 제어기(230)는 이동 위상제어 유전체(236)를 PCB 구동기어(234)로 이동시켜 위상을 가변시키는데, 기준점을 기준으로 이동 위상제어 유전체(236)와 고정 위상제어 유전체(237)의 결합 위치에 따라 위상이 다음 표3과 같이 변화되며, 이에 따른 편파 생성 원리를 설명하면 다음과 같다.
급전부 +45도 편파 -45도 편파 좌 원편파 우 원편파
P1 0% FWD 100% REV 100%
P2 0% FWD 100% REV 100%
P3 0% FWD 100% REV 100%
P4 0% FWD 100% REV 100%
도 14는 본 발명에서 Microstrip 위상 변위에 따라 이동된 유전체의 평면도이고, 도 15는 본 발명에서 Microstrip 위상 변위에 따라 이동된 유전체의 측면도이다.
먼저, 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)는 0도의 위상을 부여하게 되고, 90도 위상 급전 커넥터(C1)에 연결된다. 그리고 0도 위상 급전부(P2)는 90도 위상을 부여하게 되고, 0도 위상 급전 커넥터(C3)에 연결된다. 이렇게 두 개의 경로가 연결 합성됨으로써 90도의 위상차가 발생하며 원형편파를 생성하게 된다.
다음은 +45도 편파의 생성 과정이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 이동 위상제어 유전체(236)는 현재 0도를 기준으로 하고 있다. 이때 고정 위상 제어 유전체(237)는 항상 고정되어 있는 상태에서 이동 위상제어 유전체(236)가 왼쪽 진행 방향으로 구동하게 된다. 이때 고정 위상 제어 유전체(237)의 0도 위상 급전 선로(L3)은 항상 0도를 기준으로 하며, 90도 위상 급전선로(L1)은 0도 위상에서 270도의 위상 변화가 생긴다. 현재 이동 위상 제어 유전체(236)가 전체 이동 효율 100%중 75%를 이동하였으며, 고정 위상 제어 유전체(237)의 90도 위상 급전선로(L1)와 0도 위상 급전 선로(L3)의 위상 차이는 270도가 발생하게 된다. 상기에서도 언급한 바와 같이 90도 위상 급전부(P1)와 0도 위상 급전부(P2)는 90도의 위상 차이를 가지고 있기 때문에, 90도 위상 급전부(P1)와 90도 위상 급전 커넥터(C1)를 통과하여 90도 위상 급전 선로(L1)까지 합성하여 발생되는 유전체 위상은 270도 이다. 그리고 0도 위상 급전부(P2)와 0도 위상 급전 커넥터(C3)를 통과하여 0도 위상 급전 선로(L3)까지 합성하여 발생되는 유전체 위상은 90도이다. 이때 90도 위상 급전 선로(L1)는 동위상을 가지며, 0도 위상 급전 선로(L3)는 역위상을 가지므로 각각의 위상 차이는 180도 위상 차이가 발생하게 된다. 각각의 저역 복사소자(110)의 특수성상 180도 위상차이로 인한 정상적인 복사패턴이 형성하게 된다. 지금까지 설명된 사항은 +45도 편파에 관해 언급된 내용이다.
-45도 편파의 경우에는 90도 위상 급전 커넥터(C2)와 90도 위상 급전 선로(L2)에 연결되고, 0도 위상 급전 커넥터(C4)와 0도 위상 급전 선로(L4)가 연결되며, 상기 +45도 편파에서 언급된 바와 같이 동일하게 동작하게 된다.
한편, Microstrip 위상 제어기 구동 원리는 다음과 같다.
이동 위상 제어 유전체(236)는 PCB 기어 고정기(233)에 결합되며, PCB 기어 고정기(233c)는 PCB 구동 기어(234)에 맞물려 회전하며, 그 회전 원리에 의해 이동 위상 제어 유전체(236)가 동작하게 된다. Microstrip 위상 제어 모듈(231)는 위상 각의 움직임을 제어하게 되며, Microstrip 위상 구동 모듈(232)은 PCB 구동 기어(234)의 모터를 제어하는 역할을 수행하게 된다.
도 16은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나의 변형 예이다. 도 16을 참조하면, 변형 예의 경우는 도 1에서 도시된 다중편파 가변 안테나 전체 구성도와 유사한 형태이나 복사소자를 8각형 형태를 나타낸 것이다. 복사소자와 기생 소자 동시에 복사소자를 8각형 형태로 설계되어 빔의 패턴이나 임피던스 매칭에서 앞서의 실시예와 유사한 특성을 얻는다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명 되었으며, 기술 분야의 기본적인 지식을 가진 자라면 앞에서 언급된 다양한 형태 및 구성, 변형 등 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해 할 것이다.
12: 케이블 유전체 14: 임피던스 스터브
16: 금전 케이블 20: 복사소자 지지대
102: 반사판 110: 저대역 복사소자
111: 1차 복사소자 112: 기생소자
P2,P4: 0도 위상 급전부 P1,P3: 90도 위상 급전부
120: 고대역 복사소자 202: 저역필터
204: 고력필터 206: 저역 위상 변위기
208: 고역 위상 변위기 210: 전력분배기
220: 디지털 스위치 230: 마이크로스트립 위상 제어기
240: 고정형 케이블 급전선 250-1~250-n: 편파성분 발생부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들;
    소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및
    급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하고,
    상기 다수의 복사소자들은
    저대역 복사소자와, 고대역 복사소자로 구분되고,
    상기 저대역 복사소자는 반사판의 전면에 돌출되는 원판형으로 된 1차 복사소자와, 상기 1차 복사소자의 전면에 돌출되어 도파기 기능을 하는 원형의 기생소자로 구성되고,
    상기 1차 복사소자와 상기 기생소자의 간격은 0.1λ ~ 0.5λ 인 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.
  3. 삭제
  4. 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들;
    소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및
    급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하고,
    상기 편파성분 발생부는
    디지털 스위치와, 마이크로스트립 위상제어기와, 고정형 케이블 급전선 중 어느 하나로 구현되며
    상기 디지털 스위치는
    3-bit FET로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.
  5. 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들;
    소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및
    급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하고,
    상기 편파성분 발생부는
    디지털 스위치와, 마이크로스트립 위상제어기와, 고정형 케이블 급전선 중 어느 하나로 구현되며
    상기 마이크로스트립 위상 제어기는
    고정 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 고정 위상제어 유전체와, 이동 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 이동 위상제어 유전체로 이루어지고,
    상기 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터(C5,C6)와 연결되는 입력선로(L5,L6)가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터(C1~C4)와 연결되는 출력선로(L1~L4)들이 형성되어 있으며, 입력선로(L5,L6)와 출력선로(L1~L4)는 이동 위상제어 유전체의 패턴(236a)을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라지는 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.
KR1020120016906A 2012-02-20 2012-02-20 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 KR101335701B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120016906A KR101335701B1 (ko) 2012-02-20 2012-02-20 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120016906A KR101335701B1 (ko) 2012-02-20 2012-02-20 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130095460A KR20130095460A (ko) 2013-08-28
KR101335701B1 true KR101335701B1 (ko) 2013-12-04

Family

ID=49218794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120016906A KR101335701B1 (ko) 2012-02-20 2012-02-20 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101335701B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016098925A1 (ko) * 2014-12-17 2016-06-23 엘지전자 주식회사 편파 안테나 배열 구조를 통한 신호 전송 방법 및 송신기
CN106299687A (zh) * 2016-08-11 2017-01-04 摩比天线技术（深圳）有限公司 一体化多端口基站天线移相器馈电网络

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540775B (zh) * 2021-06-07 2022-08-05 北京邮电大学 一种多极化天线
KR102681977B1 (ko) * 2023-10-10 2024-07-04 이돈신 광대역 복사소자를 적용한 이동통신용 송수신 분리형 다중 다이버시티 안테나 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033348A (ko) * 2002-10-14 2004-04-28 주식회사 극동통신 자동 제어 위상 변위기
KR20050088753A (ko) * 2004-03-03 2005-09-07 주식회사 케이엠더블유 프로브 급전의 적층형 패치 방사소자가 어레이된 이중편파기지국 안테나 및 그의 제어 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033348A (ko) * 2002-10-14 2004-04-28 주식회사 극동통신 자동 제어 위상 변위기
KR20050088753A (ko) * 2004-03-03 2005-09-07 주식회사 케이엠더블유 프로브 급전의 적층형 패치 방사소자가 어레이된 이중편파기지국 안테나 및 그의 제어 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016098925A1 (ko) * 2014-12-17 2016-06-23 엘지전자 주식회사 편파 안테나 배열 구조를 통한 신호 전송 방법 및 송신기
CN106299687A (zh) * 2016-08-11 2017-01-04 摩比天线技术（深圳）有限公司 一体化多端口基站天线移相器馈电网络

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130095460A (ko) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220085520A1 (en) Multi-Band Access Point Antenna Array
CN107210541B (zh) 移动基站天线
JP3856835B2 (ja) 中央偏波制御装置を持った二重偏波配列アンテナ
CN113097746B (zh) 无线通信模块
KR100269584B1 (ko) 쵸크 반사기를 갖는 저 사이드로브 이중 편파 지향성 안테나
CN106688141B (zh) 移动通信服务用全向天线
KR20120086838A (ko) Ｐｃｂ 기판형 광대역 이중 편파 다이폴 안테나
CN1898885A (zh) 进行无线通信的低成本、多波束、多波段和多分集天线系统和方法
JP2016517225A (ja) アンテナ構成
KR101335701B1 (ko) 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나
KR20100117838A (ko) 위상변위기 및 이를 이용한 배열안테나
CN111819731B (zh) 多频带基站天线
CN114788089A (zh) 由非斜极化辐射元件组成的斜交叉极化天线阵列
JP2008022123A (ja) アンテナ装置
JP3922969B2 (ja) アレーアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置
KR100962321B1 (ko) 마이크로스트립 패치 타입의 안테나
JP2009130451A (ja) アンテナ装置
JPH07336133A (ja) アンテナ装置
JP2010074532A (ja) アレイアンテナ
JP2005203841A (ja) アンテナ装置
KR20010018682A (ko) 원편파 다이폴 안테나
JP4565186B2 (ja) アレーアンテナ
JP2019068329A (ja) 円偏波アンテナおよびダイバーシティ通信システム
JP5338341B2 (ja) アンテナ装置
RU173890U1 (ru) Антенный модуль

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181126

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191126

Year of fee payment: 7