KR101498161B1 - 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서, 반사판과; 반사판 상에 형성되며, 전체적으로 'X'자 형태로 설치되는 다수의 다이폴들로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 제1방사소자모듈과; 반사판 상에서 제1방사소자모듈 사이에 인터리빙되는 제2주파수 대역용 적어도 하나 이상의 제2방사소자모듈을 구비한다.
Figure R1020080092963
이중, 편파, 대역, 안테나, 다이폴

Description

이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나{DUAL-BAND DUAL-POLARIZED BASE STATION ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION}
본 발명은 이동통신(PCS, Cellular, IMT-2000 등) 기지국 안테나에서 다이버시티용 이중대역 이중편파 안테나에 관한 것이다.
이동통신 기지국용 안테나는 페이딩 현상을 경감시키기 위해 공간 다이버시티 방식 또는 편파 다이버시티 방식을 적용하여 설계되고 있다. 공간 다이버시티 방식은 송신 안테나와 수신 안테나를 공간적으로 일정거리 이상 이격시켜 설치하는 것으로 공간적인 제약이 많을 분만 아니라 비용적인 측면에서 바람직하지 않다. 이에따라 이동통신 시스템에서는 편파 다이버시티 방식을 적용하여 이중대역 이중편파 안테나를 일반적으로 사용하고 있다.
이중대역 이중편파 안테나는 서로에 대해 직각으로 정렬되고, 예를 들어, 수직과 수평으로 정렬될 수 있는 2개의 선형 편파를 송신(또는 수신)하는데 사용된다. 그러나 실제 적용에 있어서는 이 편파를 수직(또는 수평)에 대하여 +45도와 -45도로 정렬시키도록 이들 안테나를 동작시키는 것이 매우 중요하다. 이중대역 이중편파 안테나는 일반적으로 서로에 대해 충분히 이격되어 있는 2개의 주파수 대역 으로 동작된다. 이러한 이중대역 이중편파 안테나에 대해서는 카트라인-베르케 카게에 의해 국내 선출원된 특허 출원번호 제2000-7010785호(명칭: 이중 편파 다중대역 안테나)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.
도 1은 종래 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 일 예시 사시도로서, 상기 국내 특허 출원번호 제2000-7010785호에 개시된 바와 같다. 도 1을 참조하여 종래의 이중대역 이중편파 안테나는 제1주파수 대역(보다 낮은 주파수 대역, 이하 저주파 대역으로 칭함)용 제1방사소자모듈(1) 및 제2주파수 대역(보다 높은 주파수 대역, 이하 고주파 대역으로 칭함)용 제2방사소자모듈(3)을 구비한다.
2개의 방사소자모듈(1, 3)은 도전성 반사판(5) 앞에 배치되는데, 이 반사판(5)의 형상은 실질적으로 정방형이다. 급전망은 반사판(5)의 배면에 위치될 수 있으며, 이를 통해 제1, 제2방사소자모듈(1, 3) 각각이 전기적으로 접속된다. 제1방사소자모듈은 전체적으로 정방형으로 배치되는 다수의 다이폴(1a)을 구비하며, 이 다이폴(1a)은 소위 평형 장치(7)에 의해 반사판(5) 또는 그 뒤에 위치된 판에 기계적으로 지지되며, 또한 전기적으로 접촉된다. 이때 반사판(5)의 양 가장자리는 해당 평면으로부터 적당한 높이로 돌출되어 있는 측벽(side wall)(6)을 가짐으로서 방사특성을 향상시킨다.
제1방사소자모듈(1)의 다이폴 소자의 길이는 이에 상응하는 전자기파가 해당 다이폴 소자를 통해서 송,수신되도록 설정된다. 따라서, 이중편파 안테나에서 다이폴 소자는 직교하여 정렬된다. 통상적으로는 이 다이폴 소자(1a) 각각은 수직에 대해서(또는 수평에 대해서) +45 및 -45도의 각도로 정확하게 정렬되어, 간략히 X-편 파 안테나라 칭하는 안테나를 형성한다.
제2방사소자모듈(3)은 정방형 다이폴 형태의 제1방사소자모듈(1) 내에, 또는 그 외부에 위치될 수 있다. 이러한 제2방사소자모듈(3)은 정방형 다이폴 형태가 아니라 십자형 다이폴 형태이다. 서로 직각으로 위치되는 2개의 다이폴(3a)은 마찬가지로 반사판(5)에 해당 평형망을 통해 지지되며, 이를 통해 급전된다.
제1, 제2방사소자모듈(1, 3)은 반사판(5) 앞에서 서로 다른 거리로 정확하게 배치되어 있다. 이때 제2방사소자모듈(3)은 제1방사소자모듈(1)에 인터리빙되어 배열된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1, 제2방사소자모듈(1, 3)에 의해 형성된 안테나 장치는 수직 방향으로 2개가 반사판(5)상에 설치될 수 있으며, 두 개의 안테나 장치사이의 공간에는 제2주파수 대역의 부가 제2방사소자모듈(3')가 설치될 수 있다. 이러한 배열방식으로 높은 수직 이득을 갖도록 한다.
이와 같이, 종래의 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 일 예시적인 구성이 있을 수 있으며, 이와 더불어, 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 최적화 구조 및 안테나 사이즈의 최적화, 안정적인 특성, 빔폭 조정의 용이성 및 안테나 설계의 용이성 등을 위해 현재 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 보다 최적화된 구조 배열 및 안테나 사이즈의 최적화를 가능하게 하며, 안정적인 특성 및 보다 간단한 구조를 가지도록 하며, 안테나의 빔폭 조정의 용이성 및 안테나 설계의 용이성을 가져올 수 있도록 하기 위한 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징에 따르면 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서, 반사판과; 상기 반사판 상에 형성되며, 전체적으로 'X'자 형태로 설치되는 다수의 다이폴들로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 제1방사소자모듈과; 상기 반사판 상에서 상기 제1방사소자모듈 사이에 인터리빙되는 제2주파수 대역용 적어도 하나 이상의 제2방사소자모듈을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서, 반사판과; 상기 반사판 상에 형성되며, 전체적으로 '>>'자 또는 '<<'자 형태로 설치되는 다수의 다이폴들로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 제1방사소자모듈과; 상기 반사판 상에서 상기 제1방사소자모듈 사이에 인터리빙되는 제2주파수 대역용 적어도 하나 이상의 제2방사소자모듈을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이중대역 이중편파 안테나는 보다 최적화된 구조 배열 및 안테나 사이즈의 최적화를 가능하게 하며, 안정적인 특성 및 보다 간단한 구조를 가지도록 하며, 안테나의 빔폭 조정의 용이성 및 안테나 설계의 용이성을 가져올 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도이며, 도 3은 도 2 중 제1방사소자모듈을 구성하는 다이폴의 구조도이며, 도 4는 도 2의 평면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이는 종래의 구조와 다소 유사하게 먼저, 반사판(15) 전면에 설치되는 저주파 대역(예를 들어 800MHz 대역)의 다수의 제1방사소자모듈(10) 및 상기 제1방사소자모듈(10) 사이에 적절히 배치되는 형태로 설치되는 고주파 대역(예를 들어 2GHz 대역)의 다수의 제2방사소자모듈(20)로 구성된다.
이때, 상기 제1방사소자모듈(10)의 상세 구성은 종래와 차이가 있게 된다. 제1방사소자모듈(10)은 X편파를 구현하기 위하여 종래의 정방형 구조가 아닌 전체적으로 'X'자 구조를 가지게 된다. 즉, 제1방사소자모듈(10)은 제1 내지 제4다이 폴(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)로 구성되는데, 제1 내지 제4다이폴(10-1 내지 10-4)은 각각 전체 'X'자 구조의 각 일단부를 형성한다. 이때 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제3다이폴(10-1, 10-3)은 +45도 편파를 형성하며, 제2, 제4다이폴(10-2, 10-4)은 -45도 편파를 형성하게 된다.
도 3에는 제1다이폴(10-1)의 상세 구조가 개시되는데, 이를 참조하여 본 발명에 따른 제1 내지 제4다이폴(10-1 내지 10-4)의 구조를 살펴보면, 본 발명에 따른 제1 내지 제4다이폴(10-1 내지 제10-4)은 폴디드 다이폴(folded dipole) 구조를 가진다.
폴디드 다이폴은 좌, 우측단으로 구분되어 전체 길이가 해당 주파수에 따라 적절히 설계되는 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106)와, 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106)를 각각 개별적으로 지지하기 위한 적절한 형상의 전도성 발룬(Balun)(102)과, 발룬(102)의 길이 방향으로 신장되어 제1측 다이폴 소자(104)의 내측 단부와 접속되는 급전선(112)과, 상기 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106)의 길이 방향으로 신장되어 이들의 외측 단부를 서로 연결하는 보조 다이폴 소자(108)로 구성된다. 이때 상기 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106), 발룬(102), 급전선(112) 및 보조 다이폴 소자(108)는 전체적으로 하나의 금속성 평면상에서 하나로 연결되는 금속 패턴으로 설계 및 제작될 수 있다.
이와 같은 폴디드 다이폴에서 급전선(112)을 통해 전류가 제공되면, 도 3에 도시된 바와 같은 화살표 방향으로 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106)에 전계가 형성되며, 보조 다이폴 소자(108)에는 해당 제1측 및 제2측 다이폴 소자(104, 106)에 형성된 전계와 동일한 방향(도 3의 화살표 참조)의 전계가 유기된다. 이러한 폴디드 다이폴은 일반적인 다이폴에 비해 보다 광대역 특성과 안테나 수평빔폭 변화의 안정성을 가지고 급전 구조가 간단한 구조를 갖게 된다.
이와 같은 폴디드 다이폴을 이용하는 본 발명에 따른 제1방사소자모듈(10)의 제1 내지 제4다이폴(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)에서, 제1 및 제3다이폴(10-1, 10-3)은 기울기가 +45도를 가지도록 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 +45도 편파를 배열하여 직접적으로 형성하는 +45도의 전계를 유기하게 된다. 마찬가지로, 제2 및 제4다이폴(10-2, 10-4)은 기울기가 -45도를 가지도록 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 -45도 편파를 배열하여 직접적으로 형성하는 -45도의 전계를 유기하게 된다.
한편, 도 2 및 도 4에서 제2방사소자모듈(20)은 PCB(Print Circuit Board) 타입의 방사소자가 구성되는 것이 예로서 도시되고 있는데, 이러한 제2방사소자모듈(20)은 도 1에 도시된 종래의 제2방사소자모듈(3)을 비롯한 종래의 일반적인 고주파 대역용 방사소자 모듈이 적용될 수 있다.
또한, 상기 도 2 및 도 4에서는 제1방사소자모듈(10)이 2개소에 설치되며, 이들 사이에 6개의 제2방사소자모듈(20)이 설치되는 것으로 도시되고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 각 제1 또는 제2방사소자모듈(10, 20)의 총 수 및 각 모듈간의 간격 등은 특정 안테나 어레이의 설계에 따라 적절히 변형될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도이며, 도 6은 도 5 중 제1방사소자모듈을 구성하는 폴디드 다이폴의 구조도이며, 도 7은 도 5의 평면도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이는 도 2 내지 도 4에 도시된 제1실시예의 구조와 마찬가지로 반사판(15) 전면에 설치되는 다수의 제1방사소자모듈(12) 및 상기 제1방사소자모듈(12) 사이에 적절히 배치되는 형태로 설치되는 다수의 제2방사소자모듈(20)로 구성된다.
이때, 본 발명의 제2실시예에 따른 제1방사소자모듈(12)의 상세 구성은 제1실시예의 구성과 차이가 있게 된다. 즉, 도 6에 상세히 개시된 바와 같이, 제1방사소자모듈(12)을 구성하는 제1 내지 제4다이폴(12-1, 12-2, 12-3, 12-4)은 제1실시예에서와 같은 폴디드 다이폴 형태를 가지지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 제1 내지 제4다이폴(12-1 내지 12-4)은 다이폴 소자의 외측 단부들 중 적어도 하나가 구부러진 부분(도 6의 A부분)을 가짐을 특징으로 한다. 도 5 내지 도 7에 도시된 제2실시예에서는 다이폴 소자의 외측 단부들이 모두 구부러진 구조를 가짐이 예로서 도시된다. 이때 구부러지는 부분은 전체 다이폴 소자의 길이에서 반 이상을 넘지 않도록 한다.
통상적인 다이폴 구조에서 다이폴 소자의 외측 단부에 전계가 강하게 발생하여 인접한 다이폴 소자에 영향을 끼치게 되는데, 상기 구부러진 구조의 폴디드 다이폴을 사용할 경우에, 이와 같이 다이폴 소자에서 인접한 다이폴 소자에 강한 전계를 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서 도 4에 B1로 도시된 부분에서와 같이, 제1방사소자모듈을 'X'자 형태로 배열할 경우에 'X'자 중앙에서 서로간의 거리가 가깝게 되어 강한 커플링이 발생되며, 이에 서로 다른 편파가 영향을 받을 수 있게 된다. 이때, 본 발명의 제2실시예에서 도 7의 B2로 도시된 부분에서와 같이, 구부러진 구조의 폴디드 다이폴을 사용하여 서로 다른 편파들 사이를 이격시킴으로써 편파의 영향을 줄일 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 평면도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이는 도 2 내지 도 4에 도시된 제1실시예의 구조와 유사하게 폴디드 다이폴구조를 가지는 제1 내지 제4다이폴(10-1 내지 10-4)을 사용하여 제1방사소자모듈(10)을 구성하게 되는데, 이때 제1방사소자모듈(10)은 전체적으로 'X'자 구조가 아니라, '>>'자 또는 '<<'자 구조를 가지게 된다. 즉, 본 발명의 제3실시예의 구조는 'X'자 구조의 제1실시예에서 제1, 제2다이폴(10-1, 10-2)의 위치가 서로 바뀌어 설치되는 형태임을 볼 수 있다.
이러한 구성에 따라, 본 발명의 제3실시예에 따른 제1방사소자모듈(10)의 제1 내지 제4다이폴(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)에서, 제1 및 제3다이폴(10-1, 10-3)은 기울기가 +45도를 가지면서 서로 나란하게 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 +45도 편파를 직접적으로 형성한다. 마찬가지로, 제2 및 제4다이폴(10-2, 10-4)은 기울기가 -45도를 가지면서 서로 나란하게 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 -45도 편파를 직접적으로 형성한다.
한편, 도 8에서는 2개소에 설치되는 제1방사소자모듈(10)별로 6개소에 제2방사소자모듈이 설치되는 제1실시예와는 달리 4개의 제2방사소자모듈(20)이 설치되는 것으로 도시되고 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예의 구조를 조합하여 각 제1 또는 제2방사소자모듈(10, 20)의 최적화된 총 수 및 각 모듈간의 간격 등을 적절히 조절할 수 있는 등 안테나 설계의 용이성을 가져올 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 평면도로서, 도 9를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이는 상기 도 8에 도시된 제3실시예의 구성과 대부분 동일하며, 이때 본 발명의 제4실시예에 따른 제1방사소자모듈(12)을 구성하는 제1 내지 제4다이폴(12-1, 12-2, 12-3, 12-4)은 도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 제2실시예에서와 같이 구부러진 폴디드 다이폴 구조를 채용하고 있음을 볼 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나가 구성될 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 종래 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 일 예시 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도
도 3은 도 2 중 제1방사소자모듈을 구성하는 다이폴의 구조도
도 4는 도 2의 평면도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도
도 6은 도 2 중 제1방사소자모듈을 구성하는 다이폴의 구조도
도 7은 도 5의 평면도
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 평면도
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 평면도

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서,
    반사판과,
    상기 반사판 상에 형성되며, 전체적으로 'X'자 형태로 설치되는 다수의 다이폴들로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 제1방사소자모듈과,
    상기 제1방사소자모듈 사이에 인터리빙되는 제2주파수 대역용 적어도 하나 이상의 제2방사소자모듈을 포함하며;
    상기 제1방사소자모듈은 상기 'X'자 구조의 각 일단부를 형성하는 제1, 제2, 제3 및 제4다이폴로 구성되며,
    상기 제1 및 제3다이폴은 기울기가 +45도를 가지도록 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 +45도 편파를 직접적으로 형성하는 +45도의 전계를 유기하며,
    상기 제2 및 제4다이폴은 기울기가 -45도를 가지도록 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 -45도 편파를 직접적으로 형성하는 -45도의 전계를 유기함을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1방사소자모듈의 제1 내지 제4다이폴은 폴디드 다이폴 형태임을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1방사소자모듈의 제1 내지 제4다이폴 중 적어도 일부는 해당 다이폴 소자의 외측 단부들 중 적어도 하나가 구부러진 부분을 가지는 구부러진 폴디드 다이폴 형태임을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  5. 삭제
  6. 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서,
    반사판과,
    상기 반사판 상에 형성되며, 전체적으로 '>>'자 또는 '<<'자 형태로 설치되는 다수의 다이폴들로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 제1방사소자모듈과,
    상기 제1방사소자모듈 사이에 인터리빙되는 제2주파수 대역용 적어도 하나 이상의 제2방사소자모듈을 포함하며;
    상기 제1방사소자모듈은 상기 '>>'자 또는 '<<'자 구조의 각 일단부를 형성하는 제1, 제2, 제3 및 제4다이폴로 구성되며,
    상기 제1 및 제3다이폴은 기울기가 +45도를 가지도록 나란히 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 +45도 편파를 직접적으로 형성하는 +45도의 전계를 유기하며,
    상기 제2 및 제4다이폴은 기울기가 -45도를 가지도록 나란히 설치되며, 각각 설치된 상태에 따라 안테나의 전체 편파 중 -45도 편파를 직접적으로 형성하는 -45도의 전계를 유기함을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1방사소자모듈의 제1 내지 제4다이폴은 폴디드 다이폴 형태임을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1방사소자모듈의 제1 내지 제4다이폴 중 적어도 일부는 해당 다이폴 소자의 외측 단부들 중 적어도 하나가 구부러진 부분을 가지는 구부러진 폴디드 다이폴 형태임을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
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