KR101567882B1 - 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기에 있어서, 평면이 길게 늘여진 직사각형의 상자 형태를 가지는 하우징과 하우징 내의 바닥면에 고정되게 부착되며, 하나의 입력 포트와 해당 입력 포트의 입력 신호가 분배되어 출력되는 다수의 출력 포트와 연결되기 위한 패턴들이 하우징의 길이 방향 대비 상, 하단에 인쇄되며, 입력 포트와 다수의 출력 포트와 사이에서 입력 신호 분배 및 분배된 신호들의 위상 가변을 위한 다수의 위상 가변 패턴의 일부분 및 다수의 신호 분배 패턴을 형성하는 전송 선로들이 인쇄되는 고정 기판과 하우징 내에서 고정 기판과 일면이 맞닿는 위치에서 길이 방향으로 미끄러져 이동 가능하게 설치되며, 고정 기판과 맞닿는 면에 고정 기판의 다수의 위상 가변 패턴의 일부와 각각 커플링되어 가변 선로를 형성함으로써 위상을 가변시키기 위해 다수의 위상 가변 패턴의 나머지 부분을 형성하는 전송라인들이 인쇄되는 이동 기판을 구비한다.

이상기, 위상, 가변, 수직, MLPS

Description

수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기{MULTI LINE PHASE SHIFTER　FOR　ADJUSTABLE VERTICAL BEAM TILT ANTENNA}

본 발명은 이동통신 시스템에 사용되는 안테나에 관한 것으로, 특히 안테나의 수직 빔틸트 조절을 위한 사용되는 핵심 부품인 다중 이상기(MLPS: Multi Line Phase Shifter)에 관한 것이다.

이동통신 시스템에서 기지국 안테나는 최초에 고정형 안테나가 사용되었으나, 근래에는 수직 (및/또는 수평) 빔틸팅(beam tilting)이 가능한 수직 빔틸트 제어 안테나가 많은 장점으로 인하여 보급되고 있다. 이러한 수직 빔틸트 제어 안테나에서 빔틸트 방식은 크게 기구적인 빔틸트 방식과 전기적인 빔틸트 방식으로 구분할 수 있다.

기구적 빔틸트 방식은 통상 안테나에서 지지폴과 결합하는 부위에 구비되는 수동 또는 동력작동 브라켓 구조에 기반한 방식이다. 이러한 브라켓 구조의 작동에 의해 안테나의 설치 기울기가 가변되어 안테나의 수직 빔틸트가 가능하게 된다. 전기적 빔틸트 방식은 다중 이상기(MLPS)에 기반한 방식으로서, 수직으로 배열된 각 안테나 방사 소자에 급전되는 신호의 위상차를 가변시켜 전기적 수직 빔틸팅이 가 능하도록 하는 방식이다. 이러한 수직 빔틸팅에 관한 기술로는 'EMS Technologies, INc.'에서 출원한 미국 특허 번호 제6,864,837호(명칭: VERTICAL ELECTRICAL DOWNTILT ANTENNA, 발명자: Donald L. Runyon 외 2명, 특허일: 2005년 3월 8일)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.

이러한 전기적 수직 빔틸팅을 위해서는 다중 이상기가 필수적으로 구비되는데, 통상 다중 이상기는 특히 위상 배열 안테나(Phase Array Antenna)의 빔 제어를 비롯하여, 위상변조 기능을 수행하기 위해 RF 아날로그 신호처리단의 다양한 분야에서 사용된다. 다중 이상기의 원리는 입력신호를 적절히 지연시키므로 입력신호와 출력신호간의 위상차가 발생하도록 하는 것으로서, 간단히 전송 선로의 물리적인 길이를 달리하는 것과 다양한 방식으로 전송 선로내의 신호전달 속도를 달리하는 것 등으로 구현할 수 있다. 이러한 이상기 예를 들어 길이 전송 선로를 가변할 수 있도록 하는 것 등에 의해, 위상천이 정도의 변경이 가능한 다중 이상기의 구조로 통상 사용된다.

특히, 최근 들어 이동통신 시스템에서는 기지국의 위상 배열 안테나의 수직빔 각도를 조절하여 기지국의 커버리지를 조정하기 위하여 위상 배열 안테나의 각 방사소자의 위상을 서로 조화롭게 가변하는 기술을 요구하고 있으며, 이러한 요구에 부응하여 다양한 구조의 다중 이상기가 개발 및 보급되고 있다. 이러한 다중 이상기는 특히 입력신호를 다수의 출력신호로 분배하며 각 출력신호의 위상차를 적절히 조절하기 위한 구조를 가질 수 있다. 이러한 수직 빔틸트를 위한 다중 이상기에 관한 기술로는 'Etenna Corporation'에서 출원한 미국 특허 번호 제6,831,602호(명 칭: LOW COST TROMBONE LINE BEAMFORMER, 발명자: William E. McKinzie, III 외 2명, 특허일: 2004년 12월 14일)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.

그런데, 이러한 다중 이상기는 해당 다중 이상기 자체의 구조나 처리 신호의 위상을 가변시키는 성능 향상을 위한 방향으로 주로 개발되었을 뿐 위상 배열 안테나와 같이 해당 다중 이상기가 설치되는 안테나의 구조를 고려하여서는 그 연구가 다소 미흡한 점이 있다. 따라서 향상된 성능 및 구조를 가지는 다중 이상기에 대한 연구 및 개발의 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 적용되는 안테나에서의 최적의 구조 및 안정된 기구적 구조를 가질 수 있도록 하기 위한 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 신호 손실을 감소시킬 수 있도록 하기 위한 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위상 배열 안테나에서 급전 케이블이 꼬이지 않는 수직 빔 틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기에 있어서, 평면이 길게 늘여진 직사각형의 상자 형태를 가지는 하우징과 상기 하우징 내의 바닥면에 고정되게 부착되며, 하나의 입력 포트와 해당 입력 포트의 입력 신호가 분배되어 출력되는 다수의 출력 포트와 연결되기 위한 패턴들이 상기 하우징의 길이 방향 대비 상, 하단에 인쇄되며, 상기 입력 포트와 다수의 출력 포트와 사이에서 입력 신호 분배 및 분배된 신호들의 위상 가변을 위한 다수의 위상 가변 패턴의 일부분 및 다수의 신호 분배 패턴을 형성하는 전송 선로들이 인쇄되는 고정 기판과 상기 하우징 내에서 상기 고정 기판과 일면이 맞닿는 위치에서 길이 방향으로 미끄러져 이동 가능하게 설치되며, 상기 고정 기판과 맞닿는 면에 상기 고정 기판의 상기 다수의 위상 가변 패턴의 일부와 각각 커플링되어 가변 선로를 형성함으로써 위상을 가변시키기 위해 상기 다수의 위상 가변 패턴의 나머지 부분을 형성하는 전송선로들이 인쇄되는 이동 기판을 포함함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기는 최적의 구조 및 안정된 기구적 구조를 가질 수 있으며, 급전 케이블이 꼬이지 않아 처리 신호의 손실을 감소시킬 수 있게 된다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기 주요부의 외관 사시도이며, 도 2는 도 1의 정면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 이상기는 먼저 평면이 길게 늘여진 직사각형의 상자 형태를 가지는 하우징(10)을 구비한다. 이와 같이, 하우징(10)은 전체적으로 세로로 길게 늘여진 직육면체의 상자 형태를 가질 수 있는데, 이는 통상 세로로 길게 늘여지는 형태의 위상 배열 안테나는 방사소자가 세로로 배열되며 마찬가지로 세로로 길게 형성되는 수직 빔틸트 제어 안테나에, 예를 들어 반사판의 밑면 및 측면에 설치되기에 용이한 구조를 가지게 된다.

또한, 본 발명에 따른 다중 이상기는 상기 하우징(10) 내의 바닥면에 고정되게 부착되며, 하나의 입력 포트(미도시)와 해당 입력 포트의 입력 신호가 분배되어 출력되는 다수의 출력 포트(미도시)와 연결되기 위한 패턴들이 상기 하우징(10)의 길이 방향 대비 상, 하단에 인쇄된다. 또한 상기 입력 포트와 다수의 출력 포트와 사이에서 입력 신호 분배 및 분배된 신호들의 위상 가변을 위한 다수의 위상 가변 패턴의 일부분 및 다수의 신호 분배 패턴을 형성하는 전송 선로들이 인쇄되는 고정 기판(14)을 구비한다.

또한, 상기 하우징(10) 내에서 상기 고정 기판(14)과 일면이 맞닿는 위치에서 길이 방향으로 미끄러져 이동 가능하게 설치되며, 상기 고정 기판(14)과 맞닿는 면에 상기 고정 기판(14)의 다수의 위상 가변 패턴의 일부와 각각 커플링되어 가변 선로를 형성함으로써 위상을 가변시키기 위한 다수의 위상 가변 패턴의 나머지 부분을 형성하는 전송선로들이 인쇄되는 이동 기판(12)을 구비한다.

이와 같이, 고정 기판(14) 및 이동 기판(12)에 인쇄되는 다수의 위상 가변 패턴들은 서로 커플링되어 다중 이상기의 기능을 구현하게 되는데, 이동 기판(12)이 이동할 경우에 각각의 가변 선로 구조를 가지는 다수의 위상 가변 패턴들에 의해 서로간에 비례 또는 반비례되게 위상을 가변하게 된다. 상기 이동 기판(12)은 이동체 하우징에 얇은 기판을 결합한 형태를 가진다. 이때 가변 선로 구조를 가지는 다수의 위상 가변 패턴들은 이동 기판(12)의 이동 방향에 따라 하나의 기준 축에 일렬로 형성되도록 인쇄된다. 따라서, 전체적인 기판 구조를 길이 방향으로 길게 형성할 수 있으며, 또한 하우징 내부에 2개의 기판을 겹쳐 구현함으로써 슬림한 형태로 구현할 수 있게 된다.

또한, 통상의 다중 이상기는 예를 들어 5Way 분배기를 구현하기 위해 별도로 마련되는 하나의 입력 분배기에 다중 이상기를 연결하는 방식으로 설계하였다. 이러한 설계에 따르면 다중 이상기의 크기는 작을 수 있지만, 급전선로(케이블)가 길어져서 손실이 커지는 경향이 있었다. 이에 비해 본 발명의 다중 이상기는 5Way 분배기와 위상 가변 회로를 하나의 기판으로 설계하고, 안테나의 길이 방향으로 레이아웃 함으로써 케이블이 꼬이지 않으면서 길이 손실을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 크기도 작게 개선시킬 수 있다.

한편, 상기와 같이 구현되는 본 발명에 따른 다중 이상기에서, 상기 고정 기판(14) 및 이동 기판(12)에 인쇄되는 다수의 전송선로들은 마이크로스트립라인 또는 스트립라인으로 구현될 수 있으며, 상기 고정 기판(14) 및 이동 기판(12)은 공기 또는 유전체 기판으로 구현될 수 있다. 또한 이때 고정 기판(14)과 이동 기판(12) 사이에는 적어도 고정 기판(14)과 이동 기판(12)이 맞닿는 면 중 적어도 일면에는 적절한 재질의 절연막이 형성되어 보다 상호간의 미끄러짐이 원활히 이루어지도록 하며, 맞닿은 마이크로스트립라인의 마찰에 의한 파손을 보호하도록 한다.

또한, 하우징(10)의 일면, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 상면에는 이동 기판(12)이 일부분 드러나도록 개구부가 형성되는데, 이러한 개구부를 통해 별도로 마련된 수동 조작 또는 동력작동 구동 장치가 이동 기판(12)에 연결되어 이동 기판(12)을 하우징(10)의 길이 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 구동 장치는 두개의 다중 이상기를 한꺼번에 제어할 뿐만 아니 라 각각의 다중 이상기의 제어도 가능하도록 구성할 수 있다.

도 3은 도 1 중 하우징(10) 및 고정 기판(14)의 사시도이며, 도 4는 도 3의 정면도이다.

도 3 및 도 4에는 하우징(10)의 내부 바닥면에 고정 기판(14)이 장착된 상태를 볼 수 있는데, 이때 고정 기판(14)은 하우징(10)에 납땜 또는 본딩 작업을 통해 접촉면이 가능하면 밀착되게 장착되도록 한다. 이에 따라 굴곡이나 뒤틀림 등을 줄여서 이동 기판(12)이 고정 기판(14)의 상면, 즉 전송선로가 인쇄된 면에서 원활히 미끄러질 수 있도록 한다. 이때 고정 기판(14)과 하우징(10)을 전기적으로 완전히 밀착시켜 수동상호변조왜곡(PIMD: Passive Inter Modulation Distortion)를 개선하기 위해 솔더링 작업을 수행할 수 있다.

도 5는 도 1 중 이동 기판(12)의 사시도이며, 도 6은 도 5의 하측에 바라본 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 이동 기판(12)은 먼저, 상면, 즉 하우징(10) 내부의 상부면과 대응하는 면에 다수의 볼 플런져(Ball Plunger)(122)가 설치됨이 도시된다. 이러한 볼 플런져(122)는 이동 기판(12)이 하우징(10) 내에 장착될 경우에 이동 기판(12)을 눌러주게 되어, 이동 기판(12)과 고정 기판(14)이 밀착될 수 있도록 하면서, 이동 기판(12)이 하우징(10)의 상부면과 대응하여 보다 원활히 미끄러질 수 있도록 한다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동 기판(12)의 하면에는 고정 기판(14)의 다수의 위상 가변 패턴의 일부와 각각 커플링되기 위한 다수의 위상 가변 패턴이 형성된다. 그런데, 이동 기판(12)에 형성되는 다수의 위상 가변 패턴은 이동 기판(12)의 하면에 일괄적으로 인쇄되는 것이 아니라 하면에 개별적으로 돌출 및 삽입이 가능하게 설치되는 다수의 서브 기판(124)에 각각 개별적으로 인쇄된다.

이러한 다수의 서브 기판(124)은 이동 기판(12)의 하면의 적소에 형성되는 다수의 장착 홈(126) 내부에 끼워지는 형태로 설치될 수 있다. 이때, 다수의 서브 기판(124)과 장착 홈(126) 사이에는 스프링(125)이 구비되어, 해당 서브 기판(124)을 밀어내는 탄성력을 가하게 된다. 이에 따라 각 서브 기판(124)이 해당 대응되는 고정 기판(14)에 밀착될 수 있으며, 서브 기판(124)과 고정 기판(14)의 위상 가변 패턴들 사이에 안정적인 커플링이 이루어질 수 있게 된다.

이와 같이 이동 기판(12)이 구성될 수 있는데, 상기에서 이동 기판(12)에 형성되는 다수의 위상 가변 패턴들이 하나의 기판 상에 일괄적으로 인쇄되는 것이 아니라 개별적으로 다수의 서브 기판(124) 상에 형성하는 것은 고정 기판(12)에 있을 수 있는 굴곡이나 비틀림에 크게 영향을 받지 않고 보다 이동 기판(12)이 원활히 미끄러질 수 있도록 하기 위함이다.

도 7은 도 1의 고정 기판(14) 및 이동 기판(12)의 배선도이며, 도 8은 도 7의 등가 회로도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 고정 기판(14)에서는 먼저 하우징의 길이 방향 대 비 상, 하단에 형성되는 하나의 입력 포트와 해당 입력 포트를 통해 입력되는 신호가 분배되어 출력되는 다수의 출력 포트와 연결되기 위한 패턴들(IN, P1, P2, P3, P4, P5)이 형성된다.

도 7에 도시된 예에서는 하나의 입력 포트를 통해 입력된 신호가 5개의 출력 포트로 분배되어 출력되는 것에 적용된 구조가 예로서 도시되고 있다. 예를 들어 하우징의 길이 방향 대비 하단에는 좌에서 우측으로 순서적으로 입력 포트, 제5 출력 포트, 제4 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(IN, P5, P4)이 형성된다. 또한 하우징의 길이 방향 대비 상단에는 좌에서 우측으로 순서적으로 제1, 제2, 제3 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(P1, P2, P3)이 형성된다.

한편, 상기 입력 포트와 상기 제1 내지 제5 출력 포트를 위한 패턴(IN, P1~P5) 사이에서 입력 신호의 분배 및 분배된 신호들의 각각의 위상 가변을 위한 다수의 위상 가변 패턴의 일부분(i1-i2, f1-f2, l1-l2, q1-q2)과, 다수의 신호 분배 패턴(c-f1-l1-d, h-i1-j, n-q1-o, 등)이 형성된다. 이때, 입력 포트의 연결 패턴(IN)은 a, b, c 패턴을 거쳐 c 패턴에서 f, l, d 패턴으로 분배되고, d 패턴은 e 패턴을 거쳐 제3 출력 포트의 연결 패턴(P3)과 연결되며, f 패턴은 이후 g 패턴, h 패턴으로 연결된 후, i, j 패턴으로 분배된다. j 패턴은 k 패턴을 거쳐 제2 출력 포트의 연결 패턴(P2)과 연결되며, i 패턴은 이후 제2 출력 포트의 연결 패턴(P1)과 연결된다. l 패턴은 이후 m 패턴, n 패턴으로 연결된 후, o, q 패턴으로 분배된다. o 패턴은 p 패턴을 거쳐 제4 출력 포트 연결 패턴(P4)과 연결되며, q 패턴은 이후 제5 출력 포트 연결 패턴(P5)과 연결된다.

상기에서, f, i, l, q 패턴은 위상 가변을 위한 가변 선로를 형성하기 위한 패턴으로서, 각각 일정 부분 평행한 부분을 가지면서 분리된 형태, 즉 f1, f2, i1, i2, l1, l2, q1, q2로 설계된다. 이러한 평행 부분에 대응되는 위치의 이동 기판(12)의 위상 가변을 위한 패턴들(124a, 124b, 124c, 124d)은 'U'자 형태로 형성되어 'U' 자 형태의 전송 선로 각 단부들이 각각의 f, i, l, q 패턴의 평행한 부분에 위치하도록 설계된다. 따라서 각 f, i, l, q 패턴의 평행한 부분에서 상기 대응되는 'U' 자 형태의 전송 선로들 간에 커패시턴스 커플링이 발생하여 신호가 전달되며, 이동 기판(12)이 이동하게 되면, 커플링에 의해 f1-f2, i1-i2, l1-l2, q1-q2간의 전송 선로의 물리적 길이가 변하게 되어, 이에 따라 전달되는 신호의 위상이 가변된다.

상기와 같은 구성을 가지므로, 입력 포트의 연결 패턴(IN)으로 입력된 신호는 c-f-l-d 패턴에서 일차로 분배되어, d 패턴으로 분배된 신호는 e 패턴을 거처 제3 출력 포트측으로 그대로 전송된다. 이때 f 패턴으로 분배된 신호는 1차적으로 위상 가변된 후 g, h 패턴으로 전송되고, h-i-j 패턴에서 이차로 분배된다. j 패턴으로 분배된 신호는 k 패턴을 거쳐 제2 출력 포트측으로 전송되며, i 패턴으로 분배된 신호는 2차적으로 위상 가변된 후 제1 출력 포트측으로 전송된다.

한편, 상기 c-f-l-d 패턴에서 일차로 분배시에 l 패턴으로 분배된 신호는 1차적으로 위상 가변된 후 m, n 패턴으로 전송되고, n-g-o 패턴에서 이차로 분배된다. o 패턴으로 분배된 신호는 p 패턴을 거쳐 제4 출력 포트측으로 전송되며, g 패턴으로 분배된 신호는 2차적으로 위상 가변된 후 제5 출력 포트측으로 전송된다.

상기 각 전송 선로의 회로도 a~q 패턴은 도 8에 예로서 도시한 바와 같이, 이웃하는 패턴과 임피던스 매칭을 시키기 위해 다른 저항 값을 가지도록 설계되며, 전체적으로 각 출력 포트로의 분배비를 최적으로 설정할 수 있도록 설계된다. 또한 각 패턴들은 길이 또한 해당 주파수 대역 대비 λ/4 주파수 특성을 가지도록적절히 설계한다.

보다 상세히 설명하면, 상기 제1 내지 제5 출력 포트는 안테나에서 수직 방향으로 배열되는 5개의 방사 소자에 순차적으로 연결되는데, 이때 각각의 포트들로 분배되는 입력 신호의 분배비는 동일하게 설정되지 않고 미리 설정된 적정 분배비를 갖도록 한다. 즉, 안테나 빔 패턴의 사이드로브(sidelobe) 특성을 개선하도록 각 방사 소자로 제공되는 출력 신호의 분배비를 적절히 설정할 수 있다.

또한, 상기 이동 기판(12)의 위상 가변을 위한 패턴들(124a, 124b, 124c, 124d)에 의한 위상 변화량은 서로 비례 또는 반비례하게 설정되는데, 예를 들어, 하측의 두 위상 가변을 위한 패턴(124c, 124d)의 가변 선로의 길이가 늘어날 경우에 타측의 두 위상 가변을 위한 패턴(124a, 124b)의 가변 선로의 길이는 줄어들도록 구성할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제1 내지 제5 출력 포트별로 위상 변이량은 4X, 2X, 0X, -2X, -4X를 가지도록 설계할 수 있다. 여기서 X는 위상 변화량을 의미하며, 0X는 위상 변화량이 없음을 의미하고, 2X/4X는 위상량이 상대적으로 4X가 2X에 비해 위상 변화량이 2배 차이가 나게 설계됨을 의미한다. 이와 같이, 제1 내지 제5 출력 포트에 순서적으로 연결되는 제1 내지 제5 방사소자의 위상 변화량이 상기와 같이 차이가 나므로 전기적인 수직 빔 틸팅이 가능하게 된다.

또한, 상기에서, 각 입력 포트, 제5 출력 포트, 제4 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(IN, P5, P4) 및 제1, 제2, 제3 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(P1, P2, P3)의 형성 순서는 최적화되어 설계됨에 유의하여야 한다. 즉, 본 발명의 특징에 따라 위상 가변을 위한 패턴들이 기준 축에 일렬로 형성되는데, 상기한 패턴들은 예를 들어, 제2 출력 포트로 출력되는 신호는 한번의 위상 가변 패턴을 거쳐서 출력됨에 비해, 제1 출력 포트로 출력되는 신호는 2번의 위상 가변 패턴을 거쳐야 하기에 위상 변화량이 2배 차이가 나도록 설계되었다.

또한 통상의 위상 배열 안테나와 같은 수직 빔 틸팅이 가능한 안테나는 보통 길이 방향으로 방사 소자를 배열하게 되는데, 본 발명에 따른 구조는 안테나의 배열 방향과 같은 길이 방향으로 긴 구조를 가지며, 또한 예를 들어 제1 방사 소자에서 제5 방사 소자까지 연결되는 각 출력 포트들이 적절히 배치되도록 함으로써, 출력 포트들과 방사 소자까지 연결하는데 필요한 급전선을 줄일 수 있으며, 이에 따른 위상 배열 안테나의 급전 손실을 줄여 이득을 개선할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 다중 이상기가 안테나에 적용된 상태의 구조도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 다이폴에 의해 형성되어 선형 직교 편파를 발생하기 위해 다수의 다이폴들의 조합으로 구성되는 방사 소자들이 예를 들어, 제1방사 소자에 제5 방사 소자(20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5)까지 길이 방향으로 순서적으로 배치되는 안테나에서, 본 발명에 따른 다중 이상기(10)가 각각 +45도 및 45도 편파를 발생하기 위해 2개소에 설치될 수 있다.

이때 본 발명에 따른 다중 이상기(10)의 각 출력 포트들과 각각의 방사 소자들(20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5)과의 연결 케이블이 서로 꼬이지 않고, 효율적으로 연결됨을 볼 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 이상기의 구조도로서, 도 10의 (a)의 다른 실시예 따른 다중 이상기의 고정 및 이동 기판 패턴의 일 예시 구조가 도시되며, 도 10의 (b)에서는 해당 다중 이상기의 각 출력 포트에서 출력되는 신호의 위상 변이량을 도시하고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 이상기는 하나의 입력 포트와 4개의 출력 포트를 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 이상기는 짝수개 즉, 4개의 방사 소자를 갖는 안테나에 적용되기 위한 구조로서, 상기 도 1 내지 도 9에 도시된 일 실시예에 따른 다중 이상기의 구조에서 하나의 출력 포트(예를 들어 도 1내 도 9에서의 제1출력 포트와 연결되기 위한 패턴 P1)를 위한 패턴이 제거된 구조와 유사함을 알 수 있다.

이러한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 이상기는 하우징의 길이 방향 대비 상단에는 좌에서 우측으로 순서적으로 제1, 제2 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(P1, P2)이 형성되며, 하단에는 좌에서 우측으로 입력 포트, 제4 출력 포트, 제5 출력 포트와 연결되기 위한 패턴(IN, P4, P3) 및 순서적으로 형성될 수 있다, 또한, 이때의 제1 내지 제4 출력 포트별로 위상 변이량은 1X, 0X, -1X, -2X를 가지도록 설계할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 이상기의 구동 장치의 예시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 이상기는 하우징(10)의 상면에 이동 기판(12)이 일부분 드러나도록 개구부가 형성되는데, 이러한 개구부를 통해 동력작동 구동 장치가 이동 기판(12)에 연결되어 이동 기판(12)을 하우징(10)의 길이 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 구동 장치는 외부 구동 제어 신호에 의해 동작하는 구동 모터(30)로 구성될 수 있으며, 구동 모터(30)는 피니언 기어 구조(302)에 연결될 수 있다. 또한 상기 이동 기판(12)은 구동 전달 축(310)의 일측에 연결될 수 있으며, 상기 구동 전달 축(310)의 타측에는 랙 기어 구조(312)가 형성되며, 상기 랙 기어 구조(312)는 상기 구동 모터(30)의 피니언 기어(302)에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 구동 장치(30)의 구동에 의해 랙과 피니언 기어 구조(302, 312)가 연동하게 되며 아울러 구동 전달 축(310)이 이동하게 되고, 이에 따라 이동 기판(12)이 이동하게 된다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기의 구성 및 동작이 이루어질 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 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기 주요부의 외관 사시도

도 2는 도 1의 정면도

도 3은 도 1 중 하우징 및 고정 기판의 사시도

도 4는 도 3의 정면도

도 5는 도 1 중 이동 기판의 사시도

도 6은 도 5의 하측에 바라본 사시도

도 7은 도 1의 고정 기판 및 이동 기판의 배선도

도 8은 도 7의 등가 회로도

도 9는 본 발명의 다중 이상기가 안테나에 적용된 상태의 구조도

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 이상기의 구조도

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 이상기의 구동 장치의 예시도

Claims (8)

1. 수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기에 있어서,

   평면이 길게 늘여진 직사각형의 상자 형태를 가지는 하우징과,

   상기 하우징 내의 바닥면에 부착되며, 입력 신호 분배 및 분배된 신호들의 위상 가변을 위한 다수의 위상 가변 패턴의 일부분 및 다수의 신호 분배 패턴을 형성하는 전송 선로들이 인쇄되는 고정 기판과,

   상기 하우징 내에서 상기 고정 기판과 일면이 맞닿는 위치에서 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 다수의 위상 가변 패턴의 일부와 각각 커플링되어 가변 선로를 형성함으로써 위상을 가변시키기 위해 상기 다수의 위상 가변 패턴의 나머지 부분을 형성하는 전송선로들이 인쇄되는 이동 기판을 포함하며,

   상기 이동 기판에 인쇄되는 상기 다수의 위상 가변 패턴의 나머지 부분은 상기 이동 기판의 하면의 형성되는 다수의 장착 홈 내부에 끼워지는 형태로 설치되는 다수의 서브 기판에 각각 개별적으로 인쇄되며,

   상기 다수의 서브 기판과 상기 다수의 장착 홈 사이에는 상기 다수의 서브 기판을 개별적으로 밀어내는 탄성력을 가하는 스프링이 구비됨을 특징으로 하는 다중 이상기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정 기판은, 하나의 입력 포트와 해당 입력 포트의 입력 신호가 분배되어 출력되는 다수의 출력 포트와 연결되기 위한 패턴들이 상기 하우징의 길이 방향 대비 상, 하단에 인쇄되며, 상기 입력 포트와 다수의 출력 포트와 사이에 전송 선로들이 위치함을 특징으로 하는 다중 이상기.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정 기판 및 상기 이동 기판에 형성되는 상기 다수의 위상 가변 패턴들은 상기 이동 기판이 이동할 경우에 서로간에 비례 또는 반비례되게 위상을 가변하며, 상기 이동 기판의 이동 방향에 따른 하나의 기준 축에 일렬로 형성되도록 인쇄됨을 특징으로 하는 다중 이상기.
4. 제1항에 있어서, 상기 이동 기판에서 상기 하우징 내부의 상부면과 대응하는 면에는 다수의 볼 플런져(Ball Plunger)가 설치됨을 특징으로 하는 다중 이상기.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 고정 기판은 하나의 입력 포트와 해당 입력 포트의 입력 신호가 분배되어 출력되는 5개의 출력 포트와 연결되는 구조를 가지며, 상기 하우징의 길이 방향 대비 하단에는 좌에서 우측으로 순서적으로 상기 입력 포트, 제5 출력 포트, 제4 출력 포트와 연결되기 위한 패턴이 형성되며, 상단에는 좌에서 우측으로 순서적으로 제1, 제2, 제3 출력 포트와 연결되기 위한 패턴이 형성되며, 상기 제1 내지 제5 출력 포트는 수직 방향으로 배열되는 5개의 방사 소자에 차례로 대응됨을 특징으로 하는 다중 이상기.
7. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 기판 및 상기 이동 기판에 인쇄되는 다수의 전송선로들은 마이크로스트립라인으로 구현되며, 상기 고정 기판 및 이동 기판은 유전체 기판으로 구현되며, 상기 고정 기판과 이동 기판이 맞닿는 면 중 적어도 일면에는 절연막이 형성됨을 특징으로 하는 다중 이상기.
8. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 기판은 상기 하우징에 솔더링 작업을 통해 부착됨을 특징으로 하는 다중 이상기.

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