KR101586295B1

KR101586295B1 - 안테나 장치, 기지국, 및 통신 시스템

Info

Publication number: KR101586295B1
Application number: KR1020147019069A
Authority: KR
Inventors: 다오 푸; 핑화 허; 더원 쑨; 웨이화 쑨
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-01-18
Also published as: EP2784876A1; WO2013086995A1; KR20140102288A; US9979093B2; CN102522634B; EP2784876B1; EP2784876A4; US20140313095A1; CN102522634A

Abstract

본 발명의 실시예는 안테나 장치, 기지국, 및 통신 시스템을 제공한다. 상기 안테나 장치는 공통 레이돔(radome)을 포함하는 안테나 부분; 상기 안테나 부분에 연결되어 있고 적어도 하나의 능동 모듈을 포함하는 능동 부분으로서, 각각의 능동 모듈은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터, 무선 주파수 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 능동 모듈의 소자 반사기는 안테나 기능을 실현하도록 구성되어 있는, 능동 부분; 및 상기 능동 부분 및 상기 안테나 부분에 연결되어 있고, 상기 능동 부분 내의 적어도 하나의 능동 모듈이 공유하며, 적어도 하나의 공통 모듈을 포함하는 공통 부분을 포함한다. 전술한 안테나 장치를 사용하면, 각각의 무선 주파수 모듈을 유연하게 구성할 수 있으며, 이에 의해 상이한 제품 결합에 대한 요건을 충족할 수 있고 현장에서의 교체 및 유지보수 작업이 간단하게 된다.

Description

안테나 장치, 기지국, 및 통신 시스템{ANTENNA APPARATUS, BASE STATION, AND COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명의 실시예는 이동 통신 분야에 관한 것이며, 특히 안테나 장치, 기지국, 및 통신 시스템에 관한 것이다.

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초창기의 분배식 무선 기지국 시스템은 일반적으로 "원격 무선 유닛(Remote Radio Unit: RRU) + 안테나" 아키텍처를 채택하였으며, 여기서 안테나는 수동 안테나이다. 일반적으로, "RRU + 안테나" 아키텍처는 이하의 3가지 형태로 실현된다:

1) RRU는 타워의 하부에 있고, 안테나는 타워 위에 있으며, 이 둘은 케이블을 통해 연결된다.

2) RRU는 타워 위에 있고 안테나에 가까이 있으면서, 안테나의 하부 또는 이면에 장착되며, 이 둘은 케이블을 통해 연결된다.

3) 반집성 방식(semi-integrated manner)이 채택되고, RRU는 안테나에 직접 장착되고 안테나에 블라인드-메이트(blind-mate) 되거나 케이블을 통해 연결된다.

RRU와 안테나의 반집성 방식에서, RRU는 일반적으로 안테나의 이면에 직접 장착되며, 여기서 하나의 안테나가 하나의 RRU를 유지할 수도 있고 복수의 RRU를 유지할 수도 있다. RRU는 케이블을 통해 안테나와 연결될 수도 있고 안테나와 블라인드-메이트 될 수도 있는데, 이 두 연결 방식은 방수 설계가 요구된다.

나중의 제품들은 RRU와 안테나의 통합으로 진화한다. RRU와 수동 안테나를 통합하는 안테나 시스템을 통상적으로 능동 안테나 시스템(Actice Antenna System: AAS)이라 부른다. AAS는 능동 유닛으로서 서빙하는 RRU와 수동 유닛으로서 서빙하는 기지국 안테나를 하나의 모듈로 통합하여 일체성(unity)을 형성하며, 이에 의해 통합 설치 및 유지보수를 실현할 수 있다. 일반적으로, 능동 유닛으로 서빙하는 RRU가 위치하는 측을 능동 측이라 부르고, 수동 유닛으로서 서빙하는 안테나가 위치하는 측을 안테나 측이라 부른다. 통합된 아키텍처를 채택하는 AAS를 설치하는 동안, 단지 안테나는 장착되기만 하면 된다.

그렇지만, RRU와 안테나의 전술한 통합 방식의 경우, 현장에서의 교체 및 유지보수가 어렵고 상이한 제품 조합에 대한 요건을 충족하는 것이 곤란하다.

본 발명은 안테나 장치를 제공하는데, 이 안테나 장치는 현장 교체 및 유지보수 작업이 간단하고 상이한 제품 결합에 대한 요건을 충족할 수 있다.

한 관점에 따르면, 안테나 장치가 제공되며, 상기 안테나 장치는, 공통 레이돔(radome)을 포함하는 안테나 부분; 상기 안테나 부분에 연결되어 있고 적어도 하나의 능동 모듈을 포함하는 능동 부분으로서, 각각의 능동 모듈은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터, 및 무선 주파수 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 능동 모듈의 소자 반사기는 안테나 기능을 실현하도록 구성되어 있는, 능동 부분; 및 상기 능동 부분 및 상기 안테나 부분에 연결되어 있고, 상기 능동 부분 내의 적어도 하나의 능동 모듈이 공유하며, 적어도 하나의 공통 모듈을 포함하는 공통 부분을 포함한다.

다른 관점에 따르면, 전술한 안테나 장치를 포함하는 기지국이 제공된다.

또 다른 관점에 따르면, 전술한 기지국을 포함하는 통신 시스템이 제공된다.

전술한 안테나 장치를 사용하면, 안테나 장치의 통합 솔루션에서 통합적인 교체 및 유지보수를 수행하는 것이 곤란하다는 종래기술의 문제를 해결할 수 있고, 유연한 구성을 실현할 수 있으며, 이에 의해 상이한 제품 결합에 대한 요건을 충족할 수 있다.

본 발명의 실시예의 기술적 솔루션을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 실시예 또는 종래기술을 설명하는 데 필요한 첨부된 도면에 대해 간략하게 설명한다. 당연히, 이하의 실시예의 첨부된 도면은 본 발명의 일부의 실시예에 지나지 않으며, 당업자라면 창조적 노력 없이 첨부된 도면으로부터 다른 도면을 도출해낼 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다른 안테나 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 백플레인 연결을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 소자의 일부가 미리 설치되어 있는 경우를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 능동 모듈 및 수동 모듈이 설치되어 있는 경우를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단일의 교체 가능 능동 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 기술적 솔루션에 대해 명확하고 완전하게 설명한다. 당연히, 설명된 실시예는 본 발명의 모든 실시예가 아닌 일부에 지나지 않는다. 당업자가 창조적 노력 없이 본 발명의 실시예에 기초하여 획득하는 모든 다른 실시예는 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

전술한 바와 같이, 현재의 분배식 무선 기지국 시스템의 AAS에 있어서, RRU 및 안테나는 통합되어 단일체를 형성하고 전체적으로 설치되고 유지되는데, 현장에서의 교체가 어렵고 외형상의 큰 치수 및 그 중량으로 인해 유지보수가 힘들다.

예를 들어, 일부의 시나리오에서, 안테나가 800M-900M 안테나와 같은 저주파 안테나이면, 그 길이는 2m에 이를 수 있거나 2.6m까지도 이를 수 있으며 그 총중량은 40kg을 넘을 수도 있다. 이것은 종합적인 설치 및 유지보수를 어렵게 하고, 여러 명의 작업자(통상적으로 3 내지 4명)가 타워 위에서 작업을 수행해야 하고 심지어 일부의 시나리오에서는 크레인까지도 동원해야 하며, 이에 의해 비용이 많이 들고 작업이 힘들다.

또한, RRU와 안테나를 통합하는 이러한 방식은 제품 결합에 대한 요건을 충족하도록 유연하게 구성될 수 없다. RRU 결함 또는 용량 확장 요건으로 인한 유지보수 요건이 있으면, AAS는 전체가 분리되어야 하고 그런 다음 유지보수 또는 교체 후 전체가 재설치되어야 한다. 작업은 상대적으로 어렵고 비용도 많이 든다.

또한, AAS Cube(입방) 솔루션이 제공된다. Cube 솔루션에서, RRU는 많은 독립 소형 유닛으로 만들어지고 각각의 독립 소형 유닛은 중간 주파수 보드, 무선 주파수 보드, 전력 증폭기, 듀플렉서, 소자, 반사기 및 공급 네트워크를 포함하는 완전한 유닛이다. 외부의 공통 파워 서플라이 및 공통 중간 주파수 보드를 사용함으로써, 이러한 소형 유닛들은 응용의 필요에 따라 제품으로서 결합된다. 전술한 솔루션에서, Cube를 독립 유닛이라 하는데, 이것은 소자로부터 중간 주파수 보드까지의 완전한 내용을 포함한다. Cube는 유연성 있게 구성될 수 있고 공통 모듈과의 배합으로 사용된다.

그렇지만, 일부의 경우, 전체 안테나 장치가 모두 능동 안테나 시스템이 되어야 하는 것은 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 안테나 장치가 복수의 안테나 어레이를 포함하고 있으면, 일부의 안테나 어레이는 능동 안테나가 되고 다른 안테나 어레이는 수동 안테나가 되기만 하면 된다. 그렇지만, Cube 솔루션은 능동 안테나와 수동 안테나의 통합을 지원할 수 없으며, 이에 의해 전술한 경우는 자원 낭비가 된다. 또한, 각각의 독립 유닛 Cube에 대해 방수 및 열 소산이 독립적으로 실행되어야 하고 통합 결합 후에도 실행되어야 한다. 또한, 현장 교체 역시 지원되어야 한다. 그러므로 AAS의 Cube 솔루션에서는, 방수, 열 소산 등과 같은 상세를 실행하는 것은 복잡하다.

그러므로 본 발명에 따른 실시예에서, 분배식 무선 기지국에 안테나 장치가 제공될 것으로 기대된다. 안테나 장치의 통합 설치 후, 유지보수 요건 및 용량 확장 및 주파수 확장 요건이 장래에 있으면, 능동 모듈, 수동 모듈 또는 공통 모듈이 안테나의 분리 없이 타워에 직접 유지될 수 있다.

또한, 능동 안테나와 수동 안테나를 통합하는 어플리케이션을 만족하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상이한 제품 요건을 충족하도록 능동 모듈과 수동 모듈을 서로 교체할 수 있으며, 또한 능동 모듈과 수동 모듈의 분할 입도(partition granularity)는 실제의 요건에 따라 유지된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 대한 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 장치(100)는 안테나 부분(101), 능동 부분(102), 및 공통 부분(103)을 포함한다. 안테나 부분(101)은 공통 레이돔(common radome)(104)을 포함한다. 능동 부분(102)은 안테나 부분(101)에 연결되어 있고 적어도 하나의 능동 모듈(105)을 포함한다. 각각의 능동 모듈(105)은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기 및 무선 주파수 모듈을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 능동 모듈(105)의 소자 반사기는 안테나 기능을 실현하도록 구성되어 있다. 공통 부분(103)은 비독립적으로 배치된 부분 또는 독립적으로 배치된 부분일 수 있다. 공통 부분(103)이 비독립적으로 배치된 부분이면, 그 실행된 기능들은 능동 모듈(105)에 의해 개별적으로 실행될 수 있고, 공통 부분(103)의 기능들을 실행하는 모듈은 능동 모듈(105)에 분배될 수 있으며, 예를 들어, 능동 모듈(105)의 무선 주파수 모듈에 분배될 수 있다. 공통 부분(103)이 독립적으로 배치된 부분이면, 공통 부분(103)은 능동 부분(102) 및 안테나 부분(101)에 연결되고, 적어도 하나의 공통 모듈(106)을 포함한다. 공통 레이돔(104)은 안테나 장치(100)에 포함되는 안테나 소자에 의해 공유된다.

각각의 능동 모듈(105)은 각각의 안테나 소자에 대응하는 위상 시프터를 더 포함할 수 있다.

전술한 솔루션에서, 안테나 부분(101)은 반사기를 가지지 않으며 능동 부분(102)의 소자 반사기의 결합을 사용함으로써 전체 안테나 부분의 반사기의 기능을 실현할 수 있다. 또한, 공통 모듈과 관련해서, 공통 부분이 독립적으로 배치되면, 능동 부분(1023)의 각각의 능동 모듈(105) 내의 일부의 공통 부분은 각각의 능동 모듈(105)로부터 분리되어 독립 공통 모듈을 형성한다. 예를 들어, 독립 공통 모듈은 공통 파워 서플라이 및 공통 중간 주파수 보드를 포함할 수 있다.

또한, 안테나 부분(101)에 포함되어 있는 위상 시프터는 능동 안테나와 수동 안테나의 소자 공유를 실현할 수 있는데, 이것은 전술한 Cube 솔루션에서는 실현될 수 없다. 능동 안테나와 수동 안테나의 소자 공유에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

편의상, 도 1의 개략도에서, 능동 모듈(105)에 포함되어 있는 안테나 소자, 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터 및 무선 주파수 모듈은 도시되어 있지 않다. 이하에서는 단일의 교체 가능한 능동 모듈의 개략적인 구조와 실행 방식에 대해 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 안테나 부분은 능동 모듈의 소자 반사기와의 배합으로 안테나 기능을 실현하도록 구성되어 있는 주 반사기를 더 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다른 안테나 장치에 대한 개략적인 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 장치(200)는 안테나 부분(201), 능동 부분(202), 및 공통 부분(203)을 포함한다. 안테나 부분(201)은 공통 레이돔(204) 및 주 반사기(207)를 포함한다. 능동 부분(202)은 안테나 부분(201)에 연결되어 있고 적어도 하나의 능동 모듈(205)을 포함한다. 각각의 능동 모듈(205)은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터 및 무선 주파수 모듈을 포함하며, 여기서 능동 모듈(205)의 소자 반사기 및 안테나 부분(201)의 주 반사기(207)는 공동으로 안테나 기능을 실현한다. 공통 부분(203)은 비독립적으로 배치된 부분 또는 독립적으로 배치된 부분일 수 있다. 공통 부분(203)이 비독립적으로 배치된 부분이면, 그 실행된 기능들은 능동 모듈(205)에 의해 개별적으로 실행될 수 있고, 공통 부분(203)의 기능들을 실행하는 모듈은 능동 모듈(205)에 분배될 수 있으며, 예를 들어, 능동 모듈(205)의 무선 주파수 모듈에 분배될 수 있다. 공통 부분(203)이 독립적으로 배치된 부분이면, 공통 부분(203)은 능동 부분(202) 및 안테나 부분(201)에 연결되고, 적어도 하나의 공통 모듈(206)을 포함한다. 공통 레이돔(204)은 안테나 장치(200)에 포함되어 있는 안테나 소자들에 의해 공유된다.

동일한 방식으로, 도 2의 개략도에서, 능동 모듈(205)에 포함되어 있는 안테나 소자, 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터 및 무선 주파수 모듈은 도시되어 있지 않다. 또한, 도 2에 도시된 안테나 장치의 단일의 교체 가능한 능동 모듈의 구조는 도 1에서의 구조와 유사하며 양자에 대해 이하에 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 백플레인 연결을 나타내는 개략도이다. 도 3에서, 무선 주파수(Radio Frequency: RF)는 능동 모듈(105)을 나타내고 공통 모듈(Common Module: CM)은 공통 모듈(106)을 나타낸다. 도 3에 도시된 능동 모듈(105)의 수 및 공통 모듈(106)의 수는 본 발명의 실시예의 범위에 제한되지 않으며, 안테나 소자의 수, 네트워크 구성, 및 현장 교체 시의 중량 요건과 같은 실제의 요건에 따라 계획될 수 있다. 도 3과 도 1의 동일한 부분은 동일한 참조 번호를 사용하여 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 능동 모듈(105) 및 공통 모듈(106)은 안테나 측 상의 백플레인(34)을 사용하여 연결되며, 또한, 능동 모듈들(105) 역시 백플레인(34)을 사용하여 서로 연결된다. 특정한 연결 방식은 블라인드-메이트 연결 또는 케이블 연결일 수 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 대해 어떠한 제한도 두지 않는다.

종래의 능동 안테나 장치에서는, 안테나 부분은 일반적으로 레이돔, 주 반사기 및 복수의 주파수 대역에 각각 대응하는 복수의 안테나 소자를 포함한다. 본 발명의 실시예에서의 안테나 장치에서는, 종래의 능동 안테나 장치의 안테나 측 상의 안테나 소자 및 일부 또는 모든 주 반사기가 또한 실제로 능동 모듈에 병합되고, 이에 의해 능동 모듈과 공동으로 단일체를 형성한다. 이 방법에서, 종래의 안테나 장치 내의 능동 유닛 RRU의 무선 주파수 모듈의 모든 구성요소, 예를 들어, 무선 주파수 보드 및 필터 외에, 본 발명의 실시예에 따른 각각의 능동 모듈은 종래의 안테나 장치의 안테나 부분 내의 안테나 소자 및 소자 반사기를 더 포함한다. 또한, 복수의 능동 모듈은 실제의 상황에 따라 M*N 결합을 형성하며, 여기서 M 및 N은 양의 정수이다. 능동 모듈은 위상 시프터를 더 포함할 수 있다. 또한, 능동 모듈은 결합기-분할기(combiner-divider) 및 수동 안테나의 능동 유닛을 연결하는 인터페이스를 더 포함할 수 있으며, 하나의 안테나 소자가 능동 안테나 및 수동 안테나 모두를 지원할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 능동 모듈에서, 소자 반사기는 최적화될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에 설명한다.

이하에서는 단일의 교체 가능한 능동 모듈에 대해 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서의 안테나 장치에서, 능동 모듈 및 수동 모듈은 상호 교환될 수 있다. 그러므로 도 1 내지 도 3에 도시된 안테나 장치에서, 적어도 하나의 능동 모듈은 수동 모듈로 교체될 수 있다. 예를 들어, 능동 모듈의 어레이가 수동 모듈로 교체되면, 이 수동 모듈의 어레이 및 이 수동 모듈의 어레이에 대응하는 안테나의 어레이는 수동 안테나를 형성한다. 여기서, 당업자라면 능동 안테나와 수동 안테나를 통합하는 아키텍처가 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치 내에 형성되면, 수동 안테나의 어레이 역시 종래의 안테나 장치 내의 RRU에 연결되어 안테나의 기능을 실현할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 능동 모듈을 수동 모듈로 교체하는 경우, 무선 주파수 모듈은 능동 모듈로부터 분리될 수 있는데, 즉 무선 주파수 보드, 필터 등과 같은 능동 유닛의 구성요소는 분리될 수 있고, 안테나 소자, 소자 반사기 및 위상 시프터만이 남게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서의 안테나 장치에서, 안테나 부분은 하나의 안테나 어레이용 프레임워크를 포함할 수 있거나 2 이상의 안테나 어레이용 프레임워크를 포함할 수도 있다. 안테나 부분은 공통 레이돔을 포함하고 주 반사기를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 능동 모듈 또는 수동 모듈에 의해 매립된 소자 반사기 및 공통 안테나 측 상의 주 반사기가 설치되어 결합된 후, 종래의 안테나 장치 내의 안테나 부분에 포함되어 있는 반사기의 기능이 실현될 수 있으며, 이에 의해 능동 안테나 또는 수동 안테나의 기능을 실현한다. 본 발명의 실시예에서, 능동 모듈 또는 수동 모듈에 의해 매립되는 소자 반사기 및 안테나 부분의 주 반사기의 설치 및 결합 방식에 대해 어떠한 제한도 두지 않는다는 것을 수용할 수 있다. 또한, 당업자라면 안테나 부분은 심지어 공통 레이돔만을 포함할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이 경우, 능동 모듈에 포함되어 있는 소자 반사기는 안테나 기능을 실현하도록 구성되고 소자 반사기는 종래의 안테나 장치 내의 반사기를 형성하도록 결합될 수 있다. 말하자면, 이 경우, 안테나 부분은 주 반사기를 포함하지 않고 반사기의 기능은 능동 모듈의 소자 반사기에 의해 실현된다.

본 발명의 실시예에서, 일부의 경우, 주파수 대역의 일부에 대응하는 소자 역시 안테나 측 상의 주 반사기에 직접 설치될 수 있으며, 이에 의해 수동 안테나의 무선 주파수 유닛에 연결되어 수동 안테나를 지원한다. 또한, 소자에 대응하는 주 반사기 및 위상 시프터가 안테나 측 상에 고정되어 있는 경우, 현장 교체를 수행하는 것이 불편하다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 소자의 일부가 미리 설치되어 있는 경우를 나타내는 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(46)는 안테나 구성요소(45)에 미리 설치될 수 있다. 또한, 능동 모듈 A1 및 A2는 안테나 구성요소에 설치될 수 있고 유지보수 동안 현장에서 개별적으로 유지될 수 있거나 교체될 수 있다.

여기서, 수동 소자의 일부, 예를 들어, 800-900M 저주파 안테나 소자가 크기가 너무 큰 관계로 현장 교체에 적절하지 않으면, 수동 소자의 일부를 미리 설치하고 현장에서는 설치 또는 교체되지 않는다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 능동 모듈 또는 수동 모듈은 안테나 측 상에 설치될 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 능동 모듈 및 수동 모듈이 설치되어 있는 경우를 나타내는 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, A1은 능동을 나타내고 P1은 수동 모듈을 나타낸다. A1 및 P1 모두는 안테나 측 상에 설치되어 능동 안테나와 수동 안테나를 통합하는 시스템을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 능동 모듈이 안테나 장치에 설치되면, 능동 모듈 내의 안테나 소자도 결합기-분할기 및 위상 시프터를 사용하여 수동 안테나를 지원할 수 있다. 예를 들어, 능동 모듈 A1이 설치되면, A1은 수동 안테나와 결합되어 소정의 주파수 대역의 능동 안테나의 역할을 할 수 있다. 또한, 능동 모듈 A1의 안테나 소자는 결합기-분할기, 위상 시프터, 및 수동 안테나의 능동 유닛에 결합된 인터페이스를 사용하여 수동 안테나의 무선 주파수 유닛에 연결될 수 있고, 이것은 다른 주파수 대역의 수동 안테나의 역할을 할 수 있다. 안테나 모듈 A1이 지원하는 능동 안테나의 주파수 대역은 지원된 수동 안테나의 주파수 대역과는 다르다.

능동 모듈 및 수동 모듈의 상호 교체를 수행함으로써, 동일한 안테나 어레이는 능동 안테나와 수동 안테나가 다른 안테나 대역을 가지고 있는 것을 제외하곤 능동 안테나와 수동 안테나의 공유를 지원할 수 있다. 또한, 전술한 Cube 솔루션은 능동 안테나와 수동 안테나의 소자 공유의 실행을 지원하지 않는다.

이하에서는 단일의 교체 가능한 능동 모듈의 실현 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단일의 교체 가능 능동 모듈에 대한 개략적인 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 능동 모듈(10)은 소자 반사기(11), 안테나 소자(12) 및 무선 주파수 모듈(13)을 포함한다. 소자 반사기(11)는 제1 표면 s1 및 상기 제1 표면 s1의 반대편인 제2 표면 s2를 포함한다. 소자 반사기(11)의 제1 표면 s1은 전도성 재료로 제조된다. 안테나 소자(12)는 소자 반사기(11)의 제1 표면 s1 상에 배치되고 제1 표면 s1에 전기적으로 연결되어 있다. 무선 주파수 모듈(13)은 소자 반사기(11)의 제2 표면 s2 상에 배치되고 안테나 소자(12)에 전기적으로 연결되어 있다.

선택적으로, 실시예로서, 소자 반사기(11)는 도 6에 도시된 평판형으로 되어 있지만, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 소자 반사기(11)는 측 패널을 포함할 수 있다. 측 패널은 소자 반사기(11)의 제1 표면 s1 상에 위치한다. 측 패널의 내측은 전도성 재료로 제조된다. 실제의 요건에 따라, 측 패널은 안테나 소자(12)를 에워싸거나 반만 에워쌀 수 있는데, 예를 들어, 안테나 소자(12)의 1 측면, 2 측면, 3 측면, 및 4 측면에 위치할 수 있다.

선택적으로, 다른 실시예로서, 소자 반사기(11)는 완전한 반사기를 독립적으로 형성할 수도 있고 안테나 장치의 주 반사기와 공동으로 수렴 광선(convergent beam)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 소자 반사기(11)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)일 수 있다. 소자 반사기(11)의 제1 표면 s1은 구리와 같은 전도성 재료와 공동으로 놓인다. 소자 반사기(11)는 안테나 장치의 주 반사기와의 커플링을 형성하는데, 예를 들어, 용량성 커플링(capacitive coupling) 또는 전도성 커플링(conductive coupling)을 형성한다. 여기서는, 주로 수동 상호변조(intermodulation) 문제를 인해, 밀착 접촉이 요구되고 틈(gap)이 있어서는 안 된다.

선택적으로, 다른 실시예로서, 소자 반사기(11)의 제2 표면 s2 상에 공급 네트워크가 배치된다. 공급 네트워크는 파워 스플리터, 결합기, 커플러, 위상 시프터 등 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들은 케이블링 및 삽입 손실을 감소하기 위해 통합될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 7에서의 안테나 장치는 능동 모듈(21), 주 반사기(22) 및 레이돔(23)을 포함한다.

도 7은 주 반사기(22)의 오프닝(opening) 및 이 오프닝을 통해 설치되어 있는 능동 모듈(21)만을 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 도 7의 주 반사기(22)는 선택적 구성요소이다는 것에 유의해야 한다. 주 반사기(22)는 능동 모듈(21)의 소자 반사기가 수렴 광선을 독립적으로 형성하는 경우에는 생략될 수도 있다. 설명의 편의상, 이하의 설명에서는 안테나 장치가 주 반사기를 구비하는 것으로 가정한다.

본 발명의 실시예에서의 주 반사기(22)는 적어도 하나의 오프닝을 구비할 수 있다. 이러한 적어도 하나의 오프닝을 통해, 적어도 하나의 능동 모듈(21)이 분리 가능한 방식으로 설치될 수 있다. 레이돔(23) 및 주 반사기(22)는 결합되어 단일체를 형성할 수 있거나, 분리 가능한 방식으로 공동으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 능동 모듈(21)이 분리 가능한 방식으로 적어도 하나의 오프닝을 통해 주 반사기의 한 측면으로부터 레이돔(23)(이하에서는 주 반사기(22)의 전면 측이라 칭함)에 대향해서 설치되는 경우, 레이돔(23)은 주 반사기(22)로부터 분리되어 능동 모듈(21)의 설치를 용이하게 할 수 있다. 또는, 적어도 하나의 능동 모듈(21)은 분리 가능한 방식으로 적어도 하나의 오프닝을 통해 주 반사기(22)의 한 측면으로부터 레이돔(23) 쪽으로 역으로 설치되는 경우, 레이돔(23) 및 주 반사기(22)는 결합되어 단일체를 형성할 수 있거나, 능동 모듈(21)의 설치에 영향을 주지 않으면서 분리 가능한 방식으로 공동으로 설치될 수도 있다.

도 7에 쇄선 박스로 도시된 바와 같이, 능동 모듈(21)은 도 6의 능동 모듈(10)의 예이다. 그러므로 유사한 부분들은 유산한 참조 번호를 사용하여 표시되고 상세한 설명을 생략한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 능동 모듈(21)은 소자 반사기(11a), 안테나 소자(12a) 및 무선 주파수 모듈(13a)을 포함한다. 소자 반사기(11a)는 평판형이며, 예를 들어, PCB일 수 있다. 소자 반사기(11a)의 제1 표면 s1a는 전도성 재료(예를 들어 구리)와 공동으로 접지(ground)로서 놓인다.

도 7에 도시된 실시예에서, 능동 모듈(21)의 소자 반사기(11a)의 길이 및 폭 치수는 주 반사기(22) 상의 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 크거나 같을 수 있다. 능동 모듈(21)은 소자 반사기(11a)의 제1 표면 s1a 상에 배치되는 절연막(14)을 더 포함한다. 예를 들어, 절연막(14)은 제1 표면 s1a 상에 코팅된 그린 오일(green oil)일 수 있다. 절연막(14)의 두께는 실제의 요건에 따라 조정될 수 있으며, 예를 들어, 0보다는 크고 2mm보다는 작거나 같을 수 있으나, 본 발명의 실시예는 이러한 예시적인 수치 값에 제한되지 않는다.

절연막(14)을 사용함으로써, 도 7에 도시된 바와 같이, 능동 모듈(21)이 주 반사기(22)의 오프닝에 설치된 후, 주 반사기(22) 및 능동 모듈(21)의 소자 반사기(11a)는 용량성 커플링을 형성하고, 이에 따라 주 반사기(22)와 안테나 소자(12a) 간에 무선 주파수 연결이 형성되고 주 반사기(22)의 도움으로 수렴 광선이 형성된다.

도 7의 실시예에서, 능동 모듈(21)의 소자 반사기(11a)는 절연막(14)에 의해 주 반사기(22)로부터 격리되지만, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서는, 에어를 사용하여 절연막(14)을 대체할 수도 있다. 즉, 능동 모듈(21)의 소자 반사기(11a)는 틈에 의해 주 반사기(22)로부터 격리된다. 이 방법에서, 소자 반사기(11a)와 주 반사기(22) 간에도 용량성 커플링이 형성될 수 있다. 틈의 폭은 실제의 요건에 따라(예를 들어, 조립 허용공차, 전기 지수 등을 고려하여) 설정될 수 있다.

안테나 장치가 복수의 능동 모듈을 포함하면, 어레이 간 및/또는 소자 간의 커플링 또는 격리를 조정하는 데 사용되는 구성요소가 주 반사기(22) 상에, 예를 들어, 도 7에 도시된 주 반사기의 수직 슬라이스 부분(24) 상에 배치될 수 있다.

선택적으로, 다른 실시예로서, 소자 반사기(11a)의 제2 표면 s2a 상에 공급 네트워크가 배치된다. 공급 네트워크는 파워 스플리터, 결합기, 커플러, 위상 시프터 등 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들은 케이블링 및 삽입 손실을 감소하기 위해 통합될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 8의 안테나 장치도 절연막(14)을 필요로 하지 않는다. 다른 부분들은 도 7의 부분들과 동일하므로, 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 주 반사기(22)의 오프닝에 능동 모듈(21)이 설치된 후, 능동 모듈(21)의 소자 반사기(11a) 및 주 반사기(22)는 고정되어 전도성 커플링을 형성한다.

도 8에 도시된 실시예에서, 소자 반사기(11a)의 제1 표면 s1a와 주 반사기(22)는 모두 전도성 재료로 제조되며 예를 들어 볼트, 리벳 또는 접착제로 밀착 접촉하며; 또는 제1 표면 s1a와 주 반사기(22)의 상부 표면은 제1 표면 s1a와 주 반사기(22)가 잘 맞춰지도록 충분히 반듯하여 양호한 전도성 커플링을 형성한다. 이 방법에서, 주 반사기(22)와 소자 반사기(11a)는 수렴 광선을 공동으로 형성하도록 구성된다.

안테나 장치(30)의 다른 구조에 대해서는, 도 7의 설명을 참조할 수 있으므로, 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단일의 교체 가능 능동 모듈이 설치된 안테나 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 9의 안테나 장치는 능동 모듈(41), 주 반사기(42) 및 레이돔(43)을 포함한다.

주 반사기(42) 및 레이돔(43)의 다른 구조에 대해서는, 도 7 및 도 8의 주 반사기(22) 및 레이돔(23)을 참조할 수 있으므로, 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.

능도 모듈(41)의 소자 반사기(11a)는 측 패널(15)을 포함한다. 측 패널(15)은 소자 반사기(11b)의 제1 표면 s1b에 위치하여 안테나 소자(12b)를 에워싼다. 측 패널(15)의 내부 측면은 전도성 재료로 제조된다. 실시예에서, 소자 반사기(11b)의 하위 평판 부분 및 측 패널(15)은 일체로 형성되어 있다.

능동 모듈(41)이 오프닝에 설치된 후, 측 패널(15)의 상위 가장자리는 주 반사기(42)의 하위 가장자리보다 높거나 정렬된다. 예를 들어, 측 패널(15)의 상위 가장자리는 안테나 소자(12b)의 하위 표면과 정렬되어 투과 동안 소자를 보호할 수 있거나, 전기적 그리고 구조적 설계 요건을 종합적으로 고려하여 안테나 소자(12b)의 상위 표면보다 높거나 낮을 수 있다.

도 9에 도시된 실시예에서, 능동 모듈(41)이 주 반사기(42)의 오프닝에 설치된 후, 능동 모듈(41)의 주 반사기(11b) 및 주 반사기(42)는 용량성 커플링을 형성한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 능동 모듈(41)의 주 반사기(11b)는 주 반사기(42)로부터 틈에 의해 격리되어 있다. 주 반사기(42)와 소자 반사기(11b) 간의 틈은 실제의 상황에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 조립 허용공차, 전기 지수 등을 고려될 수 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다.

본 실시예는 또는 도 8의 실시예와 유사하므로 능동 모듈(41)의 소자 반사기(11b)와 주 반사기(42)는 전도성 커플링을 형성하도록 잘 맞춰진다.

도 9의 소자 반사기(11b)의 길이 및 폭 치수는 주 반사기(42)의 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 작다. 그러므로 능동 모듈(41)은 주 반사기(42)의 이면 측(rear side)으로부터 설치될 수 있다. 이 경우, 레이돔(43) 및 주 반사기(42)는 결합하여 단일체를 형성할 수 있거나, 분리 가능한 방식으로 공동으로 설치될 수도 있다.

선택적으로, 다른 실시예로서, 무선 주파수 모듈(13b)의 치수가 허용되면, 예를 들어, 무선 주파수 모듈(13b)의 길치 및 폭 치수는 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 작으며, 능동 모듈(41)은 또한 주 반사기(42)의 전면 측으로부터 설치될 수 있다. 이 경우, 소자 반사기(11b)의 길이 및 폭 치수는 주 반사기(42)의 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 작을 수 있거나, 주 반사기(42)의 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 크거나 같을 수 있다. 레이돔(43) 및 주 반사기(42)는 분리 가능한 방식으로 공동으로 설치될 수 있다.

소자 반사기(11b)의 길이 및 치수가 주 반사기(42)의 오프닝의 길이 및 폭 치수보다 크거나 같으면, 소자 반사기(11b)는 주 반사기(42)로부터 틈 또는 절연막에 의해 격리되어 용량성 커플링을 형성할 수 있다. 또는, 소자 반사기(11b) 및 주 반사기(42) 역시 전도성 커플링을 형성하도록 잘 맞춰질 수 있다.

그러므로 소자 반사기(11b) 및 주 반사기(42)는 공동으로 수렴 광선을 형성하며, 이는 광선 수렴을 조정할 수 있다.

동일한 방식으로, 복수의 안테나 어레이가 결합되어 있는 어플리케이션에서, 어레이 간 및/또는 소자 간의 커플링 또는 격리를 조정하는 데 사용되는 구성요소는 주 반사기(42) 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기지국은 전술한 안테나 장치를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은 전술한 기지국을 포함한다.

전술한 설명은 본 발명의 실시예에 따라 설치된 단일의 교체 가능한 능동 모듈 및 상기 단일의 교체 가능한 능동 모듈을 가지는 안테나 장치에 대한 예를 설명한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전술한 안테나 장치에서는, 안테나 소자, 소자 반사기 및 위상 시프터가 능동 모듈에 병합되고, 이에 따라 AAS 통합 솔루션에서 통합적인 교체 및 유지보수를 수행하는 것이 곤란하다는 종래기술의 문제를 해결할 수 있고, 유연한 구성을 실현할 수 있으며, 이에 의해 상이한 제품 결합에 대한 요건을 충족할 수 있다. 또한, 능동 모듈 및 수동 모듈을 필요에 따라 설치할 수 있으며, 이에 의해 능동 안테나 및 수동 안테나의 통합의 어플리케이션을 실현할 수 있다.

전술한 설명은 단지 본 발명의 특정한 실시예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 제한하려는 것이 아니다. 당업자가 본 발명에 개시된 기술적 범위 내에서 용이하게 수행하는 모든 변형 또는 대체는 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위의 보호 범위에 있어야 한다.

Claims

안테나 장치에 있어서,
상기 안테나 장치에 포함되어 있는 안테나 소자가 공유하는 레이돔(radome)을 포함하는 안테나 부분;
상기 안테나 부분에 연결되어 있고 적어도 하나의 능동 모듈을 포함하는 능동 부분
을 포함하며,
각각의 능동 모듈은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기, 위상 시프터 및 무선 주파수 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 능동 모듈의 소자 반사기는 안테나 기능을 실현하도록 구성되어 있고,
상기 안테나 부분은 주 반사기를 더 포함하며,
상기 능동 모듈의 소자 반사기 및 상기 안테나 부분의 주 반사기는 안테나 기능을 공동으로 실현하도록 구성되어 있고,
상기 주 반사기에 하나 이상의 오프닝(opening)이 배치되어 있고, 상기 적어도 하나의 능동 모듈은 분리 가능한 방식으로 상기 하나 이상의 오프닝을 통해 설치되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 능동 부분 및 상기 안테나 부분에 연결되어 있고, 상기 능동 부분 내의 적어도 하나의 능동 모듈이 공유하며, 적어도 하나의 공통 모듈을 포함하는 공통 부분
를 더 포함하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 안테나 부분에 연결되어 있고 적어도 하나의 수동 모듈을 포함하는 수동 부분
을 포함하며,
각각의 수동 모듈은 적어도 하나의 안테나 소자, 및 각각의 안테나 소자에 대응하는 소자 반사기 및 위상 시프터를 포함하며, 상기 수동 모듈은 상기 안테나 부분과 결합하여 수동 안테나를 형성하도록 구성되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 능동 모듈은 수동 안테나의 무선 주파수 유닛에 연결되어 있는 인터페이스를 포함하며,
상기 인터페이스는 상기 능동 모듈의 안테나 소자를 결합기-분할기(combiner-divider) 및 상기 능동 모듈의 상기 위상 시프터를 통해 상기 수동 안테나의 무선 주파수 유닛에 연결하도록 구성되어 있으며; 상기 능동 모듈은 상기 능동 모듈이 지원하는 능동 안테나의 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역에서 상기 수동 안테나를 지원하도록 구성되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 능동 모듈은 M*N 어레이로서 배열되며,
상기 어레이 내의 각각의 능동 모듈은 동일하거나 상이한 주파수 대역을 지원하며, M 및 N은 양의 정수인, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 안테나 부분은 하나 또는 2 이상의 안테나 어레이용 프레임워크를 포함하며,
상기 하나 또는 2 이상의 어레이 안테나용 프레임워크 중 한 부분은 상기 능동 모듈에 연결되어 능동 안테나를 형성하며, 상기 하나 또는 2 이상의 안테나 어레이용 프레임워크 중 다른 부분은 수동 모듈에 연결되어 수동 안테나를 형성하는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 안테나 부분은 적어도 하나의 사전설치된 안테나 소자를 포함하며,
상기 사전설치된 안테나 소자는 상기 능동 모듈의 안테나 소자에 대응하는 주파수 대역에서 수동 안테나로서 서빙하도록 구성되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 능동 모듈의 소자 반사기는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대편인 제2 표면을 포함하며, 상기 제1 표면은 전도성 재료로 제조되며;
상기 능동 모듈의 안테나 소자는 상기 제1 표면에 배치되며 상기 제1 표면에 전기적으로 연결되어 있으며; 그리고
상기 무선 주파수 모듈은 상기 소자 반사기의 제2 표면에 배치되며 상기 능동 모듈의 안테나 소자에 전기적으로 연결되어 있는, 안테나 장치.
제8항에 있어서,
상기 능동 모듈의 소자 반사기는 상기 제1 표면에 위치하면서 상기 능동 모듈의 안테나 소자를 에워싸는 측 패널을 포함하고,
상기 측 패널의 내부 측은 전도성 재료로 제조되는, 안테나 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 표면에 배치되어 있는 절연막을 더 포함하는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 능동 모듈의 소자 반사기는 인쇄회로기판(PCB)인, 안테나 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 표면에 공급 네트워크(feeding network)가 배치되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 주 반사기에는, 어레이들 사이 그리고 상기 능동 모듈의 안테나 소자들 사이의 커플링 또는 격리를 조정하는 데 사용되는 구성요소, 상기 어레이들 사이의 커플링 또는 격리를 조정하는 데 사용되는 구성요소, 상기 능동 모듈의 안테나 소자들 사이의 커플링 또는 격리를 조정하는 데 사용되는 구성요소 중 적어도 하나가 배치되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 능동 모듈이 상기 오프닝에 설치된 후, 상기 주 반사기는 상기 적어도 하나의 능동 모듈의 소자 반사기와의 용량성 커플링(capacitive coupling) 또는 전도성 커플링(conductive coupling)을 형성하는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이돔과 상기 주 반사기는 결합하여 단일체를 형성하거나, 분리 가능한 방식으로 공동으로 설치되는, 안테나 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치를 포함하는 기지국.
제16항에 따른 기지국을 포함하는 통신 시스템.
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