KR101651465B1 - 수직 양방향 안테나 - Google Patents

Abstract

건물 외부에 설치되어 양방향을 지향하는 빔을 방사하는 이동 통신용 기지국용 수직 양방향 안테나에 관한 것으로, 소수의 안테나로 서비스 영역을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 설치 비용을 줄일 수 있고, 미관상의 문제점을 해결할 수 있는 수직 양방향 안테나를 제공하는 데 목적이 있다. 본 발명은 반사판, 반사판 상에 지면과 수직한 방향으로 배열되어 서로 다른 복수의 빔을 출력하는 복수개의 복사소자, 복사소자 중 인접한 복사소자와 각각 연결되어 인접한 복사소자에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 복수의 하이브리드 커플러를 포함한다.

Description

수직 양방향 안테나{bi-directional vertical antenna}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물 외부에 설치되어 양방향을 지향하는 빔을 방사하는 이동 통신 기지국용 양방향 안테나에 관한 것이다.

개인 휴대전화의 보편화와 스마트 폰 및 타블렛 PC의 보급 증가로 통화 및 무선인터넷을 위한 전파 사용량이 급증하고 있다. 이러한 사용량 급증은 다양한 환경에서의 통신 소통 요구와 통신 속도, 통화품질 등에 대한 니즈를 발생시키고 있다. 특히 건물 같은 실내뿐만 아니라 실외에서, 기존의 기지국 및 이동통신용 중계기로부터 거리가 멀거나 지형지물에 의해 전파가 잘 전달되지 않는 음영지역 등에서도 적절한 통화 품질이 요구되고 있다. 이러한 니즈를 충족하기 위하여 각 통신사들은 음영지역에 기지국 및 이동통신용 중계기를 추가로 설치하고 있다.

한편 기지국 및 이동 통신 중계기의 주요 구성 요소로서 기지국용 안테나가 있다. 안테나는 무선통신에서 통신의 목적을 달성하기 위해 공간에 효율적으로 전파를 방사하거나, 또는 전파에 의해 효율적으로 기전력을 유기시키기 위해 공중에 가설한 도선을 의미한다. 즉 기지국용 안테나는 송수신을 위해 전자파를 공간으로 보내거나 받는 장치이다.

기지국용 안테나의 서비스 영역을 극대화 시키기 위하여 고층 건물의 옥상이나 철탑 등의 구조물에 장착하여 수직방향의 빔 패턴을 기계적 또는 전기적으로 틸트시키는 방법으로 적절한 통신 환경을 서비스하고 있지만 전기적 또는 기구적 틸트의 한계로 인해 서비스 영역이 제한적일 수 밖에 없었다.

또한 기지국용 안테나를 고층 건물의 옥상이나 철탑 등의 구조물에 장착하더라도 더 높은 초 고층 빌딩을 서비스 해야 하는 환경에서는 불가피하게 두 개 이상의 안테나를 설치해야 하기 때문에 비용이 증가할 뿐만 아니라 외부에 노출되어 미관상에 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-1117509호 (2012.02.10.)

따라서 본 발명의 목적은 소수의 안테나로 서비스 영역을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 설치 비용을 줄일 수 있고, 미관상의 문제점을 해결할 수 있는 수직 양방향 안테나를 제공하는 데 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 수직 양방향 안테나는 반사판, 상기 반사판 상에 지면과 수직한 방향으로 배열되어 서로 다른 복수개의 빔을 출력하는 복수개의 복사소자, 상기 복사소자 중 인접한 복사소자와 각각 연결되어 상기 인접한 복사소자에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 복수의 하이브리드 커플러를 포함한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 복사소자는 +45도 편파신호를 출력하는 제1 편파소자, 상기 제1 편파소자와 교차 배열되어 -45도 편파신호를 출력하는 제2 편파소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 하이브리드 커플러는 인접한 상기 제1 편파소자와 각각 연결되어 상기 인접한 제1 편파소자에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 제1 하이브리드 커플러, 인접한 상기 제2 편파소자와 각각 연결되어 상기 인접한 제2 편파소자에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 제2 하이브리드 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 하이브리드 커플러는 입출력 신호가 서로 90도의 위상차를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 일단과 연결되어, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 일단의 위상을 제어하는 제1 틸트부, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 타단과 연결되어, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 타단의 위상을 제어하는 제2 틸트부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 일단과 연결되어, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 일단의 위상을 제어하는 제3 틸트부, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 타단과 연결되어, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 일단의 위상을 제어하는 제4 틸트부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나에 있어서, 상기 제1 틸트부, 상기 제2 틸트부, 상기 제3 틸트부 및 상기 제4 틸트부를 통해 상기 복사소자에 전원을 공급하는 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직 양방향 안테나는 복수개의 복사소자와, 복사소자 중 인접한 복사소자와 쌍으로 연결되어 인접한 복사소자에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 복수의 하이브리드 커플러를 구비하여 상부와 하부를 지향하는 양방향 빔을 형성함으로써, 하나의 안테나만으로 서비스 영역을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 설치 비용과 미관상의 문제점을 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 수직 양방향 안테나는 하이브리드 커플러의 입력과 연결되어 하이브리드 커플러에 입력되는 신호의 위상을 가변시키는 제1 틸트부, 제2 틸트부, 제3 틸트부 및 제4 틸트부를 구비하여 복사소자로부터 출력되는 복수의 빔을 각각 독립적으로 전기적 틸트시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나의 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나가 상부로 틸트된 상태의 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나가 하부로 틸트된 상태의 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나를 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 수직 양방향 안테나(100)는 케이스(10)의 내부에 수용되어 건물 옥상 등 높은 지대에 구비되는 구조물(2)에 부착되어 고층 빌딩(1)등의 전 영역을 커버 하도록 구성된다.

케이스(10)는 내부에 삽입되는 소자의 크기와 갯수에 따라 사이즈가 결정될 수 있고, 원통형, 직육면체 등의 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

이러한 케이스(10)는 고층 건물의 옥상의 철탑 등의 구조물(2)에 설치되지만 이에 한정된 것은 아니고, 서비스가 필요한 장소에 어디든지 설치 가능하다. 또한 케이스(10)는 구조물(2)에 부착하기 위한 브라켓에 의해 방사되는 빔의 방향을 1차적으로 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

즉 수직 양방향 안테나(100)는 하나의 안테나로 상부와 하부를 지향하는 양방향 빔을 형성하여 고층 빌딩(1)의 상층부와 하층부를 모두 서비스 하도록 할 수 있다.

이하 본 실시예에 따른 수직 양방향 안테나(100)가 하나의 안테나로 상부와 하부를 지향하는 양방향 빔을 형성하는 점을 내부 구성을 통해 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나의 내부 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 수직 양방향 안테나(100)는 반사판(20), 복수의 복사소자(30) 및 복수의 하이브리드 커플러(40)를 포함한다.

반사판(20)은 복수의 복사소자(30)로부터 복사된 전파를 반사한다. 이에 따라 복수의 복사소자(30)에서 방사된 빔은 반사판(20)에 의해 특정 방향으로 지향성을 갖게 된다.

복수의 복사소자(30)는 반사판(20)상에 지면과 수직 방향으로 일렬로 배열되어 상부와 하부를 지향하는 복수의 빔을 방사하게 된다.

복수의 복사소자(30)는 복수개로 구비되고, 인접한 복사소자(30)는 각각 쌍으로 하이브리드 커플러(40)와 결합된다.

한편 본 실시예에서 복수의 복사소자(30)는 +45도 편파 신호를 출력하는 제1 편파소자(31)와, -45도 편파신호를 출력하는 제2 편파소자(32)로 이루어질 수 있다.

제1 편파소자(31)와 제2 편파소자(32)는 서로 교차로 배열되어, 각각 +45도 또는 -45도 편파신호를 출력한다.

제1 편파소자(31)와 제2 편파소자(32)는 각각 정면을 지향하는 +45도 또는 -45도 편파신호를 출력한다. 여기서 본 실시예에서는 인접한 복사소자(30)의 입력단에 각각 연결되는 하이브리드 커플러(40)를 구비하여 상부와 하부를 지향하는 두개의 빔을 형성하도록 구성한다.

하이브리드 커플러(40)는 RF 회로 또는 통신 회로에서 사용되는 수동 소자로서, 입력 전력을 동일한 전력을 갖는 복수 개의 신호로 분리하는 방향성 커플러이다. 하이브리드 커플러(40)에 의해 분리되는 복수 개의 신호는 동일한 크기의 전력을 가지나, 서로 다른 위상을 갖는다.

본 실시예에서는 입출력 신호가 서로 90도의 위상차를 갖는 90도 하이브리드 커플러(40)를 사용한다. 90도 하이브리드 커플러(40)로는 브랜치 라인 커플러(Branch-line coupler)를 사용할 수 있다.

즉 하이브리드 커플러(40)의 입력 측 일단에 신호가 인가할 경우, 출력은 +90도의 위상 차이를 갖는 신호가 출력된다. 이때 출력되는 신호는 각각 동일한 전력을 갖게 된다. 반대로 하이브리드 커플러(40)의 입력 측 타단에 신호를 인가할 경우, 출력은 -90도의 위상 차이를 갖는 신호가 출력된다.

하이브리드 커플러(40)는 제1 하이브리드 커플러(41) 및 제2 하이브리드 커플러(42)를 포함한다.

제1 하이브리드 커플러(41)는 인접한 제1 편파소자(31)의 입력단에 각각 연결되어 인접한 제1 편파소자(31)의 입력단에 각각 90도 위상차이를 갖는 신호를 전달한다.

이에 따라 인접한 제1 편파소자(31)는 90도의 위상차를 갖는 +45도 편파신호를 각각 출력하게 된다.

한편 제2 하이브리드 커플러(42)는 인접한 제2 편파소자(32)의 입력단에 각각 연결되어 인접한 제2 편파소자(32)의 입력단에 각각 90도 위상차이를 갖는 신호를 전달한다.

이에 따라 인접한 제2 편파소자(32)는 90도의 위상차를 갖는 -45도 편파신호를 각각 출력하게 된다.

이러한 구성을 통해 복수의 복사소자(30)들은 상부와 하부를 지향하는 양방향 빔을 형성하게 된다.

따라서 본 발명에 따른 수직 양방향 안테나(100)는 복수개의 복사소자(30)와, 복사소자(30) 중 인접한 복사소자(30)와 각각 연결되어 인접한 복사소자(30)에 서로 다른 위상을 가진 신호를 각각 출력하는 복수의 하이브리드 커플러(40)를 구비하여 상부와 하부를 지향하는 양방향 빔을 형성함으로써, 하나의 안테나만으로 서비스 영역을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 설치 비용과 미관상의 문제점을 해결할 수 있다.

한편 본 실시예에 따른 수직 양방향 안테나(100)는 제1 틸트부(50), 제2 틸트부(60), 제3 틸트부(70), 제4 틸트부(80) 및 급전부(91, 92, 93, 94)를 더 포함할 수 있다.

제1 틸트부(50)는 제1 하이브리드 커플러(41)의 입력 측 일단과 연결되어, 제1 하이브리드 커플러(41)의 입력 측 일단의 위상을 제어할 수 있다.

제2 틸트부(60)는 제1 하이브리드 커플러(41)의 입력 측 타단과 연결되어, 제1 하이브리드 커플러(41)의 입력 측 타단의 위상을 제어할 수 있다.

제3 틸트부(70)는 제2 하이브리드 커플러(42)의 입력 측 일단과 연결되어, 제2 하이브리드 커플러(42)의 입력 측 일단의 위상을 제어할 수 있다.

제4 틸트부(80)는 제2 하이브리드 커플러(42)의 입력 측 타단과 연결되어, 제2 하이브리드 커플러(42)의 입력 측 타단의 위상을 제어할 수 있다.

한편 제1 틸트부(50), 제2 틸트부(60), 제3 틸트부(70) 및 제4 틸트부(80)는 위상천이기(phase shifter)를 이용하여 각각 해당 하이브리드 커플러(40)로 입력되는 신호의 위상을 전기적(electrical)인 방식을 통해 각각 조절할 수 있다.

본 실시예에서는 제1 틸트부(50)와 제3 틸트부(70)를 통해 상부를 지향하는 빔을 제어하도록 구성하고, 제2 틸트부(60)와 제4 틸트부(80)를 통해 하부를 지향하는 빔을 제어하도록 구성하였다.

즉 제1 틸트부(50)와 제3 틸트부(70)를 동일한 각도로 위상을 변경하여 상부를 지향하는 빔을 틸트시킬 수 있고, 제2 틸트부(60)와 제4 틸트부(80)를 동일한 각도로 위상을 변경하여 하부를 지향하는 빔을 틸트시킬 수 있다.

한편 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나가 상부로 틸트된 상태의 빔 패턴을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직 양방향 안테나가 하부로 틸트된 상태의 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 틸트부(50)와 제3 틸트부(70)를 통해 하이브리드 커플러(40)의 각각의 입력단에 적절한 위상을 공급할 경우, +20도 틸트된 빔이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

한편 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 틸트부(60)와 제4 틸트부(80)를 통해 하이브리드 커플러(40)의 각각의 입력단에 적절한 위상을 공급할 경우 -20도 틸트된 빔이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 수직 양방향 안테나(100)는 하이브리드 커플러(40)의 입력과 연결되어 하이브리드 커플러(40)에 입력되는 신호의 위상을 가변시키는 제1 틸트부(50), 제2 틸트부(60), 제3 틸트부(70) 및 제4 틸트부(80)를 구비하여 복사소자(30)로부터 출력되는 복수의 빔을 각각 독립적으로 전기적 틸트시킬 수 있다.

한편 급전부(91, 92, 93, 94)는 제1 틸트부(50), 제2 틸트부(60), 제3 틸트부(70) 및 제4 틸트부(80)에 각각 연결되어 복사소자(30)에 신호를 공급할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 케이스 20 : 반사판
30 : 복사소자 31 : 제1 편파소자
32 : 제2 편파소자 40 : 하이브리드 커플러
41 : 제1 하이브리드 커플러 42 : 제2 하이브리드 커플러
50 : 제1 틸트부 60 : 제2 틸트부
70 : 제3 틸트부 80 : 제4 틸트부
91, 92, 93, 94 : 급전부

Claims (7)

1. 반사판;
   상기 반사판 상에 배열되어 +45도 편파신호를 출력하는 제1 편파소자와, 상기 제1 편파소자와 교차 배열되어 -45도 편파신호를 출력하는 제2 편파소자를 구비하여 서로 다른 복수의 빔을 출력하는 복수개의 복사 소자;
   인접한 상기 제1 편파소자와 각각 연결되어 상기 인접한 제1 편파소자에 90도의 위상차를 가진 신호를 각각 출력하는 제1 하이브리드 커플러와, 인접한 상기 제2 편파소자와 각각 연결되어 상기 인접한 제2 편파소자에 90도의 위상차를 가진 신호를 각각 출력하는 제2 하이브리드 커플러를 구비하는 복수의 하이브리드 커플러;
   상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 일단과 연결되어, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 일단의 위상을 제어하는 제1 틸트부;
   상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 타단과 연결되어, 상기 제1 하이브리드 커플러의 입력 측 타단의 위상을 제어하는 제2 틸트부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 양방향 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 일단과 연결되어, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 일단의 위상을 제어하는 제3 틸트부;
   상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 타단과 연결되어, 상기 제2 하이브리드 커플러의 입력 측 타단의 위상을 제어하는 제4 틸트부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 양방향 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 틸트부, 상기 제2 틸트부, 상기 제3 틸트부 및 상기 제4 틸트부를 통해 상기 복사소자에 전원을 공급하는 급전부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 양방향 안테나.

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