KR101826892B1 - 위상 변위기 및 이를 포함하는 통신 장치 - Google Patents

위상 변위기 및 이를 포함하는 통신 장치 Download PDF

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Abstract

위상 변위기는 무선 신호가 입력되는 입력단에 일단이 연결되고, 상기 무선 신호가 출력되는 복수의 출력단 중 하나에 타단이 연결되며, 상기 일단과 상기 타단 사이에 커플링 포인트가 형성되는 고정 선로, 상기 고정 선로의 상측에서 상호 이격되어 형성되며, 호(arc) 형상으로 이루어져 양단이 서로 다른 출력단에 각각 연결되는 복수의 전송 선로 및 상기 커플링 포인트에 형성되며, 설정된 각도 범위 내에서 회전하면서 상기 복수의 전송 선로를 각각 커플링 급전시켜 상기 무선 신호의 위상을 가변시키는 커플링 가변기를 포함한다. 상기 복수의 전송 선로 각각에는 상기 전송 선로의 외부 방향에서 내부 방향으로 연장되는 복수개의 슬릿(slit)들이 형성된다.

Description

위상 변위기 및 이를 포함하는 통신 장치{PHASE SHIFTER AND COMMUNICATION DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 위상 변위기 및 위상 변위기를 포함하는 통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기지국 안테나에서 방사되는 빔의 각도를 조절할 수 있는 위상 변위기 및 이를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다.
통상의 이동통신 시스템에서는 지역별 또는 시간별로 사용자 접속 밀도가 변하는 등 통신환경이 가변적이며, 이러한 여러 상황들에 대응하여 최적의 서비스를 제공하기 위하여 사업자 측에서는 기지국 안테나의 빔 패턴 각도를 조절하여 유효 범위를 조정하는 네트워크 관리를 하고 있다. 소위 위상 변위기는 전력 분배 원리에 의해 무선 신호의 위상을 가변시켜 기지국 안테나에서 방사되는 빔의 각도를 조절하는 장치를 말한다.
기지국 안테나에서 방사되는 빔은 위상 변위기에 의해 상향 틸트되거나 하향 틸트될 수 있으며, 서비스 사업자는 이를 이용하여 다양한 통신 환경에서 최적의 서비스를 제공할 수 있다.
그러나, 종래의 위상 변위기의 경우, 커플링 가변기를 회전시키거나 커플링 가변기의 전력 분배비를 제어하여 무선 신호의 위상을 가변시켰으며, 전송 선로는 단순히 전력 전달의 역할만을 수행하는 데 그쳤다. 이에 따라, 종래에는 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차, 즉 저주파수 대역과 고주파수 대역 간의 전력 분배비 편차가 크게 나타나는 문제점이 있었다. 이 경우, 위상 변위기의 정교함이 떨어지게 되며 이로 인해 기지국 안테나의 성능 및 품질이 저하될 수 있다. 또한, 종래에는 전송 선로 자체를 변화시키는 데 물리적인 어려움이 있었으며, 이에 따라 원활한 신호 송수신이 가능한 대역폭을 확장시키는 데 한계가 있었다.
한국공개특허공보 제10-2010-0045751 호(2010.05.04)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 각 출력단의 대역별 손실 편차를 최소화하는 위상 변위기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 각 출력단의 대역별 손실 편차를 최소화하는 위상 변위기를 포함하는 통신 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 위상 변위기는 무선 신호가 입력되는 입력단에 일단이 연결되고, 상기 무선 신호가 출력되는 복수의 출력단 중 하나에 타단이 연결되며, 상기 일단과 상기 타단 사이에 커플링 포인트가 형성되는 고정 선로, 상기 고정 선로의 상측에서 상호 이격되어 형성되며, 호(arc) 형상으로 이루어져 양단이 서로 다른 출력단에 각각 연결되는 복수의 전송 선로 및 상기 커플링 포인트에 형성되며, 설정된 각도 범위 내에서 회전하면서 상기 복수의 전송 선로를 각각 커플링 급전시켜 상기 무선 신호의 위상을 가변시키는 커플링 가변기를 포함한다. 상기 복수의 전송 선로 각각에는 상기 전송 선로의 외부 방향에서 내부 방향으로 연장되는 복수개의 슬릿(slit)들이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 전송 선로 각각에는 상기 전송 선로의 연장 방향과 평행인 방향으로 연장되는 슬롯(slot) 이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 슬롯은상기 전송 선로의 호 형상의 외부 방향에 형성되는 제1 슬롯부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 슬롯부는 서로 소정 간격 이격되면서 적층 형성되는 복수개의 제1 서브 슬롯들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 슬롯은 상기 전송 선로의 호 형상의 내부 방향에 형성되는 제2 슬롯부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 슬롯부는 서로 소정 간격 이격되면서 적층 형성되는 복수개의 제2 서브 슬롯들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 슬릿은 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제1 좌슬릿, 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제2 좌슬릿, 상기 전송 선로의 가운데로부터 시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제1 우슬릿 및 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제2 우슬릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 전송 선로는 제1 전송 선로 및 제2 전송 선로를 포함할 수 있다. 상기 커플링 가변기는, 상기 제1 전송 선로를 커플링 급전시키기 위한 제1 커플링 입력부 및 상기 제2 전송 선로를 커플링 급전시키기 위한 제2 커플링 입력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커플링 가변기에는 상기 커플링 가변기의 연장 방향을 따라 슬롯이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위상 변위기는 상기 복수의 전송 선로에 안착되는 절연막을 더 포함할 수 있다. 상기 커플링 가변기는 상기 절연막에 안착될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 통신 장치는 상술한 하나 이상의 위상 변위기 및 상기 위상 변위기와 연결되는 복수 개의 방사 소자를 구비하는 기지국 안테나를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 방사 소자는 상기 기지국 안테나의 전면에 형성될 수 있다. 상기 위상 변위기는 상기 기지국 안테나의 후면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전송 선로에 호 형상의 슬롯을 복수 개 형성함으로써, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 확장시키고 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 줄일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 위상 변위기와 달리 전송 선로의 물리적인 구조를 변화시킴으로써, 위상 변위기의 임피던스를 가변시키고 출력단에서의 신호 크기(magnitude) 값 차이를 최소화할 수 있다.
또한, 각 전송 선로의 적어도 일부에는 복수개의 슬릿들을 형성하여 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 미세하게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 가변기를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기의 커플링 가변기가 회전하는 과정을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치 및 기지국 안테나를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 15는 종래 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기를 나타내는 평면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 가변기를 나타내는 평면도이다.
본 실시예들에서는, 설명의 편의상 기지국 안테나가 5개의 방사 소자를 구비하는 것으로 가정하며 위상 변위기(100)가 1개의 입력단(162)과 5개의 출력단(164, 166, 168, 170, 172)을 구비하는 것으로 가정한다. 이 경우, 제1 출력단(164)은 케이블을 통해 기지국 안테나의 제1 방사 소자와 연결되며, 제2 출력단(166)은 케이블을 통해 기지국 안테나의 제2 방사 소자와 연결되며, 제3 출력단(168)은 케이블을 통해 기지국 안테나의 제3 방사 소자와 연결되며, 제4 출력단(170)은 케이블을 통해 기지국 안테나의 제4 방사 소자와 연결되며, 제5 출력단(172)은 케이블을 통해 기지국 안테나의 제5 방사 소자와 연결될 수 있다. 이하에서는, 도 1, 도 2 및 도 9를 참조하여 위상 변위기(100)의 상세 구성에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기(100)는 고정 선로(102), 복수의 전송 선로(104, 106), 기판(110) 및 커플링 가변기(120)를 포함한다.
고정 선로(102)는 무선 신호가 입력되는 입력단(162)에 일단이 연결되고, 상기 무선 신호가 출력되는 복수의 출력단 중 하나, 예를 들어 제1 출력단(164)에 타단이 연결된다. 고정 선로(102)는 기판(110)에 형성될 수 있으며, 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 고정 선로(102)는 복수 개의 직선부 및 곡선부의 조합으로 이루어질 수 있으며, 각 직선부 중 적어도 하나는 서로 다른 두께를 갖거나 서로 다른 방향으로 연장 형성될 수 있다.
또한, 고정 선로(102)의 일단과 타단 사이에는 커플링 포인트(102a)가 형성될 수 있다. 후술할 바와 같이, 커플링 가변기(120)는 커플링 포인트(102a)에 형성될 수 있으며, 설정된 각도 범위(예를 들어, 45도 내지 180도의 범위) 내에서 회전하면서 복수의 전송 선로(104, 106) 각각을 커플링 급전시킬 수 있다. 이 경우, 커플링 가변기(120)의 현재 위치로부터 대응되는 방사 소자까지의 전기적 길이가 변경되어 무선 신호의 위상이 가변될 수 있다. 이때, 커플링 포인트(102a) 및 커플링 가변기(120)에는 소정 크기의 끼움홀(102b) 및 급전점(120a)이 각각 형성될 수 있으며, 상기 끼움홀(102b)에는 회전축(미도시)이 끼워져 커플링 가변기(120)를 회전시킬 수 있다.
전송 선로(104, 106)는 무선 신호를 출력단으로 전달하는 선로로서, 예를 들어 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)를 포함할 수 있다. 다만, 전송 선로(104, 106)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 전송 선로(104, 106)의 개수는 출력단(164, 166, 168, 170, 172)의 개수 또는 기지국 안테나에 구비되는 방사 소자의 개수에 따라 달라질 수 있다.
제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 기판(110)에 형성될 수 있으며, 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 고정 선로(102)의 상측에서 상호 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 호(arc) 형상으로 이루어져 양단이 서로 다른 출력단에 각각 연결될 수 있다. 일 예시로서, 제1 전송 선로(104)는 일단이 제2 출력단(166)에 연결되고 타단이 제3 출력단(168)에 연결될 수 있으며, 제2 전송 선로(106)는 일단이 제4 출력단(170)에 연결되고 타단이 제5 출력단(172)에 연결될 수 있다.
또한, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106) 각각에는 전송 선로(104, 106)의 연장 방향을 따라 호 형상의 슬롯(140, slot)이 복수 개 형성될 수 있다. 슬롯(140)은 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 확장시키고 위상 변위기(100)의 각 출력단(164, 166, 168, 170, 172)의 대역별 손실 편차를 줄이기 위한 것으로 각 전송 선로(104, 106)에 복수 개 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 슬롯(140)은 각 전송 선로(104, 106)에 일 방향으로 소정 간격 이격되어 적층될 수 있다. 이때, 각 전송 선로(104, 106)는 복수 개의 제1 서브 슬롯들이 적층 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 복수 개의 제2 서브 슬롯이 적층 형성되는 제2 슬롯부(104b)를 포함할 수 있다. 일 예시로서, 제1 슬롯부(140a)는 3개의 제1 서브 슬롯들을 포함하며, 제2 슬롯부(140b)는 3개의 제2 서브 슬롯들을 포함할 수 있다.
또한, 제2 슬롯부(140b)는 제1 슬롯부(140a)와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 다만, 도 1 및 도 2에 도시된 각 전송 선로(104, 106)별 슬롯(140)의 개수, 두께, 크기, 길이 등은 기지국 안테나에서 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 달라질 수 있다.
본 실시예에 따른 슬롯(140)은 복수 개의 제1 서브 슬롯들이 적층 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 복수 개의 제2 서브 슬롯이 적층 형성되는 제2 슬롯부(104b)를 포함하여, 고주파 대역(1700hz 내지 2700hz)에 적합한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 각 전송 선로(104, 106)의 적어도 일부에는 복수개의 슬릿(150, slit)이 형성될 수 있다. 상기 슬릿(150)은 전송 선로의 외부 방향에서 내부 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 상기 슬릿(150)은 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제1 좌슬릿(151), 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제2 좌슬릿(152), 상기 전송 선로의 가운데로부터 시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제1 우슬릿(153) 및 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제2 우슬릿(154)을 포함할 수 있다. 상기 슬릿(150)은 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 미세하게 조정하기 위한 것으로, 각 전송 선로(104, 106)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)에는 4개의 슬릿(150)이 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 슬릿(150)은 예를 들어, 슬롯(140)의 연장 방향과 소정 각도(예를 들어, 80도 내지 100도)를 이루면서 소정 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 소정 두께는 예를 들어, 제1 슬롯부(140a)(또는 제2 슬롯부(140b))에 포함되는 복수 개의 슬롯들의 적층 두께(T)(즉, 상기 복수 개의 슬롯들의 두께 및 상기 복수 개의 슬롯들 간의 이격 거리를 포함하는 길이에 해당)일 수 있다. 이 경우, 위상 변위기(100)의 각 출력단(164, 166, 168, 170, 172)의 대역별 손실 편차의 감소 효과가 극대화될 수 있다.
본 실시예에서는 슬릿(150)이 네 개의 슬릿으로 구성되는 구조를 예를들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 슬릿들의 개수는 필요에 따라 다양한 개수로 구성될 수 있다.
기판(110)은 고정 선로(102) 및 전송 선로(104, 106)가 형성되는 판으로, 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다.
커플링 가변기(120)는 설정된 각도 범위 내에서 회전하면서 복수의 전송 선로(104, 106)를 각각 커플링 급전시켜 무선 신호의 위상을 가변시킨다. 상술한 바와 같이, 커플링 가변기(120)는 커플링 포인트(102a)에 형성되어 설정된 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 이때, 커플링 포인트(102a) 및 커플링 가변기(120)에는 소정 크기의 끼움홀(102b) 및 급전점(120a)이 각각 형성될 수 있으며, 상기 끼움홀(102b)에는 회전축이 끼워져 커플링 가변기(120)를 회전시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 커플링 가변기(120)는 제1 커플링 입력부(120b) 및 제2 커플링 입력부(120c)를 포함할 수 있다. 제1 커플링 입력부(120b) 및 제2 커플링 입력부(120c)는 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 제1 커플링 입력부(120b)는 제1 전송 선로(104)를 커플링 급전시킬 수 있으며, 제2 커플링 입력부(120c)는 제2 전송 선로(106)를 커플링 급전시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 커플링 입력부(120b)는 제1 전송 선로(104)에 대응되는 위치에 배치될 수 있으며, 제2 커플링 입력부(120c)는 제1 커플링 입력부(120b)와 소정 간격 이격되어 제2 전송 선로(106)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 커플링 입력부(120b) 및 제2 커플링 입력부(120c)에 의한 전력 분배는 하나의 커플링 입력부에 의해 전력 분배를 하는 것과 비교하여 기지국 안테나의 동작 주파수 대역이 증대되는 효과를 가져온다.
또한, 커플링 가변기(120)는 위상 변위기(100)의 상측, 즉 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106) 측으로 연장 형성될 수 있으며, 커플링 가변기(120)에는 커플링 가변기(120)의 연장 방향을 따라 슬롯(120d)이 형성될 수 있다. 상기 슬롯(120d)은 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 확장시키는 역할을 수행한다.
또한, 도면에서 도시하지는 않았으나 각 전송 선로(104, 106)에는 절연막(미도시)이 형성될 수 있으며, 커플링 가변기(120)는 상기 절연막에 안착될 수 있다. 이로 인해, 커플링 가변기(120)로 인해 전송 선로(104, 106)가 단락되는 것을 방지할 수 있으며 커플링 가변기(120)의 회전에 의한 위상 변위가 지연되는 현상을 방지할 수 있다. 상기 절연막은 PIMD(Passive Inter Modulation Distortion) 성능에서 불요파를 방지하는 역할을 수행한다.
접지홀(130)은 입력단(162) 및 각 출력단(164, 166, 168, 170, 172)에 연결되는 케이블의 접지를 최대한 안정적으로 하기 위한 구성으로서, 상기 접지홀(130)로 인해 접지 면적이 확대됨으로써 무선 신호의 전력이 각 전송 선로(104, 106)에 안정적으로 전달될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전송 선로(104, 106)에 호 형상의 슬롯을 복수 개 형성함으로써, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 확장시키고 위상 변위기(100)의 각 출력단(164, 166, 168, 170, 172)의 대역별 손실 편차를 줄일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 위상 변위기와 달리 전송 선로(104, 106)의 물리적인 구조를 변화시킴으로써, 위상 변위기(100)의 임피던스를 가변시키고 출력단(164, 166, 168, 170, 172)에서의 신호 크기(magnitude) 값 차이를 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 슬롯은 제2 슬롯부(140b)가 형성되지 않는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명했던 슬롯과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 복수 개의 제1 서브 슬롯들이 적층 형성되는 제1 슬롯부(140a)만을 포함할 수 있으며, 상술한 제2 슬롯부(140b)는 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역이 미세하게 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 슬롯은 제1 슬롯부(140a)가 형성되지 않는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명했던 슬롯과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 복수 개의 제2 서브 슬롯들이 적층 형성되는 제2 슬롯부(140b)만을 포함할 수 있으며, 상술한 제1 슬롯부(140a)는 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역이 미세하게 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기를 나타내는 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 위상 변위기는 제1 슬롯부(140a)의 형상 및 제2 슬롯부(140b)의 형상을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명했던 슬롯과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기(100)는 고정 선로(102), 복수의 전송 선로(104, 106), 기판(110) 및 커플링 가변기(120)를 포함한다.
상기 슬롯(140)은 복수의 전송 선로(104, 106)의 호 형상의 외부 방향에 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 복수의 전송 선로(104, 106)의 호 형상의 내부 방향에 형성되는 제2 슬롯부(140b)를 포함한다.
본 실시예에 따른 슬롯(140)은 복수 개의 서브 슬롯들이 적층 형성되는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 각각 하나의 슬롯으로 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 제2 슬롯부(140b)를 포함한다. 본 실시예에 따른 슬롯(140)은 각각 하나의 슬롯으로 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 제2 슬롯부(140b)로 구성되어 저주파 대역(700hz 내지 100hz)에 적합한 구조로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 슬롯은 제2 슬롯부(140b)가 형성되지 않는 것을 제외하고는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명했던 슬롯과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 8을 참조하면, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 하나의 슬롯으로 형성되는 제1 슬롯부(140a)만을 포함할 수 있으며, 상술한 제2 슬롯부(140b)는 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역이 미세하게 달라질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 슬롯은 제1 슬롯부(140a)가 형성되지 않는 것을 제외하고는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명했던 슬롯과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 9를 참조하면, 제1 전송 선로(104) 및 제2 전송 선로(106)는 하나의 슬롯으로 형성되는 제2 슬롯부(140b)만을 포함할 수 있으며, 상술한 제1 슬롯부(140a)는 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역이 미세하게 달라질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기(100)의 커플링 가변기(120)가 회전하는 과정을 나타낸 예시도이다. 상술한 바와 같이, 커플링 가변기(120)는 설정된 각도 범위 내에서 회전하면서 복수의 전송 선로(104, 106)를 각각 커플링 급전시켜 무선 신호의 위상을 가변시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 커플링 가변기(120)는 기준 위치(도 10의 커플링 가변기(120)의 가운데 위치)에 배치된 상태에서 시계 방향으로 회전(도 6의 커플링 가변기(120)의 오른쪽 위치)하거나 반시계 방향으로 회전(도 6의 커플링 가변기(120)의 왼쪽 위치)할 수 있다. 커플링 가변기(120)가 시계 방향으로 회전하는 경우 기지국 안테나에서 방사되는 빔이 하향 틸트(tilt)(예를 들어, 빔 각도: 0도 → 10도 → 20도 → 30도 → 40도... )되며, 커플링 가변기(120)가 반시계 방향으로 회전하는 경우 기지국 안테나에서 방사되는 빔이 상향 틸트)(예를 들어, 빔 각도: 40도 → 30도 → 20도 → 10도 → 0도... )될 수 있다.
이때, 상기 커플링 가변기(120)는 회전하는 각도에 따라 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제1 좌슬릿(151), 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제2 좌슬릿(152), 상기 전송 선로의 가운데로부터 시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제1 우슬릿(153) 및 상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제2 우슬릿(154) 중 하나와 중첩할 수 있으며, 이에 따라, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 미세하게 조정할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치(500)를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치(500)는 기지국 안테나(300) 및 위상 변위 모듈(400)을 포함한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치 및 기지국 안테나를 나타내는 사시도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 11을 참조하면, 기지국 안테나(300)는 복수 개의 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)를 구비할 수 있으며, 각 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)는 기지국 안테나(300)의 전면에 형성되어 빔을 방사할 수 있다. 여기서는, 설명의 편의상 기지국 안테나(300)가 5개의 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 이는 일 예시에 불과하며 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)의 개수는 이보다 많거나 적을 수 있다.
또한, 도 12 내지 도 14에 도시된 위상 변위 모듈(400)은 기지국 안테나(300)의 후면에 형성되며, 복수의 위상 변위기(100, 200), 제1 기어(402), 로드(404, rod). 제2 기어(406), 지지 부재(410) 및 고정 부재(412)를 포함할 수 있다.
위상 변위기(100, 200)는 도 1 내지 도 6에 도시된 위상 변위기와 동일한 기능을 수행한다. 위상 변위 모듈(400)은 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)를 포함할 수 있으며, 이 경우 하나의 위상 변위기만을 사용하였을 때와 비교하여 기지국 안테나(300)의 성능이 개선될 수 있다. 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)는 상호 평행하게 배치될 수 있으며, 복수 개의 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 제1 출력단(164)은 케이블(미도시)을 통해 기지국 안테나(300)의 제1 방사 소자(302)와 연결되며, 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 제2 출력단(166)은 케이블을 통해 기지국 안테나(300)의 제2 방사 소자(304)와 연결되며, 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 제3 출력단(168)은 케이블을 통해 기지국 안테나(300)의 제3 방사 소자(306)와 연결되며, 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 제4 출력단(170)은 케이블을 통해 기지국 안테나(300)의 제4 방사 소자(308)와 연결되며, 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 제5 출력단(172)은 케이블을 통해 기지국 안테나(300)의 제5 방사 소자(310)와 연결될 수 있다. 이때, 위상 변위기(100, 200)는 각 방사 소자(302, 304, 306, 308, 310)에서 방사되는 빔의 각도를 조절할 수 있다.
또한, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 위상 변위기(200)의 면적(또는 제2 위상 변위기(200)의 기판 면적)은 제1 위상 변위기(100)의 면적(또는 제1 위상 변위기(100)의 기판 면적)보다 클 수 있으며, 이 경우 통신 모듈(500)의 제작 과정 또는 취급 과정에서 작업자의 작업 편의성이 향상될 수 있다.
제1 기어(402)는 복수의 위상 변위기(100, 200) 사이에 배치되는 기어로서, 각 위상 변위기(100, 200)의 커플링 가변기(120)와 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 커플링 포인트(102a) 및 커플링 가변기(120)에는 소정 크기의 끼움홀(102b) 및 급전점(120a)이 각각 형성될 수 있으며, 상기 끼움홀(102b)에는 회전축(408)이 수용될 수 있다. 상기 회전축(408)은 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200) 측으로 각각 연장 형성되어 상기 끼움홀(102b)에 고정될 수 있다. 또한, 제1 기어(402)는 제2 기어(406)와 연동하여 회전 운동할 수 있다. 구체적으로, 제1 기어(402)는 제2 기어(406)가 회전함에 따라 상기 제2 기어(406)와 치합되어 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 커플링 가변기(102) 각각을 설정된 각도 범위 내에서 동시에 회전시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 기어(402)는 예를 들어, 평기어일 수 있으며 제2 기어(406)는 예를 들어, 웜기어(worm gear)일 수 있다. 이 경우, 제1 기어(402) 및 제2 기어(406)가 차지하는 면적이 최소화되어 위상 변위 모듈(400)의 구조가 단순해지며, 이로 인해 소형화된 위상 변위 모듈(400)을 제작하는 데 용이해진다. 또한, 제1 기어(402)와 제2 기어(406) 간의 기어 비율, 예를 들어 제1 기어(402)의 돌기(또는 이)의 크기(또는 개수)와 제2 기어(406)의 돌기(또는 이)의 크기(또는 개수)의 비를 조절하여 무선 신호의 위상 변위폭을 좀 더 광범위하게 또는 좀 더 미세하게 조절할 수 있다. 이를 위해, 제1 기어(402) 및 제2 기어(406)는 착탈 가능하도록 구성되며, 서로 다른 크기(또는 개수)의 돌기를 갖는 제1 기어(402) 또는 제2 기어(406)로 교체 가능하다.
로드(404)는 커플링 가변기(102)를 회전시키기 위해 사용자가 조작하는 부재로서, 제1 기어(402)의 일측에서 일 방향으로 연장 형성될 수 있다. 로드(404)는 예를 들어, 막대 형상으로 이루어질 수 있으며, 제2 기어(406)의 회전축으로서 기능할 수 있다. 사용자는 손으로 로드(404)를 잡은 채 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 이 경우 제2 기어(406)가 로드(404)와 함께 회전 운동하게 된다.
제2 기어(406)는 로드(404)가 관통하는 중공부를 포함하고, 로드(404)와 함께 회전하면서 제1 기어(402)와 치합된다. 제2 기어(406)는 로드(404)의 외면에 안착되며, 사용자의 조작에 따라 로드(404)가 회전하는 경우 상기 로드(404)와 함께 회전 운동할 수 있다. 이 경우, 제1 기어(402)는 제2 기어(406)와 연동하여 회전 운동할 수 있으며, 제2 기어(406)가 회전함에 따라 상기 제2 기어(406)와 치합되어 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 커플링 가변기(102) 각각을 설정된 각도 범위 내에서 동시에 회전시킬 수 있다.
지지 부재(410)는 제2 위상 변위기(200)의 기판에 형성되어 로드(404)를 지지한다. 이때, 지지 부재(410)에는 로드(404)가 관통하기 위한 관통홀(410a)이 형성될 수 있다. 또한, 지지 부재(410)는 제2 위상 변위기(200)의 기판에서 소정 간격 이격되어 복수 개 형성될 수 있다. 이에 따라, 로드(404)는 관통홀(410a)을 관통할 수 있으며, 복수 개의 지지 부재(410)에 의해 지지되어 안정적으로 회전 운동할 수 있다.
고정 부재(412)는 제1 위상 변위기(100)의 커플링 가변기(120)와 제2 위상 변위기(200)의 커플링 가변기(120)를 상호 고정시킨다. 고정 부재(412)는 제1 위상 변위기(100)의 커플링 가변기(120)의 끝단 및 제2 위상 변위기(200)의 커플링 가변기(120)의 끝단에 각각 고정될 수 있으며, 이에 따라 제1 위상 변위기(100) 및 제2 위상 변위기(200)의 커플링 가변기(120)는 제1 기어(402)가 회전함에 따라 동시에 회전 운동하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 기어(402), 로드(404) 및 제2 기어(406)가 상호 연동하여 동작하도록 함으로써, 복수 개의 위상 변위기(100, 200)를 보다 간편한 방법으로 일체화시킬 수 있다. 이 경우, 위상 변위 모듈(500)의 구조가 단순화되어 위상 변위 모듈(500)의 단가가 절감될 수 있으며, 사용자는 보다 간편한 방법으로 기지국 안테나(300)에서 방사되는 빔의 각도를 조절할 수 있다.
도 15는 종래 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 나타내는 그래프이다. 도 15는 종래 위상 변위기의 제3 출력단의 대역별 손실 편차를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 저주파수 대역과 고주파수 대역 간의 손실 편차, 즉 고주파수 대역과 저주파수 대역 간의 전력 분배비 편차가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 나타내는 그래프이다. 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 위상 변위기(100, 200)의 제3 출력단(168)의 대역별 손실 편차를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 저주파수 대역과 고주파수 대역 간의 손실 편차, 즉 고주파수 대역과 저주파수 대역 간의 전력 분배비 편차가 도 15에 비해 크게 개선된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 위상 변위기(100, 200)는의 전송 선로들(104, 106)들에는 저주파 대역(700hz 내지 100hz)에서는 각각 하나의 슬롯으로 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 제2 슬롯부(140b)을 포함하는 슬롯(140)이 형성되고, 고주파 대역(1700hz 내지 2700hz)에서는 복수 개의 제1 서브 슬롯들이 적층 형성되는 제1 슬롯부(140a) 및 복수 개의 제2 서브 슬롯이 적층 형성되는 제2 슬롯부(104b)를 포함하는 슬롯(140)이 형성된다. 즉, 고주파 대역으로 이동할수록 슬롯의 폭을 감소시켜 저주파수 대역과 고주파수 대역 간의 손실 편차, 즉 고주파수 대역과 저주파수 대역 간의 전력 분배비 편차를 감소시키고 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전송 선로에 호 형상의 슬롯을 복수 개 형성함으로써, 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 확장시키고 위상 변위기의 각 출력단의 대역별 손실 편차를 줄일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 위상 변위기와 달리 전송 선로의 물리적인 구조를 변화시킴으로써, 위상 변위기의 임피던스를 가변시키고 출력단에서의 신호 크기(magnitude) 값 차이를 최소화할 수 있다.
또한, 각 전송 선로의 적어도 일부에는 복수개의 슬릿들을 형성하여 기지국 안테나의 동작 주파수 대역을 미세하게 조정할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 위상 변위기 102: 고정 선로
102a: 커플링 포인트 102b: 끼움홀
104: 제1 전송 선로 106: 제2 전송 선로
110: 기판 120: 커플링 가변기
120a: 급전점 120b: 제1 커플링 입력부
120c: 제2 커플링 입력부 120d, 140: 슬롯
130: 접지홀 140a: 제1 슬롯부
140b: 제2 슬롯부 150, 120d: 슬릿
162: 입력단 164: 제1 출력단
166: 제2 출력단 168: 제3 출력단
170: 제4 출력단 172: 제5 출력단
300: 기지국 안테나 302: 제1 방사 소자
304: 제2 방사 소자 306: 제3 방사 소자
308: 제4 방사 소자 310: 제5 방사 소자
400: 위상 변위 모듈 402: 제1 기어
404: 로드(rod) 406: 제2 기어
408: 회전축 410: 지지 부재
410a: 관통홀 412: 고정 부재
500: 통신 장치

Claims (12)

  1. 무선 신호가 입력되는 입력단에 일단이 연결되고, 상기 무선 신호가 출력되는 복수의 출력단 중 하나에 타단이 연결되며, 상기 일단과 상기 타단 사이에 커플링 포인트가 형성되는 고정 선로;
    상기 고정 선로의 상측에서 상호 이격되어 형성되며, 호(arc) 형상으로 이루어져 양단이 서로 다른 출력단에 각각 연결되는 복수의 전송 선로; 및
    상기 커플링 포인트에 형성되며, 설정된 각도 범위 내에서 회전하면서 상기 복수의 전송 선로를 각각 커플링 급전시켜 상기 무선 신호의 위상을 가변시키는 커플링 가변기를 포함하며,
    상기 복수의 전송 선로 각각에는,
    상기 전송 선로의 외부 방향에서 내부 방향으로 연장되는 복수개의 슬릿(slit)들; 및
    상기 전송 선로의 연장 방향과 평행인 방향으로 연장되는 슬롯(slot)이 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은,
    상기 전송 선로의 호 형상의 외부 방향에 형성되는 제1 슬롯부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 슬롯부는,
    서로 소정 간격 이격되면서 적층 형성되는 복수개의 제1 서브 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은,
    상기 전송 선로의 호 형상의 내부 방향에 형성되는 제2 슬롯부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 슬롯부는,
    서로 소정 간격 이격되면서 적층 형성되는 복수개의 제2 서브 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슬릿은
    상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제1 좌슬릿;
    상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제2 좌슬릿;
    상기 전송 선로의 가운데로부터 시계방향으로 15도 내지 25도 이격된 지점에 형성되는 제1 우슬릿; 및
    상기 전송 선로의 가운데로부터 반시계방향으로 35도 내지 45도 이격된 지점에 형성되는 제2 우슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송 선로는 제1 전송 선로 및 제2 전송 선로를 포함하며,
    상기 커플링 가변기는, 상기 제1 전송 선로를 커플링 급전시키기 위한 제1 커플링 입력부 및 상기 제2 전송 선로를 커플링 급전시키기 위한 제2 커플링 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 가변기에는 상기 커플링 가변기의 연장 방향을 따라 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송 선로에 안착되는 절연막을 더 포함하며,
    상기 커플링 가변기는 상기 절연막에 안착되는 것을 특징으로 하는 위상 변위기.
  11. 제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 위상 변위기; 및
    상기 위상 변위기와 연결되는 복수 개의 방사 소자를 구비하는 기지국 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수 개의 방사 소자는, 상기 기지국 안테나의 전면에 형성되며,
    상기 위상 변위기는, 상기 기지국 안테나의 후면에 형성되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.

















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