KR102357981B1 - 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송신과 수신을 동일한 주파수를 사용하는 TDD 방식에서 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용하여 동일 주파수 간섭을 제거하여 송수신을 분리할 수 있도록 된 이동통신용 안테나 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 다운링크신호를 단말기측으로 송출하기 위한 송신 안테나와, 단말기로부터 업링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나와, 기지국 송수신장치와 연결되어 상기 송신 안테나측으로는 송신신호를 손실없이 전달하되 상기 수신 안테나측으로는 감쇄시켜 동일 주파수대의 송신신호를 수신측에서 간섭 제거하고, 상기 수신 안테나의 수신신호는 손실없이 상기 기지국 송수신장치로 전달하기 위한 송신신호 간섭 제거기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 다운링크신호를 단말기측으로 송출하기 위한 송신 안테나와, 단말기로부터 업링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나와, 기지국 송수신장치와 연결되어 상기 송신 안테나측으로는 송신신호를 손실없이 전달하되 상기 수신 안테나측으로는 감쇄시켜 동일 주파수대의 송신신호를 수신측에서 간섭 제거하고, 상기 수신 안테나의 수신신호는 손실없이 상기 기지국 송수신장치로 전달하기 위한 송신신호 간섭 제거기를 포함한다.
Description
본 발명은 이동통신용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신과 수신을 동일한 주파수를 사용하는 TDD 방식에서 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용하여 동일 주파수 간섭을 제거하여 송수신을 분리할 수 있도록 된 이동통신용 안테나 장치에 관한 것이다.
이동통신기술의 발전에 따라 4G에 이어 최근에는 5G 이동통신기술이 점차 그 영역을 넓혀가고 있는데, 5G NR(New Radio)은 5G 플랫폼의 필수적인 부분으로 남는 LTE-Advanced와 연결되어 기존 코어 네트워크 인프라에서의 작동을 보장한다.
5G 이동통신의 1차 표준인 릴리즈 15는 2017년 말에 완성되어 스펙트럼의 6GHz 미만 영역을 규정한 표준으로 2020년까지 5G 초기 상용 서비스를 지원하였고, 6GHz 이상 스펙트럼(밀리미터파)에 영향을 미치는 릴리즈 16 표준은 간섭완화, 이동성 향상, 전력효율 등 5G 시스템 성능 개선을 비롯하여 차량 자율주행을 위한 NR V2X, 스마트 공장을 위한 5G NR 사설망, 및 초고신뢰 저지연통신(URLLC) 등 5G 융합 서비스를 위한 기능을 포함하고 있다.
통상, 이동 통신 시스템(CDMA, WCDMA, LTE, 5G NR 등)의 기지국은 디지털 신호 처리를 하는 디지털 유닛(Digital Unit), RF신호 처리를 담당하는 RF 유닛(RF Unit) 및 RF 유닛에서 증폭된 RF 신호를 방사하는 안테나로 구성될 수 있다.
RF 유닛은 RF 신호를 증폭하여 안테나로 전달하는 전력증폭기(PA)와, 안테나로부터 수신된 고주파신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)를 포함하며, 하나의 안테나를 송수신에서 동시에 사용하기 위해 FDD(Frequency Division Duplex) 방식에서는 다이플렉서를 사용하고, TDD(Time Division Duplex) 방식에서는 절체기를 사용한다. 이때, RF 유닛의 RF 신호는 전력 증폭기(Power Amplifier)를 거치면서 증폭되는데, 전력 증폭기의 비선형 특성으로 인해 RF 신호 주위에 IM(Inter Modulation) 신호가 발생된다. IM 신호는 ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio)을 높여 인접대역에 간섭을 주거나, EVM(Error Vector Magnitude)을 열화시켜 스루풋(throughput)을 저하시키는 등 시스템의 성능을 열화시킨다.
특히, 5G 이동통신에서 NR 무선규격은 업링크와 다운링크의 주파수가 다른 FDD와 달리 동일한 주파수를 사용하여 시분할하는 TDD방식을 채택하고 있고, 이에 따라 송신 신호가 수신 신호 안테나 및 수신 증폭기에 간섭하여 통신 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 단말측으로 전력을 송출하기 위한 저이득 송신 안테나와 단말의 낮은 신호를 수신하기 위한 고이득 안테나를 각각 사용하되 송신과 수신을 동일한 주파수를 사용하는 TDD 방식에서는 다이플렉서를 사용할 수 없으므로 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용하여 송수신을 분리한 이동통신용 안테나 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 다운링크신호를 단말기측으로 송출하기 위한 송신 안테나와, 단말기로부터 업링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나와, 기지국 송수신장치와 연결되어 상기 송신 안테나측으로는 송신신호를 손실없이 전달하되 상기 수신 안테나측으로는 감쇄시켜 동일 주파수대의 송신신호를 수신측에서 간섭 제거하고, 상기 수신 안테나의 수신신호는 손실없이 상기 기지국 송수신장치로 전달하기 위한 송신신호 간섭 제거기를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 이동통신용 안테나 장치는, 송신 안테나 출력을 복사함에 수신 안테나측에 간섭 제거하기 위하여 송신 출력 간섭 제거기를 송신 안테나와 수신 안테나 주변에 높이 약 1/4파장 초크형으로 2~3겹 차폐하고, 또 송신안테나 주변에 전파 흡수체를 부착한 차폐 금속판을 부착한 안테나 간섭 제거기를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 송신신호 간섭 제거기는 다운링크는 아이솔레이터(I)의 단자 1에 송신신호 입력한 후 단자 2의 무손실 출력을 송신 안테나에 연결하여 전파 복사하고, 단자 3의 -20dB 이하 출력은 제1 내지 제3 서큘레이터(C2, C3, C4)에 각각 연결하여 -20dB 이상씩 감소시키며, 업링크는 수신 안테나의 LNA 출력을 제3 서큘레이터(C4)의 단자 3, 제2 서큘레이터(C3)의 단자 3, 제1 서큘레이터(C2)의 단자 3, 아이솔레이터(I)의 단자 3에 무손실로 전달하여 업링크가 다운링크의 고출력 송신신호에 영향을 받지 아니하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나는 건물의 각 층마다 실내에 설치되는 도파관 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나와, 상기 슬롯 진행파 안테나들의 신호를 직렬 및 병렬로 합성 혹은 분배하기 위한 단일 입출력 도파관 모드(TE01/TE11/TE10) 변환기와, 다운링크 신호를 상향 주파수로 변환하여 고출력 증폭기(HPA)에서 고출력으로 증폭하기 위한 다운링크 전송부와, 업링크 신호를 저잡음 증폭기(LNA)에서 저잡음 증폭한 후 하향 주파수로 변환하기 위한 업링크 전송부와, 상기 다운링크 전송부의 송신신호가 상기 업링크 전송부의 저잡음증폭기(LNA)로 입력되어 간섭하는 것을 제거하기 위해 상기 도파관 모드 변환기와 고출력 증폭기 및 저잡음 증폭기 사이에 부착된 송신신호 간섭 제거기와, 외부링크로부터 광전송로를 통해 다운링크신 광신호를 포토 다이오드로 수신한 후 수신된 다운링크 신호를 상기 다운링크 전송부로 전달하고, 상기 업링크 전송부로부터 업링크 신호를 입력받아 레이저 다이오드에서 광신호로 변환한 후 광전송로를 통해 외부링크로 전송하기 위한 광전송부를 포함하여 C, Ku, Ka밴드 이상의 높은 주파수대에 TDD방식으로 5G 이동통신 서비스하기 위한 것이다.
상기 이동통신용 안테나 장치는 외부링크에서 광통신이 불가능 지역은 외부링크로부터 무선 다운링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나와, 외부링크로 무선 업링크신호를 송출하기 위한 송신 안테나와, 상기 송신 안테나의 송신신호가 상기 수신 안테나로 수신되는 것을 차단하기 위한 안테나 간섭 제거기와, 광통신이나 무선통신을 선택하기 위한 절체기들을 더 포함할 수 있다.
상기 송신신호 간섭 제거기는, 제1 서큘레이터(C1)의 단자 3 출력과 제2 서큘레이터(C2)의 단자 3 출력을 합성하고, 제3 서큘레이터(C3)의 단자 3 출력과 제4 서큘레이터(C4)의 단자 3 출력을 합성한 후, 제1 서큘레이터(C1) 및 제2 서큘레이터(C2)의 합성신호와 제3 서큘레이터(C3) 및 제4 서큘레이터(C4)의 합성신호를 다시 합성하여 송신출력이 LNA 입력에 간섭되지 않게 하고, 제4 서큘레이터(C4)의 단자 2에 입력된 도파관 수신신호는 단자 3에 무손실 출력되어 LNA로 입력되도록 된 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수신 안테나는 종합 이득이 60dB 이상 되게 하여 1000m 원거리에서 복사하는 단말기의 소출력 신호가 1000m 이상 거리에서 기지국 안테나로 수신 가능하게 하고, 송신 안테나의 출력은 1000m 이상 거리 타지역 서비스의 간섭을 적게 하기 위해 저출력으로 하여 현재 5G 서비스용 기지국 및 중계국을 200m 간격으로 설치하여 국내 기지국 시설비가 수십조원인 것을 500m ~ 1000m 간격으로 드물게 설치하여 기지국 시설비를 1/10 이상 줄여 수조원으로 기지국 시설비용을 절감할 수 있게 하며, 중계링크의 광전송비를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 저잡음 증폭기 교체용 개폐기 및 전원 급전선(쉴드 또는 금속관)과 안테나 급전선을 구비한 본 발명에 따른 안테나 시스템 전체의 사시도이고,
도 2는 도 1의 방설커버 안에 실장된 안테나를 개략적으로 도시한 3면도이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2~4GHz대 이동통신에서 송신신호의 간섭을 제거할 수 있는 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템의 예이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 C, Ku, Ka밴드 이동통신에서 외부 서비스 신호의 차폐 및 고손실로 실내 서비스가 불가할 경우 높은 마이크로웨이브 주파수대인 C, Ku, Ka밴드의 도파관형 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나에 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템의 예이다.
도 2는 도 1의 방설커버 안에 실장된 안테나를 개략적으로 도시한 3면도이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2~4GHz대 이동통신에서 송신신호의 간섭을 제거할 수 있는 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템의 예이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 C, Ku, Ka밴드 이동통신에서 외부 서비스 신호의 차폐 및 고손실로 실내 서비스가 불가할 경우 높은 마이크로웨이브 주파수대인 C, Ku, Ka밴드의 도파관형 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나에 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템의 예이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 저잡음 증폭기 교체용 개폐기 및 전원 급전선(쉴드 또는 금속관)과 안테나 급전선을 구비한 본 발명에 따른 안테나 시스템 전체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 방설커버 안에 실장된 안테나를 개략적으로 도시한 3면도로서 도 2의 (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 측면도이다.
본 발명의 안테나 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방설커버(20)의 내부에 안테나(100)가 수납되어 있고, 안테나(100)의 외부 방설커버(20)는 기구적 빔 틸트부(30)를 이용하여 안테나 지지대(40)에 부착되어 있으며, 안테나 외부의 방설커버(20)는 안테나의 뒷면에 저잡음 증폭기 교체 커버(22)를 포함하고 있다.
기구적 빔 틸트부(30)는 접이식 구조를 포함하고 있으며, 접이식 구조를 이용하여 안테나 빔의 방향을 기구적으로 조절하는 기구적 빔 틸트를 수행한다.
또한 2~6GHz대 신호 수신용 저잡음 증폭기(52A,52B)나 전원 컨트롤 판넬 등이 손상된 경우, 안테나(100)가 설치되어 있는 상태에서 저잡음 증폭기 교체 커버(22)를 개폐하여 저잡음 증폭기(52A,52B)나 전원 컨트롤 판넬을 교환할 수 있다. 저잡음 증폭기(52A,52B)의 전원과 컨트롤 판넬의 감지신호는 전원 급전선(쉴드 또는 금속관; 70)을 이용하여 운영실에서 제어하고, 안테나 동축 케이블 급전선(60A,60B)을 이용하여 RF신호(Rx, Tx)를 송수신장치(80)로 연결하여 송수신한다.
방설커버(20)의 내부에 수납되어 있는 안테나(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 +/-45°방사기가 배열된 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130)로 이루어지고, 송신 안테나(120)의 주위에는 전파 흡수체(142)와 초크형 차폐판(144)이 설치되어 있고, 수신 안테나(130)의 주위에도 초크형 차폐판(146)이 설치되어 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2~4GHz대 이동통신에서 송신신호가 수신측을 간섭하는 것을 제거하기 위한 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템이다.
제 1 실시예의 이동통신 안테나 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 기지국 송수신 장치(80), 송신신호 간섭제거장치(110), 기지국 송수신장치(80)와 송신신호 간섭제거기(110)를 연결하기 위한 동축 케이블(60), 쉴드 또는 금속관으로 된 전원 급전선(70), 단말기(90), 송신 안테나(120), 수신 안테나(130), 안테나 간섭 제거기(140)로 구성된다. 수신 안테나 기판에는 합성기(136)와 BPF(134) 및 LNA(132A,132B)가 부착되어 있다.
송신신호 간섭 제거기(110)는 기지국 송수신장치(80)와 +45° 및 -45°동축케이블(60A.60B)로 연결되어 송신 안테나(120)측으로는 송신신호를 손실없이 전달하고 수신 안테나(130)측으로는 감쇄시켜 동일 주파수대의 송신신호를 수신측에서 간섭 제거하며, 수신 안테나(130)의 수신신호는 손실없이 기지국 송수신장치(80)로 전달한다.
송신 안테나(120)는 송신신호 간섭 제거기(110)를 통과한 다운링크 송신신호를 단말기(90)측으로 송출하고, 수신 안테나(130)는 단말기(90)의 업링크 신호를 수신하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 2G ~ 4GHz 주파수대 범위내 4G 또는 5G 이동통신 서비스함에 외부 철탑에서 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130)를 분리하고, 외부에서 실내로 전송로 동축케이블(60A,60B) 사용시 송신신호 간섭 제거기(110)를 내부에 부착하여 간섭을 제거하고, 또 옥외 송신 안테나(120)의 대출력 신호가 수신 안테나(130)에 간섭하는 것을 제거하기 위해 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130) 사이에 안테나 간섭 제거기(140)를 부착한 것이다. 안테나 간섭 제거기(140)는 송신 안테나(120)의 외부에 부착된 1/4 파장 금속 차폐기(144)와, 전파 흡수체 차폐판(142), 수신 안테나(130)의 외부에 부착된 1/4 파장 금속 차폐기(146)로 구성된다.
기지국 혹은 중계국 송수신장치(80)에서 동축 케이블(60)로 옥외 안테나 시스템(10)으로 전송할 경우, 송신신호가 수신 안테나(130)에 부착된 LNA(132A,132B)와 송신안테나(120)로 분리 전송할 경우 송신 주파수와 수신 주파수가 모두 동일하므로 종래의 다이플렉서(DIPLEXER)나 대역통과여파기(BPF)로는 송신신호의 간섭을 제거하는 것이 불가능하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예는 수신신호와 동일한 주파수인 송신신호 간섭 제거기(110)를 부착하여 송신신호와 동일한 주파수를 사용하는 수신 안테나(130)의 수신 LNA(132A,132B)에서 송신신호의 간섭을 제거한 것이다. 본 발명의 실시예에서는 송/수신 안테나(120,130)가 +45°복사기와 -45°복사기가 마름모 형태로 배치된 구조로 이루어져 있으므로 동축 케이블(60)과 송신신호 간섭 제거기(110)도 +45°용과 -45°용으로 구분되어 각각 2개 존재하고, 수신 LNA(132A,132B)로 2개 존재하게 된다.
송신신호 간섭 제거기(110)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 기지국에서 동축 케이블(60)로 송수신함에 있어서 송신신호가 동축 케이블(60)로 입력되면 아이솔레이터(111;Ⅰ1)의 단자 1에 입력된 후 단자 2에서 송신 안테나측으로 무손실 입력 전파 복사되고, 아이솔레이터(111;Ⅰ1)의 단자 3에는 -25dB 감소되어 출력된다.
아이솔레이터(111;Ⅰ1)에서 감쇠된 단자 3의 출력은 제1 써큐레이터(112;C2)의 단자 1에 입력되어 제1 써큐레이터(112;C2)의 단자 2에서 더미로드로 흡수되고, 제1 써큐레이터(112;C2)에서 -25dB 이상 감쇠된 신호가 단자 3으로 출력된다.
제1 써큐레이터(112;C2)에서 감쇠된 단자 3 출력은 제2 써큐레이터(113; C3)의 단자 1에 입력되어 제2 써큐레이터(113;C3)의 단자 2에 출력 더미로드로 흡수시키고, 제2 써큐레이터(113;C3)의 단자 3에 -25dB 이상 감쇠되어 출력된다.
제2 써큐레이터(113;C3)에서 감쇠된 신호는 제3 써큐레이터(114; C4)의 단자 1에 입력되어 제3 써큐레이터(114; C4)의 단자 2에 출력 더미로드로 흡수되고, 제3 써큐레이터(114; C4)의 단자 3에 -25dB 이하가 되게 출력된다.
이와 같이 하여 아이솔레이터(111;Ⅰ1)의 단자 1에 입력된 고출력 송신신호는 -25dB, -25dB, -25dB, -25dB = -80dB ~ -90dB 이하 손실되어 수신 안테나(130)의 LNA(132A,132B) 출력 단자에 접속되어 송신신호의 간섭 영향이 없어진다.
한편, 고이득의 수신 안테나(130)에 부착된 LNA(132A,132B) 출력은 제3 써큐레이터(114; C4)의 단자 3에 입력된 후 단자 1에서 거의 손실없이(0.2dB 이하) 출력되고, 제2 써큐레이터(113; C3)의 단자 3에 입력되어 단자 1에 거의 손실없이(0.2dB 이하) 출력되고, 제1 써큐레이터(112; C2)의 단자 3에 입력된 후 제1 써큐레이터(112;C2)의 단자 1에 (0.2dB 이하) 출력되어 아이솔레이터(111;I1)의 단자 3에 입력되고, 아이솔레이터(111)의 단자 1에 거의 손실없이(0.2dB 이하) 출력하여 무손실(-1dB 정도) 되게 하여 동축케이블(60)로 운영실(기지국 송수신기) 함체에 전송한다.
이와 같이 하여 제1 실시예의 송신신호 간섭 제거기(110)는 수신 안테나측에서 송신신호의 간섭을 제거할 수 있다.
한편, 아이솔레이터(I1)의 단자 2 송신출력은 수신 안테나(130)와 분리된 송신 안테나(120)에 입력되어 단말(90)로 복사되는데, 이때 수신 안테나(130)에 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130) 사이의 간섭을 제거하기 위해 안테나 간섭 제거기(140)를 수신 안테나(120)와 송신 안테나(130) 사이에 부착한다.
안테나 간섭 제거기(140)는 송신 안테나(120) 주변에 3중 이상 초크형 1/4 파장 금속 차폐기(144)를 부착하고, 수신 안테나(130)에도 필요하면 동일 초크형 1/4 파장 금속 차폐기(146)를 부착하며, 추가로 전파 흡수체의 차폐판(142)을 부착해서 송신 안테나 출력이 수신 안테나 측에서 -80dB 이상 감쇠되게 하여 간섭을 제거한다.
이와 같이 본 발명은 수신 안테나(130)의 LNA(132A,132B) 출력측과 송신 안테나(120)의 입력측에 송신신호 간섭 제거기(110)를 부착하고, 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130) 사이에 안테나 간섭 제거기(140)를 부착해서 동일 주파수의 간섭을 제거한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수신 안테나(130)는 종합 이득을 60dB 이상 되게 하여 1000m 원거리에서 복사하는 단말기의 소출력 신호가 1000m 이상 거리에서 기지국의 수신 안테나(130)로 수신 가능하게 하고, 송신 안테나(120)의 출력은 1000m 이상 거리 타지역 서비스에 간섭을 적게 하기 위해 저출력으로 하여 현재 5G 서비스용 기지국 및 중계국을 200m 간격으로 설치하여 국내 시설비가 수십조원인 것을 500m~1000m 간격으로 드물게 설치하여 시설비를 1/10 이상 줄여 수조원으로 절감할 수 있게 하며, 중계링크 광전송비를 대폭 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 C, Ku, Ka밴드에서 외부 서비스 신호의 차폐 및 고손실로 실내 서비스가 불가할 경우 실내에 도파관형 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나에 간섭 제거기를 부착한 이동통신 안테나 시스템의 예이다.
마이크로웨이브(Microwave) 대역의 C, Ku, Ka 등 높은 주파수로 5G 이동통신 서비스할 경우, 전파의 직진성이 강해 실내에서 서비스가 불가능하므로 각층마다 도파관 슬롯 또는 동축 급전선 진행파형으로 슬롯 안테나(260)를 여러 개 형성한 것을 천정에 설치하여 서비스한다. 이때, 바람직하게는 각 층마다 여러 개 안테나를 직/병렬로 약 6m 간격으로 포설한다.
도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 건물 실내에는 도파관형 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나(260)가 각 층마다 설치되어 있고, 건물 외부와는 광전송로(50)로 연결되거나 송신 안테나(120) 및 수신 안테나(130)를 통해 연결되어 있다.
먼저, 광전송로(50)를 통해 연결된 경우를 살펴보면, 광전송로(광케이블;50)를 통해 광전송장치(210)로 입력된 다운링크 광신호는 광 다이플렉서(211)에서 광수신측으로 분리된 후 포토다이오드(PD)에서 디지털로 변환되고, 디지털 분배기(212)에서 분배된 후 각각 출력마다 디지털 아날로그 변환기(213)에서 D/AC 변환되어 다운링크 전송부(DL)로 전달된다.
다운링크 전송부(DL)는 제1 절체기(221), 증폭기(222), 업 컨버터(223), 고출력증폭기(224)로 구성된다.
광전송장치(210)에서 출력된 D/AC 변환된 신호는 다운링크 전송부(DL)의 제1 절체기(221; Sw1)를 거쳐 증폭기(222)에서 증폭되고 업 컨버터(223)에서 상향 주파수로 변환된 후 고출력 증폭기(HPA;224)에서 증폭되어 송신신호 간섭 제거기(230)로 입력된다.
송신신호 간섭 제거기(230)를 상세히 설명하면, 광전송로(50)에서 다운링크 전송된 수신신호를 디지털 분배기(212)에서 분배 후 각각 출력 주파수 C, Ku, Ka 밴드로 변환된 후 고출력 증폭하여 송신신호 간섭 제거기(230)에 있는 제1 서큘레이터(C1; 231)의 단자 1로 입력된다. 제1 서큘레이터(C1; 231)의 단자 1로 입력된 신호는 단자 2에 무손실(0.2dB) 출력되고, 단자 3에서 -25dB 되게 출력된다. 제1 서큘레이터(C1;231)의 단자 2 출력은 제2 서큘레이터(C2;232)의 단자 1로 입력되어 손실없이(0.2dB) 단자 2로 출력되고, 단자 3에는 -25dB 이하 되게 감쇠 출력된다.
제2 서큘레이터(C2;232)의 단자 2 출력은 제3 서큘레이터(C3; 233)의 단자 1로 입력된 후 단자 2에서 무손실 출력되고, 단자 3에서 -25dB로 감쇠 출력된다. 제3 서큘레이터(C3)의 단자 2 출력은 제4 서큘레이터(C4;234)의 단자 1로 입력된 후 단자 2로 출력하여 도파관(240)에 무손실 전송하고(손실 0.2dB 이하), 단자 3에 -25dB 이하 감쇠 출력한다.
제1 서큘레이터(C1;231)의 단자 3 출력, 제2 서큘레이터(C2;232)의 단자 3 출력 각각 -25dB 이하된 것을 합쳐서 -40dB 이하 되게 하고, 또 제3 서큘레이터(C3;233)의 단자 3 출력과 제4 서큘레이터(C4;234)의 단자 3 출력 각각 -25 dB이하 손실 출력된 것을 합성하여 -40dB 이하 되게 한다. 제1 서큘레이터(C1) 및 제2 서큘레이터(C2)의 단자 3의 합성신호와 제3 서큘레이터(C3) 및 제4 서큘레이터(C4)의 단자 3 합성 출력을 또 합성하면 -80dB 이하 되게 조정한다.
제4 서큘레이터(C4)의 단자 2에 입력되어 단자 3으로 출력된 업링크 신호는 업 링크 LNA(225)의 입력단에 도파관 업링크 신호가 거의 무손실로 입력된다. 이와 같이 하여 다운링크의 고출력 신호는 송신신호 간섭 제거기(230)에 의하여 LNA(225) 입력단 -80 dB 이하 되게 감쇠하여 간섭 제거하고, 단말기(40)에서 송신하는 신호는 도파관형 혹은 동축형 슬롯 진행파 안테나(260)에서 입력하여 모드 변환기(TE01, TE11)와 모드 TE10 변환기(250,240)를 통과 및 합성 후 제4 서큘레이터(C4)의 단자 2에 입력되어 단자 3으로 무손실(0.2dB) 출력된 후 LNA(225)에 입력된다.
업링크 전송부(UL)는 LNA(225), 다운 컨버터(226), 증폭기(227), 제2 절체기(228)로 구성된다.
업링크 전송부(UL)의 LNA(225)에 입력된 업링크 신호는 다운 컨버터(226)에서 하향 주파수로 변환된 후 증폭기(227)에서 증폭되고, 제2 절체기(228)를 통과하여 광전송장치(210)로 입력된다.
광전송장치(210)는 입력된 업링크신호를 아날로그 디지털 변환기(214)에서 디지털로 변환되고, 디지털 다중화기(215)에서 다중화된 후 레이저 다이오드(RD)에서 광신호로 변환되어 광다이플렉서(211)를 거쳐 광전송로(50)로 전송된다.
이와 같이 하여 진행파형 도파관 슬롯 안테나(260)를 통과한 송신 및 수신 신호를 송신신호 간섭 제거기(230)를 부착해 간섭 제거하고, LNA(225)에 입력된 업링크신호는 저잡음 증폭(LNA)된 후 주파수 변환되고, A/DC 통과한 신호가 Digital 합성된 후 레이저 다이오드(RD)에서 광신호로 변환되어 광다이플렉서(211)를 통과하여 광전송로(50)로 광전송된다.
한편, 경우에 따라 광전송이 불가능한 지역은 별도의 수신 안테나(130)와 송신 안테나(120)로 이루어진 안테나 시스템(앞서 설명한 도 3의 안테나 시스템과 동일)을 부착한 후, 절체기(SW1, SW2)에서 절체하여 광전송로가 아닌 안테나 시스템을 통해 외부측과 통신할 수 있다. 이때 송신 안테나(120)와 수신 안테나(130) 사이에 안테나 간섭 제거기(140)를 부착해서 수신 안테나(130)에 영향을 주는 송신신호의 간섭을 제거한다.
이와 같이 하여 수신 안테나(130)는 종합이득을 대폭(60dB 이상) 증가시켜 링크용 기지국 송신신호를 수신 증폭하여 원거리 단말기(90)가 송신신호를 수신 가능하게 하고, 송신 안테나(120)는 이득을 적게 하여 타 서비스 지역간 간섭을 적게 하고, 기존 타 서비스 지역의 간섭을 없게 한다. 만일 간섭이 -80dB 이하가 될 경우 수신 안테나(130)의 차폐를 위한 초크형 1/4 파장의 금속 차폐기(146)는 생략할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
20: 방설커버 30: 기구적 빔 틸트부
40: 안테나 지지대 50: 광전송로
60: 동축 케이블 70: 전원 급전선(Shield 또는 금속관)
80: 기지국 송수신장치 90: 단말
110,230: 송신신호 간섭 제거기 120: 송신 안테나
130: 수신 안테나 140: 안테나 간섭 제거기
142: 전파 흡수체 차폐판 144,146: 초크형 1/4파장 금속 차폐기
210; 광전송장치 240,250: 도파관 모드 변환기
260: 슬롯 안테나
40: 안테나 지지대 50: 광전송로
60: 동축 케이블 70: 전원 급전선(Shield 또는 금속관)
80: 기지국 송수신장치 90: 단말
110,230: 송신신호 간섭 제거기 120: 송신 안테나
130: 수신 안테나 140: 안테나 간섭 제거기
142: 전파 흡수체 차폐판 144,146: 초크형 1/4파장 금속 차폐기
210; 광전송장치 240,250: 도파관 모드 변환기
260: 슬롯 안테나
Claims (6)
- 다운링크신호를 단말기측으로 송출하기 위한 송신 안테나;
단말기로부터 업링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나; 및
기지국 송수신장치와 연결되어 상기 송신 안테나측으로는 송신신호를 손실없이 전달하되 상기 수신 안테나측으로는 감쇄시켜 동일 주파수대의 송신신호를 수신측에서 간섭 제거하고, 상기 수신 안테나의 수신신호는 손실없이 상기 기지국 송수신장치로 전달하기 위한 송신신호 간섭 제거기를 포함하고,
상기 송신신호 간섭 제거기는
다운링크는 아이솔레이터(I)의 단자 1에 송신신호 입력한 후 단자 2의 무손실 출력을 송신 안테나에 연결하여 전파 복사하고, 단자 3의 -20dB 이하 출력은 제1 내지 제3 서큘레이터(C2, C3, C4)에 각각 연결하여 -20dB 이상씩 감소시키며, 업링크는 수신 안테나의 저잡음증폭기(LNA) 출력을 제3 서큘레이터(C4)의 단자 3, 제2 서큘레이터(C3)의 단자 3, 제1 서큘레이터(C2)의 단자 3, 아이솔레이터(I)의 단자 3에 무손실로 전달하여 업링크가 다운링크의 고출력 송신신호에 영향을 받지 아니하게 하는 것을 특징으로 하는 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치. - 제1항에 있어서, 상기 이동통신용 안테나 장치는, 송신 안테나 출력을 복사함에 수신 안테나측에 간섭 제거하기 위하여 송신 출력 간섭 제거기를 송신 안테나와 수신 안테나 주변에 높이 1/4 파장 초크형으로 2~3겹 차폐하고, 또 송신 안테나 주변에 전파 흡수체를 부착한 차폐 금속판을 부착한 안테나 간섭 제거기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치.
- 삭제
- 건물의 각 층마다 실내에 설치되는 도파관 또는 동축형 슬롯 진행파 안테나;
상기 슬롯 진행파 안테나들의 신호를 직렬 및 병렬로 합성 혹은 분배하기 위한 단일 입출력 도파관 모드(TE01/TE11/TE10) 변환기;
다운링크 신호를 상향 주파수로 변환하여 고출력 증폭기(HPA)에서 고출력으로 증폭하기 위한 다운링크 전송부;
업링크 신호를 저잡음 증폭기(LNA)에서 저잡음 증폭한 후 하향 주파수로 변환하기 위한 업링크 전송부;
상기 다운링크 전송부의 송신신호가 상기 업링크 전송부의 저잡음증폭기(LNA)로 입력되어 간섭하는 것을 제거하기 위해 상기 도파관 모드 변환기와 고출력 증폭기 및 저잡음 증폭기 사이에 부착된 송신신호 간섭 제거기; 및
외부링크로부터 광전송로를 통해 다운링크신 광신호를 포토 다이오드로 수신한 후 수신된 다운링크 신호를 상기 다운링크 전송부로 전달하고, 상기 업링크 전송부로부터 업링크 신호를 입력받아 레이저 다이오드에서 광신호로 변환한 후 광전송로를 통해 외부링크로 전송하기 위한 광전송부를 포함하고,
상기 송신신호 간섭 제거기는,
제1 서큘레이터(C1)의 단자 3 출력과 제2 서큘레이터(C2)의 단자 3 출력을 합성하고, 제3 서큘레이터(C3)의 단자 3 출력과 제4 서큘레이터(C4)의 단자 3 출력을 합성한 후, 제1 서큘레이터(C1) 및 제2 서큘레이터(C2)의 합성신호와 제3 서큘레이터(C3) 및 제4 서큘레이터(C4)의 합성신호를 다시 합성하여 송신출력이 저잡음증폭기(LNA)의 입력에 간섭되지 않게 하고, 제4 서큘레이터(C4)의 단자 2에 입력된 도파관 수신신호는 단자 3에 무손실 출력되어 저잡음증폭기(LNA)로 입력되도록 된 것을 특징으로 하는 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치. - 제4항에 있어서, 상기 이동통신용 안테나 장치는
외부링크에서 광통신이 불가능 지역은 외부링크로부터 무선 다운링크신호를 수신하기 위한 수신 안테나와, 외부링크로 무선 업링크신호를 송출하기 위한 송신 안테나와, 상기 송신 안테나의 송신신호가 상기 수신 안테나로 수신되는 것을 차단하기 위한 안테나 간섭 제거기와, 광통신이나 무선통신을 선택하기 위한 절체기들을 더 포함하는 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020210047372A KR102357981B1 (ko) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 초고주파 고출력 송신신호 간섭 제거기를 사용한 이동통신용 안테나 장치 |
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| KR102462196B1 (ko) | 2022-05-02 | 2022-11-01 | 이돈신 | 이동통신용 송수신 분리형 공간 다이버시티 안테나 장치 |
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| KR20160028896A (ko) * | 2014-09-04 | 2016-03-14 | 주식회사 세하전자통신 | 싱글 밴드 듀얼모드 통신 방식의 안테나 일체형 궤환 간섭신호 제거 무선중계장치 |
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2021
- 2021-04-12 KR KR1020210047372A patent/KR102357981B1/ko active IP Right Grant
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