KR102405344B1 - 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치 - Google Patents

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윤홍수
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Abstract

본 발명은 5G 통신을 수행하는 옥외 설치형 안테나 장치가 외부의 자연 감쇠 환경(예: 강우, 안개, 폭설, 대기 가스)에서도 원활하게 밀리미터파를 송수신하도록 하는 기술로서, LOS(line of sight)가 확보된 밀리미터파는 물론이며 그 밀리미터파의 직진성을 방해하는 자연 감쇠 환경에서 LOS가 확보되지 않아 산란된 밀리미터파도 회절시켜서 옥외용 FWA(fixed wireless access) 밀리미터 안테나 부재까지 원활하게 전달하도록 하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상방향으로 볼록한 돔형의 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재에서 복수 개의 수평 구획 부재 상호 간의 간격을 아래에서 위로 갈수록 점점 좁게 배치함으로써 실외의 자연 감쇠 환경으로부터 산란된 밀리미터파인 경우에도 그 수신율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치 {outdoor antenna device for receiving millimeter wave}
본 발명은 5G 통신을 수행하는 옥외 설치형 안테나 장치가 외부의 자연 감쇠 환경(예: 강우, 안개, 폭설, 대기 가스)에서도 원활하게 밀리미터파를 송수신하도록 하는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 LOS(line of sight)가 확보된 밀리미터파는 물론이며 그 밀리미터파의 직진성을 방해하는 자연 감쇠 환경에서 LOS가 확보되지 않아 산란된 밀리미터파도 회절시켜서 옥외용 FWA(fixed wireless access) 밀리미터 안테나 부재까지 원활하게 전달하도록 하는 기술에 관한 것이다.
[도 1]은 5G 통신을 수행하는 옥외 설치형 5G 중계기와 실내 설치형 5G 단말기를 개략적으로 도시한 예시도이다. [도 1]에서와 같이 5G 통신을 수행하는 실내 설치형 5G 단말기(20)는 밀리미터파(mmWave)를 수신할 수 있어야 5G 통신을 수행할 수 있게 된다.
여기서, 밀리미터파는 극고주파(EHF; extremely high frequency)로서 대략 30 ~ 300 GHz 대역의 주파수를 나타내고 그 파장 길이는 대략 1 ~ 10 밀리미터(mm)로서 매우 짧다.
밀리미터파는 빛에 가까운 직진성이 있고 플라스틱을 제외한 고체 물질(특히, 전도성 물질)을 통과하지 못하며, LOS(line of sight)가 미확보되는 자연 감쇠 환경으로서의 강우, 안개, 폭설, 황사, 미세먼지, 대기 가스 등에 부딪칠 때 그 신호 전송의 경로 손실이 크다.
5G 통신에서 사용하는 주파수 대역은 sub 6 GHz와 밀리미터파로 구분되는데, sub 6 GHz는 먼저 서비스를 시작하였고, 밀리미터파는 최근에 상용화가 이루어지고 있다.
sub 6 GHz의 경우, 실내 설치형 5G 단말기(20)와 옥외 설치형 5G 중계기(10) 간의 5G 통신 서비스에 별달리 문제될 것은 없지만, 밀리미터파의 경우에는 옥외 설치형 5G 중계기(10)가 외부의 자연 감쇠 환경으로 인해 밀리미터파를 제대로 수신하지 못할 수 있는 문제가 있다.
그에 따라, 옥외 설치형 5G 중계기(10)로서의 옥외 설치형 안테나 장치가 밀리미터파를 온전히 수신할 수 있도록 그 구성을 개선함으로써 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 기술 구현이 요구된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 실외의 자연 감쇠 환경에서도 원활하게 밀리미터파를 무선 수신할 수 있는 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치는 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110); 상방향으로 볼록한 돔형으로 이루어지고 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재를 자신 몸체의 내측에 실장하며 자신 몸체의 외부로부터 제공되는 밀리미터파를 수신하여 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재 방향으로 집선시키는 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120);를 포함하여 구성될 수 있고, 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)는, 전도성 재질로 이루어지며 위도선 형태로 복수의 레이어를 형성하는 복수 개의 수평 구획 부재(121); 전도성 재질로 이루어지며 경도선 형태로 복수의 레이어를 형성함에 따라 복수 개의 수평 구획 부재와 교차함에 따라 복수 개의 그리드 부재를 형성하는 수직 구획 부재(122); 합성수지 재질로 이루어지며 복수 개의 수평 구획 부재와 복수 개의 수직 구획 부재에 의해 구획된 상태로 복수 개의 그리드 부재를 채우도록 형성됨에 따라 밀리미터파가 통과되도록 하는 복수 개의 극고주파 출입부재(123);를 구비할 수 있다.
그리고, 극고주파 출입부재(123)는 복수 개의 수평 구획 부재에 의해 수평방향으로 구획되는 수평 레이어 부재를 복수 개(이때, 수평 레이어 부재의 갯수를 N이라 함) 구비하고, 복수 개의 수평 레이어 부재 중 가장 아래 부분에 대응하는 그리드 부재는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성되며, 수평 레이어 부재의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 작은 상하 폭을 형성하도록 구성될 수 있다.
한편, 극고주파 출입부재(123)는 복수 개의 수평 구획 부재에 의해 수평방향으로 구획되는 수평 레이어 부재를 복수 개(이때, 수평 레이어 부재의 갯수를 N이라 함) 구비하고, 복수 개의 수평 레이어 부재 중 가장 아래 부분에 대응하는 그리드 부재는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성되며, 수평 레이어 부재의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 밀리미터파의 더 큰 회절을 위한 유효 가상 그리드를 형성하도록 구성될 수 있다.
다른 한편, 복수 개의 수직 구획 부재(122)는 상호 간에 등간격으로 배치될 수 있다.
본 발명은 수평 구획 부재, 수직 구획 부재, 극고주파 출입부재를 구비하는 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재를 채택함으로써 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재는 실외의 자연 감쇠 환경에서도 원활하게 밀리미터파를 무선 수신할 수 있는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 상방향으로 볼록한 돔형의 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재에서 복수 개의 수평 구획 부재 상호 간의 간격을 아래에서 위로 갈수록 점점 좁게 배치함으로써 실외의 자연 감쇠 환경으로부터 산란된 밀리미터파인 경우에도 그 수신율을 높일 수 있는 장점을 나타낸다.
[도 1]은 5G 통신을 수행하는 옥외 설치형 5G 중계기와 실내 설치형 5G 단말기를 개략적으로 도시한 예시도,
[도 2]는 본 발명에 따른 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치를 도시한 예시도,
[도 3]은 [도 2]에서 보호 커버부재를 분리 도시한 도면,
[도 4]는 [도 3]에서 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재를 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 5]는 [도 4]를 위에서 아래로 내려다 본 도면,
[도 6]은 [도 4]에서 밀리미터파가 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재에 도달하는 상태를 나타낸 예시도,
[도 7]은 [도 6]의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[도 1]은 5G 통신을 수행하는 옥외 설치형 5G 중계기와 실내 설치형 5G 단말기를 개략적으로 도시한 예시도이고, [도 2]는 본 발명에 따른 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치를 도시한 예시도이고, [도 3]은 [도 2]에서 보호 커버부재를 분리 도시한 도면이다.
먼저, [도 2]와 [도 3]에서의 본 발명에 따른 옥외 설치형 안테나 장치(100)도 [도 1] 상의 옥외 설치형 5G 중계기(10)와 같이 실외에서 무선으로 밀리미터파를 수신한 후, 5G 데이터 송수신기(30)를 통해 실내 설치형 5G 단말기(20)로 5G 통신 서비스를 제공할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치(100)는 [도 2]와 [도 3]에서와 같이 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110), 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120), 안테나 제어부재(130), 보호 커버부재(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)는 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)가 무선으로 수집하는 밀리미터파를 신호로 수신한다.
옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)는 실외의 자연 감쇠 환경에서도 밀리미터파를 원활하게 수집하여 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)로 전달하도록 구성되며 이에 대한 구체적인 구성은 본 발명의 핵심적인 특징으로서 이하의 [도 4] 내지 [도 7]을 통해 살펴 보기로 한다.
안테나 제어부재(130)는 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)를 통해 수집한 밀리미터파를 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)가 수신한 후 [도 1]의 5G 데이터 송수신기(30)를 통해 실내 설치형 5G 단말기(20)로 전달하도록 시스템적으로 컨트롤한다.
보호 커버부재(140)는 눈/비나 이물질 등이 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)의 개구된 중앙부로 들어오는 것을 막는 역할도 한다.
[도 4]는 [도 3]에서 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재를 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 5]는 [도 4]를 위에서 아래로 내려다 본 도면이고, [도 6]은 [도 4]에서 밀리미터파가 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재에 도달하는 상태를 나타낸 예시도이고, [도 7]은 [도 6]의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.
[도 4] 내지 [도 7]을 참조하면 본 발명의 구성인 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)는 상방향으로 볼록한 돔형으로 이루어지고 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)를 자신 몸체의 내측에 실장할 수 있으며 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 자신 몸체의 외부로부터 제공되는 밀리미터파를 수신하여 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110) 방향으로 집선시킨다.
이를 위해, 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)는 수평 구획 부재(121), 수직 구획 부재(122), 극고주파 출입부재(123)를 구비할 수 있다.
수평 구획 부재(121)는 바람직하게는 밀리미터파가 통과되지 않는 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 전도성 재질의 수직 구획 부재(122)와 더불어 [도 4] 내지 [도 6]에서와 같이 밀리미터파가 통과되지 않는 복수 개의 그리드(grid) 뼈대를 형성할 수 있다.
이를 위해, 수평 구획 부재(121)는 [도 4] 내지 [도 6]에서와 같이 위도선 형태로 복수의 레이어를 형성할 수 있다. 여기서, 위도선 형태라 함은 지구의 위도와 동일한 규칙성을 나타냄을 의미하는 것이 아니며 지구의 위도와 같이 수평 방향으로의 가상선을 나타내되 상하방향으로 복수 개가 배치됨을 의미한다.
수직 구획 부재(122)도 바람직하게는 밀리미터파가 통과되지 않는 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 전도성 재질의 수평 구획 부재(121)와 더불어 [도 4] 내지 [도 6]에서와 같이 밀리미터파가 통과되지 않는 복수 개의 그리드(grid) 뼈대를 형성할 수 있다.
이를 위해, 수직 구획 부재(122)는 [도 4] 내지 [도 6]에서와 같이 경도선 형태로 복수의 레이어를 형성하여 복수 개의 수평 구획 부재(121)와 교차하도록 배치될 수 있다.
여기서, 경도선 형태라 함은 지구의 경도와 동일한 규칙성을 나타냄을 의미하는 것이 아니며 지구의 경도와 같이 수직 방향으로의 가상선을 나타내되 둘레방향으로 복수 개가 배치됨을 의미한다.
이때, 복수 개의 수직 구획 부재(122)는 상호 간에 등간격으로 배치될 수도 있다. 이를 통해, [도 5]를 기준으로 볼 때 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)의 사방으로부터 들어오는 밀리미터파가 그 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)의 내측 중앙부에 위치한 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)에 균일하게 전달될 수 있다.
극고주파 출입부재(123)는 밀리미터파가 통과할 수 있는 합성수지 재질로 이루어질 수 있다. 극고주파 출입부재(123)는 복수 개의 수평 구획 부재(121)와 복수 개의 수직 구획 부재(122)에 의해 구획된 상태로 그 구획된 복수 개의 그리드 뼈대에 [도 4] 내지 [도 6]에서와 같이 채워질 수 있다.
한편, 극고주파 출입부재(123)는 [도 4] 내지 [도 6]을 참조하면 복수 개의 수평 구획 부재(121)에 의해 수평방향으로 구획되는 '수평 레이어 부재'를 [도 4]의 상하방향으로 복수 개(이때, '수평 레이어 부재'의 갯수를 N이라 함) 구비할 수 있다.
여기서, '수평 레이어 부재'는 하나의 수평 구획 부재(121)와 바로 인접하는 다른 하나의 수평 구획 부재(121) 사이에서 그 수평 구획 부재(121)의 둘레방향을 따라 띠 형태를 이루는 부분을 의미한다.
결과적으로, '수평 레이어 부재'는 수평 구획 부재(121)의 둘레방향을 따라 복수 개의 그리드가 연이어 띠 형태로 배치되되 각 수직 구획 부재(122)에 의해 구간마다 구획된 상태를 나타낸다.
이때, 그 복수 개의 '수평 레이어 부재' 중 가장 아래 부분에 대응하는 각각의 그리드는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성될 수 있다. 그 결과, [도 6]과 [도 7]에서의 '1열의 개구면'을 통과하는 밀리미터파와 같이 회절 (diffraction) 없이 그대로 직진하여 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)에 도달할 수 있게 된다.
그리고, '수평 레이어 부재'의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 [도 4]와 [도 6]에서와 같이 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 작은 상하 폭을 형성하도록 구성될 수 있다.
즉, [도 6]과 [도 7]에서와 같이 아래 쪽에 위치하는 '수평 레이어 부재'보다 위쪽에 위치하는 '수평 레이어 부재'의 상하폭이 작게 형성되는데, 이처럼 '수평 레이어 부재'의 상하폭이 위쪽으로 갈수록 작게 형성되되 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 작게 형성되는 부분에서는 해당 '수평 레이어 부재'의 그리드를 통과하는 과정에서 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 회절이 발생한다.
이때, '수평 레이어 부재'의 상하폭이 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 작게 형성된 부분부터 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 위로 갈수록 그 상하폭이 점점 더 작아진다는 것은 결과적으로 점점 더 회절이 잘 발생될 수 있는 환경이라는 것이다.
[도 6]과 [도 7]에서와 같이 '수평 레이어 부재'의 상하폭이 위로 가면서 작아질수록 그 회절의 정도가 커지는데, 전체적으로 보면 어느 열을 통과하든 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)에 도달하게 된다는 것이다.
다른 한편, 극고주파 출입부재(123)는 [도 4] 내지 [도 6]을 참조하면 복수 개의 수평 구획 부재(121)에 의해 수평방향으로 구획되는 '수평 레이어 부재'를 [도 4]의 상하방향으로 복수 개(이때, '수평 레이어 부재'의 갯수를 N이라 함) 구비할 수 있다.
여기서, '수평 레이어 부재'는 하나의 수평 구획 부재(121)와 바로 인접하는 다른 하나의 수평 구획 부재(121) 사이에서 그 수평 구획 부재(121)의 둘레방향을 따라 띠 형태를 이루는 부분을 의미한다.
이때, 그 복수 개의 '수평 레이어 부재' 중 가장 아래 부분에 대응하는 각각의 그리드는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성될 수 있다. 그 결과, [도 6]과 [도 7]에서의 '1열의 개구면'을 통과하는 밀리미터파와 같이 회절 (diffraction) 없이 그대로 직진하여 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110)에 도달할 수 있게 된다.
그리고, '수평 레이어 부재'의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 밀리미터파의 더 큰 회절을 위한 '유효 가상 그리드'를 형성하도록 구성될 수 있다.
여기서, '유효 가상 그리드'는 예컨대 [도 6]과 [도 7]에서 하나의 '수평 레이어 부재'에 대해 바로 위의 다른 '수평 레이어 부재'가 갖는 상하 거리가 동일하거나 더 큰 경우에도 연직 상하방향의 폭(연직 변위)이 작은 경우에는 그 '유효 가상 그리드'가 작다는 것을 의미한다.
즉, '유효 가상 그리드'는 연직 상하방향의 폭이 작으면 '유효 가상 그리드'가 작게 되어 해당 밀리미터파의 회절이 상대적으로 증가하게 될 것이고 그 연직 상하방향의 폭이 크면 '유효 가상 그리드'가 크므로 해당 밀리미터파의 회절이 상대적으로 감소하게 될 것이다.
10 : 옥외 설치형 5G 중계기
20 : 실내 설치형 5G 단말기
30 : 5G 데이터 송수신기
100 : 본 발명에 따른 옥외 설치형 안테나 장치
110 : 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재
120 : 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재
121 : 수평 구획 부재
122 : 수직 구획 부재
123 : 극고주파 출입부재
130 : 안테나 제어부재
140 : 보호 커버부재

Claims (4)

  1. 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재(110);
    상방향으로 볼록한 돔형으로 이루어지고 상기 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재를 자신 몸체의 내측에 실장하며 자신 몸체의 외부로부터 제공되는 밀리미터파를 수신하여 상기 옥외용 FWA 밀리미터 안테나 부재 방향으로 집선시키는 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 옥외용 FWA 밀리미터 집선부재(120)는,
    전도성 재질로 이루어지며 위도선 형태로 복수의 레이어를 형성하는 복수 개의 수평 구획 부재(121);
    전도성 재질로 이루어지며 경도선 형태로 복수의 레이어를 형성함에 따라 상기 복수 개의 수평 구획 부재와 교차함에 따라 복수 개의 그리드 부재를 형성하는 수직 구획 부재(122);
    합성수지 재질로 이루어지며 상기 복수 개의 수평 구획 부재와 상기 복수 개의 수직 구획 부재에 의해 구획된 상태로 상기 복수 개의 그리드 부재를 채우도록 형성됨에 따라 밀리미터파가 통과되도록 하는 복수 개의 극고주파 출입부재(123);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 극고주파 출입부재(123)는 상기 복수 개의 수평 구획 부재에 의해 수평방향으로 구획되는 수평 레이어 부재를 복수 개(이때, 수평 레이어 부재의 갯수를 N이라 함) 구비하고,
    상기 복수 개의 수평 레이어 부재 중 가장 아래 부분에 대응하는 그리드 부재는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성되며,
    상기 수평 레이어 부재의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 작은 상하 폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 극고주파 출입부재(123)는 상기 복수 개의 수평 구획 부재에 의해 수평방향으로 구획되는 수평 레이어 부재를 복수 개(이때, 수평 레이어 부재의 갯수를 N이라 함) 구비하고,
    상기 복수 개의 수평 레이어 부재 중 가장 아래 부분에 대응하는 그리드 부재는 해당 밀리미터파의 파장 길이보다 크게 형성되며,
    상기 수평 레이어 부재의 k+1열(이때, k는 1에서 N-1까지의 자연수 중 하나 이상)은 그 아래쪽에 위치하는 k열보다 밀리미터파의 더 큰 회절을 위한 유효 가상 그리드를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 복수 개의 수직 구획 부재(122)는 상호 간에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치.
KR1020210062465A 2021-05-14 2021-05-14 밀리미터파 수신을 위한 옥외 설치형 안테나 장치 KR102405344B1 (ko)

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