KR20000041978A - 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외체를 형성하는 함체(3), 함체(3) 상단에 설치되는 덮개(5) 및, 중계기의 동작 회로를 구성하는 함체(3) 내부의 열원(7)으로 구성된 이동통신 옥외용 중계 시스템(1)에 있어서, 덮개(5)의 양측 모서리에 설치된 집수관(9), 파이프(11)에 의해 집수관(9)에 연결되어 있는 저수통(13), 상부 파이프(15)와 하부 파이프(17)에 의해 저수통(13)의 중단 및 하단에 각각 연결된 유량조절밸브(19), 파이프(21)에 의해 유량조절밸브(19)와 연결되며 함체(3) 내부의 열원(7)과 인접 설치되어 있는 흡열기(23)로 구성되어 있는 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기에 관한 것으로, 외벽을 이루는 함체의 상단에 설치된 집수관을 통해 빗물을 집수하여 저수통에 보관한 상태에서 필요에 따라 저장된 빗물을 흡열기로 방출하여 함체 내부에서 열을 발생시키는 열원의 온도를 적정 수준 이하로 유지함으로써 열에 취약한 중계 시스템의 내장품 들을 열로부터 보호하여 중계 시스템의 성능을 정상적으로 유지할 수 있게 된다.

Description

냉각구조를 갖는 옥외용 중계기(outdoor repeater having slef-cooling structure)

본 발명은 이동통신용 중계기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외벽을 이루는 함체의 상단에 집수구조를 설치하고 이 집수구조를 통해 빗물을 담아 중계기 내부로 순환시켜 중계기 내부의 열원에 대한 냉각수단으로 이용함으로써 열원을 보다 원활하게 방열시켜 중계기의 성능을 향상시키도록 한 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기에 관한 것이다.

일반적으로, 전자통신기술의 발전과 더불어 정보화사회에 돌입하면서 신속하고 빈번한 정보 교환의 필요성이 대두되면서 급격하게 개인통신 시스템이 개발되어 왔다.

이러한, 개인통신 시스템중 대표적인 방식이 셀룰러 통신방식으로서 일정 지역을 소정갯수의 셀로 구분한 후(예컨대, 세븐(seven) 셀방식을 취함) 각 셀마다 해당 영역내의 통신중계를 위한 기지국을 설치하고, 각 기지국은 공중 통신망과 연결되어 있는 제어국에 연결되도록 한 다음, 각 셀내의 기지국 또는 제어국의 통신중계를 통해 복수의 셀영역을 불규칙적으로 경유하는 무선 단말기(일명 핸드폰)는 어떠한 셀영역에 존재한다 하더라도 공중 통신망의 국선 가입자들 또는 단말기간의 통화가 가능하게 한다.

그러나, 상술한 셀룰러 시스템의 경우 셀(서비스망)설계 방식에 따라 그 통화품질의 성능차이가 많이 발생하는데, 그 이유는 전파의 진행방향에 방해물(산, 건물 등)이 존재하면 단말기는 분명히 셀영역내에 존재함에도 불구하고 서비스권이탈이라는 통화 불능상태에 빠지게 되므로 셀 설계자는 이러한 부분을 감안하여 적은 갯수의 기지국을 가지면서도 통화불능지역을 최소화하여 서비스망을 설계하여야 한다.

더욱이, 단말기 사용자들은 언제 어디서나 누구와도 중단없는(seamless) 통신이 이루어지기를 희망하는데, 이러한 사용자들의 욕구를 완전하게 충족시키기에 는 위와 같은 개념의 기지국만으로는 한계가 있다.

따라서, 기지국이 이동통신 서비스를 제공하는 영역내 약신호지역 또는 통화불능 지역내에 중계기를 설치함으로써 통화품질의 개선을 추구하고 있는 실정에 있으며, 이와 같은 중계기는 해당 셀영역내에서 기지국과 연결되어 해당 불통지역의 통화 품질을 개선하도록 한 장치이며, 통상 지기국의 기능중 통화를 위한 기능(이력관리 및 기타 제어국과의 연결 프로토톨을 위한 장치 제외)만을 구비한 소형의 장치라고 할 수 있다.

이러한 종래 중계기의 구성 및 동작을 간략히 살펴보면, 먼저 기지국으로부터 신호를 수신하여 단말기로 송신하는 경로는 기지국으로부터 송신된 신호를 수신하기 위한 수신 안테나 1개, 2개의 안테나로 신호를 전송하기 위한 분배기, 송신신호의 대역을 제한하기 위한 대역통과필터, 2개의 안테나에 일정한 시간적 지연을 주기 위한 지연소자와 증폭기, 단말기로 신호를 송신하기 위한 안테나 2개, 송신하는 신호의 경로를 형성하는 스위치로 구성되어 있다. 이때 기지국으로부터 송신된 신호는 수신 안테나에 의해 수신되고, 그 수신되어 전달된 신호는 분배기에 의해 두 경로의 신호로 나누어진다. 이렇게 나누어진 신호 중 하나의 신호는 지연소자와 증폭기를 통하여 공간 다이버시티가 가능한 시간만큼 일정한 시간이 지연되어 위 2개의 안테나 중 다른 하나의 안테나를 통해 단말기로 송신되는 동작을 한다.

다음으로 단말기로부터 신호를 수신하여 기지국으로 송신하는 경로를 보면, 단말기로부터 송신된 신호를 수신하기 위한 수신 안테나 2개, 수신된 신호의 경로를 형성하는 스위치, 전달되는 신호의 주파수 대역을 제한하기 위한 대역통과필터, 2개의 안테나에서 수신한 신호의 시간지연을 매칭시키기 위한 지연소자와 증폭기, 2개의 안테나에서 수신된 신호를 결합하기 위한 결합기로 구성된다. 이때, 단말기로부터 송신된 신호는 수신 안테나 2개를 통하여 수신되고, 그 수신된 신호는 송수신 스위치에 의하여 각각 전달되는 신호의 경로가 정해지며, 그 중 하나의 신호는 주파수 대역을 제한하기 위한 대역통과 필터에 의해 불필요한 신호가 제거되고, 다른 하나의 신호는 2개의 안테나에서 수신한 신호의 시간지연을 매칭시키기 위한 지연소자와 증폭기를 거쳐 일정시간 지연이 이루어지며, 결합기에 의해 지연된 신호와 지연되지 않은 신호가 결합된 후 안테나를 통해 기지국으로 전송되는 동작을 하게 된다.

그런데 위와 같은 옥외용 수신 시스템은 도 1에 도시된 것처럼 수신 안테나(107)와 연결된 대역통과 여파기(101) (또는 듀플렉서 + 대역통과 여파기)의 특성이 온도에 따라 변화하기 때문에 즉, 옥외에 설치될 경우 수신시스템의 온도환경이 대략 -30℃ ∼ 80℃ 까지 변화하며, 이에 따라 대역통과 여파기(101)의 통과대역 특성이 수 MHz 정도 변화하기 때문에 통신장애가 발생한다.

그리고 저잡음 증폭기(103;LNA 또는 LNA + Down-converter)의 특성이 온도상승에 따라 변화한다. 즉, 저잡음 증폭기의 이득이 감소하고 잡음지수가 증가하는 등 온도 변화에 따른 특성변화가 심각하다.

따라서 위와 같이 옥외용 수신시스템의 온도변화에 따른 특성열화를 막기 위해서는 옥외 수신시스템을 항온조에 넣어 두어야 하는 데, 외부 온도가 낮은 경우에는 히터를 설치하여 온도를 높이면 되기 때문에 별 문제가 없으나, 외부 기온이 높은 경우에는 냉각기를 설치하여야 하므로 현재기술로 볼 때 응축기 팬 등의 부피와 무게 문제가 있어 이 방법을 채택하는 옥외용 수신시스템의 설치와 유지 보수에 많은 문제점이 있었다.

또한, 냉매를 이용한 냉각기(air conditioner) 설치시에는 무게 및 부피가 커지고, 냉매의 주기적 보충, 응축기 팬 등 기계적 회전부의 고장수리 등과 같은 유지 보수가 어려우며, 내구성 및 기계적 진동이 수신시스템의 특성에 영향을 미치는 등의 문제점도 있었다.

한편 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 고온 초전도 물질(High temperature superconducting material)로 된 대역통과 여파기를 절대온도 77。K 정도로 항온시켜 주기 위해 액체 질소를 사용하는 수신시스템이 제안된 바 있으나 이 또한 콤프레서(Compressor)를 이용해야 하므로 설치, 가격 및 유지보수의 어려움으로 인해 실제 제품에 적용되지 못하고 있었다.

이러한 옥외용 수신시스템이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 옥외용 무게와 부피가 작고 유지보수가 용이하며, 신뢰도와 내구성이 우수한 항온조 구현기술의 개발이 요구되었으며, 그 일환으로 국내 특허 출원 제96-6650호와 같은 이동통신 기지국의 옥외용 수신시스템이 제안된 바 있다.

이 수신 시스템은 옥외용 수신시스템을 외부환경으로부터 보호하기 위해 열전기모듈(Thermoelectric module : TEM)을 이용한 것으로, 열전기모듈을 이용하여 옥외에 설치하여 업링크 최대통신거리를 증대시킨 이동통신 기지국의 옥외용 수신시스템을 제공하도록 되어 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 측방에 커넥터(220)와 상하부에 방열판(250)이 형성되며 상하로 분리되는 함체(280)와, 커넥터(220)를 관통하는 동축케이블 간에 설치된 입력신호 중에서 필요한 일정 주파수 대역만을 통과시키는 대역통과 여파기(203)와 이 대역통과 여파기(203)의 출력신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(204)로 이루어진 수신부(210)와, 수신부(210)의 하부에 설치되어 열전도를 증대시키는 금속판(206)과, 이 금속판(206)과 접속설치되며 직류전류의 방향 변화에 따라 가열모드 또는 냉각모드로 동작하여 금속판(206)을 통해 수신부(210)의 온도를 항상 일정하게 유지하는 열전기모듈(207)과, 수신부(210)의 온도변화에 따라 열전기모듈(207)의 동작을 제어하는 제어부(240)와, 수신시스템에 전원을 공급하는 전원부(230)로 구성되며, 함체(280) 내부의 빈 공간은 모두 외부 온도 변화에 따른 수신시스템의 영향을 줄이기 위해 단열재(260)로 채워져 있다.

이에 따라, 열전기모듈(7)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 냉각모드와 가열모드로 번갈아 설정되도록 되어 있으며, 도 3a에서와 같이 직류전원의 +측이 N형 반도체에, -측이 P형 반도체에 연결되면 전자(electron)는 P형에서 윗쪽면을 통과해 N형을 지나 전원의 +측으로 움직인다. 이때 윗쪽면(A)에서 열을 흡수하게 되고 따라서 윗면(A)은 열을 빼앗겨 냉각되게 된다. 이렇게 흡수된 열은 아랫면(B)에서 방출되며 아래측에 접착된 방열판을 통해 방열된다. 반대로, 열전기모듈(207)이 가열모드로 동작하면 제 3b에 도시된 것처럼 직류전원의 +측이 P형 반도체에 -측이 N형 반도체에 연결되면서 전류 방향이 반대가 되어 윗쪽면(A)이 가열되고 아랫면(B)은 냉각이 된다.

이와 같은 열전기모듈(207)의 동작에 의해 옥외용 수신시스템은 항상 일정한 온도를 유지하게 되므로 냉매재를 사용하거나 응축기와 팬 등 기계적 구동 부분을 사용하지 않게 되어 부피가 작고 무게가 가벼우며 신뢰도와 내구성이 뛰어난 열전기모듈(207)을 사용하여 수신 시스템을 항온상태로 유지하도록 되어 있으나 열전 모듈(207)이 고가이므로 옥외용 수신 시스템을 제작하는 데 많은 비용이 소요되며, 열전모듈에 상시 전원을 공급하여야 하므로 전력소모가 커지는 등 제작 사용상의 여러 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 위에서 언급한 바와 같은 종래의 옥외용 수신 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자연 상태에서 쉽게 취할 수 있는 빗물을 수신 시스템의 함체 상단에서 집수하여 빗물의 온도를 이용해 수신 시스템 내부의 열원을 냉각함으로써 운전 비용을 최소화하고, 간단한 유로구조로 설치가 간단하며, 유지보수가 용이하면서도 중계기의 방열은 원활하게 수행할 수 있도록 하여 중계기의 성능을 향상시키도록 하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 옥회형 기지국 수신시스템의 연결도.

도 2는 종래의 옥외용 수신시스템의 개략적인 구성도.

도 3은 도 2에 도시된 열전기 모듈의 도면으로서, 도 3a는 냉각모드를, 도 3b는 가열모드를 각각 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 옥외용 중계기의 냉각 구조를 도시한 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 옥외용 중계기의 제어부 구성을 보인 블록 다이어그램.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 중계기 3 : 함체

5 : 덮개 7 : 열원

9 : 집수관 11,15,17,21,25 : 파이프

13 : 저수통 19 : 유량조절밸브

23 : 흡열기 27 : 구동모터

29 : 유수 순환펌프 31 : 온도센서

33 : 제어부

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외체를 형성하는 함체, 이 함체 상단에 설치되는 덮개 및, 중계기의 동작 회로를 구성하는 함체 내부의 열원으로 구성된 이동통신 옥외용 중계 시스템에 있어서, 덮개의 양측 모서리에 설치된 집수관, 파이프에 의해 집수관에 연결되어 있는 저수통, 상부 파이프와 하부 파이프에 의해 저수통의 중단 및 하단에 각각 연결된 제어밸브, 파이프에 의해 제어밸브와 연결되며 함체 내부의 열원과 인접 설치되어 있는 흡열기로 구성되어 있는 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 중계기는 도 4에 도면번호 1로 도시된 바와 같이, 내부의 동작회로 구조 등은 종래의 중계기와 동일하므로 함체(3)에 의해 외체가 형성되어 있으며, 이 함체(3)의 상단에는 중심선을 따라 아래쪽으로 경사져 있는 덮개(5)가 부착되어 있다. 이 덮개(5)의 양측면 모서리에는 덮개(5)로 낙하하는 빗물을 받기 위한 빗물 받이 형태의 집수관(9)이 형성되어 있는데, 이 집수관(9)은 도 4에 도시된 것처럼 가운데 부분으로 빗물을 모을 수 있도록 V자 형태로 굽어져 있으며(미도시), 굽힘 경계부분에 파이프(11) 라인이 연결되어 있다. 또한, 함체(3) 내부에는 중계기 동작에 필요한 각종 부품 들이 내장되어 있으며 이중에는 다량의 열을 발생시키는 열원(7)의 작용을 하는 부품도 포함되어 있다.

여기에서, 집수관(9)에 연결된 파이프(11)는 함체(3) 외부에 설치된 저수통(13)의 상단과 연결되어 있는데, 이 저수통(13)은 따라서 집수관(9)에 의해 집수되는 빗물을 수용하도록 되어 있으며, 저수통(13)의 내주면 하단에는 저장된 빗물의 온도를 측정하기 위한 온도센서(31)가 장착되어 있다. 또한 저수통(13)의 하단에는 함체(3) 내의 열원(7)에 인접하여 설치된 흡열기(23)가 파이프(25)를 통해 연결되어 있으며, 저수통(13)은 또한 하단의 또다른 파이프(17)와 중단의 파이프(15)에 의해 유량조절밸브(19)와 연결되어 있다.

이 유량조절밸브(19)는 다시 파이프(21)를 통해 함체(3) 내의 열원(7)에 인접 설치된 흡열기(23)에 연결되어 있는데, 이때 파이프(21)의 중간에는 구동모터(27)에 의해 펌핑력을 발생시키는 유수 순환펌프(29)가 설치되어 저수통(13)과 흡열기(23) 사이에서 순환되는 유수의 흐름을 원활하게 유지시키도록 되어 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기(1)에 의하면, 우천시 덮개(5)로 내리는 빗물을 집수관(9)에 받아 파이프(9)를 통해 저수통(13)에 저장한다. 그리고 나서 밸브(19)를 개방하여 파이프(21)를 통해 흡열기(23)로 빗물을 공급하여 중계기 작동시 열원(7)에서 발생하는 열을 흡열하도록 되어 있다.

이때, 파이프(21) 등에 존재하는 유수의 양이 적은 경우에는 도 6에 도시된 제어부(33)에 의해 구동모터(27)를 가동하여 펌프(29)를 동작시킴으로써 충분한 양의 유수가 흡열기(23)로 공급될 수 있도록 하며, 반대로 파이프(21)로 공급되는 유수의 양이 지나치게 많은 경우에는 제어부(33)를 통해 유량조절밸브(19)를 폐쇄하여 흡열기(23)로 공급되는 유수의 양을 감소시킨다.

또한, 장기간 비가 오지 않아 저수통(13) 내부의 유수온도가 높아지는 경우에는 온도센서(31)에 의해 상승된 수온을 측정하여 적정 수온이 아니라고 판단되면 밸브(19)를 완전 개방하고 펌프(29)를 최대 출력으로 가동하여 전체 유수라인에 걸쳐 유수의 흐름을 빠르게 유지함으로써 열원(7)에 대한 방열성능을 가능한 최대한 만족시킬 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기에 의하면, 우천시 확보할 수 있는 저온의 빗물을 한 곳에 취수하여 중계기 함체 내의 열원에 인접하여 설치된 흡열기에 필요에 따라 적정한 시점에서 공급함으로써 별도의 냉각 시스템에 의하지 않고도 열원으로부터 열을 빼앗아 중계기 내부의 발열 부품이 과열로 인해 성능 저하를 일으키지 않도록 하여, 저렴한 운전 비용의 간단한 유로구조로 유지보수 등에 따른 비용을 필요로 하지 않으면서 중계기의 성능을 정상적으로 유지할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 외체를 형성하는 함체(3), 상기 함체(3) 상단에 설치되는 덮개(5) 및, 중계기의 동작 회로를 구성하는 상기 함체(3) 내부의 열원(7)으로 구성된 이동통신 옥외용 중계 시스템(1)에 있어서, 상기 덮개(5)의 양측 모서리에 설치된 집수관(9), 파이프(11)에 의해 상기 집수관(9)에 연결되어 있는 저수통(13), 상부 파이프(15)와 하부 파이프(17)에 의해 상기 저수통(13)의 중단 및 하단에 각각 연결된 유량조절밸브(19), 파이프(21)에 의해 상기 유량조절밸브(19)와 연결되며 상기 함체(3) 내부의 상기 열원(7)과 인접 설치되어 있는 흡열기(23)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 파이프(21)의 중간에는 상기 저수통(13)과 상기 흡열기(23) 사이에서 순환되는 유수의 흐름을 원활하게 하도록 구동모터(27)에 의해 작동되는 유수 순환펌프(29)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 갖는 옥외용 중계기.