KR20000071814A - 안테나 구조와 그 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 분포 안테나 디바이스는 복수의 안테나 구성 부품들과 복수의 전력 증폭기들을 포함하여 구성되며, 각 전력 증폭기는 상기 안테나 구성 부품들 중 하나와 동작적으로 연결되고 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성되며, 상기 전력 증폭기 각각은 상대적으로 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩이다. 본 발명의 안테나 어레이는 여러 다양한 설비에 사용될 수 있는데, 셀룰라, PCS, MMDS 및 LANS 나 WLANS 같은 건물내 시스템들에 응용될 수 있다.

Description

안테나 구조와 그 설비{ANTENNA STRUCTURE AND INSTALLATION}
본 발명은 안테나 구조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 안테나 어레이(antenna array)의 각 안테나 구성요소(element)에 근접하고, 또 동작적(operatively)으로 커플링(coupling) 되어 있는 전력 증폭칩(Power amplifier chip)을 가지는 안테나 어레이를 포함하는 신규한 안테나 구조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 송신 및 수신 동작들 모두를 위한 안테나 어레이를 포함하는 새로운 안테나 구조 및 시스템에 관한 것이다.
다중 채널 다중점 분배 시스템(Multi-channel multi-point distribution system;이하 MMDS라 한다)이나 로컬 다중점 분배 시스템(Local multi-point distribution system; 이하 LMDS라 한다)과 마찬가지로 셀룰라(cellular)와 개인통신 서비스(PCS)에서의 통신 기기에는 가입자나 사용자로부터 신호를 받아 재전송함에 있어, 타워(tower)나 또는 다른 유사한 기기의 상부에 위치한 안테나를 쓰는 것이 일반적인 기술이다. 무선 로컬 룹(wireless local loop; 이하 WLL이라 한다), 특수 이동 라디오(specialized mobile radio; 이하 SMR이라 한다)및 무선 로컬 지역 네트워크(wireless local area network; 이하 WLAN이라 한다)같이 시스템 사용자, 즉 가입자 간의 통신 신호를 송수신할 수 있는 신호 전달 기반을 갖춘 다른 통신 시스템들도 다양한 형태의 송수신기(transceiver)나 안테나를 사용할 수 있다.
이 모든 통신 시스템에는 안테나에 의해 송수신되는 신호를 증폭할 필요가 있다. 이 목적으로, 이제까지는 전형적인 선형 전력 증폭기(conventional linear power amplifier)를 사용해 왔는데, 이때 필요한 증폭정도를 제공하기 위해서는 일반적으로 1998년 미화로 와트당 100달러에서 300달러까지 비용이 소요되었다. 타워나 이와 유사한 구조를 채용한 통신 시스템에서는 많은 기반 시설(infrastructure)이 종종 비교적 긴 동축 케이블에 의해 타워에 설치된 안테나와 연결된 채로 타워나 구조의 저변에 배치되었다. 따라서 케이블내에서의 전력 손실때문에 일반적으로 지상(ground level)에 설치된 기반 시설(infrastructure)이나 베이스 스테이션(base station)으로부터 전력 증폭을 시켜줘야 했는데, 이것은 와트당 또는 유니트당, 앞서 기술한 전형적인 비용을 상승시키는 요인이 되었다.
게다가, 이런 타입의 전형적인 전력 증폭 시스템에는 통신 시스템의 선형성, 또는 선형적 성능을 갖기 위해서 많은 추가 회로가 들어가야 한다. 예를 들면, 전형적인 선형 증폭 시스템에서 전체 시스템의 선형성은, 증폭기의 칩 레벨에서의 비선형성을 보상해 주고, 증폭 시스템의 유효한 선형성을 증가시키기 위해 선형 피드백 회로들과 전치 보상 회로들(predistortion circuitry)을 추가함으로써 증가하게 된다.
전술한 많은 통신 시스템에서 기반 시설(베이스 스테이션)에 대한 출력 레벨은 전형적으로 10W 이상이며 때론 수백W 까지도 올라가는데, 이는 비교적 고효율적인 등방성 전력(isotropic power)을 요구한다. 예를 들면, 지상 레벨에서 전형적인 베이스 스테이션은 20W의 출력을 내는데 이 출력이 안테나에 전달될 때는 케이블에 의한 손실때문에 약 10W만이 전달된다. 이 경우, 출력의 반이 케이블 손실과 열로 소비된다. 이런 시스템에서 좀 더 큰 출력을 낼 경우에 필요한 선형성을 달성하기 위해서는 매우 복잡한 선형 증폭 부품들이 고출력 회로에 다수 포함되어야 한다. 또한 일반적으로 이런 고출력 시스템이나 증폭기에서는 고출력 결합기(high power combiner)가 추가되어야 한다.
비교적 고출력인 시스템에서 전체 시스템의 선형성을 달성하기 위해 추가되어야 하는 이런 회로들 때문에 앞서 말한 유니트/와트당 백달러에서 3백달러까지의 비용이 발생하는 것이다.
본 발명은 다중 안테나 어레이 구성 부품들에 걸쳐 전력를 분배함으로써 각 안테나 구성 부품당 비교적 낮은 전력 레벨을 달성하고 유니트당/전력당 좀 더 낮은 비용으로 전력 증폭을 구현하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 비교적 낮은 전력 및 와트당 비용이 작은 전력 증폭칩을 기반 응용 시설의 비교적 낮은 전력의 선형 영역에 사용한다는 점이다. 상기와 같은 비교적 낮은 전력, 낮은 비용의 칩을 사용하기 위해서, 본 발명은 어레이 전체의 요구되는 출력을 달성하기 위해 어레이의 각 안테나 구성 부품에 연결되어지는, 하나의 비교적 저출력인 증폭칩을 사용하는 안테나 어레이를 제안한다.
본 발명의 또 다른 특징으로, 분포 안테나 디바이스(distributed antenna device)는 복수 개의 송신 안테나 구성 부품, 복수 개의 수신 안테나 구성 부품 및 복수 개의 전력 증폭기를 포함하여 구성되어지는데, 상기 전력 증폭기중 하나는 동작적으로 상기 각 송신 안테나 구성 부품에 커플링되고 또한 연결된 상기 송신 안테나 구성 부품에 근접하게 위치하여 상기 전력 증폭기 및 이와 연결된 상기 송신 안테나 구성 부품간의 전력 손실이 아주 적도록 구성된다. 이때 상기 전력 증폭기중 적어도 하나 이상은 저잡음(low noise) 증폭기를 포함하며 또한 상기 분포 안테나 디바이스에 구성되어져, 적어도 하나 이상의 상기 수신 안테나 구성 부품으로부터의 신호를 받아 증폭하게 된다. 이 때 상기 전력 증폭기는 비교적 저출력, 저비용의 선형 전력 증폭칩을 포함하여 구성된다.
따라서 전형적으로는 원격 단말기기(예를 들어, 핸드셋이나 사용자/가입자 기기)응용에 사용되던 비교적 저출력 증폭칩이 기반 시설(예를 들어, 베이스 스테이션)응용에 사용될 수 있게 된다. 본 발명에 따르면, 비교적 고출력인 시스템의 선형 성능(linear performance)을 위해 전치 보상 회로들과 비교적 값비싼 피드백 회로 및 이와 유사한 것들을 사용해야 할 필요성이 없어진다. 상기 선형 성능은 상기 비교적 저전력 칩들을 그것들의 선형 출력 영역내에서 사용함으로써 달성된다. 즉, 본 발명은 상기 칩들을 과구동(overdriving)하거나 포화 레벨 (saturation level)근처에서 구동함으로써 감소된 선형성을 보상하기 위해 추가로 비싸고 복잡한 회로를 사용해야 하는 필요성을 피하고자 하는 것이다. 선형 영역내에서 사용된 본 발명의 상기 전력 증폭칩은 일반적으로 1W나 그 이하의, 매우 작은 출력을 가진다. 더구나 본 발명에서는 이 전력 증폭칩을 복수의 구성 부품으로 이루어진 안테나 어레이의 각 구성 부품의 급전점(feed point)에 설치하는 것을 제안한다. 따라서,안테나 시스템의 전체적인 출력은 선형성을 유지한 채로 어레이에 구성된 각 구성 부품의 수만큼 증배(multiplied)하게 된다.
이에 더하여, 본 발명에서는 비교적 값비싼 고출력 결합기(high power combiner)가 요구되지 않는데, 이는 신호들이 전자기파를 매개로 하여 원격 단말기기의 자유공간(free space) 즉, 원격장(far field)에서 결합하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 시스템에서는 저출력 결합을 사용함으로써, 그렇지 않았다면 발생할 수 있는 전형적인 결합 비용(combining cost)을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템이 타워에 응용될 경우, 비교적 긴 케이블이 베이스 스테이션의 증폭기와 타워에 설치된 안테나 설비를 연결함으로써 발생하는 전력 손실 문제를 제거할 수 있다. 즉, 일반적인 전력 손실 문제를 더 이상 걱정하지 않아도 되며 안테나쪽에 공급해야 할 전력도 비교적 적다. 본 발명은 증폭기를 안테나 구성 부품에 가까이 배치함으로써, 일반적으로 이런 시스템에서 발생하는 케이블이나 다른 전송선의 손실보다 적은 손실로 증폭이 가능해진다. 이것은 또한 특별히 제작된 저손실 케이블을 사용해야 할 필요성이 줄어 들어 전체적으로 시스템 비용을 줄일 수 있는 장점도 가진다.
도 1은 전력 증폭칩과 모듈을 사용한 전송 안테나 어레이의 개략도.
도 2는 또 다른 본 발명 실시예의 개략도.
도 3은 안테나 어셈블리나 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 안테나 시스템을 채용하고 타워형, 또는 기타 지지 구조체를 사용한 통신 시스템 베이스 스테이션의 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 시스템을 채용한 LMDS의 베이스 스테이션에 대한 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 안테나 시스템을 채용한 무선 LAN 시스템의 블록도.
도 7은 및 도 8은 본 발명에 따른 안테나 시스템을 채용한 두 가지 타입의 건물내 통신 시스템의 블록도.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 송신/수신 안테나 시스템의 블록도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신/수신 안테나 시스템의 블록도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중앙 스트립을 채용한 송신/수신 안테나 시스템의 블록도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 어레이의 송신 및 수신 구성 부품을 채용한 안테나 시스템의 블록도.
도 13은 수신 및 송신 기능을 위한 서로 직교로 배향된 안테나 어레이 구성 부품들을 마이크로스트립 급전선들과 함께 나타낸 블록도.
도 14는 도 13에서 사용될 수 있는 다층 구조의 안테나 구성 부품에 대한 부분 단면도.
도 15 및 도 16은 도 13 및 도 14의 안테나와 같은 송신/수신 안테나로부터의 입력 및 출력 RF를 송신하는 여러 구성들에 관한 모식도.
도 17 및 도 18은 다이플렉서와 전력 증폭기들을 교대로 배치한 송신/수신 활성 안테나 시스템의 두 실시예들을 보여주는 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 안테나 구성 부품 14: 전력 증폭기
22 : 감쇄기 회로 20: 안테나 시스템
48 : 직류 전원 장치 60, 62 : RF 송수신기
70, 72 : DC 바이어스 티 100 : 다이플렉서
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1과 도 2에는 본 발명에 따른 두 개의 다중 안테나 구성 부품 어레이(mutiple antenna element array) 의 실시예(10과 10a)가 도시되어 있다. 도 1과 도 2의 안테나 어레이(10과 10a)는 상이한 급전선 구조(feed structure)를 가지는데, 도 1의 안테나 어레이(10)는 병렬 합체 급전선 구조(parallel corporate feed structure)를 가지며 도 2의 안테나 어레이(10a)는 직렬 합체 급전선 구조(series corporate feed structure)를 가진다. 그 외 다른 것들은 실질적으로 둘 다 동일하다. 각 안테나 어레이(10, 10a)는 모노폴(monopole), 다이폴(dipole) 또는 마이크로스트립/패치(microstrip/patch) 안테나 구성 부품으로 구성될 수 있는 복수의 안테나 구성 부품(12)을 포함한다. 이 외에 다른 형의 안테나 구성 부품을 사용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
본 발명의 한 특징을 살펴 보면, 증폭기 구성 부품인 14는 동작적(operatively)으로 각 안테나 구성 부품 12의 급전선단에 커플링되어 있고, 또한 이 각 안테나 구성 부품 12들은 연결된 다른 안테나 구성 부품 12에 근접하게 배치되어 있다. 본 발명의 한 실시예로, 상기 증폭기 구성 부품 14는 각 안테나 구성 부품 12에 충분히 가깝게 배치되어 상기 증폭기 출력과 상기 안테나 구성 부품의 입력간에는 전력손실이 거의 없게 되는데, 증폭기가 안테나 구성 부품에 케이블이나 이와 유사한 것으로 연결되어 커플링된 경우도 그러하다. 예를 들어 전력 증폭기 14는 각 안테나 구성 부품의 급전점(feed point)에 위치할 수 있다. 한 실시예로, 증폭기 14는 MMIC(Monolithic microwave integrated circuit)칩 같은, 비교적 낮은 전력의 선형 집적 회로칩 부품을 포함하여 구성될 수 있다. 이 칩들에는 GaAs(gallium arsenide) 헤테로 접합(heterojunction) 트랜지스터 공정을 사용하여 만들어진 칩들을 포함한다. 또한 실리콘 공정이나 씨모스(CMOS) 공정을 사용한 칩들을 사용할 수도 있다.
MMIC 전력 증폭칩의 몇 가지 예들은 다음과 같다.
1. RF Microdevices PCS linear power amplifier RF 2125P, RF 2125,RF 2126
또는 RF 2146, RF Micro Device,Inc.,7625 Thorndike Road, Greensboro,
NC 27409, 또는 7341-D W. Friendly Ave.,Greensboro, NC 27410;
2. Pacific Monolithic PM 2112 single supply RF IC power amplifier,
Pacific Monolithic,In., 1308 Moffett Park Drive, Sunyvale, CA;
3. Siemens CGY191,CGY180 또는 CGY181,GaAs MMIC dual mode power
amplifier, Siemens AG, 1301 Avenue of the America, New York, NY;
4. Stanford Microdevices SMM-208, SMM-210 또는 SXT-124, Stanford
Microdevices, 522 Almanor Avenue, Sunyvele, CA;
5. Motorola MRFIC1817 또는 MRFIC1818, Motorola Inc.,505 Barton Springs
Road, Richardson, TX;
6. Hewlett Packard HPMX-3003, Hewlett Packard Inc.,933 East Campbell
Road, Richardson, TX;
7. Anadigics AWT1922, Anadigics, 35 Technology Drie, Warren NJ 07059;
8. SEI Ltd.P0501913H,1,Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama, Japan;
9. Celeritek CFK2062-P3, CCS1930 또는 CFK2162-P3, Celeritek, 3236 Scott
Blvd., Santa Clara, CA 95054.
도 1과 도 2의 안테나 어레이에서, 구성 부품과 구성 부품간 거리(d)의 선정 과/또는 합체 급전선(corporate feed)의 선 길이를 변화시킴으로써 어레이 위상(Phasing)을 조절한다. 어레이 진폭 계수(array amplitude coefficient)는 도 3의 전력 증폭기(14) 전후에 위치하는 감쇄기(attenuator)를 사용하여 조절한다.
도 3을 보면, 도 1 또는 도 2에 나타난 안테나 어레이 형태를 사용한 본 발명의 안테나 시스템은 일반적으로 도면부호 20으로 지칭된다. 안테나 시스템(20)은 도 1과 도 2에서 설명한 것처럼 복수 개의 안테나 구성 부품(12)와 그에 따르는 전력 증폭기(14)를 포함하여 구성되어 진다. 또한 적절한 감쇄기 회로(22)가 전력 증폭기(14)에 직렬로 연결된다. 감쇄기(22)는 전력 증폭기(14)의 전후에 배치될 수 있는데 도 3에서는 예시적인 목적으로 각 전력 증폭기(14)의 입력부에 이를 표시하였다. 전력 분할기(power splitter) 및 위상 조절(phasing) 네트워크인(24)는 모든 전력 증폭기와 이에 직렬로 연결된 감쇄기(22)로 급전(feed)된다. 또한 RF 입력(RF input, 26)은 상기 전력 분할기(power splitter) 및 위상 조절(phasing) 네트워크(24)로 급전된다.
도 4를 참조하면, 도 3의 안테나 시스템(20)을 구비한 안테나 시스템 설비는 일반적으로 도면부호 40으로 지칭된다. 도 4는 셀룰라(cellular) 시스템, 개인 통신 시스템(PCS) 또는 다중 채널 다중점 분배 시스템(MMDS) 같은 통신 시스템에 대한 베이스 스테이션이나 기반 시설을 나타낸다. 도 3의 안테나 시스템은 타워 또는 지지 구조체인(42)의 상부에 위치한다. 직류 바이어스 티(DC bias tee, 44)는 동축선 또는 동축케이블(46)을 통해 전송된 신호를 직류 전력과 RF 요소로 분리하며, 역으로 안테나 시스템(20)으로부터 오는 RF 신호를 수신하여 타워에 올려진 구성 부품들과 지상의 구성 부품들을 연결시키는 동축선 또는 동축케이블(46)을 통해 전송한다. 지상 구성 부품들은 직류 전원 장치(DC power supply, 48)와 도시되지 않은, 원격 장비의 송신기/수신기(미도시)로부터의 RF 입력/출력(50)을 포함하여 구성된다. 상기와 유사한 직류 바이어스 티(DC bias tee, 52)는 공급된 직류 전력과 RF 입력을 받아 동축 라인(46)으로 이를 전달하고, 역으로 안테나 시스템(20)으로부터 신호를 받아 RF 입력/출력(50)으로 전송한다.
도 5는 상기와 마찬가지로 안테나 시스템(20)을 채용한 로컬 다중점 분배 시스템(LMDS)을 도시하고 있다. 도 4의 설비와 유사하게 도 5의 설비도 타워 또는 지지 구조체(42)의 상부에 안테나 시스템(20)을 설치한다. 또한 동축 케이블(46)이, 예를 들어 RF 신호 전송을 할 수 있는 RF 동축 케이블이 타워 또는 지지 구조체(42)의 상부와 지상 장치간을 연결한다. 상기 지상 장치는 송신기로부터 RF 입력을 받는 RF 송수신기(60)를 포함하여 구성된다. 또 다른 유사한 RF 송수신기 (62)가 타워의 상부에 위치하여 안테나 시스템(20)과 RF 신호를 교환한다. 직류 전원 장치(48)같은 전원 장치가 도 6의 실시예에서 보는 바와 같이 타워(42)의 상부에서, 안테나 시스템(20)에 구비되어 있다.
도 7과 도 8은 본 발명의 안테나 시스템(20)이 건물내의 통신기기에 응용된 경우의 예를 보여주고 있다. 도 7에서, 직류 바이어스 티(70, 72)들이 각각 RF 동축 케이블(74)에 연결되어 있다. 상기 DC 바이어스 티(70)는 안테나 시스템(20)의 근처에 배치되고 이에 동작적으로 커플링되어 있는 각각의 RF 선과 DC 선을 가진다. 두 번째 DC 바이어스 티(72)는 송신기/수신기로부터의 RF 입출력 및 적절한 직류 전원 장치(48)에 커플링되어 있다. 상기 DC 바이어스 티와 직류 전원 장치는 안테나 시스템(20)과 원격 송신기/수신기(미도시)함께 상기 도 4를 참조하여 설명한 방식과 동일한 방식으로 동작한다.
도 8에서, 안테나 시스템(20)은 파이버-RF 송수신기(fiber-RF transceiver, 80)과 RF 선(RF line)으로 연결되며 상기 파이버-RF 송수신기는 광섬유 케이블(82)을 거쳐, 안테나 시스템(20) 및 상기 첫 번째 파이버-RF 송수신기로부터 원거리에 위치할 수 있는 두 번째 파이버-RF 송수신기(84)에 커플링 된다. 안테나에 대한 직류 전원 장치나 다른 전원장치는, 도 8에 나타난 것처럼 안테나로부터 원거리에 위치하거나, 원한다면 근거리에 근접해서 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 설비와 같은 방식으로 상기 직류 전원장치(48)는 안테나 시스템(20)에 동작적 (operatively)으로 연결된 별도의 선으로 연결될 수도 있다.
여기에 설명되고 도시된 것은 전력 증폭 칩이나 증폭 모듈을 각각의 안테나 구성 부품의 입력부에 채용한 신규한 안테나 어레이와 그 안테나 어레이 시스템을 채용한 신규한 설비에 관한 것이다.
나머지 도 9에서 도 18에 나타난 본 발명의 다양한 실시예들은 많은 특징을 갖고 있는데, 그 중 3개를 아래에 정리하였다.
1) 하나는 전송을, 하나는 수신을 위한 두 다른 종류의 패치 구성 부품(또는 그 그룹)을 사용한다는 점이다. 이를 통해 각 안테나 구성 부품(패치)마다 주파수 다이플렉서(diplexer)를 사용하지 않고도 실질적으로 RF 신호를 분리(isolation)할 수 있다[간단히 상기 패치를 수평으로 4 인치(inch)정도 간격을 두고 떨어지게 배치하면 PCS 주파수대에서 약 20dB 이상의 분리가 된다]. 이 기술은 실질적으로 어떤 안테나 구성 부품[다이폴, 모노폴, 마이크로스트립/패치 등]에도 사용할 수 있다. 분포 안테나 시스템의 몇 몇 실시예들에서는, 도 9, 10 및 11에 나타나 있듯이 구성 부품들[M개의 수직 Tx 구성 부품 12 와 M개의 수직 Rx 구성 부품 30]의 집합을 사용하였다. 도 9와 도 10에는 Tx 및 Rx 모두가 직렬 합체 급전선 구조(series corporate feed structure)로 구성된 형태가 나타나 있다. 하지만 상기 구성 부품들은 병렬 합체 급전선 구조(미도시)로 구성될 수도 있고, Tx 는 병렬 합체 급전선 구조이며, Rx는 직렬 합체 구조이거나 또는 그 반대일 경우도 가능함은 물론이다.
2) 내장된(built in) 저잡음 증폭기(Low Noise Filter,이하 LNA라 함)회로나 디바이스 즉, 수신(Rx)쪽을 위해 안테나 내부에 직접 만들어진 LNA를 사용한다. 도 9에서는 LNA(140)이 안테나 구성 부품들(30)이 직렬(또는 병렬) 합체 급전선 구조로 통합된 바로 뒤에 나타나 있다. 도 10에는 각각 별개의 독립된 LNA(140)가 RF 신호의 통합 전에 각 Rx 구성 부품(패치)의 출력단에 나타나 있다.
Rx 안테나 구성 부품의 상기 LNA 디바이스(140)는 전체 시스템의 잡음지수 (noise figure, NF)를 감소시키고, 원격 무선장비에 의해 발신되는 신호에 대한 시스템의 감도(sensitivity)를 향상시킨다. 따라서 이것은 수신 연결(receive link)의 범위를 증가시킨다[업 링크].
송신단 Tx에서의 전력 증폭기[PA, 14[칩]] 구성 부품의 사용도 이와 유사하다.
3) 저전력 주파수 다이플렉서(Low power frequency diplexer, 150)를 사용하였다.(도 9 및 도 10 참조) 셀 부스터(Cell booster) 같은 일반적인 타워 탑(tower top) 시스템에서는 안테나 입력에 전달되는 전력이 고전력 RF(high power RF)이므로, 고전력 주파수 다이플렉서가 타워 탑에 있는 셀 부스터 내부등에 사용되어야 한다. 본 발명의 시스템에서는 Tx 안테나 구성 부품에 전송되는 RF 파워가 일반적으로 100mW 이하의 저전력이므로 상기와 같은 저전력 다이플렉서(150)가 사용되어질 수 있다.
게다가 일반적인 시스템에서는 업링크(uplink)와 다운링크(downlink) 신호 사이에서 60dB 이상이나, 심지어는 80dB에서 90dB 까지 다이플렉서 분리 (diplexer isolation)가 요구되고 있다.
본 발명 시스템의 각 패치에서의 출력은 일반적으로 1W 에서 2W 정도의 저전력이며, 패치들을 이격시켜 이미 공간적인 분리를 한 상태이므로 본 발명의 다이플렉서는 분리 필요성이 비교적 줄어든다.
도시된 실시예들에는 최종 전송 제파 필터(final transmit rejection filter)가 수신 경로에 사용되어 질 수 있다. 원한다면 이 필터는 LNA 내부, 또는 각 LNA에 설치되거나, 또는 회로내에서 LNA전에, 또는 각 LNA에 커플링될 수 있다.
도 11을 참조하면, 이 실시예에서는 두개의 이격된 안테나 (어레이) 구성 부품들을 사용하였는데, 이는 송신을 위한 12와 수신을 위한 30 즉, 복수 개의 송신(어레이) 구성 부품(12)과 복수 개의 수신 (어레이) 구성 부품들(30)을 사용하였다. 상기 구성 부품들은 다이폴, 모노폴, 마이크로스트립(패치)나 또는 이와 유사한 다른 형태의 안테나 구성 부품들이 가능하다. 송신 구성 부품(어레이)은 수신 구성 부품 어레이와는 분리된 합체 급전선 구조(separate corporate feed, 미도시)를 사용한다. 송신(12)과 수신 구성 부품(30)이 좁은 상승 빔(narrow elevation beam)을 만들기 위해 별도의 수직 열(column)로 나타나 있다. 동일한 방식으로 좁은 방위 빔(narrow azimuth beam)을 형성하기 위해 두 개의 수평 행으로 어레이를 나타낼 수 있다(미도시). 이 방식에 의한 구성 부품의 이격(공간적)을 통해 송신과 수신 안테나 밴드의 분리도(isolation)를 향상시킬 수 있다. 이것은 단일의 송/수신기 구성 부품에 연결된 주파수 다이플렉서를 사용하는 경우에도 유사하게 작용한다. 반파장 이상의 이격은 일반적으로 10dB 이상의 분리를 가능하게 한다.
뒷판(backplane) 또는 반사기(reflector, 155)는 평평한 지반면(ground plane), 조각편이나 분절된 선형의 접힌 지반면(linear folded ground plane) 이나 굽은(curved) 반사면(다이폴 안테나의 경우)이 가능하다. 어떤 경우이든, 금속 조각같은 전도성 스트립(conductive strip(160), 무급전(parasitic))이 뒷판에 배치될 수 있는데 이는 방위면(azimuth plane)이나 어레이에 수직한 평면에서 수신 구성 부품과 송신 구성 부품의 방사 패턴(radiation pattern)이 서로에 대해 대칭적으로 되게 하기 위함이다. 도 11은 단일의 중앙 스트립(160)이 이 목적을 위해 사용된 형태를 보여준다. 그러나, 복수 개의 스트립들이 사용될 수 있는데 예를 들어 Tx 안테나 구성 부품(들)과 Rx 안테나 구성 부품(들)의 어느 쪽에 대해서도 다수개의 스트립이 사용 가능하다.
이것은 또한 상승면(elevation plane)에서의 대칭을 만들기 위해 수평 어레이(미도시)로 배치된 안테나 구성 부품들(Tx, RX)에도 사용 가능하다. 도 11에서와 같이 지반면에서 중앙부에 위치하지 않은 안테나 구성 부품들(Tx, Rx)은 일반적으로 결과적인 방사 패턴이 대칭적이지 않는데 즉, 빔(beam)이 방위 중심점(azimuth center point)으로부터 비뚤어지는 경향이 있다. 중앙의 스트립(금속, 160)은 각 어레이에 대한 방사 패턴 빔을 당겨서(pull) 중앙부로 돌려놓는 역할을 한다. 스트립(160)은 다이폴 안테나 구성 부품의 경우에는 고체 금속(알루미늄, 구리 등)이거나 마이크로스트립/패치 안테나 구성 부품일 경우에는 단순 구리 스트립이 가능하다. 어떤 경우이든 상기 중앙 스트립은 접지되거나 또는 접지되지 않은 플로팅(floating) 상태가 된다. 그리고 중앙 스트립(또는 막대 형태, 160)은 추가로 송신 및 수신 안테나 구성 부품/어레이를 분리시키는 역할을 강화한다.
서로 연관된 Tx와 Rx는 분리를 더욱 강화시키기 위해 서로에 대해 직교로 분극(polarized)될 수 있다. 이것은 수신 구성 부품(30)을 수평으로 분극하고 송신 구성 부품(12)을 수직으로 분극한다든지 해서 이루어지며 그 반대도 가능하다. 유사한 방법으로 이 직교 분극은 수신 구성 부품(30)을 오른쪽으로 45도 기울여 분극하고 송신 구성 부품(12)을 왼쪽으로 45도 기울여 분극하여도 가능하며 역시 그 반대도 가능하다. 송신 어레이의 구성 부품들(12)간의 수직방향 이격은, 허용되어야 하는(tolerated) 각 송신 구성 부품간의 상호 커플링(mutual coupling)의 양을 고려하여 원하는 빔 패턴을 얻기 위해 결정된다. 수신 구성 부품(30)도 비슷한 방법으로 수직 방향 이격이 된다. 수신 구성 부품(30)은 송신 구성 부품(12)과는 다른 수직 이격 거리로 배치될 수도 있으나, 이 경우에도 원하는 주파수 밴드 전체에 걸쳐 수신 빔 패턴이 송신 빔 패턴과 유사할 정도로 합체 급전선(들)이 보상(compensated)되어져야 한다. 수신 합체 급전선의 위상(phasing)은 수신 어레이에 대해 유사한 패턴을 얻기 위해 일반적으로 약간 보상된다.
대부분의 셀룰라/PCS 안테나들은 송신과 수신, 둘 다에 대해 동일한 안테나 구성 부품이나 어레이를 사용한다. 그 전형적인 구성은 병렬 합체 급전선 구조를 사용하여 RF 케이블이 안테나에 연결된 형태이므로 모든 급전선 경로와 모든 구성 부품은 송신과 수신 신호를 둘 다 취급할 수 있는 형태이다. 따라서, 이런 형태의 시스템에는 구성 부품을 분리된 송신과 수신 기능들로 분리할 필요가 없었다. 이런 방식의 특징은 다음과 같다.
a) Tx와 Rx 기능 모두를 위해 단일의 안테나 구성 부품(어레이)이 사용된다.
b) 기하학적 구조에 대한 제한 등이 없다.
c) Tx와 Rx 기능 모두를 위해 단일의 합체 급전선 구조가 사용된다.
d) 구성 부품들은 Tx와 Rx 모두에 대한 동일 평면상에서 분극된다.
(c)와 (d)를 위해, 가령, 이중편파(dual polarized) 안테나같이 교차 분극 안테나[cross polarized antenna, 말 글대로 동일 구성 부품안에 두 개의 안테나 구조 또는 두 개의 부(sub)구성 부품을 사용하는 경우]를 사용하는 경우가 있는데, 이 경우 Tx 기능에 대해서는 그에 대한 부(副)구성 부품과 합체 급전선 구조를 가지고, Rx기능에 대해서는 역시 그에 대한 부 구성 부품과 함께 별도의 합체 급전선 구조를 가진다.
도 11에서는 별개의 밴드(송신과 수신)들의 분리가 가능토록 하기 위해 송신 기능과 수신 기능들을 별개의 송신 안테나 구성 부품과 수신 안테나 구성 부품들에로 구분하였다. 이것을 통해 밴드간 분리 정도가 강화되는데, 수신 경로의 경우, 증폭 이전에 감쇄(송신 밴드 신호의 전력 레벨을 줄임)하는 것을 도와준다. 비슷하게, 송신 경로에서는, 증폭된 신호를 송신 안테나 구성 부품에 급전하기 전에 활성 구성 부품(전력 증폭기)를 사용하여 오직 송신 신호를 증폭하기만 하면 된다.
전술한 바와 같이, 상기 중앙 스트립은 빔이 바깥으로 휘어지는 것을 바로잡는데 도움을 준다. 동일한 구성 부품들이 송신과 수신에 사용되는 단일 컬럼 어레이의 경우, 어레이는 안테나의 중앙(지반면)에 위치할 것이다(도 12 참조). 따라서 방위빔(azimuth beam)은 지반면에 수직으로 중앙에 위치할 것이다(대칭). 그러나 인접한 수직 어레이의 사용으로(하나는 Tx 에, 하나는 Rx 에) 빔은 비대칭적이 되고 몇 도 정도 바깥으로 휠 것이다. 두 어레이간에 무급전(parasitic) 중앙 스트립을 배치하여 각 빔을 다시 중앙으로 당길 수 있다. 물론, 이것도 정확하게 각 빔을 중앙에 당기기 위해서는 스트립 폭 및 그 배치와 수직 어레이의 위치를 고려하여 만들어져야 한다.
이런 방식의 특징은 다음과 같다.
a) 두 개의 서로 다른 안테나 구성 부품(어레이) (즉, 하나는 Tx 기능에 대해, 하나는 Rx 기능에 대해)들이 사용되었다.
b) 기하학적면에서 Tx와 Rx를 공간적으로 떨어뜨려 근접하게 배치하였다.(도 11에 나타나 있는 방식)
c) 두 개의 서로 다른 합체 급전선 구조(즉, 하나는 Tx에 대해, 하나는 Rx에 대해)들이 사용되었다.
d) 각 구성 부품들은 동일 평면상에서 분극되거나, 또는 Tx 구성 부품은 주어진 분극으로, Rx 구성 부품은 모두 이에 수직 분극인 형태로 배치가 구성될 수 있다.
도 12의 실시예는 두 별도의 안테나 구성 부품들을 사용하였는데, 하나는 송신을 위한 구성 부품들(12)이고 하나는 수신을 위한 구성 부품들(30)이거나, 또는 복수 개의 송신(어레이) 구성 부품과 복수 개의 수신(어레이) 구성 부품들이다. 이 구성 부품들은 다이폴, 모노폴, 마이크로스트립(패치) 구성 부품이거나, 또는 이와 유사한 다른 안테나 구성 부품일 수 있다. 송신 구성 부품 어레이는 수신 구성 부품 어레이와는 별도의 합체 급전선 구조를 사용한다. 그러지만 모든 구성 부품들은 빔이 상승면으로 형성되도록 하기 위해 단일의 수직 컬럼에 구성된다. 이런 배열은 또한 빔을 방위 어레이(azimuth array)로 형성하기 위해 단일의 수평행(미도시)으로도 사용 가능하다. 이 방법으로, 구성 부품의 칼럼에 대해서는 방위면에서는, 또는 구성 부품의 행에 대해서는 상승면에서 매우 높은 빔의 대칭성(중앙에 위치)을 확보할 수 있다.
도 12의 각 Tx, Rx 개별 구성 부품은 좀 더 분리도를 높이기 위해 서로에 대해 직각으로 분극될 수 있다. 이것은 수신 패치(30, 또는 구성 부품, 수신 어레이에서의)을 수평으로 분극시키고 송신 패치(12, 또는 구성 부품)를 수직으로 분극시키거나, 또는 역으로 각각을 분극시키면 된다. 유사한 방법으로 이 직교분극은 수신 구성 부품(30)을 오른쪽으로 45도 기울여 분극하고 송신 구성 부품(12)을 왼쪽으로 45도 기울여 분극하여도 가능하며 역시 그 반대도 가능하다. 이 기술을 통하여 모든 구성 부품을 단일의 중심선에 위치시킬 수 있다. 이것은 결국 대칭적인 방위빔 및 안테나의 요구되는 폭을 줄이는 결과를 가져온다. 그러나 이것은 또한 안테나 구성 부품 간의 상호 커플링을 증가시키는데 왜냐하면 그것들은 모호한 상승 로브(ambiguous elevation lobes)를 생성치 않기 위해 서로서로 가까이 밀집해서 배열되어야 하기 때문이다.
이 기술의 특징은 다음과 같다.
a) 하나는 Tx에 대해 하나는 Rx에 대해 두 개의 서로 다른 안테나 구성 부품(어레이)이 사용되었다.
b) 기하학적 배치는 근접하며 동일직선상에 배치된다.
c) 하나는 Tx에 대해, 하나는 Rx에 대해 두 개의 분리된 합체 급전선 구조가 사용되었다.
d) 각 구성 부품은 동일 평면 상에서 분극되거나, 또는 Tx 구성 부품은 모두 주어진 분극 상태이고 Rx 구성 부품은 이에 대해 모두 수직 분극 상태에 있다.
도 13의 실시예는 송신과 수신 기능 모두에 대해 단일 안테나 구성 부품(어레이)을 사용하였다. 이 경우에는 패치(마이크로스트립) 안테나 구성 부품이 사용되었다. 패치 구성 부품(170)은 유전체막(183, 185, 187, 도 14 참조)과 함께 복수-구성요소(4층) 인쇄 회로기판을 사용하여 구성되어 진다. 상기 안테나는 동축 프로브(coaxial probe, 미도시), 어퍼쳐 커플드 프로브(aperture coupled probe), 또는 마이크로스트립 라인(180, 182)으로 급전될 수 있다. 수신 기능을 위해서, 급전선 마이크로스트립 라인(182)은 송신 기능을 위한 급전선 스트립 라인(프로브, 180)에 대해 수직으로 지향된다. 상기 구성 부품들은, 도 13에 도시된 바와 같이 빔 형성 목적으로 어레이 안에서 캐스캐이드(cascaded)될 수 있다. RF 입력(190)은 RF 출력(192, 수신 합체 급전선에 있는)와는 다른 별개의 합체 급전선을 통해 방사 구성 부품으로 입력되고 점 "A" 에서 종료된다. 합체 급전선(180, 182)은 하나 또는 둘 모두 병렬 합체 급전선이거나 직렬 합체 급전선 구조일 수 있다. 도 13은 RF 수신 경로가 직렬 합체 급전선에서 합쳐지고 저잡음 증폭기(LNA) 뒤에 있는 점 "A"(192) 점에서 끝난다. 그러나 저잡음 증폭기는 합쳐지기 전에 도 4에 나타난 것과 비슷하게 각 수신 급전선들(도 13에 미도시)의 출력부에서 직접적으로 사용되어질 수 있다. 도 13과 도 14를 참조하여 상기에서 설명하였다시피 송신과 수신 RF 분리는, 같은 안테나(패치)구성 부품으로부터 수직 분극 탭(taps)들을 거쳐 달성된다.
도 14는 도 13의 각 구성 부품(170)의 일반적인 층간 구조에 대한 단면도이다. 각각의 급전선(180, 182)은 유전체막(183)으로 분리되어 있다. 다른 유전체막 (185)은 급전선(182)을 지반면(186)과 분리하고 다른 유전체막은 지반면(186)을 방사 구성 부품 또는 패치(188)로부터 지반면(186)을 분리한다.
이 개념은 두 기능들(Tx, Rx)에 대해 동일한 안테나의 물리적 장소를 사용한다. 단일 패치 구성 부품[또는 교차 분극 다이폴]이 두가지 다른 급전선들[각각 수직으로 분극된 Tx 및 Rx에 대해서 각각 하나씩]과 함께 안테나 구성 부품으로 사용될 수 있다. 상기 두 안테나 구성 부품들(Tx 및 Rx)은 동일한 물리적 공간을 점유하고 있으므로 서로 직교하여 분극된다.
이와 같은 기술의 특징은 다음과 같다.
a) Tx 및 Rx 둘 다에 대해 한 개의 단일 안테나 구성 부품(또는 어레이)이 사용되었다.
b) 기하학적 배치를 만들지 않는다.
c) 한 개는 Tx에 대해, 한 개는 Rx에 대해 두 분리된 합체 급전선 구조가 사용되었다.
d) 각 구성 부품은 서로서로에 대해 교차로(수직으로) 분극된 두 부(副)구성 부품을 가진다.
도 15와 도 16의 실시예들은 Tx 및 Rx 활성(active) 안테나로부터 베이스 스테이션까지 RF 입력 및 출력을 연결시키는 두 가지 방법에 대해서 나타내고 있다. 도 15는 점 192(도 8의)에서의 출력 RF 에너지와 점 190(도 13의)으로 가는 입력 RF 에너지를 두 개의 다른 케이블(194, 196)로 나타내었다. 이 케이블들은 동축 케이블이나 광 섬유 케이블[점 "A'와 점 "B"에서, RF/아날로그 광파이버 컨버터(RF/analog to optic converter)와 함께]이 가능하다. 이 배열에는 안테나 시스템(타워 상부)에서 주파수 다이플렉서가 필요하지 않다. 더군다나 이 구조에서는 베이스 스테이션에서도 주파수 다이플렉서[송신 밴드와 수신 밴드 RF 에너지를 분리하기 위해 사용]가 필요하지 않는다.
도 16은 출력 RF 에너지[수신 어레이로부터의[와 입력 RF 에너지[송신 어레이로 가는]가 주파수 다이플렉서(100)를 통하여 안테나 시스템 안에서 다이플렉싱됨으로써 단일 케이블(198)이 타워(미도시)로부터 베이스 스테이션(104)으로 연결되는 것을 보여준다. 따라서 베이스 스테이션(104)에 대한 입출력은 단일 동축 케이블[또는 RF/아날로그 광파이버 컨버터를 구비한 광 섬유 케이블]에 의해 가능해진다. 이 시스템에는 베이스 스테이션(104)에서 또 다른 주파수 다이플렉서(102)가 필요하다.
도 17과 18은 송신/수신 활성 안테나 시스템으로 사용될 수 있는 또 다른 배열을 보여주고 있다. 상기 어레이는 각 안테나 구성 부품의 급전선에 직접적으로 연결된 주파수 다이플렉서(112)를 구비한 다수의 상기 안테나 구성 부품[110, 다이폴, 모노폴, 마이크로스트립, 패치 등이 가능]으로 구성되어 진다.
도 17에서 RF 입력 에너지는(송신모드) 직렬 합체 급전선 구조[115, 마이크로스트립, 스트립 또는 동축 케이블이 가능]를 통해 분기되어 각 구성 부품으로 전송되는데, 병렬 합체 급전선 구조(미도시)도 가능하다. 각 다이플렉서(112)전에 전력 증폭(PA)칩 또는 전력 증폭 모듈(114)이 있다. RF 출력은(수신모드) RF 출력 (122) 점 "A" 전에 있는 단일 LNA(120)에 의해 증폭되어 별개의 합체 급전선 구조 (116)에서 합해진다.
도 18에서, 각 안테나(어레이) 구성 부품(110)에 대한 각 다이플렉서(112)의 출력에 LNA(120)가 있다. 이것들의 각각은 그 후 합체 급전선(125, 직렬 또는 병렬)에서 합해져 RF 출력(122)의 점 "A" 에 향해진다.
도 17과 도 18의 배열은 베이스 스테이션(104, 송수신기)에 연결하기 위해 두 개의 연결(도 15와 도 16에 설명)중 하나를 채용할 수 있다. 지금까지 보여지고 설명된 것은 개개의 어레이 안테나 구성 부품의 급전선에서 전력 증폭 칩이나 모듈을 채용한 신규한 안테나 어레이, 또는 이 안테나 시스템을 사용한 신규한 설비에 관한 것이다. 비록 본 발명의 특수한 실시예와 응용예들이 보여지고 기술되었지만 본 발명은 그 구조와 구성 부품들에 국한된 것은 아니며, 많은 다양한 수정, 변화들이 본 발명의 기술에서 나올 수 있고, 그것들이 또한 본 발명의 청구범위의 사상과 범주 안에 속하는 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 비교적 고출력인 시스템의 선형 성능(linear performance)을 위해 전치 보상 회로들과 비교적 값비싼 피드백 회로 및 이와 유사한 것들을 사용해야 할 필요성이 없으며 또한 비교적 값비싼 고출력 결합기(high power combiner)가 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명의 시스템에서는 저출력 결합을 사용함으로써, 그렇지 않았다면 발생할 수 있는 전형적인 결합 비용(combining cost)을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템이 타워에 응용될 경우, 비교적 긴 케이블이 베이스 스테이션의 증폭기와 타워에 설치된 안테나 설비를 연결함으로써 발생하는 전력 손실 문제를 제거할 수 있다. 즉, 일반적인 전력 손실 문제를 더 이상 걱정하지 않아도 되며 안테나쪽에 공급해야 할 전력도 비교적 적다. 본 발명은 증폭기를 안테나 구성 부품에 가까이 배치함으로써, 일반적으로 이런 시스템에서 발생하는 케이블이나 다른 전송선의 손실보다 적은 손실로 증폭이 가능해진다. 이것은 또한 특별히 제작된 저손실 케이블을 사용해야 할 필요성이 줄어 들어 전체적으로 시스템 비용을 줄일 수 있는 장점도 가진다.

Claims (71)

  1. 분포 안테나 디바이스에 있어서,
    복수 개의 안테나 구성 부품들과,
    복수 개의 전력 증폭기들을
    - 여기서 각 전력 증폭기는 상기 안테나 구성 부품들 중 하나와 동작적으로 연결되며 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성되며, 상기 전력 증폭기 각각은 비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함함 -
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 각 안테나 구성 부품은 다이폴인 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 각 안테나는 모노폴인 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 각 안테나 구성 부품은 마이크로스트립/패치 안테나 구성 부품인 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안테나 디바이스는 어레이 진폭 계수를 조절하기 위해 각 전력 증폭기에 직렬로 연결되는 감쇄기 회로를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 안테나 디바이스는 상기 모든 전력 증폭기와 동작적으로 연결된 전력 분할기(power splitter) 및 위상 조절 네트워크를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 안테나 구성 부품과 상기 전력 증폭기는 급전선 구조에 연결되며, 상기 급전선 구조에서 안테나 구성 부품과 안테나 구성 부품 간의 거리와 선 길이중 적어도 하나 이상은 원하는 어레이 위상을 얻도록 하기 위해 선정된 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스.
  8. 타워/지지구조체와 상기 타워/지지구조체 상부에 설치된 안테나 구조를 포함하는 안테나 시스템 설비로서, 상기 안테나 구조는
    복수 개의 안테나 구성 부품들과,
    복수 개의 전력 증폭기들을
    - 여기서 각 전력 증폭기는 상기 안테나 구성 부품들 중 하나와 동작적으로 연결되며 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성되며, 상기 전력 증폭기 각각은 비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함함-
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경우에 있어서의 안테나 시스템 설비.
  9. 제8항에 있어서, 상기 타워/지지구조체 상부에 설치되며 상기 안테나 구조에 동작적으로 연결된 DC 바이어스 티를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 설비.
  10. 제9항에 있어서, 상기 DC 바이어스 티에 동작적으로 연결되며 상기 타워/지지구조체 하부에 인접한 지상의 제 2 DC 바이어스 티에 연결되는 동축선을 추가로 포함하며, 상기 제 2 DC 바이어스 티는 직류 전원 장치 및 송신기/수신기로부터의 RF 입력/출력에 동작적으로 연결된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 설비.
  11. 제8항에 있어서, 상기 타워/지지구조체의 상부에 설치되며 상기 안테나 구조에 동작적으로 연결된 제1 RF 송수신기 구조와 전원 공급 장치를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 설비.
  12. 제11항에 있어서, 상기 타워/지지구조체의 하부에 인접하게 배치되며 상기 제 1RF 송수신기와 동축 케이블로 연결된 제 2 RF 송수신기 구조를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 설비.
  13. 제11항에 있어서, 제 2 RF 송수신기와 상기 제 1 RF 송수신기 및 상기 제 2 RF 송수신기의 통신을 위한 무선 연결을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 설비.
  14. 복수 개의 안테나 구성 부품들과,
    복수 개의 전력 증폭기들을
    - 여기서 각 전력 증폭기는 상기 안테나 구성 부품들 중 하나와 동작적으로 연결되며 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성되며, 상기 전력 증폭기 각각은 비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함함-
    포함하는 안테나 구조를 포함하는 건물 내(in building) 안테나 시스템 설비.
  15. 제14항에 있어서, 상기 안테나 구조에 동작적으로 연결된 DC 바이어스 티와 상기 DC 바이어스 티에 동작적으로 연결되어 제 2 DC 바이어스 티로 연결되는 동축선을 포함하여 구성되며, 상기 제 2 DC 바이어스 티는 직류 전원 장치 및 송신기/수신기로부터의 RF 입력/출력에 동작적으로 연결된 경우에 있어서의, 건물 내(in building) 안테나 시스템 설비.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 안테나 구조에 동작적으로 연결된 파이버-RF 송수신기와,
    제 2 파이버-RF 송수신기와,
    상기 제 1및 제 2 파이버-RF 송수신기들을 연결하는 광섬유 케이블을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건물 내(in building) 안테나 시스템 설비.
  17. 분포 안테나 디바이스에 있어서,
    복수의 송신 안테나 구성 부품들과,
    복수의 수신 안테나 구성 부품들과,
    복수의 전력 증폭기들과,
    - 여기서 상기 각 전력 증폭기중 하나는 각각의 상기 송신 안테나 구성 부품들과 동작적으로 연결되며 연결된 상기 송신 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성되며 상기 각 전력 증폭기는 비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함함 -
    적어도 하나 이상의 상기 수신 안테나 구성 부품으로부터 신호를 받아 증폭하기 위해 상기 분포 안테나 디바이스에 만들어지는 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 각각이 상기 수신 안테나 구성 부품들중 하나와 동작적으로 연결된 복수의 저잡음 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 단일의 저잡음 증폭기는 모든 상기 수신 안테나 구성 부품들의 합쳐진 출력에 동작적으로 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  20. 제17항에 있어서, 단일의 RF 케이블을 모든 상기 송신 및 수신 안테나 구성 부품에 연결하기 위해 상기 전력 증폭기에 동작적으로 연결된 저전력 주파수 다이플렉서를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  21. 제17항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들은 제 1 선형 어레이에 배치되고 상기 송신 안테나 구성 부품들은 상기 제 1 선형 어레이와 병렬적으로 배치되며 공간적으로 떨어진 제 2 선형 어레이에 배치된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 선형 어레이 사이에 배치된 도전성 중앙 스트립 구성 부품을 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  23. 제17항에 있어서, 신호들을 상기 안테나 디바이스에 전달하기 위해 단일의 송신 RF 케이블이 모든 상기 전력 증폭기에 연결되며 수신된 신호들을 상기 안테나 디바이스로부터 전달받기 위해 단일의 수신 RF 케이블이 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  24. 제22항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들과 상기 송신 안테나 구성 부품들 및 상기 중앙 스트립 구성 부품은 전부 공동의 뒷판(backplane)에 배열된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  25. 제24항에 있어서, 모든 상기 전력 증폭기들 또한 상기 뒷판에 배열된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  26. 제17항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들과 상기 수신 안테나 구성 부품들은 단일의 선형 어레이에 교차로 배열된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  27. 제17항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들은 한 방향으로 분극되고 상기 수신 안테나 구성 부품들은 상기 송신 안테나 구성 부품들의 분극방향에 수직으로 분극된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  28. 제21항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들은 주어진 빔 패턴을 형성하면서 상호 커플링(mutual coupling)이 주어진 양을 넘지 않도록 공간적으로 떨어져 배치되고 상기 수신 안테나 구성 부품들은 주어진 빔 패턴을 형성하면서 상호 커플링(mutual coupling)이 주어진 양을 넘지 않도록 공간적으로 떨어져 배치된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  29. 제28항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들에 연결된 송신 합체 급전선 구조와 상기 수신 안테나 구성 부품들에 연결된 수신 합체 급전선 구조를 추가로 포함하며 상기 합체 급전선 구조들중 하나 또는 둘 모두는 송신 빔 패턴과 수신 빔 패턴이 실질적으로 유사하도록 조절된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  30. 제26항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들은 한 방향으로 분극되고 상기 수신 안테나 구성 부품들은 상기 송신 안테나 구성 부품들의 분극방향에 수직으로 분극된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  31. 제17항에 있어서, 패치 안테나 구성 부품들의 단일 어레이가 상기 송신 안테나 구성 부품들 및 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두로 기능하며, 상기 패치 안테나 구성 부품들의 각각에 연결된 송신 급전선 스트립라인과 수신 급전선 스트립라인을 추가로 포함하며, 상기 송신 급전선 스트립라인과 상기 수신 급전선 스트립라인은 적어도 상기 패치 안테나 구성 부품들 각각에 그것들이 연결된 지역에서는 서로에 대해 직교로 지향된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  32. 제31항에 있어서, 신호들을 상기 안테나 디바이스에 전달하기 위해 단일의 송신 RF 케이블이 모든 상기 전력 증폭기에 연결되며 수신된 신호들을 상기 안테나 디바이스로부터 전달받기 위해 단일의 수신 RF 케이블이 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  33. 제31항에 있어서, 단일의 RF 케이블을 상기 송신 및 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두에 연결시키기 위해, 모든 상기 전력 증폭기와 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 동작적으로 연결된 저전력 주파수 다이플렉서를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  34. 제31항에 있어서, 상기 패치 안테나 구성 부품들의 각각에 동작적으로 연결된 주파수 다이플렉서를 추가로 포함하여 구성되고, 상기 복수의 전력 증폭기들과 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기는 상기 주파수 다이플렉서와 회로로 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  35. 제32항에 있어서, 각 상기 주파수 다이플렉서는 수신 출력을 가지고 단일의 저잡음 증폭기가 상기 수신 출력의 합해진 정션(junction)에 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  36. 제34항에 있어서, 각각의 상기 주파수 다이플렉서들은 수신 출력을 가지고 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기는 상기 수신 출력들 각각에 연결된 저잡음 증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  37. 제17항에 있어서, 단일의 RF 케이블을 상기 송신 및 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두에 연결시키기 위해 상기 전력 증폭기 모두에 동작적으로 연결된 저전력 주파수 다이플렉서를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  38. 제17항에 있어서, 상기 패치 안테나 구성 부품들의 각각에 동작적으로 연결된 주파수 다이플렉서를 추가로 포함하여 구성되고, 상기 복수의 전력 증폭기들과 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기는 상기 주파수 다이플렉서와 회로로 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  39. 제38항에 있어서, 각 상기 주파수 다이플렉서는 수신 출력을 가지고 단일의 저잡음 증폭기가 상기 수신 출력의 합해진 정션(summed junction)에 연결된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스.
  40. 분포 안테나 디바이스 제조 방법에 있어서,
    복수의 안테나 구성 부품들을 하나의 안테나 어레이에 배치하는 단계와,
    비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함하여 구성된 전력 증폭기를 상기 안테나 구성 부품들중 각 하나와 동작적으로 연결하는 단계를
    - 여기서 상기 전력 증폭기는 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성됨 -
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 감쇄기 회로를 각 전력 증폭기에 직렬로 연결하여 어레이 진폭 계수를 조절하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 모든 전력 증폭기에 전력 분할기 및 위상 조절 네트워크를 동작적으로 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  43. 제40항에 있어서, 상기 안테나 구성 부품과 상기 전력 증폭기를 급전선 구조에 연결하며, 원하는 어레이 위상을 얻도록 하기 위해 상기 급전선 구조에서 안테나 구성 부품과 안테나 구성 부품 간의 거리와 선 길이중 적어도 하나 이상을 선정하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  44. 타워/지지구조체 상부에 안테나 시스템을 설치하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 하나의 안테나 어레이에 배치된 복수 개의 안테나 구성 부품들을 상기 타워/지지구조체 위에 설치하는 단계와,
    비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함하여 구성된 전력 증폭기를 상기 안테나 구성 부품들중 각 하나와 연결하는 단계를
    - 여기서 상기 전력 증폭기는 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성됨-
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, DC 바이어스 티를 상기 타워/지지구조체 위에 설치하는 단계와 상기 DC 바이어스 티를 상기 안테나 어레이에 동작적으로 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  46. 제45항에 있어서, 동축선을 상기 DC 바이어스 티로부터 상기 타워/지지구조체 하부에 인접한 지상의 제 2 DC 바이어스 티에 연결되는 단계와 상기 제 2 DC 바이어스 티를 직류 전원 장치 및 송신기/수신기로부터의 RF 입력/출력에 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  47. 제44항에 있어서, 제1 RF 송수신기와 전원 공급 장치를 상기 타워/지지구조체의 상부에 설치하는 단계와 상기 제1 RF 송수신기와 전원 공급 장치를 상기 안테나 구조에 연결하는 단계와 제 2 RF 송수신기를 상기 타워/지지구조체의 하부에 인접하게 배치하는 단계와 제 2 RF 송수신기를 상기 제 1RF 송수신기에 동축 케이블로 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 제 1 RF 송수신기와 상기 제 2 RF 송수신기 사이의 통신을 위해 상기 동축케이블을 무선 연결로 대체하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 안테나 디바이스 제조 방법.
  49. 복수 개의 안테나 구성 부품들을 제공하는 단계와,
    비교적 저전력, 와트당 저비용 선형 전력 증폭칩을 포함하여 구성된 전력 증폭기를 상기 안테나 구성 부품들중 각 하나와 연결하는 단계를
    - 여기서 상기 전력 증폭기는 연결된 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성됨-
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건물 내(in building) 안테나 시스템 설치 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 DC 바이어스 티를 상기 안테나 어레이에 연결하는 단계와동축선을 상기 DC 바이어스 티와 제 2 DC 바이어스 티에 연결되는 단계와 상기 제 2 DC 바이어스 티를 직류 전원 장치 및 송신기/수신기로부터의 RF 입력/출력에 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 건물 내(in building) 안테나 시스템 설치 방법.
  51. 제49항에 있어서, 파이버-RF 송수신기를 상기 안테나 구조에 연결하는 단계와 광섬유 케이블로 상기 제 1 파이버-RF 송수신기와 제 2 파이버-RF 송수신기를 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 건물 내(in building) 안테나 시스템 설치 방법.
  52. 분포 안테나 디바이스 제조 방법에 있어서,
    복수 개의 송신 안테나 구성 부품들을 어레이에 배치하는 단계와,
    복수 개의 수신 안테나 구성 부품들을 어레이에 배치하는 단계와,
    전력 증폭기를 각각의 상기 송신 안테나 구성 부품들에 연결하는 단계와,
    - 여기서 상기 전력 증폭기는 연결된 상기 송신 안테나 구성 부품에 근접하게 배치되어 상기 전력 증폭기와 연결된 안테나 구성 부품 간에 전력손실이 극히 작도록 구성됨 -
    적어도 하나 이상의 상기 수신 안테나 구성 부품으로부터 신호를 받아 증폭하기 위해 상기 분포 안테나 디바이스에 만들어지는, 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기를 제공하는 단계를
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들중 하나에 동작적으로 각각 연결된, 복수의 저잡음 증폭기를 제공하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  54. 제52항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두의 출력들을 합하는 단계와 합해진 상기 출력을 단일의 저잡음 증폭기에 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  55. 제52항에 있어서, 저전력 주파수 다이플렉서를 상기 전력 증폭기들 모두에 연결하는 단계와 단일의 RF 케이블을 상기 송신 및 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두에 상기 다이플렉서를 통하여 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  56. 제52항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들을 제 1 선형 어레이에 배치되고 상기 송신 안테나 구성 부품들은 상기 제 1 선형 어레이와 병렬적으로 배치되며 공간적으로 떨어진 제 2 선형 어레이에 배치하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 선형 어레이 사이에 도전성 중앙 스트립 구성 부품을 배치하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  58. 제52항에 있어서, 신호들을 상기 송신 안테나 구성 부품에 전달하기 위해 단일의 송신 RF 케이블을 모든 상기 전력 증폭기들에 연결하는 단계와 수신된 신호들을 상기 수신 안테나 구성 부품으로부터 전달받기 위해 단일의 수신 RF 케이블을 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  59. 제57항에 있어서, 상기 수신 안테나 구성 부품들과 상기 송신 안테나 구성 부품들 및 상기 중앙 스트립 구성 부품을 전부 공동의 뒷판(backplane)에 배열하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  60. 제59항에 있어서, 상기 모든 전력 증폭기들과 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기를 상기 뒷판(backplane)에 배열하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  61. 제52항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들과 상기 수신 안테나 구성 부품들을 단일의 선형 어레이에 교차로 배열하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  62. 제52항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들은 한 방향으로 분극하고 상기 수신 안테나 구성 부품들을 상기 송신 안테나 구성 부품들의 분극방향에 수직으로 분극하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  63. 제56항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들을 주어진 빔 패턴을 형성하면서 상호 커플링(mutual coupling)이 주어진 양을 넘지 않도록 공간적으로 떨어져 배치하고 상기 수신 안테나 구성 부품들을 주어진 빔 패턴을 형성하면서 상호 커플링(mutual coupling)이 주어진 양을 넘지 않도록 공간적으로 떨어져 배치하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  64. 제63항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들에 송신 합체 급전선 구조를 연결하고 상기 수신 안테나 구성 부품들에 수신 합체 급전선 구조를 연결하며 송신 빔 패턴과 수신 빔 패턴이 실질적으로 유사하도록 상기 합체 급전선 구조들중 하나 또는 둘 모두를 조절하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  65. 제61항에 있어서, 상기 송신 안테나 구성 부품들을 한 방향으로 분극하고 상기 수신 안테나 구성 부품들은 상기 송신 안테나 구성 부품들의 분극방향에 수직으로 분극하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  66. 제52항에 있어서, 패치 안테나 구성 부품들의 단일 어레이가 상기 송신 안테나 구성 부품들 및 상기 수신 안테나 구성 부품들 모두로 기능하며, 송신 급전선 스트립라인과 수신 급전선 스트립라인을 상기 패치 안테나 구성 부품들의 각각에 연결하는 단계와 상기 송신 급전선 스트립라인과 상기 수신 급전선 스트립라인은 적어도 상기 패치 안테나 구성 부품들 각각에 그것들이 연결된 지역에서는 서로에 대해 직교로 지향시키는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  67. 제66항에 있어서, 신호들을 상기 안테나 구성 부품들에 전달하기 위해 단일의 송신 RF 케이블을 모든 상기 전력 증폭기들에 연결하며 수신된 신호들을 상기 안테나 디바이스들로부터 전달받기 위해 단일의 수신 RF 케이블을 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  68. 제66항에 있어서, 저전력 주파수 다이플렉서를 상기 전력 증폭기들 모두와 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기에 연결하는 단계와 단일의 RF 케이블을 상기 안테나 구성 부품들 모두에 상기 다이플렉서를 통하여 연결하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  69. 제66항에 있어서, 주파수 다이플렉서를 상기 패치 안테나 구성 부품에 연결시키는 단계와 상기 복수의 전력 증폭기들 및 상기 적어도 하나 이상의 저잡음 증폭기를 상기 주파수 다이플렉서에 연결시키는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  70. 제69항에 있어서, 상기 주파수 다이플렉서 각각은 수신 출력을 가지는데 있어, 상기 수신 출력을 합하고 단일 저잡음 증폭기를 상기 수신 출력의 합해진 정션(junction)에 연결시키는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
  71. 제69항에 있어서, 상기 주파수 다이플렉서 각각은 수신 출력을 가지며 저잡음 증폭기를 상기 수신 출력의 각각에 연결시키는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 분포 안테나 디바이스 제조 방법.
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