KR20020034724A - 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나 설치지형과 서비스 지역의 조건, 타 통신과의 거리, 호 발생량 및 이동되어온 가입자의 수등 현지조건을 충분히 고려하여 안테나의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 모두 원격제어로 조정함으로서 제한된 주파수대의 동시 이용 효율을 극대화할 수 있는 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 입력된 고주파 신호를 임의의 수로 분배하여 안테나의 수평반치각을 조정하는 수평반치각 제어용 분배수단; 상기 수평반치각 제어용 분배수단의 출력신호를 입력받아 그 신호의 위상을 조정함으로서 안테나의 수평틸팅각을 제어하기 위한 수평틸팅각 위상제어수단; 상기 수평틸팅각 위상제어수단의 수평틸팅각을 소정 각도로 제어하기 위해 구동하는 제1 구동수단; 상기 수평틸팅각 위상제어수단의 출력신호를 입력받아 이를 임의의 수로 분배함으로서 안테나의 수직반치각을 조정하는 적어도 2이상의 수직반치각 제어용 분배수단; 상기 수직반치각 제어용 분배수단의 각각의 출력신호를 입력받아 그 위상을 조정함으로서 안테나의 수직틸팅각을 제어하기 위한 수직틸팅각 위상제어수단; 상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각을 동시에 제어하기 위해 구동하는 제2구동수단; 수직으로 배열된 소정개소의 방사소자로 이루어지며 상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각의 출력신호를 입력받아 방사하는 적어도 2이상의 방사소자어레이; 및 기지국으로부터 제어신호를 인가받아 방사소자 어레이의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 조절하기 위한 제어신호를 제1 및 제2 구동수단과 수직/수평반치각 제어용 분배수단에 송출하는 구동제어수단을 포함하는 안테나를 제공한다.

Description

안테나{An antenna}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 수동으로 조작하던 안테나의 빔패턴을 자동으로 조정할 수 있고, 또한 다수의 신호를 입력받아 그 각각의 신호 위상을 각기 소정의 비율로 동시에 제어할 수 있는 위상제어기를 이용하여 안테나의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 모두 제어할 수 있는 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 셀망구축을 위한 전파환경측정시, 안테나의 위치는 셀 가청구역(Cell Coverage) 설계에 많은 영향을 주고 있다. 더우기 개인휴대 컴퓨터 시스템(PCS) 대의 전파에서는 전파패턴의 불균일등으로 인해 다수의 음영지역이 발생하기 때문에 전파측정시 안테나 설치운영의 중요성이 더욱 높아지고 있다.

또한, 일반적인 통신장비에서는 통신의 품질을 향상시키기 위한 구성요소로서, 입력된 신호의 위상을 변화시키고 시간지연을 발생시키는 이상기(Phase Shifter)와, 입력된 신호의 세기를 소정 크기만큼 감쇄시키는 감쇄기 등과 같은 신호처리장치가 필요하다.

종래의 신호처리장치에 대하여 도1a을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도1a에 도시된 종래의 신호 처리장치는, 입력 및 출력 커넥터(1101, 1102)가 일측에 평행하게 장착된 중공체의 밀폐된 하우징(1103)과, 상기 하우징(1103)에 지그재그 형상으로 내장되며 그 양단부가 입력 및 출력 커넥터(1101, 1102)에 각각연결되는 전도체 재질의 전송선로(1104)와, 상기 전송선로(1104)상에 좌우이동이 가능하도록 장착된 직사각 형상의 단면을 가진 유전체(1105)와, 상기 하우징(1103)의 타측에 장착되며 유전체(1105)에 상하이동력을 전달하기 위한 핸들(1106)을 포함한다.

상기의 구성을 가진 종래의 신호처리장치의 동작상태를 설명하면, 상기 입력 커넥터(1101)를 통해 전도체(1104)의 일단부로 신호가 입력될 경우, 화살표로 도시된 바와 같이 유전체(1105)를 거쳐 전도체(1104)의 타단부를 통해 출력 커넥터(1102)로 전송된다. 이때, 상기 전도체(1104)의 일단부로부터 전도체 상의 소정위치에 배치된 유전체(1105)를 거쳐 상기 전도체(1104)의 타단부에 이르는 거리는 입력신호의 전체 전송선로 길이가 된다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 종래의 위상제어기는 상기 핸들(106)을 조정하여 유전체(1105)를 좌우방향으로 이동시킴에 따라, 상기한 전송선로(1104)의 전체적인 길이가 변화하게 되며,상기 전송선로의 길이 변화에 따라 입력된 신호의 위상이 변화되고, 시간지연이 발생하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 신호 처리장치는, 하우징의 내부에 유전체를 좌우 이동시키기 위한 공간이 필요하므로, 신호처리장치가 전반적으로 커지게 되어 소형화가 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 다수의 입력신호를 제어하는 경우에는 입력신호 만큼의 위상제어장치가 필요하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 안테나 틸팅각이나 반치각과 같은 방위각 조정을 위한 종래의 방법에있어서는, 안테나에 부착되어 있는 각도조정장치의 볼트를 수동으로 조정하거나, 스크류볼트를 이용한 기구장치를 사용하여 안테나의 방위각을 조정하는 구조로 되어 있다. 상기의 구조는 안테나 설치시에 클램프에 부착된 각도장치에서 가리키는 각을 육안으로 확인하면서 틸팅 및 방위각을 조정하여 주거나, 스크류 볼트로 구성된 기구부 핸들의 조작을 통하여 안테나의 상,하각도를 조정하여 안테나의 수직/수평 틸팅각을 제어하고 있다.

상기 위상제어기의 구조와는 다른 위상제어기를 이용한 안테나가 국내 특허 출원 제97-68709호에 제안되어 있다.

상기의 안테나에서는 도1b에 도시된 바와 같이 안테나의 소자를 급송하는 전송회선의 스트립라인(2101)과, 상기 스트립라인(2101)의 하부에 장착되며 톱니부(2102a)를 갖는 위상휘일(2102)과, 상기 위상휘일(2102)상에 구비된 유전체(2103)로 구성된 위상제어기를 이용하여 안테나의 각 방사소자에 연결한 구조가 개시되어 있다. 이는 위상휘일(2102)의 각 변위에 따라 유전체(2103)가 직접적으로 가변되며, 상기 가변양은 위상휘일(2102)의 초기 및 최종 변위에 따라 증가 또는 감소되도록 동작함으로서 중심주파수의 20%정도 너비의 주파수 대역에 걸쳐 기지국 안테나를 전기적으로 다운 틸팅시키는 구조로 되어 있다.

그러나, 상기의 안테나 구조는 각 방사소자마다 위상제어기가 장착되어야 할 뿐만 아니라, 수직/수평반치각을 제어할 수 없는 구조로 되어 있다.

이와같이 현재 사용중인 기지국용 안테나는 기계적 또는 전기적으로만 수직/수평 틸팅각을 조정할 수 있도록 되어 있어 임의의 조정이 어렵기 때문에 주파수의이용효율이 제한되는 문제점이 있었다.

또한, 소정개소의 섹터로 나뉘어진 각 기지국의 서비스 지역의 상황에 따라, 즉 설치지형과 서비스지역의 조건, 타 통신과의 거리, 호 발생량 및 이동되어온 가입자의 수등에 따라 각 섹터의 서비스 지역 범위가 가변되어야만 가입자수가 증가한 포화지역과 가입자수가 감소한 불포화지역등에 적절히 서비스를 제공할 수 있다. 그러나, 각 섹터에 할당된 제한된 주파수의 이용효율을 증가시키기 위해서는 안테나의 방위각도가 가변되어야만 가능하지만, 각 기지국에서 가변되어지는 각 서비스지역의 가변되는 섹터에 맞게 안테나의 방위각을 일일이 조정하는 것은 불가능하고, 또 수평/수직반치각을 조정할 수 없었기 때문에, 각 섹터에서 가입자수가 갑자기 증가된 포화지역에서는 통화가 불통되거나 지연되는등의 문제점이 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 안테나 설치지형과 서비스 지역의 조건, 타 통신과의 거리, 호 발생량 및 이동되어온 가입자의 수등 현지조건을 충분히 고려하여 안테나의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 모두 원격제어를 통해 조정함으로서 제한된 주파수대의 동시 이용 효율을 극대화할 수 있는 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다수의 신호를 입력받아 그 각각의 신호의 위상을 각기 소정의 비율로 동시에 제어하여 다수의 입력신호의 위상 및 감쇄를 제어할 수 있는신호처리 장치를 이용하여 각 기지국의 서비스 지역에서 소정개소로 분할된 섹터각도범위를 조정함으로서 서비스 지역의 상황에 따라 통신서비스를 양호하게 제공할 수 있는 안테나를 제공함에 다른 목적이 있다.

도1a는 종래 기술에 따른 안테나에 삽입되는 위상 제어기의 구성을 나타낸 단면도.

도1b는 종래기술에 따른 안테나의 구성도.

도2는 본 발명에 의한 안테나의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.

도3은 도2에 있어서, 수직/수평틸팅각 위상제어기의 구성도.

도4는 도3에 도시된 수직/수평틸팅각 위상제어기의 결합상태를 나타낸 단면도.

도5는 본 발명에 의한 안테나의 요부 구성인 수직/수평반치각 제어용 분배기의 구성도.

도6은 도3에 있어서, 수직/수평틸팅각 위상제어기의 초기 동작을 나타낸 상태도.

도7은 도3에 있어서, 수직/수평틸팅각 위상제어기의 유전체를 소정각도만큼 회전시켰을 경우의 동작을 나타낸 상태도.

도8은 도2에 있어서, 수평틸팅각의 초기상태와, 가변시켰을 때의 상태도.

도9는 도2에 있어서, 수직틸팅각의 초기상태와, 가변시켰을 때의 상태도.

도10은 8웨이에서 6웨이로 하였을 경우의 수직반치각의 가변상태도.

도11은 4웨이에서 3웨이로 하였을 경우의 수평반치각의 가변상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1∼4: 제1 내지 제4 방사소자 어레이

5∼8: 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기

9: 수직틸팅각 제어용 모터

11∼14: 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기

15: 수평틸팅각 위상제어기

16: 수평틸팅각 제어용 모터

17: 수평반치각 제어용 분배기

18: 제어부

100 : 하우징111 ∼ 118 : 입력커넥터

121 ∼ 128 : 출력커넥터130 : 축

131 : 원판140 : 유전체

151a ∼ 154a, 151b ∼154b : 전송라인

160 : 인쇄회로기판

332, 336: 공통 입출력포트 340: 제1 전송선로

350: 아이솔레이션 저항 354: 공통노드

356: 제2 전송선로

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력된 고주파 신호를 임의의 수로 분배하여 안테나의 수평반치각을 조정하는 수평반치각 제어용 분배수단; 상기 수평반치각 제어용 분배수단의 출력신호를 입력받아 그 신호의 위상을 조정함으로서 안테나의 수평틸팅각을 제어하기 위한 수평틸팅각 위상제어수단; 상기 수평틸팅각 위상제어수단의 수평틸팅각을 소정 각도로 제어하기 위해 구동하는 제1 구동수단; 상기 수평틸팅각 위상제어수단의 출력신호를 입력받아 이를 임의의 수로 분배함으로서 안테나의 수직반치각을 조정하는 적어도 2이상의 수직반치각 제어용 분배수단; 상기 수직반치각 제어용 분배수단 각각의 출력신호를 입력받아 그 위상을 조정함으로서 안테나의 수직틸팅각을 제어하기 위한 수직틸팅각 위상제어수단; 상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각을 동시에 제어하기 위해 구동하는 제2구동수단; 수직으로 배열된 소정개소의 방사소자로 이루어지며 상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각의 출력신호를 입력받아 방사하는 적어도 2이상의 방사소자어레이; 및 기지국으로부터 제어신호를 인가받아 방사소자 어레이의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 조절하기 위한 제어신호를 제1 및 제2 구동수단과 수직/수평반치각 제어용 분배수단에 송출하는 구동제어수단을 포함하는 안테나를 제공한다.

여기서, 상기 수직틸팅각 위상제어수단 및 수평틸팅각 위상제어수단은 밀폐된 내부 공간을 갖는 소정 크기의 하우징; 상기 하우징의 소정면 일측에 설치되어 외부로부터 인가되는 신호를 입력받기 위한 다수의 입력 커넥터; 상기 하우징의 소정면 타측에 설치되어 상기 다수의 입력 커넥터를 통해 입력된 신호를 전송받아 외부로 출력시키기 위한 다수의 출력 커넥터; 그 중심부에 외부로부터 회전력을 제공받기 위한 회전축이 구비된 회전수단; 상기 하우징의 내부에 고정되며, 상기 다수의 입력커넥터를 통해 입력된 신호를 상기 다수의 출력커넥터로 전송하기 위한 다수의 전송라인이 형성된 신호전달부재; 및 상기 회전수단에 설치되며 그의 회전에 따라 연동하여 신호전달부재의 전송선로의 전기적인 길이를 가변시키기 위한 가변수단으로 구성되어 있다.

이하, 첨부된 도2이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 현지 서비스 지역의 여건에 적합하게 안테나의 수평 및 수직틸팅각 및 반치각을 자동으로 제어하여 제한된 주파수대의 이용효율을 극대화할 수 있도록 구현한 것이다.

기지국에 사용되는 안테나는 일반적으로 다수개의 방사소자가 수직방향으로 배열되어 있는 방사소자 어레이를 다수개 배열하여 구성하게 되는데, 수직으로 배열된 각 방사소자는 각각 일정한 간격(m)으로 배열되며 그 배열간격과 배열된 방사소자의 갯수에 따라 안테나의 수직빔폭이 결정된다. 또한, 수평으로 배열된 각 방사소자 어레이내 각 방사소자의 거리(n)와 방사소자 어레이의 갯수에 의해 수평빔폭이 결정된다.

또한, 일반적으로 3섹터방식, 즉 안테나 한개가 120°씩 커버하는 방식의 경우에는 2개의 방사소자 어레이를 사용하고, 6섹터 즉 안테나 한개가 60°씩 커버하는 방식의 경우에는 4개 또는 5개의 방사소자 어레이를 사용하고 있다. 물론 섹터수가 증가하여 한개의 안테나가 커버하는 각도가 적어지면 적어질수록 방사소자 어레이의 수도 증가하게 된다.

이와같은 구조에 의해 본 실시예에서는 도2에 도시한 바와 같이 8개의 방사소자(1a∼4a)를 수직으로 배열한 4개의 방사소자 어레이(1∼4)를 구비한다. 이는 기지국의 서비스 지역을 6개의 섹터로 나누고, 6개의 안테나가 각각 60°씩 커버하도록 구성되는 IMT-2000의 기지국 운용방식에 적합한 예를 들기 위함이며, 반드시 이에 국한하는 것은 아니다.

상기 제1 방사소자 어레이(1)는 8개의 입, 출력단자가 각각 구비되는데, 상기 제1 방사소자 어레이(1)의 입력단자들은 수직틸팅각을 제어하기 위한 제1 수직틸팅각 위상제어기(5)의 출력단자에 연결된다. 이와같이 연결하면 제1 수직틸팅각 위상제어기(5)에 의해 제1 방사소자 어레이(1)내의 각 방사소자(1a)에 급전되는 신호의 위상을 제어할 수 있다.

상기 제1 수직틸팅각 위상제어기(5)에 의해 위상이 조정된다는 것은 결국 안테나의 수직틸팅각, 즉 수직면내의 빔틸트각을 조정하는 것이 된다.

마찬가지로, 제2 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(6∼8)와 제2 내지 제4 방사소자 어레이(2∼4)도 같은 구조로 연결되어 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)는 수직틸팅각 제어용 모터(9)에 연결되어 상기 모터(9)의 구동에 의해 소정 각도로 제어되는데, 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)는 모두 연결되어 있어 동시에 조정되도록 구성되어 있다.

따라서, 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)가 동일한 구조로 되어 있다면 수직틸팅각 제어용 모터(9)의 동작에 의해 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)는 동시에 제어되고, 이로 인해 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)에서 출력되는 신호의 위상제어값도 동일한 값으로 가변된다.

상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)를 제어하기 위한 구동장치는 일예로 상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기 각각의 일면에 설치된 전동기어가 끼워진 회전축과, 모터축에 설치되며 구동기어와 감속기가 내장된 기어박스 및 상기 전동기어와 기어박스의 감속기를 연결하는 타이밍벨트로 구성할 수 있으며, 이러한 구성은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8) 각각의 입력단자에는 8개의 출력단자와 4개의 입력단자를 가지고 그들 각각에 연결되어 수직반치각을 제어하기 위한 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기(11∼14)가 구비된다. 상기 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기(11∼14)의 입력단자는 4개의 입,출력단자를 가지며 수평틸팅각을 제어하기 위한 수평틸팅각 위상제어기(15)에 연결된다,

이와같이 연결함에 따라 상기 수평틸팅각 위상제어기(15)에 의해 제1 내지 제4 방사소자 어레이(1∼4)에 급전되는 신호의 위상을 제어할 수 있게 되는 것이며, 이는 상기 각 방사소자에 급전되는 신호의 위상을 조정하는 것이 아니라, 방사소자 어레이 전체에 급전되는 신호의 위상을 제어하는 것이기 때문에 결국 안테나의 수평틸팅각을 조정할 수 있다.

상기 수평틸팅각 위상제어기(15)도 마찬가지로 수평틸팅각 제어용 모터(16)에 연결되어 상기 모터의 구동에 의해 소정 각도로 제어되며, 상기 수평틸팅각 위상제어기(15)를 제어하기 위한 구동장치는 전술한 예와 동일하게 구성할 수 있다. 즉, 상기 수평틸팅각 위상제어기(15)의 일면에 설치된 전동기어가 끼워진 회전축과, 모터축에 설치되며 구동기어와 감속기가 내장된 기어박스 및 상기 전동기어와 기어박스의 감속기를 연결하는 타이밍벨트로 구성할 수 있다.

상기 수평틸팅각 위상제어기(15)의 4개의 입력단자는 1개의 입력단자와 4개의 출력단자를 가지고 4웨이 스위치어블(switchable) 분배기로 동작하여 수평반치각을 제어하기 위한 수평반치각 제어용 분배기(17)가 연결된다, 그리고, 상기 수직틸팅각 제어용 모터(9) 및 수평틸팅각 제어용 모터(16)와, 후술할 수직/수평반치각 제어용 분배기 각각에는 기지국으로부터 제어신호를 인가받아 방사소자 어레이의 틸팅각 및 반치각을 조절하기 위한 제어신호를 송출하는 구동제어부(18)가 연결된다.

본 실시예에서 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)와 수평틸팅각 위상제어기(15)는 동일한 구조를 가지며, 다수의 입력신호에 대한 전체 전송선로의 전기적인 길이를 일정 비율로 가변시켜 다수의 입력신호의 위상 및 감쇄를 동시에 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 위상제어기의 구성에 대하여 도3 및 도4를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3 및 도4에 도시한 바와 같이 수직/수평틸팅각 위상제어기는 소정크기의 원판형태로 형성된 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 저면 일측에 고정되어 외부의 신호를 인가받기 위한 다수의 입력커넥터(111 ∼ 118)와, 상기 하우징(100)의 저면 타측에 고정되어 입력된 신호를 외부로 전송하기 위한 다수의 출력커넥터(121 ∼ 128)와, 상기 하우징(100)에 내장되되 그 중심부에 외부로부터 회전력을 제공받는 축(130)이 구비되며 상기 축을 중심으로 그 일측 저부의 반원부가 단턱지게 형성된 원판(131)과, 상기 원판(131)의 단턱진 부분에 고정되어 그와 연동하면서 후술할 전송라인의 전기적 길이를 가변시키기 위한 반원형상의 유전체(140)와, 상기 입력커넥터(111 ∼ 118)를 통해 입력된 신호를 상기 출력커넥터(121 ∼ 128)로 전송하기 위해 호 형태의 다수의 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)이 서로 대칭적으로 형성된 회로기판(160)으로 구성된다.

본 실시예에서는 상기 축(130)과 원판(131)을 단일부재로 가공하여 형성한 구조로 되어 있으나, 이 밖에 축(130)과는 별도로 원판(131)을 가공하여 상기 축을 고정시켜 형성할 수도 있다.

여기서, 상기 축(130)의 상단부에는 외부의 수동공구 또는 동력제공장치인 모터(9 및 16)의 동력을 제공받을 수 있도록 동력전달장치에 연결시키기 위한 홈부가 형성된다.

상기와 같이 구성된 수직/수평틸팅각 위상제어기의 동작을 도6 및 도7을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.

상기 회로기판(160)에 형성된 호 형태의 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)은 동심원 형태로 위치됨으로써 그의 길이는 각각 일정한 비율을 갖게 된다.

예를 들어, 제1전송라인(151a)의 길이가 x라면, 제2전송라인(152a)의 길이는 2x, 제3전송라인(153a)의 길이는 3x, 제4전송라인(154a)의 길이는 4x가 되도록 한다.

이때, 제5 내지 제8전송라인(151b ∼ 154b)은 상기 제1 내지 제4전송라인(151a ∼ 154a)과 대칭적으로 형성되어 있기 때문에 제1 내지 제4전송라인(151a ∼ 154a)의 길이와 동일하다.

그러나, 상기 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)의 호의 길이의 비율은 특정한 비율에 한정된 것이 아니라 상황에 따라 x : 3x : 5x : 7x 등 홀수배수로 정하거나 또는 x : 2x: 4x: 6x 등 짝수배수로 정하거나 또는 x : 1.2x : 2x : 3.5x : 4.2x 또는 x : x : x : x 등 임의로 정할 수 있고, 전송라인의 갯수도 필요에 따라 임의로 정할 수 있다.

상기 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)의 호의 길이의 비율은 호의 반지름(r)의 비율로 조정할 수 있다. 즉, 호의 반지름(r)의 비율을 1 : 2 : 3 : 4 로 하면 전송라인의 호의 길이의 비율도 1 : 2 : 3 : 4로 정해진다.

한편, 상기 원판(131)의 단턱진 부분에 상기 반원형상의 유전체(140)를 고정시키되, 유전체(140)를 고정시킨 반원의 두께가 다른 반원의 두께보다 두껍도록 구성한다.

이와 같이 구성하면, 상기 원판(131)의 한쪽 반원은 유전체(140)에 의한 유전율을 가지게 되고, 다른 쪽 반원의 하부와 하우징 사이는 빈 공간이며 여기에 공기층(141)이 형성되어 공기의 유전율을 가질 수 있게 된다.

설명의 편의상 유전체(140)측의 반원부분을 제1유전체(세라믹)라고 하고, 공기의 유전율을 가지는 다른 반원부분을 제2유전체(공기)라 하기로 한다.

상기한 바와 같이 원판(131)에 고정된 제1유전체(세라믹) 및 제2유전체(공기)가 서로 다른 유전율을 가지게 될 경우, 상기 장치는 이상기(Phase shifter)로서 이용될 수 있다.

즉, 상기 축(130)이 외부에서 제공되는 힘 즉 수직틸팅각 제어용 모터(9) 또는 수평틸팅각 제어용 모터(16)에 의해 회전하면, 상기 원판(131)과 제1유전체(세라믹) 및 제2유전체(공기)가 동시에 회전한다.

이때, 상기 회로기판(160)은 하우징(100)에 고정되어 있기 때문에 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b) 역시 고정되어 있다. 따라서, 상기 원판(131)이 회로기판(160) 위에서 회전하면 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)의 전기적인 길이는 상기 축(130)이 회전하는 동안 지속적으로 변화된다.

이로 인해, 입력커넥터(111 ∼ 118)를 통해 입력된 신호는 상기 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)을 통해 출력커넥터(121 ∼ 128)로 전송되는 동안 위상이 변화되고 시간지연이 발생하게 된다.

이때, 상기 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)은 서로 대칭적으로 형성되어 있기 때문에 일측 전송라인(151a ∼ 154a)의 시간지연이 많아지면, 반대측 전송라인(151b ∼ 154b)의 시간지연은 적어지게 된다.

예를 들어 도6에 도시한 바와 같이 전송라인(151a ∼ 154a) 부분은 제2유전체(공기)의 영역에만 위치되고, 전송라인(151b ∼ 154b) 부분은 제1유전체(세라믹)의 영역에만 위치될 경우, 상기 전송라인(151a ∼ 154a)의 위상변화값 및 시간지연값은 최소가 되지만, 상기 전송라인(151b ∼ 154b)의 위상변화값 및 시간지연값은 최대가 될 것이다.

따라서, 도7에 도시한 바와 같이 상기 축(130)을 회전시켜 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b)이 제1유전체(세라믹) 및 제2유전체(공기)의 소정부분에 걸쳐지도록 하면 입력된 신호의 위상변화값 및 시간지연값을 상기 최대 및 최소값 사이에서 조절할 수 있게 된다.

이때, 상기 제1유전체(세라믹)가 회전하여 전송선로(151a ∼ 154a)측으로 이동한 거리 및 각도(θ1)와 상기 제2유전체(공기)가 회전하여 전송선로(151b ∼ 154b)측으로 이동한 거리 및 각도(θ2)는 동일하다.

이는, 일측 전송선로(151a ∼ 154a)의 전기적인 길이가 증가하였다면 그 증가한 값만큼 반대측 전송선로(151b ∼ 154b)의 전기적인 길이는 감소하게 됨을 의미한다.

즉, 일측 전송선로(151a ∼ 154a)의 전기적인 길이가 임의의 비율, 예를 들어 1 : 3 : 5 : 7의 비율로 증가하였다면, 반대측 전송선로(151b ∼ 154b)의 전기적인 길이는 1 : 3 : 5 : 7의 비율로 감소하게 된다.

한편, 상기 제1유전체(세라믹)가 전파의 흡수체(absorber), 예를 들면, 페라이트(ferrite)로 이루어질 경우, 상기 장치는 감쇄기로서 이용될 수 있다.

즉, 입력커넥터((111 ∼ 118)에 입력된 신호가 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b) 통해 전송될 경우, 상기 입력된 신호는 각 전송라인(151a ∼ 154a, 151b ∼ 154b) 주변에 있는 흡수체에 의해 흡수되어 일정비율로 감쇄된 다음 출력커넥터(121 ∼ 128)를 통해 출력된다.

다음은 상기 수직/수평반치각을 제어하기 위한 수직/수평반치각 제어용 분배기의 구성에 대하여 설명한다.

본 실시예에서 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기(11∼14)와 수평반치각 제어용 분배기(17)는 동일한 구조를 가지는데, 도2에 도시한 바와 같이 초기상태에서, 수평반치각 제어용 분배기(17)는 4웨이 분배기로 동작하고, 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기는 8웨이로 동작하도록 구성되어 있다.

본 실시예에서는 4웨이 스위칭이 가능한 분배기를 예를들어 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 공통 입출력포트(332, 336)와, 공통노드(354)와, 상기 공통입출력포트(332, 336)와 공통노드(354)사이에 병렬로 연결된 4개의 신호전달 경로를 구비하고, 상기 신호전달경로는 공통입출력 포트(332, 336)에 일측이 접속된 제1 전송선로(340)와, 상기 제1 전송선로(340)의 일측에 접속된 입출력포트(346)와, 상기 제1 전송선로(340)의 일측에 접속된 아이솔레이션 저항(350)과, 상기 아이솔레이션 저항(350)의 타측에 일측이 접속된 제2 전송선로(356)와, 상기 공통 입출력포트(332, 336)와 상기 제1 전송선로(340) 사이에 연결된 제1 스위치 및 상기 제2 전송선로(356)와 상기 공통노드(354)사이에 연결된 제2 스위치를 포함한다. 여기서, 상기 제1 스위치와 제2 스위치는 동시에 절체되고, 상기 제1 스위치를 포함하는 제1 전송선로(340)의 길이는 λ/4의 길이를 가지도록 설계되어 있고, 상기 제2 스위치를 포함하는 제2 전송선로(356)의 길이는 nλ/2 (단, n은 "0"을 포함하지 않는 정수)로 이루어져 있다. 미설명부호 360은 콘트롤러를 나타낸다.

상기와 같이 구성된 수직/수평반치각 제어용 분배기는 4웨이 채널중 1웨이 채널을 사용하지 않을 때, RF의 특성저하없이 3웨이로 전환할 수 있도록 하여 하나의 각 전송라인과 연동되는 아이솔레이션 저항이 병렬화된 스위치의 동작에 의해 사용할 수 없는 라인에 대하여 완전히 단절시킬 수 있도록 한 구성으로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 초기상태의 신호흐름에 대하여 설펴보면 다음과 같다.

외부로부터 FA신호가 입력되면 수평반치각 제어용분배기(17)는 입력된 신호를 1/4씩 4개의 신호로 분배하여 출력한다. 상기 수평반치각 제어용분배기(17)에서 출력된 4개의 신호는 수평틸팅각 위상제어기(15)에 입력되어 그 위상이 조정되는데, 이는 상기 제어부(18)를 통하여 제어되는 수평틸팅각 제어용 모터(16)에 의해 조정된다,

상기 수평틸팅각 위상제어기(15)에 의해 그 위상이 조정된 4개의 신호는 각각 제1 내지 제4 수직반치각 제어용분배기(11∼14)에 인가된다, 상기 제1 내지 제4 수직반치각 제어용분배기(11∼14)는 입력된 신호를 1/8씩 8개의 신호로 분배하여 출력한다.

상기 제1 내지 제4 수직반치각 제어용 분배기(11∼14)에서 출력된 신호는 각각 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)에 입력되어 그 위상이 조정되는데, 수직틸팅각 제어용모터(9)에 의해 동시에 동일한 위상값으로 조정된다.

상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)에서 출력된 신호는 그들 각각에 연결된 제1 내지 제4 방사소자 어레이(1∼4)를 통해 방사된다.

이와같은 상태에서 도8 및 도9에 도시한 바와 같이 상기 수평틸팅각 위상제어기(15)를 조정하여 역시 원하는 수평틸팅각이 되도록 세팅(굵은선으로 표시)하고, 상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기(5∼8)를 조정하여 원하는 수직틸팅각이 되도록 세팅(굵은선으로 표시)한다.

상기 안테나의 수직/수평 틸팅각이 세팅된 상태는 3dB에서의 각도를 나타낸다.

도8의 초기동작상태에서 수평틸팅각을 가변하고 싶을 경우에는 안테나의 수평틸팅각 제어용모터(16)를 구동시켜 수평틸팅각 위상제어기(15)를 조정한다, 즉, 제1 내지 제4 방사소자 어레이(1∼4)에 급전되는 총신호의 위상을 조정함으로써 안테나의 수평틸팅각을 가변한다.

반대로, 수직틸팅각을 가변하고 싶을 경우에는 수직틸팅각 제어용모터(9)를 구동시켜 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상 제어기(5∼8)를 조정한다, 즉, 제1 내지 제4 방사소자 어레이(1∼4)내 각 방사소자에 급전되는 총신호의 위상을 조정함으로써 안테나의 수직틸팅각을 가변한다.

예를들어, 안테나의 방사방향이 지면에 대하여 수평인 상태에서, 상기 제1 내지 제4 수직틸팅각 위상제어기를 제어하여 상측 4개의 방사소자의 위상값을+7,+5,+3,+1만큼 가변시키면 하측 4개의 방사소자의 위상값은 -7,-5,-3,-1만큼 가변되어 하향으로 조절된다. 이로인해 소정각도만큼 수직빔 틸팅각이 가변되는 것이다.

한편, 안테나의 수직빔폭, 즉 수직반치각을 가변하고 싶은 경우에는 제1 내지 제4 수직반치각 제어용분배기(11∼14)를 제어하여 분배수를 가변하도록 한다. 예를들어 도10에 도시한 바와 같이 제1 내지 제4 수직반치각 제어용분배기(11∼14)를 모두 8웨이분배기에서 6웨이 분배기가 되도록 스위칭한다.

이와같이 하면, 제1 내지 제4방사소자 어레이(1∼4)는 8개의 배열상태에서 6개의 배열상태인 것과 같은 상태가 되기 때문에 수직반치각(굵은선으로 표시)이 커진다. 참고로, 증설에 대비하여 원래 8개의 방사소자로 이루어진 안테나에서 6개의 방사소자만을 사용하다가 나중에 8개의 방사소자를 모두 사용해야 할 경우에는 수직 반치각은 작아진다.

반대로 수평반치각 즉, 수평방향에 대한 빔폭의 각도를 가변시키기 위해서는 수평반치각 제어용분배기(17)를 제어하여 분배수가 다르게 하면 된다, 예를들어 도11에 도시한 바와 같이 수평반치각 제어용분배기(17)를 4웨이분배기에서 3웨이분배기가 되도록 스위칭한다. 이와같이 4개의 방사소자 어레이로 구성된 안테나가 3개의 방사소자 어레이로 구성된 안테나와 같은 상태가 되기 때문에 수평반치각이 커진다.

좀더 상세히 설명하면, 방사소자 어레이가 2개일 때, 수평빔폭 즉 섹터각이 120°이고 3개일 때는 90°이고, 4개일 때 60°라고 가정하면, 수평반치각 제어용분배기(17)의 분배수를 4개에서 3개로 줄이면 해당 섹터의 서비스 각도는 90°로 늘어난다, 마찬가지로, 수평반치각제어용분배기(17)의 분배수를 2개로 줄이면 해당 섹터의 서비스 각도는 120°로 늘어나게 되는 것이다.

마찬가지로, 원래 5개의 방사소자 어레이로 이루어진 안테나에서 4개의 방사소자 어레이만을 사용하다가 5개의 방사소자 어레이를 모두 사용하게 되면, 수평반치각은 작아지게 되는 것이다.

이때, 상기 수평반치각 제어용분배기(17)의 스위칭에 의해 방사소자 어레이의 수가 변함으로서 가변되는 수평반치각의 각도는 미리 설정되어 있는데, 가변되는 각도의 비율은 5°, 10° 또는 30°등과 같이 임의로 정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은, 한개의 위상제어기로 다수개의 방사소자에 급전되는 위상을 제어할 수 있기 때문에 안테나 구성에 필요한 위상제어기의 갯수를 줄일 수 있다.

또한, 다수의 입력신호의 위상을 동시에 일정비율로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 대칭되게 제어할 수도 있으며 입력신호의 위상을 제어하기 위한 비율은임의로 설정할 수 있는 위상제어기를 이용하되, 자동으로 안테나의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각이 조정되도록 함으로서 안테나 설치지형과 서비스 지역의 조건, 타 통신과의 거리, 호 발생량 및 이동되어온 가입자의 수등 현지조건을 충분히 고려하여 제한된 주파수대의 동시 이용 효율을 극대화할 수 효과를 가진다.

Claims (12)

1. 입력된 고주파 신호를 임의의 수로 분배하여 안테나의 수평반치각을 조정하는 수평반치각 제어용 분배수단;

   상기 수평반치각 제어용 분배수단의 출력신호를 입력받아 그 신호의 위상을 조정함으로서 안테나의 수평틸팅각을 제어하기 위한 수평 틸팅각 위상제어수단;

   상기 수평틸팅각 위상제어수단의 수평 틸팅각을 소정 각도로 제어하기 위해 구동하는 제1 구동수단;

   상기 수평틸팅각 위상제어수단의 출력신호를 입력받아 이를 임의의 수로 분배함으로서 안테나의 수직반치각을 조정하는 적어도 2이상의 수직반치각 제어용 분배수단;

   상기 수직반치각 제어용 분배수단의 각각의 출력신호를 입력받아 그 위상을 조정함으로서 안테나의 수직틸팅각을 제어하기 위한 수직틸팅각 위상제어수단;

   상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각을 동시에 제어하기 위해 구동하는 제2구동수단;

   수직으로 배열된 소정개소의 방사소자로 이루어지며 상기 수직틸팅각 위상제어수단 각각의 출력신호를 입력받아 방사하는 적어도 2이상의 방사소자 어레이; 및

   기지국으로부터 제어신호를 인가받아 방사소자 어레이의 수직/수평틸팅각 및 수직/수평반치각을 조절하기 위한 제어신호를 제1 및 제2 구동수단과 수직/수평 반치각 제어용 분배수단에 송출하는 구동제어수단

   을 포함하는 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수직틸팅각 위상제어수단 및 수평틸팅각 위상제어수단은

   밀폐된 내부 공간을 갖는 소정 크기의 하우징;

   상기 하우징의 소정면 일측에 설치되어 외부로부터 인가되는 신호를 입력받기 위한 다수의 입력 커넥터;

   상기 하우징의 소정면 타측에 설치되어 상기 다수의 입력 커넥터를 통해 입력된 신호를 전송받아 외부로 출력시키기 위한 다수의 출력 커넥터;

   그 중심부에 외부로부터 회전력을 제공받기 위한 회전축이 구비된 회전수단;

   상기 하우징의 내부에 고정되며, 상기 다수의 입력커넥터를 통해 입력된 신호를 상기 다수의 출력커넥터로 전송하기 위한 다수의 전송라인이 형성된 신호전달부재; 및

   상기 회전수단에 설치되며 그의 회전에 따라 연동하여 신호전달부재의 전송선로의 전기적인 길이를 가변시키기 위한 가변수단

   을 포함하는 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수직/수평반치각 제어용 분배수단은

   공통 입출력포트;

   공통노드;

   상기 공통입출력포트와 공통노드사이에 병렬로 연결된 N개(단 N은 2이상의 자연수)의 신호전달 경로를 구비하고,

   상기 신호전달경로는,

   공통입출력 포트에 일측이 접속된 제1 전송선로;

   상기 제1 전송선로의 타측에 접속된 입출력포트;

   상기 제1 전송선로의 타측에 접속된 아이솔레이션 저항;

   상기 아이솔레이션 저항의 타측에 일측이 접속된 제2 전송선로;

   상기 공통 입출력포트와 상기 제1 전송선로 사이에 연결된 제1 스위치 및

   상기 제2 전송선로와 상기 공통노드사이에 연결된 제2 스위치를 포함하고,

   상기 제1 스위치와 제2 스위치는 동시에 절체되며,

   상기 제1 스위치를 포함하는 제1 전송선로의 길이는 λ/4이고, 상기 제2 스위치를 포함하는 제2 전송선로의 길이는 nλ/2(단, n은 "0"을 포함하지 않는 정수) 인 안테나.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 회전수단은 가변수단을 고정하기 위히여 상기 축을 중심으로 그 일측저부의 반원부가 단턱지게 형성된 원판으로 이루어진 안테나.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   가변수단이 서로 다른 유전율을 갖는 유전체로 이루어진 안테나.
6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 가변수단이 전파의 흡수체로 이루어진 안테나.
7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 신호전달부재의 전송라인은 서로 대칭된 호 형상으로 형성된 안테나.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 대칭된 호 형상의 전송선로가 동심원으로 배치되어 상기 가변수단의 회전에 따라 상기 전송라인의 전기적인 길이가 동일한 비율로 변하되, 일측 전송선로의 전기적인 길이가 증가하면 타측 전송선로의 전기적인 길이는 같은 값만큼 감소되도록 한 안테나.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 신호전달부재의 전송라인의 길이의 비율은 각 호의 반지름의 비율을 조정함으로써 결정되는 안테나.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 원판의 단턱부에 고정되는 회전수단의 두께가 원판의 타측 두께보다 소정두께만큼 두껍게 형성된 안테나.
11. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

    상기 가변수단은 원판의 단턱부에 고정되며 유전재질로 이루어진 반원형상의 제1 유전체와, 상기 원판의 단턱부 타측과 하우징 사이에 형성된 공기층으로 이루어진 제2 유전체를 포함하는 안테나.
12. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

    상기 신호전달부재가 인쇄회로기판으로 이루어진 안테나.