KR20020058387A - 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국용 배열 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 일체화된 다수의 이상기를 이용하여 기지국용 배열 안테나의 틸팅(tilting)각을 용이하게 조절할 수 있는 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나에 관한 것이다.

종래의 이상기를 이용한 배열 안테나의 틸팅각 조정장치는 구성이 복잡하여 신뢰성이 떨어지고, 조정작업이 용이하지 않다는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다수의 복사소자; 신호 입출력 커넥터; 상기 입출력 커넥터로부터의 신호를 입력받아 상기 복사소자로 각각 분배하여 급전하는 전력 분배기; 상기 전력 분배기로부터의 신호를 상기 복사소자로 전송하는 다수의 급전 케이블; 상단에 조정봉을 포함하고 상기 조정봉의 회전운동에 의해 상기 복사소자 각각에 공급되는 신호의 위상을 소정의 값만큼 변화시킬 수 있도록 구비되는 다수의 이상기; 하부에 상기 조정봉에 체결되는 일자 드라이버를 갖는 웜(worm)기어; 상기 웜기어와 맞물리는 웜이 그 외주면에 형성된 회전축; 상기 회전축을 회전시키는 조정손잡이; 상기 구성요소들이 장착되되 무선신호를 목적하는 방향으로만 복사하도록 하는 반사판; 및 상기 구성요소들을 외부 환경으로부터 보호하는 레이돔으로 구성된다.

따라서, 본 발명은 틸팅각을 용이하게 조정할 수 있다는 효과를 갖는다.

Description

틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나{A variable down-tilting array antenna}

본 발명은 기지국용 배열(array) 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 일체화된 다수의 이상기(phase shifter)를 이용하여 기지국용 배열 안테나의 틸팅각(tilting angle)을 용이하게 조절할 수 있는 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나에 관한 것이다.

셀룰러(cellular) 방식의 이동통신 시스템에 있어서, 셀 설계시 기지국에 장착되는 안테나의 위치는 해당 셀의 커버리지(coverage)를 결정하는 중요한 변수가 된다. 일반적으로 안테나를 철탑과 같은 구조물에 장착할 때는 셀 커버리지를 크게하기 위해 안테나 주 빔이 지평선 쪽을 향하도록 장착한다. 하지만, 상대적으로 약한 전파가 도달하는 기지국 근방과 인접하는 타 기지국의 셀 커버리지와의 교차 간섭을 고려하여 틸팅각을 점차 낮추어 조절하게 된다.

종래의 틸팅각을 조절하기 위한 방법은 안테나의 뒷면에 부착된 클램핑 장치의 틸팅각 조정수단을 이용하여 기계적으로 안테나의 수직 빔을 하향 조정하는 방법과 전기적으로 각 복사소자에 서로 다른 위상을 갖는 신호를 분배 급전하도록 급전 케이블의 길이를 결정하여 틸팅각을 조절하는 방법이 있다. 상기한 기계적인 조정방법은 설치후 센 바람과 같은 외부 환경에 의해 그 각이 변할 수 있다는 가능성과 조정작업이 용이하지 않다라는 문제점을 갖고 있다.

도 1은 종래 이상기를 이용하여 틸팅각 조정이 가능한 안테나의 일반적인 구성을 보여주는 블록도이다. 입출력단자(101)를 통해 입력되는 신호전력은 전력 분배수단(102)을 통해 분배되고 분배된 전력은 각 전송선로(103)를 통해 복사소자(104)로 급전된다. 이때, 적절한 틸팅각을 형성하기 위해 각각의 전송선로(103)에 이상기(105)가 삽입, 연결되어 있다. 또한, 각각 이상기(105)들은 하나의 이상기 제어장치(106)에 의해 그 변화 위상 지연값이 결정된다.

이와같은 종래의 이상기를 이용한 틸팅각 조정이 가능한 안테나는 복사소자로의 각 전송선로에 이상기를 연결, 장착하고 각각의 이상기를 전기적으로 제어하는 제어장치를 별도로 구비함으로써 이에 따른 시스템 구성이 복잡하여 신뢰성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 각 급전선로에 연결되어 있는 다수의 이상기들을 하나의 회전축으로 일체화하여 간단한 회전축의 회전만으로도 각 이상기들의 위상 지연값을 달리 조정할 수 있도록 함으로써, 배열 안테나의 틸팅각을 용이하게 가변할 수 있도록 한 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나를 제공한다는 것을 그 기술적 과제로 한다.

도 1은 종래 이상기를 이용하여 틸팅각 조정이 가능한 안테나의 일반적인 구성을 보여주는 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 일실시예의 구성을 보여주는 구성도.

도 3a는 도 2 실시예에 사용된 이상기의 평면도.

도 3b는 도 2 실시예의 웜기어와 이상기의 체결 구조를 보여주는 측면도.

도 4는 도 2 실시예의 웜기어와 웜의 체결상태를 보여주는 상태도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101. 입출력 단자 102. 전력분배수단

103. 전송선로 104. 복사소자

105. 이상기 106. 이상기 제어장치

201. 입출력커넥터 202. 전력분배기

203. 복사소자 204. 급전케이블

205. 이상기 206. 회전축

207. 웜(worm)기어 208. 웜

209. 조정 손잡이 210. 지탱수단

211. 반사판 301. 조정봉

302. 일자 홈 303. 일자 드라이버

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나는 자유공간으로부터 무선신호를 받아들이거나 자유공간으로 신호를 내보내기 위한 다수의 복사소자;와 신호의 입출력을 위한 입출력 커넥터; 상기 입출력 커넥터로부터 입력되는 신호를 동위상, 동진폭으로 분배하여 상기 복사소자로 각각 급전하는 전력 분배기;와 상기 전력 분배기로부터의 신호를 상기 복사소자 각각으로 전달하기 위한 다수의 급전 케이블;과 상단에 조정봉과 그 일단에 일자 홈을 포함하고, 상기 조정봉의 회전운동에 의해 상기 복사소자 각각에 공급되는 신호의 위상을 소정의 값만큼 변화시킬 수 있도록 상기 급전 케이블과 상기 복사소자의 사이에 각각 구비되는 다수의 이상기;와 원판 형상으로 상기 이상기의 상단위로 구비되되 하부에 상기 조정봉의 일자 홈으로 삽입되는 일자 드라이버가 연장되어 형성되어 있는 웜기어;와 긴 원기둥 형상을 가지되 상기 웜기어와 맞물리는 웜이 그 외주면에 형성된 회전축;과 상기 회전축의 일단에 형성되어 상기 회전축을 회전시키는 조정손잡이; 상기 구성요소들이 장착되되 무선신호를 목적하는 방향으로만 복사하도록 하는 반사판; 및 상기 구성요소들을 외부환경으로부터 보호하는 레이돔으로 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나의 일실시예의 구성을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이 4개의 복사소자를 갖는 수직 배열 안테나이고, 맨 아래쪽에 배열되는 복사소자에는 이상기가 연결되지 않으므로 위상 지연이 없는 신호가 맨 아래 복사소자에 급전된다.

입출력 커넥터(201)로부터 입력되는 신호는 전력분배기(202)에 의해 동진폭, 동위상으로 분배되고, 상기 전력분배기(202)의 출력포트로부터 각 복사소자(203)로 급전되는 신호는 급전케이블(204)에 연결된 이상기(205)에 의해 소정의 값만큼 위상 지연되어 공급된다. 이때, 각 이상기(205)의 위상 지연값은 회전축(206)의 직경과 회전각 그리고 웜기어(207)와 회전축 외주면에 형성된 웜(208)의 기어비에 의해 결정된다. 이와같이 서로 다른 위상 지연값을 갖는 신호들이 각 복사소자로 급전됨으로써, 배열안테나는 소정의 틸팅각을 갖게 된다.

도시된 이상기(205)는 KMW사의 제품번호 KPH35OSCL000를 사용하는 것으로 가정하였지만, 이 제품은 위상 변위각이 2GHz에서 35 ˚밖에 되지 않아 본 실시예에 적용하기에 무리가 있다. 하지만, 위상 변위각은 이상기내 마이크로 스트립선로의 길이와 각 유전체의 유전율을 조정함으로써 상기 제품이 갖는 위상 변위각보다 크게 할 수 있는 것이므로, 본 실시예의 구성 및 동작에 충분히 적용가능하다.

도 3a는 도 2 실시예에 사용된 이상기의 평면도이다. 도 3a에서 알 수 있듯이 이상기(205)의 상단에 형성된 조정봉(301)을 회전시킴으로써 위상 지연값의 변화가 가능하며, 상기 조정봉(301)의 월활한 회전을 위해 그 상단에 일자 홈(302)이 파여 있다.

도 3b는 도 2 실시예의 웜기어와 이상기의 체결 구조를 보여주는 측면도이다. 상기한 대로 상기 이상기(205)의 조정봉(302) 상단에는 일자 모양의 홈(302)이파여있는데, 웜기어(207)의 하단부에서 연장되어 형성된 일자 모양의 일자 드라이버(303)가 상기한 홈(302)으로 삽입됨으로써, 상기 웜기어(207)는 상기 이상기(205)에 체결되는 것이다.

도 4는 도 2 실시예의 웜기어와 웜의 체결상태를 보여주는 상태도이다. 회전축(206)의 외주면에 나선형으로 형성된 웜(208)이 회전하면서 평기어 형태인 웜기어(207)도 회전을 하게 되고, 웜기어의 하부에 형성된 일자 드라이버(303)가 회전하는 것이다. 회전축(206)의 외주면으로는 소정의 피치를 갖는 웜(208)이 형성되고, 그 일단에는 회전축을 안테나 외부에서 회전시킬 수 있도록 조정 손잡이(209)가 구비된다. 또한, 회전축(206)의 양단과 중앙에는 회전축을 지탱하여 주는 지탱수단(210)이 장착된다.

배열 안테나에 있어서 상기 소정의 틸팅각(T)을 형성시켜 주기 위해서는, 각 복사소자에 연결된 각각의 이상기의 위상 지연값(P)을 아래 수학식 1에 의해 계산하여 설정해 주면 된다.

상기 수학식 1에서, λ는 신호의 파장, D는 소자간 간격(element separation), T는 틸팅각을 나타낸다. 복사소자 4개가 0.8λ 간격으로 수직 배열된 배열 안테나를 예로 들어 설명하면, 현재 상용화된 개인휴대통신(PCS)의 주파수대인 1.8GHz의 신호가 입력되는 경우, 파장은가 되고, 10˚의 틸팅각을 주기 위해서 각복사소자별 위상기가 가져야 하는 위상 지연값은 상기 수학식 1에 의해 다음의 표 1과 같이 구해진다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나는 틸팅각을 용이하게 변화시킬 수 있다는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 자유공간으로부터 무선신호를 받아들이거나 자유공간으로 신호를 내보내기 위한 다수의 복사소자;

   신호의 입출력을 위한 입출력 커넥터;

   상기 입출력커넥터로부터 입력되는 신호를 동위상, 동진폭으로 분배하여 상기 복사소자로 각각 급전하는 전력 분배기;

   상기 전력 분배기로부터의 신호를 상기 복사소자 각각으로 전달하기 위한 다수의 급전 케이블;

   상단에 조정봉과 그 일단에 일자 홈을 포함하고, 상기 조정봉의 회전운동에 의해 상기 복사소자 각각에 공급되는 신호의 위상을 소정의 값만큼 변화시킬 수 있도록 상기 급전 케이블과 상기 복사소자의 사이에 각각 구비되는 다수의 이상기;

   원판 형상으로 상기 이상기의 상단위로 구비되되 하부에 상기 조정봉의 일자 홈으로 삽입되는 일자 드라이버가 연장되어 형성되어 있는 웜기어;

   긴 원기둥 형상을 가지되 상기 웜기어와 맞물리는 웜이 그 외주면에 형성된 회전축;

   상기 회전축의 일단에 형성되어 상기 회전축을 회전시키는 조정손잡이;

   상기 구성요소들이 장착되되 무선신호를 목적하는 방향으로만 복사하도록 하는 반사판; 및 상기 구성요소들을 외부환경으로부터 보호하는 레이돔을 포함하는 틸팅각 조정이 가능한 기지국용 배열 안테나.