KR20030012528A - 중계 시스템의 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기지국과 전파 송수신을 행하는 링크 안테나 장치와, 가입자 단말기와 송수신을 행하는 커버리지 안테나 장치와, 상기 링크 안테나 장치 및 커버리지 안테나 장치 사이에 연결되어 양방향 증폭을 행하는 중계 장치로 구성되는 이동 통신 중계 시스템에 있어서, 상기 안테나 장치는 복사 소자와, 상기 복사 소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키는 급전기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 빔 패턴에 노치 특성을 적용한 이동 통신 중계 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명은 안테나 고립도에 영항을 주는 빔패턴을 상쇄시킴으로 해서 상기 링크 안테나 장치와 커버리지 안테나 장치를 인접하게 설치 가능하도록 하여 장비 설치를 용이하게 하며, 전송 선로가 단축되어 전력 손실을 방지할 수 있다.

Description

중계 시스템의 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS OF RELAY SYSTEM}
본 발명은 안테나 고립도 확보를 위한 이동 통신 중계 시스템에 관한 것으로, 특히 안테나 장치의 복사 소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키는 중계 시스템의 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 셀룰러 폰(cellular-phone), 무선 데이터 통신, 개인 휴대 통신(Personal Communication Service; PCS), 무선 가입자 망 등에 사용되는 이동 통신 시스템은 기지국, 중계 시스템, 가입자 단말기로 구성되어 있으며, 중계 시스템은 링크 안테나, 중계기, 커버리지 안테나로 구성되어 있다.
상기 링크 안테나는 기지국으로부터 송신 신호를 수신하여 중계기로 보내고 중계기로부터 가입자 단말기의 송신 신호를 수신하여 기지국으로 송신하며, 중계기는 상기 링크용 안테나와 커버리지 안테나를 중계하며, 커버리지 안테나는 상기 중계기를 통해 링크용 안테나로부터 수신되는 기지국의 송신 신호를 가입자 단말기로 보내고 가입자 단말기로부터 수신되는 신호를 중계기로 보내는 기능을 수행한다.
이러한 중계 시스템의 위치를 선정하는데 있어서 커버리지 안테나를 가급적 링크 안테나와 반대되도록 선정하여 상기 커버리지 안테나와 링크 안테나의 이격거리를 어느 정도 두어 송수신 안테나간의 고립도 확보를 해야만 원하는 장비 성능을 얻을 수 있다.
안테나 고립도는 기지국으로부터 링크 안테나에 수신된 신호의 세기와 중계기에서 증폭된 신호가 커버리지 안테나를 통하여 전파 발사되어 링크 안테나로 피드백된 신호 세기의 차이를 말한다.
상기 기지국 수신 신호의 세기와 증폭기로부터 피드백된 신호의 세기의 차이가 낮으면, 링크 안테나에서 수신된 신호에 의해 발진을 일으켜서 반복 발진으로 인한 고장의 원인을 제공한다.
따라서, 중계기 발진을 방지하기 위하여 기지국 수신 레벨이 중계기 수신레벨보다 10dB이상 높아야 한다.
종래에는 상기 안테나의 적절한 고립도를 성취하기 위해 다음 세가지 방법을 사용한다.
첫째, 높은 전후 방비를 갖는 고이득, 지향성 안테나를 사용한다.
둘째, 중계기의 도너 및 커버리지 안테나 사이의 이격 거리를 크게 한다.
셋째, 안테나 사이의 외부를 차폐시킨다.
첫 번째 방법은 변파 중계기, 마이크로 웨이브 중계기, 레이져 중계기 및 광중계기를 사용할 수 있는데, 이는 고가이며 설치 및 유지 보수가 힘든 단점이 있다.
두 번째 및 세 번째 방법은 상기 안테나간의 물리적인 거리를 증가시키기 위해 증가된 거리만큼 선로가 추가되어 중계 시스템과 안테나간의 전력 손실을 초래하여, 이는 곧 중계 장비의 성능 열화를 초래하여 서비스 커버리지를 감소시키는 결과를 가져온다.
또한 공간상의 제약을 받는 곳에서는 설치가 불가능하고, 설치 비용 또한 증가하는 등 설치 및 운용상의 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 안테나 장치의 복사소자와 연결되는 급전선에 감쇄기와 위상 천이기를 장착하여, 상기 복사소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키는 안테나 빔 패턴에 노치 특성을 적용한 이동 통신 중계 시스템을 제공하여, 설치를 용이하게 하고 전력 손실을 줄여 비용을 절감하는 데 있다.
또한, 고립도 확보를 통해 서비스의 품질을 향상시키고자 하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중계 시스템의 안테나 장치가 포함된 중계 시스템의 블록 구성도.
도 2는 종래의 이동통신 중계 시스템의 안테나 빔 패턴도.
도 3은 본 발명에 따른 중계 시스템의 안테나 장치에서의 안테나 빔 패턴도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 링크 안테나 장치
140, 240 : 결합/분배기
150, 250 : 급전기
200 : 커버리지 안테나 장치 300 : 중계 장치
111, 112,....,11n: n개의 링크 안테나 복사 소자
121,122,.....,12n: n개의 링크 안테나 가변 감쇄기
131, 132,....,13n: n개의 링크 안테나 위상 천이기
221,222,....,22n: m개의 링크 안테나 가변 감쇄기
231, 232,....,23n: m개의 링크 안테나 위상 천이기
310 : 송신 중계부 311 : 제1 듀플렉서
312 : 저잡음 증폭기 313 : 제1 감쇄기
314 : 제1 구동 증폭기 315 : 제2 듀플렉서
320 : 수신 중계부 321 : 제3 듀플렉서
322 : 제2 구동 증폭기 323 : 제2 감쇄기
324 : 고출력 증폭기 325 : 제4 듀플렉서
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예로써, 청구항 1에 기재된 발명은, 기지국과 전파 송수신을 행하는 링크 안테나 장치와, 가입자 단말기와송수신을 행하는 커버리지 안테나 장치와, 상기 링크 안테나 장치 및 커버리지 안테나 장치 사이에 연결되어 양방향 증폭을 행하는 중계 장치로 구성되는 이동 통신 중계 시스템에 있어서, 상기 안테나 장치는, 복사소자와, 상기 복사소자에 송/수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키는 급전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치를 제공한다.
또, 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 장치는 각각 n(1 이상의 정수)개의 복사소자들이 평면판에 배열되어 있는 구조를 가지며, 송신하고자 하는 신호를 방사하거나, 외부 신호를 흡수하는 복사소자와; 상기 복사 소자와 연결되는 급전선에 감쇄기와 위상 천이기를 장착하여, 상기 복사 소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하는 급전기와; 상기 급전기로부터 출력된 n개의 신호들을 하나의 신호로서 합산하거나, 하나의 신호를 상기 급전기의 다중 경로를 통해 분배하는 분배/결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 안테나 장치는 상기 복사소자가 수동소자로서 1개 이상 배열된 형태를 갖는 1개 이상의 수동 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 안테나 장치는 상기 복사소자 자체에 전원을 필요로 하는 1개 이상의 능동 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
첨부한 도면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중계 시스템의 안테나 장치가 포함된 중계 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 중계 시스템의 안테나 장치가 포함된 중계 시스템은, 기지국과 전파 송수신을 행하는 링크 안테나 장치(100)와, 가입자 단말기와 송수신을 행하는 커버리지 안테나 장치(200)와, 상기 링크 안테나 장치(100) 및 커버리지 안테나 장치(200)와 연결되어 중계 기능을 행하는 중계 장치(300)를 포함한다.
상기 링크 안테나 장치(100)는 n(1이상의 정수)개의 복사소자(111~11n)들로 이루어진 복사기(radiator), 위상 천이기(Phase Shift)와 감쇄기(Attenuator)로 이루어진 급전기(150)와, 상기 급전기(150)로부터의 신호들을 분배 및 결합하여 상기 중계 장치(300)로 송신하는 결합/분배기(140)로 이루어진다.
상기 복사소자(111~11n)는 안테나 설치 의도에 따라 설치 개수의 변경이 가능하다.
상기 복사소자(111~11n)는 일반적으로 수동소자인 안테나 복사소자가 배열된형태로 사용될 수 있으며, 어레이(array) 안테나의 복사패턴은 배열된 각 복사소자가 갖는 복사패턴의 진폭과 위상을 고려하여 결정된다.
이와는 달리, 상기 안테나 장치(100, 200)는 복사소자(111~11n) 자체에 전원을 필요로 하는 능동장치, 즉 저잡음 증폭기나 고출력 증폭기 등을 듀플렉서와 함께 장착하여 안테나 장치가 중계장치 역할 중의 일부를 수행할 수 있도록 고안된 능동 안테나 장치가 사용될 수도 있다.
상기 복사기는 n개의 기본적인 복사 소자들이 평면판 위에 배열되어 있는 구조를 갖고, 전파를 복사하거나 수신한다.
상기 복사소자(111~11n) 하단에 있는 급전기(150)는 n개의 복사 소자들과 각각 연결된 위상 천이기(131~13n)와 감쇄기(121~12n)로 이루어지며, 상기 복사소자(111~11n)들에 공급되는 신호의 위상과 전계 강도를 조절한다.
상기 결합/분배기(140)는 상기 급전기(150)로부터 출력된 n개의 신호들을 하나의 신호로 합산 및 분배하여 상기 중계 장치(300)에 전송한다.
상기 커버리지 안테나 장치(200)의 구성은 상기 링크 안테나 장치(100)와 동일하므로 생략하기로 한다.
상기 중계장치(300)는 통신 서비스가 적절하게 제공되지 않는 터널, 빌딩내, 지하공간, 산간지역 등 전파 음영 지역에 서비스를 제공하기 위하여 사용되는 양방향 신호 증폭 장치이다.
상기 중계장치는 PCS(Personal Communication System;개인휴대통신),IMT(International Mobile Telecommunication) 2000, 셀룰러 폰 등 이동통신을 지원하며, 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 1을 참조하여 그 일 실시예를 설명하고자 한다.
상기 중계장치(300)는 링크 안테나 장치(100)를 통해 기지국으로부터 수신된 순방향 신호를 일정레벨 증폭하여 커버리지 안테나 장치(200)에 출력하는 송신중계부(310)와, 커버리지 안테나 장치(200)를 통해 단말기로부터 수신된 역방향 신호를 일정레벨 증폭하여 출력하는 수신 중계부(320)를 포함한다.
상기 송신 중계부(310)는 링크 안테나 장치(100)를 통해 수신된 순방향 신호를 필터링하여 출력하는 제1 듀플렉서(311)와, 제1 듀플렉서(311)에서 출력되는 신호의 잡음을 적게하는 저잡음 증폭기(312)와, 상기 저잡음 증폭기(312)에서 출력되는 신호를 감쇄시키는 제1 감쇄기(313)와, 상기 제1 감쇄기(313)에서 출력되는 신호가 단말기를 구동할 수 있도록 증폭하는 제1 구동증폭기(314)와, 상기 제1 구동증폭기(314)에서 증폭된 신호를 필터링하여 커버리지 안테나 장치(200)에 출력하는 제2 듀플렉서(315)를 포함한다.
상기 송신 중계부(310)와 대응하여 상기 수신 중계부(320)는 커버리지 안테나 장치(200)를 통해 단말기로부터 수신된 역방향 신호를 필터링하여 출력하는 제3 듀플렉서(321)와, 상기 제3 듀플렉서(321)에서 출력되는 신호를 일정레벨로 증폭하는 제2 구동증폭기(322)와, 상기 제2 구동증폭기(322)에서 출력되는 신호를 감쇄시키는 제2 감쇄기(323)와, 제2 감쇄기(323)에서 출력되는 신호를 고출력 증폭하는 고출력 증폭기(324)와, 상기 고출력 증폭기(324)에서 출력된 신호를 필터링하여 링크 안테나 장치(100)에 출력하는 제4 듀플렉서(325)를 포함하여 구성된다.
상기 중계 장치의 상세한 설명은 종래의 중계 장치와 동일하므로 생략하기로 한다.
상기와 같은 시스템에서의 빔 패턴도는 도 3과 같다.
종래의 안테나의 빔 패턴도를 나타낸 도 2를 보면, 커버리지 안테나와 링크 안테나 간의 부엽의 영향 때문에 지형이나 지물(2) 등을 상기 커버리지 안테나와 링크 안테나 사이에 두어 서로 이격거리를 확보한 형태이다.
그러나, 도 3의 빔 패턴도에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 지형이나 지물(2) 등을 사용하지 않고도 링크 안테나의 빔패턴(상측)과 커버리지 안테나의 빔패턴(하측)이 서로 고립되어 있는 것을 볼 수 있다.
이는, 상술한 바와 같이 안테나 장치(100, 200)의 급전기(150, 250)에서 복사소자(111~11n)에 송/수신되는 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키기 때문이다.
예를 들어, 상기 위상 천이기(131~13n)는 첫 번째 복사소자(111)의 위상을 기준으로 두 번째 복사소자(112)의 위상을 3도, 세 번째 복사소자(11n)의 위상을 6도 등으로 조절하면 전체 안테나 장치(100)의 복사패턴 방향이 바뀌게 된다. 이와 같이 각 복사소자(111~11n)의 위상 천이기(131~13n)를 적절히 조절하여 부엽(side lobe)의 위치를 이동시키면 원하는 복사패턴을 만들어 낼 수 있으며, 상기 부엽의 크기는 감쇄기(121~12n)를 통해 제어된다.
상기 링크 안테나 장치(100)와 커버리지 안테나 장치(200) 간의 고립도 특성을 증가시키기 위해 상기 링크 안테나 장치(100)와 커버리지 안테나 장치(200) 간에 반사판, 안테나 지지대, 급전선 차폐물 등의 기구물이 설치될 수 있다.
반사판을 안테나 장치에 임의의 간격으로 여러 겹 덧붙임으로써 안테나 자체의 격리도를 증가시킬 수 있으며, 일반적으로 사용되는 알루미늄 재질의 안테나 지지대 대신 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics) 재질의 안테나 지지대를 사용하면 격리도를 향상시킬 수 있다.
또한, 안테나와 중계장치 사이의 전력선(feed line)도 격리도에 영향을 미치며 실제 안테나 설치 시에 전력선 자체가 하나의 안테나 역할을 하여 격리도를 저하시킬 수 있어, 이를 방지하기 위해 상기 링크 안테나와 커버리지 안테나 사이에 전력선의 전파흡수 효과를 갖는 메쉬 그리드(mesh grid)로 차폐하여 격리도를 향상시킬 수도 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있으며 이는 본 발명의 기술범위에 해당됨은 당연한 것이다.
본 발명은 이동 통신용, 텔레비전, FM방송 등의 광범위한 주파수 대역에서 사용 가능하며, 특히 이동 통신 분야에서 고립도 확보는 서비스의 품질과 직결되는 문제이므로 차후 장비 개발 및 설치 운용에 있어서 본 발명에 명시된 방법을 사용함으로써 저렴한 비용으로 양질의 서비스가 가능하다.

Claims (6)

  1. 기지국과 전파 송수신을 행하는 링크 안테나 장치와, 가입자 단말기와 송수신을 행하는 커버리지 안테나 장치와, 상기 링크 안테나 장치 및 커버리지 안테나 장치 사이에 연결되어 양방향 증폭을 행하는 중계 장치로 구성되는 이동 통신 중계 시스템에 있어서, 상기 안테나 장치는,
    복사소자와, 상기 복사소자에 송/수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하여 고립도에 영향을 주는 빔 패턴을 상쇄시키는 급전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 장치는
    각각 n(1 이상의 정수)개의 복사소자들이 평면판에 배열되어 있는 구조를 가지며, 송신하고자 하는 신호를 방사하거나, 외부 신호를 흡수하는 복사소자와;
    상기 복사 소자와 연결되는 급전선에 감쇄기와 위상 천이기를 장착하여, 상기 복사 소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하는 급전기와;
    상기 급전기로부터 출력된 n개의 신호들을 하나의 신호로서 합산하거나, 하나의 신호를 상기 급전기의 다중 경로를 통해 분배하는 분배/결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안테나 장치는
    상기 복사소자가 수동소자로서 1개 이상 배열된 형태를 갖는 1개 이상의 수동 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안테나 장치는
    상기 복사소자 자체에 전원을 필요로 하는 1개 이상의 능동 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 링크용 안테나와 커버리지 안테나 간의 고립도를 증가시키기 위해 상기 링크용 안테나와 커버리지 안테나 사이에 임의의 기구물이 설치되는 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 임의의 기구물은
    반사판 또는 FRP(Fiverglass Reinforced Plastics) 재질의 안테나 지지대 또는 급전선 차폐물인 것을 특징으로 하는 중계 시스템의 안테나 장치.
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