KR200323265Y1

KR200323265Y1 - 기지국용 멀티 빔 안테나

Info

Publication number: KR200323265Y1
Application number: KR20-2003-0014163U
Authority: KR
Inventors: 배기형; 주영달; 박용현
Original assignee: (주)하이게인안테나
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2003-08-14

Abstract

본 고안은 다중의 빔(멀티 빔)을 복사하여 셀 커버리지 내의 전파특성을 개선한 기지국용 멀티 빔 안테나에 관한 것이다.

이러한 본 고안의 안테나는, 수직으로 다단 배열된 무선통신용 안테나에 있어서, 수평방향의 주빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제1 안테나 영역과, 소정 각도로 틸팅된 주빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제2 안테나 영역을 구비한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2 안테나 영역은 각 단의 복사기들이 개별적으로 틸팅되거나 각 단의 복사기들이 동일 평면 상에 연속적으로 틸팅되거나 제1 안테나 영역과 동일 평면상에 위치하고, 위상차에 의해 전기적으로 틸팅된 것을 특징으로 한다.

따라서 본 고안에 따르면 이동통신에 사용되는 하나의 안테나에서 서로 지향하는 방향이 다른 멀티 빔을 형성함으로써 전파의 수신거리를 넓게 하여 커버리지 특성을 개선하고, 음영지역을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Description

기지국용 멀티 빔 안테나{ Multi beam Antenna }

본 고안은 기지국용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중의 빔(멀티 빔)을 복사하여 셀 커버리지 내의 전파특성을 개선한 기지국용 멀티 빔 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신시스템의 기지국에 사용되는 안테나는 해당 셀의 커버리지를 결정하는 주요한 파라메터로서, 고층건물의 옥상이나 철탑 등의 구조물에 장착된다. 이러한 기지국용 안테나는 통상 셀 커버리지를 크게 하기 위하여 안테나 주 빔이 지평선쪽을 향하도록 설치된다.

도 1은 종래의 기지국 안테나 시스템을 도시한 개략도로서, 다수의 복사기(10-1~10-n)가 다단으로 배열되어 분배/결합기(12)에 의해 전력을 공급받아 공중으로 복사하거나 수신된 전력을 분배/결합기(12)로 전달하였다. 분배/결합기(12)와 연결된 송수신 분배기(14)는 고출력증폭기(HPA:16)의 송신전력을 분배/결합기(12)를 통해 복사기(10-1~10-n)로 전달되게 하고, 분배/결합기(12)로부터 전달된 수신신호를 저잡음증폭기(LNA:18)로 전달하였다.

한편, 기지국 안테나는 설치되는 위치(지역)의 특성에 따라 빔의 방향을 조절할 필요가 있다. 즉, 안테나가 상당히 높은 위치에 설치될 경우 안테나의 주 빔 방향을 수평으로 하면 커버리지를 멀리까지 할 수 있으나 안테나에 인접한 지역에서는 수신특성이 급속히 열화되는 경우가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 기구적으로 안테나 전체를 일정한 각도로 기울려(tilting) 설치함으로써 빔의 방향을 조절하였다.

그런데 이와 같이 안테나 전체를 기구적으로 기울일 경우 설치가 불편하고, 설치 후 바람과 같은 물리적인 영향으로 각도가 틀어지는 문제점이 있고, 빔이 수평방향으로 멀리가지 못해 커버리지가 좁아지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다단의 복사기를 갖는 하나의 안테나를 수평방향의 주 빔을 발생하는 안테나 부분과 일정각도로 기울여진(틸팅된) 빔을 발생하는 안테나부분으로 구분하여 셀 커버리지를 넓게 하면서도 안테나 인접한 지역의 전파특성을 개선할 수 있는 기지국용 멀티 빔 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기지국 안테나 시스템을 도시한 개략도,

도 2는 본 고안에 따른 기지국용 멀티 빔 안테나의 개념을 도시한 개념도,

도 3은 본 고안에 따른 멀티 빔 안테나의 구성을 도시한 블럭도,

도 4는 본 고안에 따른 멀티 빔 안테나의 수직패턴을 도시한 도면,

도 5는 본 고안에 따른 멀티 빔 안테나의 특성을 도시한 그래프,

도 6은 본 고안에 따른 제1 실시예,

도 7은 본 고안에 따른 제2 실시예,

도 8은 본 고안에 따른 제3 실시예.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31: 급전커넥터 32: 급전선로

33: 분배기 34-1~34-4,34'-1~34'-4: 복사기

35-1,35-2: 금전케이블 36-1,36'-1,36-2,36'-2: 복사기

37: 반사판 38-1,38-2: 경사지지 부재

39: 커버

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 안테나는, 수직으로 다단 배열된 무선통신용 안테나에 있어서, 수평방향의 주빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제1 안테나 영역과, 소정 각도로 틸팅된 주빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제2 안테나 영역을 구비한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제2 안테나 영역은 각 단의 복사기들이 개별적으로 틸팅되거나 각 단의 복사기들이 동일 평면 상에 연속적으로 틸팅되거나 제1 안테나 영역과 동일 평면상에 위치하고, 위상차에 의해 전기적으로 틸팅된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 기지국 안테나의 개념을 도시한 개념도로서, 본 고안의 안테나는 수평빔을 발생하는 제1 안테나 부분(A)과, 틸팅된 빔을 발생하는 제2 안테나 부분(B)으로 이루어진다.

도 2를 참조하면, 기지국용 멀티 빔 안테나는 지지대(21)에 부착되어 설치되어 있고, 기지국으로부터 일정거리의 셀 커버리지 내에서 휴대 단말기와 기지국간의 무선통신을 담당한다. 이때 본 고안의 안테나는 제1 안테나 부분(A)에 의해 주빔이 수평방향을 갖는 전파를 방사하고, 제2 안테나 부분(B)에 의해 주빔이 틸팅 각도(θ_T)로 지면으로 기울여진 전파를 방사한다. 이와 같이 본 고안은 하나의 안테나를 적어도 2 부분 이상으로 구분하여 서로 다른 방향으로 주빔이 형성되게 함으로써 전파의 도달거리를 향상시키고 음영지역을 해소할 수 있는 장점을 제공한다.

도 3은 본 고안에 따른 멀티 빔 안테나의 구성을 도시한 블럭도로서, 수평방향의 주빔을 형성하는 제1 안테나 부분(A)과, 틸팅된 방향의 주빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)으로 이루어진다. 이때 틸팅된 방향의 주빔을 형성하는 방법(즉, 틸팅방법)에 따라 후술하는 바와 같이 3개의 실시예가 가능하다.

도 3을 참조하면, 제1 안테나 부분(A)은 급전 커넥터(31)와 급전선로(32), 다수의 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)로 이루어지고, 제2 안테나 부분(B)은 급전선로와 다수의 복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)로 이루어진다. 그리고 제1 안테나 부분(A)의 복사기들(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)은 서로 쌍을 이루어 수직으로 4단으로 구성되어 있고, 각 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)에 이르는 급전선로(32)의 길이가 전체적으로 동일하도록 되어 있어 동위상의 전파를 복사하고, 제2 안테나 부분(B)의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)은 한 쌍의 복사기마다 각각 급전되도록 되어 있다. 따라서 제2 안테나 부분(B)의 복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)에 전력을 각각 공급하기 위해서 전력분배기(33)와 급전 케이블(35-1,35-2)이 필요하다.

이와 같은 구성에서 급전경로를 살펴보면, 급전 커넥터(31)를 통해 전달된 송신전력은 제1 급전 선로(32-1)에서 상,하로 분배된 후 제2 급전선로(32-2)에서 다시 좌,우로 분배되고, 제3 급전선로(32-3)와 제4 급전선로(32-4)에서 다시 상,하로 각각 분배되어 개별 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)로 전달된다. 제2 안테나부분의 복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)는 제1 급전선로(32-1)와 전력분배기(33), 및 급전 케이블(35-1,35-2)을 통해 각각 급전받는다.

본 고안의 실시예에서 개별 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)는 수직방향으로 배열된 다이폴이고, 개별 복사기는 전달된 송신 전력을 공중으로 복사한다.

역으로, 각 개별 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)에서 수신된 수신신호는 제4 급전선로(32-4)와 제3 급전선로(32-3)에서 상,하 복사기의 신호가 결합되고, 제2 급전 선로(32-2)에서 좌,우 복사기의 신호가 결합된 후, 제1 급전 선로(32-1)에서 제1 안테나 부분(A)의 신호와 제2 안테나 부분(B)의 신호가 결합되어 커넥터(31)를 통해 수신기측으로 전달된다.

도 4는 본 고안에 따른 안테나 빔의 수직패턴을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 고안에 따른 안테나에서 복사된 빔의 수직패턴은 안테나의 A영역에 의해 형성된 빔(0°부분)과, 안테나의 B영역에 의해 형성된 빔(315°부분)이 합해져 전체적으로 보다 넓은 지역을 커버하는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 고안에 따른 안테나의 거리별 수신 전계강도를 도시한 그래프로서, 횡축은 기지국으로부터의 서비스 반경(단위: m)을 나타내고, 종축은 거리별 수신전계 강도(단위: dBm)를 나타낸다.

도 5의 그래프를 참조하면, 수신 전계강도는 기지국으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 점차 작아지는 것을 알 수 있으나, 본 고안에 따른 안테나의 수신 전계 특성이 종래의 수신 전계 특성에 비해 크게 개선된 것을 알 수 있다.

도 6은 본 고안에 따른 제1 실시예의 안테나를 도시한 도면으로서, 틸팅 빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)이 복사기마다 각각의 틸팅부재(38-1,38-2)에 의해 기구적으로 그리고 개별적으로 틸팅된 것을 특징으로 한다.

도 6을 참조하면, 제1 실시예의 안테나는 수평방향의 주 빔을 형성하는 제1 안테나 부분(A)과, 틸팅된 방향의 주빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)으로 이루어진다.

제1 안테나 부분(A)은 급전 커넥터(31)와 급전선로(32), 다수의 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)로 이루어지고, 제2 안테나 부분(B)은 급전선로(32)와 다수의복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)로 이루어진다. 그리고 제1 안테나 부분(A)의 복사기들(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)은 서로 쌍을 이루어 수직으로 4단으로 구성되어 있고, 각 복사기에 이르는 급전선로(32)의 길이가 전체적으로 동일하도록 되어 있어 동위상의 전파를 복사하고, 제2 안테나 부분(B)의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)은 각 쌍의 복사기마다 각각 급전되도록 되어 있다.

또한 제2 안테나 부분(B)에서 제1 복사기 쌍((36-1,36'-1)은 제1 틸팅부재(38-1)에 의해 소정 각도로 틸팅되어 있고, 제2 복사기 쌍(36-2,36'-2)은 제2 틸팅부재(38-2)에 의해 소정 각도로 틸팅되어 있다. 이와 같이 B 영역의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)은 각 단별로 개별적으로 틸팅되게 함으로써 기구적으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 고안에 따른 제2 실시예의 안테나를 도시한 도면으로서, 틸팅 빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)이 하나의 틸팅부재에 의해 기구적으로 그리고 연속적으로 틸팅된 것을 특징으로 한다.

도 7을 참조하면, 제1 실시예의 안테나는 수평방향의 주빔을 형성하는 제1 안테나 부분(A)과, 틸팅된 방향의 주빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)으로 이루어진다.

제1 안테나 부분(A)은 급전 커넥터(31)와 급전선로(32), 다수의 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)로 이루어지고, 제2 안테나 부분(B)은 급전선로(32)와 다수의 복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)로 이루어진다. 그리고 제1 안테나 부분(A)의 복사기들(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)은 서로 쌍을 이루어 수직으로 4단으로 구성되어 있고, 각 복사기에 이르는 급전선로(32)의 길이가 전체적으로 동일하도록 되어 있어 동위상의 전파를 복사하고, 제2 안테나 부분(B)의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)은 한 쌍의 복사기마다 각각 급전되도록 되어 있다.

또한 제2 안테나 부분(B)에서 제1 복사기쌍(36-1,36'-1)과 제2 복사기 쌍(36-2,36'-2)은 동일평면의 반사판상에 설치되어 전체적으로 소정 각도 틸팅되어 있다. 이와 같이 B 영역의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)을 연속하여 틸팅되게 함으로써 설치가 용이하나 다단의 경우 기구적으로 안테나의 상부가 돌출되는 단점이 있다.

도 8은 본 고안에 따른 제3 실시예의 안테나를 도시한 도면으로서, 틸팅 빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)이 A 부분과 같이 동일 수직선상에 위치하여 기구적으로는 기울여지지 않고 있으나 위상을 다르게 하여 전기적으로 틸팅되게 한 것이다.

도 8을 참조하면, 제3 실시예의 안테나는 수평방향의 주빔을 형성하는 제1 안테나 부분(A)과, 틸팅된 방향의 주빔을 형성하는 제2 안테나 부분(B)으로 이루어진다.

제1 안테나 부분(A)은 급전커넥터(31)와 급전선로(32), 다수의 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)로 이루어지고, 제2 안테나 부분(B)은 급전선로(32)와 다수의 복사기(36-1,36'-1,36-2,36'-2)로 이루어진다. 그리고 제1 안테나 부분(A)의 복사기들(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)은 서로 쌍을 이루어 수직으로 4단으로 구성되어 있고, 각 복사기(34-1~34-4, 34'-1~34'-4)에 이르는 급전선로(32)의 길이가 전체적으로 동일하도록 되어 있어 동위상의 전파를 복사하고, 제2 안테나 부분(B)의 복사기들(36-1,36'-1,36-2,36'-2)은 각 쌍의 복사기마다 각각 급전되도록 되어 있다.

또한 제2 안테나 부분(B)에서 제1 복사기쌍(36-1,36'-1)와 제2 복사기쌍(36-2,36'-2)은 제1 인테나 부분(A)과 같이 동일 방향으로 구성되어 있으므로 기구적으로는 틸팅되어 있지 않으나 급전선의 전기적 길이 차이에 의해 위상차를 주어 빔을 틸팅한다. 이때 위상차는 연결되는 케이블(35-1,35-2)의 급전경로를 조절하여 간단하게 달성할 수 있다.

본 고안의 실시예에서는 제1 안테나부분(A)은 수평빔을 생성하고, 제2 안테나 부분(B)에서 틸팅된 빔을 생성하는 것으로 설명하였으나, 제1 안테나 부분(A)도 전기적으로 위상을 조정하거나 기구적으로 각도를 조정하여 틸팅된 빔을 생성할 수 있다. 이와 같이 제1 안테나 부분(A)도 틸팅할 경우에는 제1 안테나 부분(A)의 틸팅각도는 대략 0°∼ 10°로 하고, 제2 안테나 부분(B)의 틸팅 각도는 대략 10°∼30°로 하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 이동통신에 사용되는 하나의 안테나에서 서로 지향하는 방향이 다른 두 개의 주빔을 합성하여 멀티 빔을 형성함으로써 수직방향으로의 전파의 수신거리를 넓게 하여 커버리지 특성을 대폭 개선하고, 음영지역을 해소할 수 있는 효과가 있다. 특히, 안테나의 전부를 기울이는 것이 아니라 일부를 기구적으로 간단하게 틸팅함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있고,별도의 위상 제어기 등을 사용하지 않고도 틸팅영역의 복사기로 인가되는 급전경로를 다르게 하여 전기적으로 간단하게 틸팅시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims

수직으로 다단 배열된 무선통신용 안테나에 있어서,

수평방향이나 소정 각도로 틸팅된 제1 주 빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제1 안테나 영역과, 소정 각도로 틸팅된 제2 주 빔을 형성하기 위한 복사기들로 이루어진 제2 안테나 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제2 안테나 영역은

각 단의 복사기들이 개별적으로 틸팅된 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제2 안테나 영역은

각 단의 복사기들이 동일 평면 상에 연속적으로 틸팅된 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제2 안테나 영역은,

제1 안테나 영역과 동일 평면상에 위치하고, 위상차에 의해 전기적으로 틸팅된 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 영역의 틸팅각도는 대략 0°∼ 10°이고, 제2 안테나 영역의 틸팅각도는 대략 10°∼ 30°인 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.