KR20050039893A - 단일 빔 패턴의 안테나와 이를 사용한 알 에프 중계시스템 - Google Patents
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Abstract
단일 빔 링크안테나를 사용한 중계 시스템이 개시된다.
본 발명은 RF 중계 시스템에서 직접적인 간섭의 양과 반사적인 간섭의 양을 최소화하는 안테나를 제공하기 위한 것으로 종래 고 지향의 링크안테나 및 중계장치 및 서비스 안테나로 구성된 RF 중계 시스템에 있어서, 상기 고 지향 링크 안테나를 사용 시 발생하는 주빔(Main Lobe) 이외의 방향에서 발생하는 부엽(Side Lobe)을 안테나 소자배열의 출력분배에 있어 이항급수분배를 적용함으로써 제로(0)화 하며, 안테나 구조의 후방차폐를 통하여 전후방 비를 효과적으로 개선함으로써 상위국에 대한 방향의 단일의 빔만이 존재하는 이상적인 안테나를 사용함을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 상기 단일 빔 링크 안테나의 방사패턴에 있어 서비스 안테나에서 송신한 고출력의 신호에 대하여 단일 빔 방사 각도를 제외한 모든 방향에서 수신되는 궤환 간섭량을 최소화 할 수 있음으로 인하여 고 이득의 중계특성을 안정히 운용 할 수 있으며,
변파(Frequency Change)및 광(Fiber Optic)과 같은 여타의 중계방식보다 본 발명의 RF중계방식이 구조가 간단하므로, 각종 방송 및 통신산업에서 경제적으로 서비스를 확장 및 운용 할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 무선통신에서 이용되는 중계 시스템에 관한 것으로, 특히 링크안테나 및 서비스 안테나 및 중계장치로 구성되는 RF 중계시스템에 관한 것이다.
종래의 RF 중계시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 상위국(110)와 고 이득 링크 안테나 부(120) 및 중계장치(130) 및 서비스 안테나(140)가 결합되어 중계시스템으로 운용된다.
이때 상기 고 이득 링크 안테나부(120)에서 수신되는 신호는 중계 모국(Donor)과 같은 상위국(110)신호와 상기 상위국 수신신호를 증폭하여 송신한 자기 송신신호의 일부가 사용하는 송신안테나부(140)와 고 지향 링크안테나부(120)간 직접적인 공간경로를 통하여 수신되는 직접궤환신호와 주변반사체(150)를 통하여 수신되는 반사궤환신호가 있다.
본 발명의 설명에서는 설명의 편의상 순 방향만을 언급한다. 즉, 상위국에서 링크안테나로 전달되는 신호에 대하여 설명한다.
그러나, 양방향의 통신시스템에서 역방향의 경우는 상기 서비스안테나부를 링크안테나부로 사용하며, 상기 링크 안테나부를 서비스 안테나부로 사용하나, 본 발명에서 구체적으로 언급하지 않는 이유는 본 발명의 응용사례로 간주하기 때문이다.
상기 RF 중계 시스템의 구성요소별 기능을 살펴보면, 상기 상위국(110)은 중계대상의 신호를 발생하는 무선국으로서 상기 상위국의 공중선장치를 통하여 자유공간으로 중계대상의 신호를 방사한다.
고 이득 링크안테나부(120)는 상기 상위국(120)으로부터 일정거리에 떨어져서 위치하여 상기 상위국의 중계신호를 수신한다. 따라서 상기 링크안테나부는 일반적으로 지향특성이 우수한 야기 및 빔 또는 파라볼릭 안테나를 사용하여 주변의 다른 신호와 구분하여 수신한다.
이때 상기 지향특성이 우수한 야기 및 빔 안테나의 방사패턴은 주 빔(main Lobe) 와 부엽(side lobe) 및 후방협(back lobe)이 주 빔의 세기에 비교하여 예를 들어 부엽은 -13db, 후방엽은 -25db와 같이 일정비율이 존재하여 상위국이 아닌 방향의 신호를 적은 비율이나마 동시에 수신하는 문제점이 있다.
중계장치(130)는 상기 링크안테나를 통하여 수신된 신호를 출력하기에 충분한 세기로 보강하는 기능을 담당하는 증폭장치이며,
기능에 따라서 출력을 일정레벨을 기준으로 제한하는 출력제어 중계장치 및 이득을 일정수준으로 제한하는 간이 중계장치 및 간섭을 검출하여 이득을 제어함으로서 일정한 품질수준을 유지하는 발진감지 중계장치 및 수신의 신호 중 간섭의 신호를 상쇄하여 증폭이득과 품질수준을 향상시키는 간섭제거 중계장치 등 다양한 기능의 장치를 상기 중계장치로(130) 포함하여 통칭한다.
서비스 안테나(140)는 상기 중계장치를 통하여 보강된 출력신호를 자유공간으로 재 방사한다. 이때, 상기 서비스 안테나로부터 송신한 신호는 자유공간을 통하여 직접적으로 상기 링크안테나를 통하여 상기 부엽 및 후방엽의 특성에 의하여 수신되며, 주변의 반사체(150)를 통하여 상기 링크안테나로 수신되어 궤환하는 특징이 있다.
따라서, 상기 중계장치의 증폭이득은 상기 궤환되는 신호의 비율에 따라서 실제 양호한 통신의 품질로서 사용이 가능한 이득이 제한되는 문제점과 중계장치내의 수신부가 포화되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 링크안테나와 서비스 안테나에 있어 부엽과 후방엽의 성분이 거의 존재하지 않고 주 빔만이 존재하는 이상적인 안테나를 사용하여 상기 궤환신호의 양을 최소화함으로써 고 이득의 안정된 중계시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 기술한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 링크안테나를 제조함에 있어 배열(Array) 안테나의 구성을 이론적으로 부엽이 존재하지 않는 반파장 배열의 이항급수 신호분배를 사용함으로써 원리적으로 전방향에 대한 부엽을 제거하며, 후방향에 대하여 , 다중의 반사판넬을 절연하여 겹침으로써 후방엽의 신호를 극소화 하는 안테나를 사용함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 단일 빔 안테나를 사용한 RF 중계시스템을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 단일 빔 안테나를 사용한 RF 중계시스템의 구성을 보인 도면이다.
상기 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 중계시스템은 상위국 및 단일 빔 링크안테나 및 중계장치 및 서비스 안테나로 구성된다.
이때, 상위국(210) 및 중계장치(230) 및 서비스 안테나(240)의 기능은 종래의 기술 설명과 동일하나, 단일 빔 링크안테나(220)의 특성은 상위국(210)에 대한 송수신 이득은 같은 크기의 종래의 주로 균등 분배방식의 빔형 안테나를 사용하는 소이득 링크안테나(120)에 비하여 이항급수 분배의 특성상 2db 내지 5db가 저하되나, 전 방향의 부엽에 있어 신호의 세기가 이론적으로 0(-∞db)이므로 실제로 간섭의 영향은 10db이상 획기적으로 줄어 중계의 이득을 실질적으로 높일 수 있으며, 후방엽은 다중의 중첩된 반사판을 부가하여 충분한 신호감쇄 효과를 냄으로써 실제 중계시스템이 운용되는 입체적인 다각도의 직접 및 반사의 간섭량이 종합적으로 크게 줄어들어 상기 RF 중계시스템을 안정히 운용할 수 있는 기술적 사상이다.
또한, 상기 단일 빔 링크안테나와 서비스안테나의 방사패턴은 상호 배타적으로 운용함이 바람직하며, 이는 출원번호 10-2003-0054362의 "직렬 중계방법과 장치"에서 제시되었다.
다음은 도3에 의하여 단일 빔 안테나 제조의 일 실시 예를 설명한다.
단일 빔 안테나의 구성은 수평과 수직의 평면적인 2차 어레이(Array) 소자의 배열로 구성되며, 배열 소자의 간격은 수직과 수평이 각각 반 파장이며, 안테나의 외장 기구물인 안테나 구조체(310)와 안테나 소자들을 고정하고 반사판 역할을 하는 내부 판넬(314)이 있으며, 상기 안테나 구조체(310)와 내부 판넬(314)은 절연 고정재(311)을 통하여 전기적으로 절연되어 기구적으로 고정되어 있으며, 안테나 구조체 내부(310)에는 안테나 소자(316)의 위치에 해당하는 출력분배 기능을 수행하는 이항급수 출력 분배기(313) 및 안테나 소자(316)가 배열되어 있으며, 별도로 입출력 콘낵타(312) 및 전면 보호 커버(315)로 구성되는 특징이 있다.
상기 구성의 기능을 세부적으로 설명하면,
안테나 소자 배열의 구성에 있어 수평의 구성은 수평패턴의 지향성을 높이며, 수직의 배열은 수직패턴의 지향성을 높이므로 중계시스템의 실제 운용환경에서 주변 건물과 같은 수평적 반사체와 지면과 같은 수직적 반사체에 대하여 반사간섭을 동시에 억압하기 위하여 본 발명의 단일 빔 링크안테나는 수평과 수직의 2차원적인 배열의 구조로 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 안테나 소자간의 배열간격은 이항 분포의 출력 분배 원리상 배열의 수가 무한히 증가하여도 전방(Front Side)의 부엽이 발생치 않는 설계 조건은 안테나 전방의 신호원에 대하여 -90도부터 시작하여 0도를 통과하여 +90도까지 이동하는 동안 단 1회의 최대의 증감변화를 발생시키기 위하여 반 파장간격이 바람직하다.
또한, 상기 안테나 반사 판넬을 이중으로 분리하는 이유는 , 1차적으로 안테나 소자에서 발생하는 전자파에 의하여 내부 반사판이 공진하게 되어 후방엽을 발생시키므로 상기 내부 반사 판넬과 전기적으로 절연된 외장 구조체를 이용하여 재차로 후방엽의 신호전달을 방지하기 위함이다.
상기 이항급수 출력 분배기는 단일 빔을 생성하기 위한 안테나 배열 소자별로 필요한 출력의 비율로 분배하는 수단이며, 그 분배의 원리는 도면의 예를 들어 7X4의 배열 구조에서 도식된 바와 같이 급수전개방법에 의하여 해당 배열 조합에 의하여 행열(matrix) 조합된다.
이때, 출력의 분배는 이항급수전개방법으로
어레이 팩터(AF)=(1+z)^n으로 표시되는 다항식의 계수를 사용한다.
즉 상기 행열 구조의 행이 4인 경우는 1:3:3:1로써 분배되며, 열이 7인경우는 1:6:15:20:15:6:1로써 분배된다.
따라서 입체적인 배열소자의 출력분배는 상기 행과 열의 출력분배 상수들의 곱으로 계산하여 분배한다.
입출력 콘낵타(312)는 중계장치(230)와 단일 빔 링크안테나(220)와의 연결 접속 수단이다.
전면 보호 커버(315)는 전파는 투과하며, 눈비와 같은 기상 및 시공자의 외력으로부터 내부 소자(316)의 구조와 특성을 보전하기 위한 보호수단이다.
절연 고정재(311)는 내부판넬(314)과 안테나 구조체(310)간 절연의 상태로 기구적으로 결합시키는 전기적 분리 및 고정수단이다.
상기 서술한 본 발명의 단일 빔 링크안테나를 사용한 중계시스템의 응용은 일 실시 예로서 본 발명의 활용을 제한하고자 한 것이 아니고, 이해를 돕기 위한 설명이란 점에 유의하여야 하고, 단일 빔의 안테나를 서비스 안테나에 적용하는 것과 같이 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상기와 같은 본 발명은 RF 중계시스템에서 송신과 수신안테나간 간섭을 획기적으로 줄임으로 인하여 고 이득의 안정된 중계시스템을 다양한 환경에서 자유롭게 사용할 수 있는 효과가 있다.
특히 RF중계방식은 광,LASER,변파와 같은 여타의 중계방식보다 시설 및 운용유지가 경제적이므로 통신 및 방송 사업자에 대하여 음영지역 개선 및 서비스 확장에 필요한 비용의 부담을 최소화 할 수 있는 경제적인 장점이 있다.
도 1은 종래의 안테나를 이용한 중계시스템의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명 단일 빔 안테나를 사용한 중계시스템을 보인 도면.
도 3은 본 발명 단일 빔 안테나 제조의 일 실시 예를 보인 도면
*** 도면 부호의 간단한 설명 ***
110 : 상위국 120 : 고 이득 링크안테나부
130 : 중계장치 140 : 서비스 안테나
150 : 반사체 121 : 부엽 특성
122 : 후방엽 특성
210 : 상위국
220 : 단일 빔 링크안테나 230 : 중계장치
240 : 서비스 안테나 250 : 반사체
221 : 부엽감소 222 : 후방엽 감소
223 : 송수신이득 감소
310: 안테나 구조체 311: 절연 고정재
312 : 입출력 콘낵타 313 : 출력 분배기
314 : 내부 판넬 315 : 보호 커버
316 : 안테나 소자 317 : 출력 분배 행열
318 : 행 319 : 열
Claims (5)
- 상위국의 무선신호를 링크안테나로 수신하여 중계장치를 통하여 증폭하고 서비스 안테나를 통하여 상기 수신신호를 재 송신하는 중계시스템에 있어서,상기 링크안테나와 서비스안테나 중 적어도 하나는 급수 분배방식의 배열안테나를 사용하여 부엽(side lobe)을 억압하는 것을 특징으로 하는 중계시스템 .
- 제 1항의 있어서, 급수 분배방식의 배열 안테나는다중의 반사판을 사용하여 후방엽(Back Lobe)를 추가로 억압하여 궤환하는 간섭의 양을 최소화하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치
- 제 1항에 있어서, 급수 분배방식의 배열 안테나는안테나 소자간 출력분배를 이항(Binominal)급수 분배 방식을 사용하며, 소자간 거리는 반 파장으로 함을 특징으로 안테나 장치
- 제 1항에 있어서, 급수 분배방식의 배열 안테나는수평과 수직의 행열(Matrix) 형태로 배열하여 입체적인 간섭에 대하여 억압하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치
- . 제 1항에 있어, 급수 분배방식의 배열안테나의 구성은배열 소자의 간격은 수직과 수평간격이 각각 반 파장으로 하며, 상기 배열 소자들은 내부 반사판 판넬에 고정하며, 상기 내부 반사판 판넬은 외장 구조체와 절연체로 고정되며, 상기 외장 구조체 내부에는 상기 소자의 위치에 해당하는 출력을 분배하는 이항급수 출력 분배기 및 입출력 콘낵타 및 전면 보호 커버로 구성됨을 특징으로 하는 안테나 장치.
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| KR1020030074963A KR100586095B1 (ko) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | 단일 빔 패턴의 안테나와 이를 사용한 알 에프 중계시스템 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101433094B1 (ko) * | 2013-02-21 | 2014-08-25 | 호서대학교 산학협력단 | 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법 |
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2003
- 2003-10-27 KR KR1020030074963A patent/KR100586095B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101433094B1 (ko) * | 2013-02-21 | 2014-08-25 | 호서대학교 산학협력단 | 빔형성기가 적용된 중계기 시스템 및 빔 형성기 제어방법 |
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