KR20060095011A

KR20060095011A - 부엽 간섭 제거용 더미 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 안테나

Info

Publication number: KR20060095011A
Application number: KR1020050015847A
Authority: KR
Inventors: 박승모; 윤영찬; 이승엽
Original assignee: 주식회사 마루아트; 윤영찬
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-08-30
Also published as: KR100703932B1

Abstract

본 발명은 무선통신 중계 시스템에서 평면배열 안테나의 간섭 방지용으로 배치되는 패치 복사소자 어레이에 의해 복사되는 부엽들 간에 위상차를 발생시켜 부엽들을 상쇄시킬 수 있는 중계기용 안테나를 제공하는 것으로, 입력되는 전자파를 일정 비율로 분배하기 위한 전력 분배기; 전력 분배기에 의해 분배되는 전자파를 편파로 복사하기 위한 다수의 편파 복사소자; 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 일차적으로 차단하기 위하여, 다수의 편파 복사소자의 후면에 배치되고 모든 측면이 일정 높이로 돌출되어 형성된 제 1 반사판; 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 2차적으로 차단하기 위하여, 제 1 반사판의 외측에 이격되어 배치되고 모든 측면이 일정 높이로 돌출되어 형성된 적어도 하나의 제 2 반사판; 및 다수의 편파 복사소자들에 의해 측방 및 후방으로 복사되는 전자파들의 위상차를 발생시켜 부엽을 상쇄시키기 위하여, 제 2 반사판에 이격되게 배열되어 부착되는 다수의 패치 복사소자를 포함한다.

부엽, 간섭, 방지, 안테나, 위상, 패치, 어레이

Description

부엽 간섭 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 안테나{Repeater antenna for cancelling side lobe interference by patch array}

도 1은 일반적인 무선통신 중계 시스템의 모식도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도.

도 3은 종래의 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도.

도 4는 동일 평면에 수직 및 수평으로 배열된 종래의 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도.

도 5는 본 발명이 적용되는 중계기용 평면배열 안테나의 구성 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부엽 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 도너 안테나의 정면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부엽 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 도너 안테나의 사시도.

도 8은 본 발명의 중계기용 안테나에 적용되는 패치 복사소자의 사시도.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 패치 복사소자 어레이에 의해 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부엽 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 서비스 안테나의 단면도.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도.

도 12는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도.

도 13은 동일 평면에 수직 및 수평으로 배열된 본 발명에 따른 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

500, 600, 700: 안테나 510: 입력 콘넥터

520: 전력 분배기 530: 동축케이블

540: 편파 복사소자 550: 급전선

560-1 내지 560-3: 제 1 내지 제 3 반사판

610: 패치 복사소자 620: 후면안테나 고정판

본 발명은 무선통신 중계 시스템에 적용되는 중계기용 안테나에 관한 것으로서, 특히 평면배열 안테나의 간섭 방지용으로 배치되는 패치 복사소자 어레이에 의해 복사되는 부엽들 간에 위상차를 발생시켜 부엽들을 상쇄시킬 수 있는 중계기용 안테나에 관한 것이다.

현재 국내에서 서비스되고 있는 무선통신 시스템은 800MHz 대역의 셀룰러(Cellular)와 TRS 시스템 그리고 1800MHz 대역의 PCS 등이 있으며, 800MHz 대역이 나 1800MHz 대역의 주파수를 사용하는 무선통신 서비스 사업자가 서로 다르기 때문에, 음영지역에서의 무선통신 서비스를 위한 안테나가 800MHz 대역과 1800MHz 대역에 구분되어 사용되고 있다. 그리고, 국내에서 2000MHz 대역의 주파수를 사용하는 IMT 2000 사업이 시작되면서, 국내에서도 한 무선통신 사업자가 두 개 의 주파수 대역을 동시에 서비스하게 되었다.

이와 같은, 무선통신 시스템에서는 일정 영역의 무선통신 서비스를 관할하는 기지국으로부터 광범위하게 분포되어 있는 사용자들에게 양질의 통신 서비스를 제공하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 중계기용 안테나 및 중계 증폭기들을 통해 이동통신 서비스를 제공하고 있다.

도 1은 일반적인 무선통신 중계 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 이를 참조하여 중계기용 안테나를 통해 무선통신 서비스를 제공하는 방식에 대하여 살펴본다.

도 1에 도시된 바와 같이, 중계기용 안테나(110)는 기지국(120)으로부터 전송된 무선주파수(RF : Radio Frequency)신호를 수신받아 사용자의 휴대 단말기(130)로 전송한다.

이와 같이, 기지국(120)의 무선주파수신호를 중계기용 안테나(110)를 통해 사용자에게 전송함으로써, 사용자가 기지국(120)으로부터 매우 먼 거리에 위치해 있더라도 기지국(120)과 사용자 사이에 널리 설치된 중계기용 안테나(110)들을 통해 양질의 통신 서비스를 제공받을 수 있다.

그리고, 기지국(120)과 중계기용 안테나(110) 간의 거리가 일정거리 이상될 경우 중계기용 안테나(110)와 기지국(120) 사이에는 적어도 하나의 링크(Link) 안테나가 설치된다.

이러한 중계기용 안테나(110)에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

중계기용 안테나(110)는, 기지국(120)이나 상기 링크 안테나로부터 전송된 무선주파수신호를 수신하기 위한 도너 안테나(111)와, 도너 안테나(111)를 통해 수신된 무선주파수신호를 사용자의 휴대 단말기(130)로 전송하기 위한 서비스 안테나(112)와, 도너 안테나(111)를 통해 수신된 무선주파수신호를 증폭시켜 서비스 안테나(112)로 전달하기 위한 RF 중계 증폭기(도시되지 않았음)로 이루어진다.

그리고, 상기 링크 안테나도 중계기용 안테나(110)와 같은 구조로 이루어져 기지국(120)과 중계기용 안테나(110) 간의 무선주파수신호를 중계한다.

이와 같은 종래의 중계기용 안테나의 복사패턴에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도로서, 복사소자가 수직으로 배열된 종래의 중계기용 안테나의 수직 및 수평 복사패턴을 나타낸 것이다. 여기서, 제 1 부엽레벨(First Side Lobe Level)은 -13dB 이하이다.

도면에 도시된 바와 같이, 중계기용 안테나(110)는 사용자의 휴대폰(130)으로 전송하기 위한 주빔(Main Beam)을 복사하고 동시에 주변 건물 등에 의한 반사파의 원인이 되어 간섭이 발생되도록 하는 다수의 부엽(Side Lobe)을 복사한다. 이러한 특성을 갖는 종래의 중계기용 안테나는 부엽을 15dB 이하로 줄이기 위하여 급전 전력의 비율을 차등 입력한다.

도 3은 종래의 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도로서, 복사소자가 수직으로 배열된 종래의 중계기용 안테나의 복사패턴을 2차원적으로 도시한 것이다. 여기서, 수직 및 수평 복사패턴에서 다수의 부엽이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 동일 평면에 수직으로 배열된 종래의 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도로서, 도면 부호 410 및 420은 종래의 중계기용 안테나를 나타낸다.

도 4에서와 같이, 동일 평면 상에 수직 및 수평으로 배열된 안테나(410, 420)들의 경우 부엽 방향이 인접된 안테나와 같은 높이에서 수평으로 형성되므로, 부엽이 주변의 건물이나 물체 등에 전반사 또는 회절이 이루어진다. 이렇게, 부엽이 주변의 건물 등에 수직으로 직접 부딪칠 경우 건물 등에 의한 반사파는 부엽이 복사된 방향의 반대 방향으로 수직되게 반사된다. 이로 인하여, 종래의 중계기용 안테나는 주변 건물 등에 의해 반사되는 전자파의 영향을 받아 부엽에 의한 간섭이 일어나기 쉬었다.

전술한 바와 같은 특성들로 인하여 종래의 중계기용 안테나의 경우 여러 가지 문제점들이 발생되었는데, 이러한 문제점들에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 종래의 중계기용 안테나의 경우, 서비스 안테나(112)로부터 복사된 주빔 및 부엽이 주변의 건물이나 물체 등에 부딪쳐 도너 안테나(111)로 반사되어 안테나 간의 고 격리도가 저하되었을 뿐만 아니라, 서비스 안테나(112)의 복사시 후 방 복사에 의해 고 격리도가 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 도너 안테나(111)와 서비스 안테나(112) 간의 격리도가 상기 RF 중계 증폭기의 증폭이득보다 15dB 이내일 경우, 도너 안테나(111)로 복사된 전자파가 상기 RF 중계 증폭기를 통해 서비스 안테나(112)로 전달되는 미세 발진 및 완전 발진 현상이 일어나는 문제점이 있었다.

한편, 상기 링크 안테나 간의 경우에도 중계기용 안테나(110)에서와 같은 부엽에 의한 간섭으로 미세 발진 현상 및 완전 발진 현상이 일어나는 문제점이 있다.

이와 같이, 중계기용 안테나(110)나 상기 링크 안테나 간에서 부엽 간섭이나 발진이 일어날 경우, 사용자에게 제공되는 통신 서비스의 품질이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무선통신 중계 시스템에서 평면배열 안테나의 부엽 간섭 제거용으로 배치되는 패치 복사소자 어레이에 의해 복사되는 부엽들 간에 위상차를 발생시켜 부엽들을 상쇄시킬 수 있는 중계기용 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 중계기가 아닌 안테나 내에서 패치 복사소자 어레이에 의해 발생되는 위상차를 이용하여 부엽들을 제거함으로써, 도너 안테나와 서비스 안테나 사이에 인접한 두 안테나 간에 발생되는 부엽 간섭 제거 및 중계기 발진을 방지할 수 있는 중계기용 안테나를 제공한다.

본 발명의 또다른 목적은 안테나 내에서 패치 복사소자 어레이에 의해 발생 되는 위상차를 이용하여 부엽들을 제거함으로서, 복사소자들의 종류 및 배열 형태에 관계없이 인접한 안테나들 간에 발생되는 부엽에 의한 간섭을 제거하고 주변의 건물이나 물체 등에 의해 부엽이 반사되어 발생되는 간섭을 제거할 수 있는 중계기용 안테나를 제공한다.

본 발명의 또다른 목적은 무선통신 시스템에서 도너 안테나와 서비스 안테나 사이에 인접한 안테나들 상에 부엽 제거 및 최대치 감소용 패치 복사소자 어레이가 평면 배열된 반사판을 부착시켜 측방 및 후방 복사를 차단함으로써, 측방 및 후방 복사에 의한 간섭을 제거하여 안테나 간의 고 격리도를 6dB 이상 개선할 수 있는 중계기용 안테나를 제공한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신 중계 시스템에서 무선주파수신호를 중계하기 위한 중계기용 안테나에 있어서, 입력되는 전자파를 일정 비율로 분배하기 위한 전력 분배기; 상기 전력 분배기에 의해 분배되는 전자파를 편파로 복사하기 위한 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자; 상기 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 일차적으로 차단하기 위하여, 상기 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자의 후면에 배치되고 모든 측면이 일정 높이 λ/4로 직각(90도) 돌출되어 형성된 제 1 반사판; 상기 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 2차적으로 차단하기 위하여, 상기 제 1 반사판의 외측에 이격되어 배치되고 모든 측면이 일정 높이 λ/4로 직각(90도) 돌출되어 형성된 적어도 하나의 제 2 반사판; 및 상기 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자들에 의해 측방 및 후방으로 복사되는 전자파들의 위상차를 발생시켜 부엽을 상쇄시키기 위하여, 상기 제 2 반사판 상에 λ이내로 이격되게 배열되어 부착되는 다수의 패치 복사소자를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명이 적용되는 중계기용 평면배열 안테나의 구성 단면도이다.

도 5를 참조하면, 평면배열 안테나(500)는, 전자파를 전송하는 외부의 동축케이블에 연결되는 입력 콘넥터(510)와, 입력 콘넥터(510)를 통해 입력되는 전자파를 일정비율로 분배하기 위한 전력 분배기(520)와, 입력 콘넥터(510)를 통해 입력되는 전자파를 전력 분배기(520)로 전달하기 위한 동축케이블(530)과, 전력 분배기(520)에 의해 분배되어 급전되는 전자파를 편파로 복사하기 위한 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들과, 전력 분배기(520)에 의해 분배된 전자파를 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들로 급전시키기 위한 다수의 급전선(550)들과, 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들로부터 복사되는 편파가 후방으로 복사되는 것을 차단하고 전방으로 복사되도록 하기 위한 제 1 내지 제 3 반사판(560-1 내지 560-3)들을 구비한다.

여기서, 제 1 내지 3 반사판(560-1 내지 560-3)은 전기가 잘 전도되는 전도도가 알루이늄 이상인 금속으로 이루어져, 전자파가 후방으로 복사되는 것을 차단하고 전방으로 복사되도록 한다.

제 1 반사판(560-1) 상에는 nxn 배열 단위로 배열된 n개의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들이 nxn 배열 단위로 배열된다. 여기서, n은 복사소자 어레이 수이다.

제 2 반사판(560-2)은 제 1 반사판(560-1)의 외측에 일정 높이 λ/4 내지 λ/2 이내로 돌출되어 형성된 제 1 반사판(560-1)을 통해 후방으로 복사되는 전자파의 후방복사를 2차적으로 차단한다.

제 3 반사판(560-3)은 제 2 경사반사판(560-2)의 외측에 λ/4이내로 이격되게 부착되어 제 1 및 제 2 경사반사판(560-1, 560-2)을 통해 후방으로 복사되는 전자파의 후방복사를 3차적으로 차단한다. 이러한 제 1 내지 3 반사판(560-1 내지 560-3)은 부엽 복사, 반사, 회절, 위상차 발생 제거 기능이 있다.

그러나, 전자파의 후방 복사를 차단하기 위한 반사판의 수는 3개로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 안테나를 구현함에 있어 반사판의 수는 조절될 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명이 적용되는 평면배열 안테나는, 입사 전자파를 편파로 복사하는 n개의 선형 또는 원형 편파 복사소자들이 nxn 배열 단위로 배열되되, 배열 형태가 하나의 형태로 고정되지 않고 다양한 형태로 배열될 수 있다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 부엽제거용 평면배열 안테나에 패치 복사소자 어레이를 부착시킨 본 발명에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부엽 간섭 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 도너 안테나의 정면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부엽 간섭 제거용 패치 복사소자 어레이를 이용한 중계기용 도너 안테나의 사시도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중계기용 도너 안테나(600)는, 급전되는 전자파를 편파로 복사하기 위한 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들과, 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 차단하고 전방으로 복사되도록 하기 위한 제 1 내지 제 3 반사판(560-1 내지 560-3)들과, 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들에 의해 측방 및 후방으로 복사되는 전자파들의 위상차를 발생시켜 부엽을 제거하기 위하여, 제 3 경사반사판(560-3)에 평면배열(Array)되어 부착되는 다수의 패치 복사소자(610)들을 구비한다.

본 발명의 중계기용 도너 안테나(600)는, 제 1 내지 제 3 경사반사판(560-1 내지 560-3)의 후면측에 이격되어 배치되는 후면안테나 고정판(620)을 더 구비할 수 있다. 또한, 중계기용 안테나(600)는 제 1 내지 제 3 경사반사판(560-1 내지 560-3)들 이외에 적어도 하나 이상의 다른 반사판을 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 제 2 경사반사판을 없앨 수도 있다.

그리고, 도 5에서와 같이 본 발명의 중계기용 도너 안테나(600)도 입력 콘넥터(510), 전력 분배기(520), 동축케이블(530), 그리고 다수의 급전선(550)들을 구비하고 있지만, 도 6 및 도 7에서는 본 발명의 특징인 패치 복사소자 평면 어레이의 보다 상세한 이해를 돕기 위해 생략하였다.

제 1 반사판(560-1) 상에는 nxn 배열 단위로 배열된 n개의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들이 nxn 배열 단위로 배열되며, 이러한 제 1 반사판(560-1)은 도면에서와 같이 사각형으로 구현될 수 있다. 이러한 제 1 반사판(560-1)은 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들의 외측의 수직 사각면이 일정 높이로 돌출되며, 돌출된 부분은 전자파의 측면 복사를 차단하는 역할을 한다.

제 2 경사반사판(560-2)은 제 1 반사판(560-1)의 외측에 일정 높이로 돌출되어 형성된 4개의 반사면들을 갖으며, 이러한 제 2 반사판(560-2)은 제 1 경사반사판(560-1)을 통해 후방으로 복사되는 전자파의 후방복사를 2차적으로 차단한다.

제 3 경사반사판(560-3)은 제 1 및 제 2 반사판(560-1, 560-2)의 외측에 일정 높이 λ/4 내지 λ/2로 경사(30도 내지 60도) 돌출되어 형성되되, 제 1 및 제 2 반사판(560-1, 560-2)과 달리 4개의 경사반사면을 갖고 이 4개의 경사반사면들은 서로 인접한 반사면과 접촉되어 경사면 사각형을 이룬다. 이러한 제 3 반사판(560-3) 상에는 다수의 패치 복사소자(610)들이 부착되기 때문에, 제 3 반사판(560-3)의 반사면들은 일정 각도(30도 내지 60도) 경사지게 형성된다. 이렇게 경사지게 형성된 제 3 경사반사판(560-3)의 반사면들 상에 다수의 패치 복사소자(610)들이 부착되되, 각 반사면 상에는 n개의 패치 복사소자(610)가 상기 선형 또는 원형 편파 복사소자와 나란히 일정 간격으로 이격되어 일렬되게 부엽 발생 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.

후면고정판(620)은 제 1 내지 제 3 경사반사판(560-1 내지 560-3)의 후면에 이격되게 부착되며, 후면고정판(620)은 지지대(미도시)들을 통해 제 1 내지 제 3 반사판(560-1 내지 560-3)들과 연결될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 다수의 패치 복사소자(610)들이 제 3 반사판(560-3)에 배열되어 부착되는 것으로 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 제 2 반사판(560-2)이나 후면고정판(620)에도 부착될 수도 있으며, 만일 도면에 도시된 제 1 내지 제 3 반사판(560-1 내지 560-3)과 후면고정판(620) 이외에 다른 반사판이 적어도 하나 이상 중계기용 안테나(600)에 부착되는 경우 다수의 패치 복사소자(610)들은 상기 다른 반사판에 부착될 수도 있다. 이러한 경우 상기 패치 복사소자 어레이가 부착되는 반사판은 제 3 반사판(560-3)과 같이 일정 각도(30도 내지 60도 이내) 경사지게 형성되는 것이 바람직할 것이다.

전술한 바와 같이 제 3 반사판(560-3) 상에 배열되어 부착되는 다수의 패치 복사소자(610)들은 각각 도 8에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 물론, 다른 형태로 구성될 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 패치 복사소자(610)는, 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들로부터 복사되는 부엽 전자파를 측방향으로 위상차발생 및 반사 급전시키기 위한 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사 급전판(610-1, 610-2)들과, 다수의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들로부터 복사되는 전자파를 전방향으로 복사시키기 위한 패치 반사판(610-3)과, 패치 복사소자(610)를 제 3 반사판(560-3) 상에 고정시키기 위한 제 1 또는 제 2 고정판(610-4, 610-5)을 구비한다.

여기서, 제 1 또는 제 2 고정판(610-4, 610-5)에는 각각 나사볼리벳(h1, h2)들이 형성되는데, 이 나사볼리벳(h1, h2)들은 나사볼리벳(미도시)을 고정시키기 위 한 것이다. 즉, 제 1 또는 제 2 고정판(610-4, 610-5)들은 패치 반사판(610-3) 상에 고정된다. 다른 방법으로 간단히 설명하면, 본딩(Bonding)이나 도전성 접착제를 이용한 접착 방식 등에 의해서도 패치 반사판(610-3)에 고정될 수 있다.

제 1 또는 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)은 2개의 면을 갖고 경사반사판(560-3)과 직각을 이룬다. 이러한 제 1 또는 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)의 2개의 면들 중에 하단면은 각각 제 1 또는 제 2 고정판(610-4, 610-5)의 일측면에 접촉되고, 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)의 2개의 면들 중에 상단면은 패치 반사판(610-3)에 접촉된다.

패치 반사판(610-3)은 λ/4 길이 폭으로 이루어진 4개의 면을 갖는 사각형으로 형성되며, 상기 4개의 면 중에 인접한 두 개의 면들은 각각 제 1 또는 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)의 상단면에 접촉된다. 이렇게 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)과 접촉된 패치 반사판(610-3)은 제 3 반사판(560-3)과 수평을 이룬다. 또한, 패치 복사소자는 원형 편파로 구성할 수도 있다.

제 1 또는 제 2 고정판(610-4, 610-5)들도 각각 2개의 접촉면으로 형성된다. 이렇게 형성된 제 1 고정판(610-4)의 접촉면이 제 1 위상차발생 및 반사급전판(610-1)의 하단면과 접촉되고, 또한 제 2 고정판(610-5)의 접촉면이 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-2)의 하단면과 접촉된다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 패치 복사소자 어레이에 의해 측방 및 후방으로 복사되는 전자파가 소멸되는 원리에 대해 도 9a 및 도 9b를 참조하여 상 세하게 설명한다.

도 9a는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 패치 복사소자 어레이에 의해 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시도로서, 패치 복사소자 어레이의 패치 반사판(610-3)들에 의해 양방향으로 복사되는 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시 도면이다. 단, 다수의 패치 복사소자(610)들은 일정 간격으로 배치되되, 각 패치 복사소자 간의 거리는 0.5λ 내지 1λ인 것을 특징으로 한다.

제 3 경사반사판(560-3) 상에 이격되어 배치된 다수의 패치 복사소자 어레이에 의해 전자파가 전방향으로 복사되는 경우 전자파가 양방향으로 위상차를 갖고 반사 및 복사되기 때문에, 다수의 패치 복사소자(610)들에 의해 전방향으로 복사되는 전자파들 간에는 위상차가 발생되며, 이렇게 서로다른 반대 위상을 갖는 전자파들은 도 9a에서와 같이 공간 상의 한 지점에서 서로 마주친다. 도 9a에서와 같이, 상쇄점(180도 위상차가 되는 지점)에서 마주치는 전자파들은 서로다른 반대 위상을 갖기 때문에 상쇄되어 소멸 감소된다.

도 9b는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 패치 복사소자 어레이에 의해 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시도로서, 패치 복사소자(610)의 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판(610-1, 610-2)에 의해 양측방향으로 반사 및 복사되는 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시 도면이다.

제 3 반사판(560-3) 상에 λ/16 내지 λ/2 이내의 높이로 이격되어 배치된 다수의 패치 복사소자(610)들에 의해 전자파가 측방향으로 복사되는 경우 전자파가 사방으로 반사 및 복사되기 때문에, 다수의 패치 복사소자(610)들에 의해 측방향으 로 반사되는 전자파들 간에는 위상차가 발생되며, 이렇게 서로다른 위상을 갖는 전자파들은 도 9a에서와 같이 공간 상의 한 지점에서 서로 마주친다. 도 9a 및 도 9b에서와 같이, 상쇄점(180도 위상차가 나는 점)에서 마주치는 전자파들은 서로다른 위상을 갖기 때문에 상쇄되어 소멸 감소된다.

도 9c는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 패치 복사소자 어레이에 의해 부엽이 제거되는 원리를 설명하기 위한 예시도로서, 패치 복사소자(610)의 패치 반사판(610-3)에 의해 측면 전자파가 양방향으로 분산 및 회절되는 특성을 나타낸 것이다. 도면에서와 같이 측면 전자파가 복사 및 회절 되는 경우 1/2 이상 감소가 발생된다.

한편, 전술한 바와같은 특성을 갖는 본 발명의 중계기용 도너 안테나는 레이돔과 같은 보호 덮개 등에 의해 덮혀서 외부에 설치된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 간섭 방지용 패치 복사소자 어레이를 이용한 안테나의 단면도로서, 본 발명의 기술사상을 확대 적용한 중계용 서비스 안테나를 나타낸 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 중계용 서비스 안테나(700)는, 일렬로 배치된 n개의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들과, n개의 선형 또는 원형 편파 복사소자(540)들의 외측에 배치되는 다수의 패치 복사소자(610)들을 구비한다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 1차원 복사패턴의 특성도이다.

도 11a 및 도 11b와 도 2a 및 도 2b에 비교 도시된 바와 같이, 본 발명에서 처럼 패치 복사소자 어레이를 이용하여 부엽 간섭을 제거할 경우 복사 패턴이 종래의 중계기용 안테나에 비해 6dB 이상 개선된다.

도 12는 본 발명에 따른 중계기용 안테나의 2차원 복사패턴의 특성도이다.

도 13은 동일 평면에 수직 및 수평으로 배열된 본 발명에 따른 중계기용 안테나 사이의 복사패턴의 특성도이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 무선통신 중계 시스템에서 중계기용 도너 안테나 및 서비스 안테나 등으로 사용되는 평면배열 안테나의 간섭 제거용으로 배치되는 패치 복사소자 어레이에 의해 복사되는 부엽들 간에 위상차를 발생시켜 부엽들을 안테나 내에서 상쇄시킴으로써, 간단한 방식으로 안테나가 고 격리도를 확보할 수 있고, 복사소자들의 종류 및 배열 형태에 관계없이 인접한 안테나들 간에 발생되는 부엽에 의한 간섭을 제거하고, 지상 RF 무선 중계기 도심 설치 사용시의 기술적 제약 조건이 해소되며, 이로 인해 이동통신 사업자 및 소비자들에게 고품질의 통신 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다. 향후 시상 유선 중계기의 비중을 대폭 줄일 수 있으며, 경제성도 기대된다.

Claims

무선통신 중계 시스템에서 무선주파수신호를 중계하기 위한 중계기용 안테나에 있어서,

입력되는 전자파를 일정 비율로 분배하기 위한 전력 분배기;

상기 전력 분배기에 의해 분배되는 전자파를 편파로 복사하기 위한 다수의 편파 복사소자;

상기 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 일차적으로 차단하기 위하여, 상기 다수의 편파 복사소자의 후면에 배치되고 모든 측면이 일정 높이로 돌출되어 형성된 제 1 반사판;

상기 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 편파가 측방 및 후방으로 복사되는 것을 2차적으로 차단하기 위하여, 상기 제 1 반사판의 외측에 이격되어 배치되고 모든 측면이 일정 높이로 돌출되어 형성된 적어도 하나의 제 2 반사판; 및

상기 다수의 편파 복사소자들에 의해 측방 및 후방으로 복사되는 전자파들의 위상차를 발생시켜 부엽을 상쇄시키기 위하여, 상기 제 2 반사판 상에 일정 간격으로 이격되어 배열되는 다수의 패치 복사소자

를 포함하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 반사판은 상기 제 1 반사판의 외측에 λ/4 내지 λ/2 이내의 높이 로 돌출되어 형성된 4개의 반사면들을 갖으며, 상기 4개의 반사면들은 각각 서로 인접한 반사면과 접촉되어 사각형을 이루고, 상기 4개의 반사면들은 30도 내지 60도 이내의 각도만큼 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 4개의 반사면 상에는 각각 상기 패치 복사소자가 상기 다수의 편파 복사소자 배열 방향으로 λ 이내로 이격되어 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패치 복사소자는,

상기 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 전자파를 측방향으로 복사시키기 위한 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판;

상기 다수의 편파 복사소자들로부터 복사되는 전자파를 양방향으로 반사 및 회절시키기 위한 패치 반사판; 및

상기 패치 복사소자를 상기 제 2 반사판 상에 고정시키기 위한 제 1 및 제 2 고정판

을 포함하는 중계기용 안테나.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판은 2개의 면을 갖고 상기 제 2 위상차발생 및 반사급전판과 직각을 이루며, 상기 2개의 면들 중에 하단면은 상기 제 1 및 제 2 고정판의 일측면에 접촉되고, 상기 2개의 면들 중에 상단면은 상기 패치 반사판에 접촉되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판은 상기 패치 반사판과 직각을 이루고 있는 상태에서 두개의 측단면을 갖는데, 상기 두개의 측단면들 중에 하나의 측단면이 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 5 항에 있어서,

상기 패치 반사판은 λ/4 길이 폭으로 이루어진 4개의 면을 갖는 사각형으로 형성되며, 상기 4개의 면 중에 인접한 두 개의 면들은 각각 상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판의 상단면에 절곡되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판과 급전된 상기 패치 반사판은 상기 제 2 반사판과 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 고정판은 각각 4개의 면을 갖으며, 상기 2개의 면들 중에 하나의 면이 상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판의 하단면과 급전되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판에는 각각 홀이 형성되며, 상기 홀을 통해 관통되는 나사에 의해 상기 제 1 및 제 2 고정판이 상기 제 2 반사판에 상기 편파 복사소자 어레이 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차발생 및 반사급전판은 도전성 본딩에 의해 상기 경사반사판에 고정되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

원형 편파 복사소자들에 복사소자로 구성하고, 제 1 및 제 2 위상차를 λ/4(90도) 차이가 나게 구성하는 원형 편파 패치 복사소자로 구성하게 상기 제 2 반사판에 고정하는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 편파 복사소자는 선형 편파인 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 편파 복사소자는 원형 편파인 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 반사판은 모든 측면이 일정 높이 λ/4로 수직 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 패치 복사소자는 상기 제 2 반사판 상에 λ이내로 이격되게 배열되는 것을 특징으로 하는 중계기용 안테나.