KR20060114317A - 수직 전기 다운틸트 안테나 - Google Patents

수직 전기 다운틸트 안테나 Download PDF

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KR20060114317A
KR20060114317A KR1020067001236A KR20067001236A KR20060114317A KR 20060114317 A KR20060114317 A KR 20060114317A KR 1020067001236 A KR1020067001236 A KR 1020067001236A KR 20067001236 A KR20067001236 A KR 20067001236A KR 20060114317 A KR20060114317 A KR 20060114317A
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array
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도날드 엘. 룬욘
제임스 시. 카손
다린 엠. 자노쉬카
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이엠에스테크놀러지스,인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 수직 전기 다운틸트 안테나에 관한 것으로서, 이중편파 무선 기지국 안테나는 가변 전력분배기와 다중-빔 빔형성 네트워크를 포함하는 빔 스티어링 회로를 사용하여 수직 전기 다운틸트와 사이드로브 축소를 실행하며, 가변 전력분배기는 입력 전압신호를 가변 전력분배기를 통한 매치된 위상과 일정 위상 지연을 표시하는 한쌍의 상보 진폭 전압 구동신호로 분할하도록 단일의 조정가능한 제어소자를 포함하며, 빔형성 네트워크는 사이드로브 축소를 실행하는 방식으로 서브-어레이내로 조직된 수직 칼럼내에 안테나 소자를 지지하는 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 마이크로스트립 모듈로서 구성되며, 배전 네트워크는 전송매체 트레이스 길이 조정을 통해 실행된 코디네이트된 위상 시프팅을 통해 빔 틸트 바이어스와 사이드로브 축소를 실행하는 안테나 소자에 빔 스티어링 네트워크를 접속하는 것을 특징으로 한다.

Description

수직 전기 다운틸트 안테나{VERTICAL ELECTRICAL DOWNTILT ANTENNA}
이 출원은 2002년 11월 8일에 출원된 발명의 명칭 "가변 전력분배기"의 미국특허출원 제10/290,838호; 2002년 8월 23일에 출원된 발명의 명칭 "마이크로스트립 위상 시프터"의 미국특허출원 제10/226,641호; 2003년 7월 18일에 출원된 발명의 명칭 "양면 에지-장착 스플라인 신호 처리 모듈 및 모듈러 네트워크"의 미국특허출원 제10/623,382호를 참조로 편입하였다.
본 발명은 무선 기지국 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 가변 전력분배기, 수직 전기 다운틸트 및 사이드로브 축소를 실행하기 위한 다중-빔 빔형성 네트워크를 포함하는 빔 스티어링 회로를 사용하는 안테나에 관한 것이다. 이중편파 안테나일 수 있는 안테나는 빔 틸트 바이어스를 실행하고 또한 사이드로브 축소를 실행하는 배전 네트워크를 또한 포함한다.
무선 기지국 안테나에 대한 요구는 높은 가격과 성능 경쟁이다. 이 이유로, 무선 기지국 안테나로서 사용하기에 적합한 기능을 갖고, 소망의 초기 및 수명 가격 특성을 나타내는 안테나를 개발하는 것이 이롭다. 동시에, 표준 안테나 설계가 포텐셜 안테나 사이트의 넓은 범위 및 성능특성을 위해 사용될 수 있도록 조작 유연성의 상당한 범위를 갖는 안테나를 공급하는 것이 바람직하다.
특히, 조정가능한 다운틸트와 사이드로브 최소화는 무선 기지국 안테나에 대한 소망 특성이다. 조정가능한 다운틸트를 실행하기 위한 종래의 방법은 수동 또는 동력작동 브라켓 조정에 의지하는 기계식 다운틸트 조정이다. 선택적으로, 종래의 전기 다운틸트 시스템은 전형적으로 다중 빔 스티어링 위상 시프터에 의존한다. 이들 기술은 실행에 비용이 많이 든다. 또한, 사이드로브 최소화는 비교적 복잡한 안테나 소자 공간, 배전 및 위상 제어 구성을 통해 달성되었다. 이들 기술은 또한 실행에 비용이 많이 든다.
따라서, 무선 기지국 안테나를 위한 빔 틸트와 사이드로브 최소화를 실행하기 위한 보다 저가의 시스템이 진행중에 있다.
본 발명은 수직 전기 틸트와 사이드로브 최소화를 실행하는 무선 기지국 안테나로서 사용하기에 적합한 안테나로 전술한 필요성을 충족시킨다. 안테나는 가변 전력분배기와 다중-빔 빔형성 네트워크를 포함하는 다중 소자 어레이와 빔 스티어링 회로(beam steering circuit)를 포함한다. 또한, 안테나는 빔 스티어링 회로의 출력을 안테나 어레이의 개개의 소자에 접속시키는 배전 네트워크(power distribution network)를 포함한다. 가변 전력분배기는 입력 전압신호를 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 한 쌍의 상보 진폭 전력 구동신호로 분할하기 위한 단일의 조정가능한 제어 소자를 채용할 수 있다. 또한, 전압 구동신호는 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 가변 전력분배기를 통한 매치된 위상과 일정한 위상 지연을 표시할 수 있다. 이 구성은 다중 위상 시프터 또는 기계식 브라켓 조정시스템의 필요 없이 전기 틸트(electrical tilt)를 제어하기 위한 전압 구동신호를 생성한다.
전압 구동신호는 각각이 각 전압 구동신호와 관련된 빔 성분을 전형적으로 포함하는 다수의 빔 구동신호를 생성하는 다중-빔 빔형성 네트워크를 위한 입력 신호로서 사용된다. 각 빔 구동신호는 하나 이상의 안테나 소자를 포함하는 서브-어레이(sub-array)를 차례로 구동한다. 그 결과, 안테나로부터 방출된 빔은 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 지향성 틸트를 표시한다. 이 형태의 합성 빔은 다중 성분 빔의 중량 변경에 따른 방향으로 변화되며, 동일 수의 조정가능한 제어 소자를 갖는 종래의 위상 제어를 통해 조향된 단일-성분 빔 보다 낮은 사이드로브(sidelobe)를 표시한다.
안테나는 수직 칼럼내에서 일정간격으로 떨어지고, 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 조직된 안테나 소자의 어레이를 포함한다. 또한, 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 사이드로브 방출을 감소시키는 목적을 위해 상기 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수보다 더 많을 수 있다. 또한, 배전 네트워크는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 하나 이상의 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 외부 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭의 소망 블러링(blurrng)을 얻도록 구성될 수 있다.
또한, 빔형성 네트워크는 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 안테나 소자를 소지하는 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈(double-sided, edge-connected module)로서 구성될 수 있다. 이 구성은 모듈러 양면 에지-접속 구성 기술과 관련된 비용 및 유연성의 이점을 생성한다. 전술한 다양한 특징은 적용 범위와 성능특징에 적합한 특징과 이점을 구비한 안테나를 제공하기 위한 다른 조합 및 치환에 포함될 수 있다.
본 발명은 조준방향(boresight direction)을 규정하는 안테나 소자의 어레이를 포함하는 안테나 시스템으로서 실행된다. 안테나는 입력 전압신호를 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 한 쌍의 상보 진폭 전압으로 분할하기 위해 단일 조정가능한 제어소자를 사용하는 가변 전력분배기를 포함한다. 전압 구동신호는 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 가변 전력분배기를 통해 매치된 위상과 일정한 위상 지연을 표시하며, 각 전압 구동신호와 관련된 빔 성분을 포함하는 다수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크를 공급한다. 배전 네트워크는 각 빔 구동신호를 하나 이상의 관련된 안테나 소자로 인도하며, 빔 구동신호는 전압 진폭 범위의 변경에 따른 틸트 범위내에서 변화하는 조준방향에 대한 지향성 틸트를 나타내는 빔을 방출하도록 안테나 소자를 구동한다.
또한, 안테나는 전압 진폭 분할을 조정하여 빔의 지향성 틸트를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터와 같은 다수의 추가적 특징으로 포함한다. 또한, 안테나는 틸트 범위의 소망의 틸트 바이어스(tilt bias)를 일으키기 위해 안테나 소자로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하는 배전 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 안테나는 틸트 바이어스를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 바이어스 액추에이터(field adjustable tilt direction actuator) 및 상기 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터 및/또는 필드 조정가능한 틸트 바이어스 액츄에이터를 제어하기 위한 원격 제어기를 포함할 수 있다.
안테나 소자는 전형적으로 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 조직되며, 각 빔 구동신호는 관련된 안테나 서브-어레이를 구동한다. 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 상기 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수보다 더 많을 수 있다. 특정 구성에 있어서, 외부 서브-어레이의 수는 2개, 내부 서브-어레이의 수는 2개, 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개 및 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 2개일 수 있다. 다른 특징적 구성에 있어서, 외부 서브-어레이의 수는 2개, 내부 서브-어레이의 수는 2개, 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 5개 및 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개일 수 있다.
또 다른 특정 구성에 있어서, 배전 네크워크는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 하나 이상의 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 외부 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭의 소망 블러링을 얻는다. 이 변형에 있어서, 외부 서브-어레이의 수는 2개, 내부 서브-어레이의 수는 2개, 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개 및 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개일 수 있다. 선택적으로, 외부 서브-어레이의 수는 2개, 내부 서브-어레이의 수는 2개, 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개 및 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개일 수 있다.
빔형성 네트워크(beam forming network)는 전형적으로 2 x 4 직교 빔형성 네트워크 또는 4 x 4 벌터(Butler) 매트릭스로서 실행될 수 있다. 또한, 각 안테나 소자는 이중편파(dual polarization) 안테나 소자일 수 있으며, 안테나 시스템은 유사한 가변 전력분배기, 빔형성 네트워크 및 각 편파를 위한 배전 네트워크를 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터는 코디네이트된 방식에서의 양 극성을 위한 빔 틸트를 조정하기 위해 서로 기계적으로 링크될 수 있다. 또한, 배전 네트워크는 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 각 극성을 위한 틸트 범위의 소망의 틸트 바이어스를 얻는다. 이 경우에 있어서, 안테나 시스템은 또한 코디네이트된 방식에서의 양 극성을 위한 틸트 바이어스를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터를 포함할 수 있다.
안테나는 전형적으로 조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 구획하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 포함한다. 또한, 주 패널은 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며, 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할된다. 또한 빔형성 네트워크는 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성될 수 있다.
전술한 설계 구성성분은 무선 기지국 용도 및 성능특성의 범위에 적합한 다른 특징을 구비한 다수의 다른 수직 전기 다운틸트 안테나를 창조하기 위해 조합될 수 있다. 전술한 특징은 특정 용도를 위한 다른 조합 및 적절한 치환에서 실행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 본 발명은 넓은 범위의 용도 및 성능특성을 위해 비용 효율이 높은 선택을 제공하도록 기본 필요에 따라 혼합 및 매치될 수 있는 다수의 안테나 특성을 제공하는 것을 예상한다. 따라서, 본 발명은 특성의 어떤 조합에 한정되지 않는다.
전술한 관점에 있어서, 본 발명은 안테나 다운틸트 및 사이드로브 축소를 실행하기 위한 종래 방법의 결함을 피하는 것이 인정될 것이다. 안테나 다운틸트와 사이드로브 축소를 실행하기 위한 특정 기술 및 구조에 의해 전술한 이점을 달성하며, 실시예의 상세한 설명 및 첨부한 도면 및 청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은 무선 기지국 안테나로서 전개된 원격제어 수직 전기 다운틸트 안테나의 블록도,
도 2는 조정가능한 틸트 바이어스를 구비한 수직 전기 다운틸트 안테나를 도시하는 도면,
도 3은 수직 전기 다운틸트 안테나의 기능적 블록도,
도 4는 가변 전기 다운틸트 안테나에서 사용하기 위한 가변 전력분배기의 개략도,
도 5A는 가변 전기 다운틸트 안테나에 사용하기 위한 빔형성 네트워크의 전기 개략도,
도 5B는 빔형성 네트워크에 대한 양면 에지-장착 모듈 설계의 사시도,
도 5C는 양면 에지-장착 빔형성 네트워크 모듈의 제 1 전송매체회로의 측면 도,
도 5D는 양면 에지-장착 빔형성 네트워크 모듈의 제 2 전송매체회로의 측면도,
도 6A는 12개 소자 안테나 어레이에 대한 배전 네트워크의 개념도,
도 6B는 16개 소자 안테나 어레이에 대한 배전 네트워크의 개념도,
도 7A는 내부 서브-어레이보다 더 많은 안테나 소자를 갖는 외부 서브-어레이를 포함하는 12개 소자 안테나에 대한 배전 네트워크의 개념도,
도 7B는 내부 서브-어레이보다 더 많은 안테나 소자를 갖는 외부 서브-어레이를 포함하는 16개 소자 안테나에 대한 배전 네트워크의 개념도,
도 8은 수직 전기 다운틸트 안테나의 확대사시도,
도 9는 수직 전기 다운틸트 안테나에 대한 주 패널의 정면도,
도 10은 안테나 배면의 일부에 부착된 빔 스티어링 회로의 상부면의 사시도, 및
도 11은 안테나 배면의 일부에 부착된 빔 스티어링 회로의 하부면의 사시도이다.
본 발명은 수직 전기 다운틸트를 실행하기 위한 다수의 안테나 및 무선 기지국 안테나 시스템에 대한 사이드로브 축소로 구현될 수 있다. 이들 안테나 시스템은 무선 기지국 안테나로서 전개시키기 위해 설계되지만, 본 발명의 다양한 특징은 다른 용도, 예를 들면 위성통신시스템, 군사용 레이더, 군사용 통신시스템 및 어떤 다른 빔 스티어링 용도에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 용도는 여러가지에 대한 도움, 잠재적으로 더욱 정교함, 및 빔 스티어링과 사이드로브 축소 접근에 다른 비용과 성능 고려를 제시할 수 있다. 또한, 많은 추가적 안테나 특징은 후술하는 안테나 특징과 관련하여 실행될 수 있다. 그러나, 이들 변형의 각각은 추가적인 비용과 시스템을 복잡하게 만든다. 따라서, 후술하는 바람직한 실시예는 많은 무선 기지국 용도에 대해 가장 기술적이고 경제적으로 실행할 수 있는 수직 전기 다운틸트 안테나를 구현할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
특히, 후술하는 특정 안테나 실시예는 안테나 소자의 단일 수직 칼럼을 갖는 이중편파 패널 안테나이다. 이 구성을 위해, 빔 틸팅 장치(beam tilting equipment)는 무선 기지국 용도에 가장 바람직한 하향 틸트 바이어스(downward tilt bias)를 갖는 가변 빔 다운틸트를 달성한다. 그러나, 틸트 배향은 방위 또는 어떤 다른 소망의 틸트면으로 쉽게 변형될 수 있다. 또한, 안테나 소자는 이중편파일 필요는 없으며, 단일 수직 칼럼내로 편성될 필요는 없다. 예를 들면, 안테나 소자 공간 구성은 다중 수직 칼럼, 하나 이상의 열 또는 소망에 따라 다른 어떤 공간을 포함할 수 있다. 그러나, 다시 무선 기지국 용도에 대한 수직 전기 다운틸트 안테나를 위한 가장 기술적이고 경제적으로 실행할 수 있는 이중편파 안테나 소자의 단일 수직 칼럼을 갖는 패널 안테나가 현재 고려되고 있다.
또한, 후술하는 특정 안테나 구현은 가변 전력분배기, 빔형성 네트워크 및 배전 네트워크내에 실행된 유익한 설계 특징을 포함한다. 이들 설계 특징은 특정 용도 및 성능에 적합하도록 다양한 조합 및 치환으로 제공될 수 있다.
도면을 참조하면, 전체 도면을 통해 유사한 구성요소에는 동일 참조부호를 병기하며, 도 1은 무선 기지국 안테나로서 전개된 무선제어 수직 전기 다운틸트 안테나(10)의 블록도이다. 이 안테나는 안테나에 의해 방출된 빔(12)의 수직 전기 다운틸트(vertical electrical downtilt)를 실행하도록 설치된다. 특히, 전형적으로 폴(14), 타워, 빌딩 또는 다른 적절한 지지구조체에 장착된 안테나(10)는 다수의 안테나 소자를 지지하는 직립 패널을 포함한다. 이들 안테나 소자는 단계적인 안테나 소자에 의해 방출될 때 빔의 자연 전파 방향인 조준방향(boresight direction)(15)으로 빔(12)을 방출한다. 도 1 및 2에 도시된 특정 예에 있어서, 안테나(10)는 일반적으로 수평 조준방향이 얻어지는 수직으로 배향된 그의 주 패널에 장착되어 있다. 이는 전형적으로 무선 기지국 안테나의 장착 구성이다.
수평 조준방향(15)으로부터, 어떤 메카니즘은 전형적으로 지평선을 향해 하향으로 빔(12)을 지시하도록 제공된다. 또한, 빔이 적절한 강도로 수신되는 소망의 지리적 영역쪽을 가리키도록 조정가능한 빔 다운틸트를 구비하고 이 지리적 영역을 지난 영역으로의 신호의 전송을 차별하는 것이 바람직하다. 안테나(10)는 상반되며, 조작의 수신모드에서의 안테나의 특성은 조작 주파수대역에 있어서 각 주파수에서의 송신모드에 관해서는 동일하다. 안테나(10)는 2개의 경계 빔 지시방향(pointing direction), Θ1 및 Θ2 사이로 연장하는 범위 Θr내로 조정가능한 빔 다운틸트를 실행하도록 구성된다. 또한 틸트 범위 Θr는 전형적으로 조준방향으로부터 하향으로 바이어스된다. 예를 들면, 틸트 범위(tilt range)는 수평으로부터 1 내지 5도, 및 수평으로부터의 2 내지 7도인 틸트 범위는 12개 이상의 방사 소자를 갖는 안테나 어레이에 대해 전형적인 것이다. 그러나, 틸트 바이어스(tilt bias)의 선택과 틸트 범위는 용도에 따라 변경될 수 있다.
또한, 틸트 바이어스는 고정 또는 조정가능할 수 있다. 도 2는 안테나(10)에 대한 3개의 틸트 바이어스 각도를 도시하는 것에 의해 선택적으로 조정가능한 틸트 바이어스를 도시한다. 조정가능한 틸트 바이어스를 구비한 안테나에 대해, 이 파라미터는 수동 또는 기계적으로 변경될 수 있으며, 또한 국부적 또는 원격적으로 제어될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 조정가능한 틸트 범위내의 빔 틸트 바이어스와 틸트 각도는 다수의 다른 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 제어 노브(control knob)가 안테나(10)상에, 전형적으로 주 패널의 후방에 위치될 수 있다. 그러나, 빔 틸트를 조정하기 위해 폴(14)을 오르는 것은 불편할 수 있다. 따라서, 국부 제어기(16)가 예를 들면 폴의 베이스 또는 베이스 트랜시버 스테이션(18)(BTS)과 같은 적절한 위치에 위치될 수 있다. 이 경우에 있어서, 서보 또는 스태퍼 모터와 같은 모터는 국부 제어기(16)로부터의 신호를 제어하는 것에 따라 틸트 제어를 구동한다. 전형적으로 모터는 안테나(10)의 주 패널의 후방에 장착되어 있지만 다른 어떤 적절한 위치에 위치될 수 있다. 또한, 원격 제어기(20)가 빔 틸트를 원격 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 원격 제어기(20)는 전형적으로 전화선(22) 또는 다른 적절한 통신시스템에 의해 국부 제어기(16)에 접속될 수 있다. 국부 및 원격 제어기는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 바와 같 은 어떤 적절한 제어장치일 수 있다.
도 3은 가변 전력분배기(30)와 다중-빔 빔형성 네트워크(40)를 포함하는 빔 스티어링 회로를 포함하는 안테나(10)의 기능 블록도이다. 가변 전력분배기(30)는 다중-빔 빔형성 네트워크(40)(BFN)에 입력을 제공하는 2개의 상보(complementary) 진폭 전압 구동신호로 전압신호(32)를 분할한다. 차례로, 빔형성 네트워크(40)는 배전 네트워크(60)에 의해 다중-소자 안테나 어레이(50)로 전송된 빔 구동신호(42)를 생성한다. 배전 네트워크(60)는 다중-소자 안테나 어레이(50)의 관련된 서브-어레이로의 인도에 적당한 것으로 각각의 빔 구동신호를 분할한다. 또한, 배전 네트워크(60)는 빔 틸트와 사이드노브 축소를 실행하기 위해 전송매체 트레이스(trace) 길이조정을 통해 좌표방식으로 빔 스티어링 신호의 위상특성을 조종하는 틸트 바이어스 위상 시프터(44) 및 위상 블러링(phase blurring) 위상 시프터(45)를 포함한다.
가변 전력분배기(30)는 전압 신호(32)를 2개의 전압 구동신호 V1와 V2로 분할한다. 전압 신호(32)는 전형적으로 인코드 모바일 통신데이터를 포함하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 바와 같은 안테나(10)상의 커넥터에 부착되는 동축 케이블을 통해 제공된다. 도 4는 가변 전력분배기(30)의 개념도로, 본 명세서에 참조로 편입되어 있는 2002년 11월 8일에 출원된 발명의 명칭 "가변 전력분배기"의 미국특허출원 제10/290,838에 더욱 상세히 기술되어 있다. 가변 전력분배기(30)는 단일의 조정가능한 제어소자(34), 전형적으로 마이크로스트립 와이퍼 아암 을 사용하여, 전압 진폭분할 범위에 걸쳐 상보 진폭을 가지는 전압구동신호 V1와 V2로 입력 전압신호(32)를 분할한다.
특히, V1과 V2의 합의 진폭은 진폭 입력 전압신호(32)에 합해지며, 전력으로서 서로 역비례로 그들 사이에서 분할된다. 특히, 전력분배 범위는 조정가능한 제어 소자(34)가 도 4의 "B"로 표시된 위치에 있을 때 100% 내지 V1 및 0 내지 V2이며, 조정가능한 제어 소자(34)가 도 4의 "C"로 표시된 위치에 있을 때 0 내지 V1 및 100% 내지 V2이다. 또한, 전력분배는 조정가능한 제어 소자(34)가 50% 분할지점을 나타내는 "A"의 위치와 함께 위치 "B"와 "C" 사이로 이동될 때 이들 2개의 극단(extreme) 사이를 부드럽게 변화시킨다.
상보 진폭을 갖는 것에 더하여, 저압 구동신호 V1과 V2는 일치된 위상(즉, 그들은 실질적으로 동일한 위상을 연속적으로 가짐) 및 가변 전력분배기(30)를 통한 실질적으로 일정한 위상 지연을 나타낸다. 달리 표현하면, 서로에 대해 및 입력 전압신호(32)에 대해 전압 구동신호 V1과 V2의 위상특성은 전력분배가 전력분할의 범위를 통해 변할 때 실질적으로 일정함을 유지한다. 이는 도 3 및 도 4에 도시되어 있으며, 도 3의 빔 틸트 위치 표시 "A"는 도 4에 도시된 조정가능한 제어 소자(34)의 위치 "A"에 대응하며: 도 3의 빔 틸트 위치 표시 "B"는 도 4에 도시된 조정가능한 제어 소자(34)의 위치 "B"에 대응하며: 도 3의 빔 틸트 위치 표시 "C"는 도 4에 도시된 조정가능한 제어 소자(34)의 위치 "C"에 대응한다.
도 3을 다시 참조하면, 전압 구동신호 V1과 V2는 다중-빔 빔형성 네트워크(40)로 입력신호를 제공하며, 전형적으로 임피던스 매칭 레지스터를 통해 지면에 분로된 2개의 입력포트를 구비한 직교 2 x 4 빔형성 네트워크 또는 4 x 4 빔형성 네트워크로서 구성된다. 도 5A 내지 도 5D는 후자의 구성을 도시한다. 다수의 다른 신호처리 모듈에 따른 양 구성은 본 명세서에 참조로 편입되어 있는 2003년 7월 18일에 출원된 발명의 명칭 "양면 에지-장착 스플라인 신호 처리 모듈 및 모듈러 네트워크"의 미국특허출원 제10/623,382에 상세히 기술되어 있다. 빔형성 네트워크(40)가 양면 에지-장착 모듈로 구성될 필요는 없지만 이 구성은 이점을 가질 수 있다.
빔형성 네트워크(40)의 다수의 출력은 전형적으로 다수의 안테나 서브-어레이에 대응하며, 따라서 특정 용도의 필요에 따라 변경될 수 있다는 것을 인정해야 한다. 4개 및 8개 서브-어레이를 구비한 안테나가 통상적이지만, 3개, 4개 및 6개 서브-어레이와 같은 다른 구성도 전형적이다. 물론, 서브-어레이의 어떤 소망의 수와 빔형성 네트워크의 넓은 변형이 수용될 수 있다.
현재, 7층 모듈러 PC 보드 구조가 빔형성 네트워크 모듈(40)에 대한 가장 최적으로 작동하는 것으로 믿어지고 있다. 이 구성은 제 1 외부 기준평면, 뒤이어 유전체층, 뒤이어 제 1 스플라인 회로층, 뒤이어 유전체층, 뒤이어 중앙 기준평면, 뒤이어 유전체층, 뒤이어 제 2 스플라인 회로층, 뒤이어 유전체층, 뒤이어 제 2 외부 기준평면을 갖는 다층 양면 스플라인 모듈을 포함한다. 즉, 바람직한 보드 구 성은 도 5B에 도시된 모듈의 외부면(52, 54)에 접착된 외부 기준평면을 수행하는 추가의 유전체 커버를 구비한 구조체를 포함하다. 외부 기준평면층을 수행하는 유전체층의 부가는 스플라인 전송매체 회로(56A, 56B)에서의 손실과 간섭을 감소시킨다.
이 특정 안테나(10)의 빔형성 네트워크(40)는 4개의 빔 구동신호(43)를 출력하며, 각 빔 구동신호는 전압 구동신호 V1과 V2 각각으로부터의 성분을 포함한다. 차례로, 각 빔 구동신호는 안테나 어레이(50)의 1개의 서브-어레이를 공급한다. 배전 네트워크(60)는 빔형성 네트워크(40)의 출력포트를 안테나 어레이(50)의 안테나 소자에 접속한다.
안테나 어레이(50)는 도 8에 도시된 바와 같이 이중편파 안테나 소자의 수직 칼럼을 포함한다. 수직 칼럼은 전형적으로 도 6A와 도 6B 및 도 7A와 도 7B에 도시된 바와 같이 서브-어레이로 분할된다. 서브-어레이의 사용은 일반적으로 필요한 가변 빔 틸트의 범위에 의한 수직 전기 다운틸트를 실행하기 위해 구성된 무선 기지국 안테나를 위한 것이다. 전술한 기술은 어떤 소망 방향으로 빔 틸트를 제어하는데 사용될 수 있으며, 안테나 어레이(50)는 1 열, 다중 열, 다중 칼럼, 3차원 특정 배열 또는 어떤 다른 소망의 다중-소자 구성과 같은 소망 구성일 수 있다는 것을 인정하여야 한다. 또한, 4개의 비교적 적은 수의 서브-어레이로 분할된 12개 또는 16개와 같은 비교적 적은 수의 안테나 어레이의 단일 칼럼이 많은 무선 기지국 용도를 위한 충분한 수직 전기 다운틸트 및 사이드로브 축소를 갖는 저가의 안 테나를 얻는다는 것을 인정하여야 한다.
배전 네트워크(60)는 전형적으로 유전체 PC 보드 기판상에 에칭된 마이크로스트립 전송매체로서 구성된다. 빔형성 네트워크(40)는 전압 전력 분할로 전력에서 변화하는 2개의 성분 빔 "B"와 "C"로 분할한다. 즉, 성분 빔 "B"는 전압 구동신호 V1에 대응하며, 성분 빔 "C"는 전압 구동신호 V2에 대응한다. 따라서, 빔 "B"는 전압 구동신호 V1이 전력의 100%를 수신할 때(즉, 도 4에 도시된 와이퍼 암 위치 "B"에 대응) 방출되며, 빔 "C"는 전압 구동신호 V2가 전력의 100%를 수신할 때(즉, 도 4에 도시된 와이퍼 암 위치 "C"에 대응) 방출된다. 전력이 전압 구동신호 V1과 V2 사이에서 분리될 때, 성부 빔은 빔 "A"로 나타낸 바와 같은 성분 빔 사이에 위치된 합성 빔(composite beam)을 생성하기 위해 결합된다. 전술한 방식으로 합성 빔을 틸팅하는 것은 동일 수의 제어장치를 사용하는 종래의 위상 제어를 통해 조향된 신호-성분보다 낮은 사이드로브를 생성하는 이점을 갖는다. 성분 빔의 사이드로브는 합성 빔을 형성하기 위해 그들을 결합할 때 서로 부분적으로 상쇄된다. 예를 들면 4개 서브-어레이로 별개의 가변성 신호를 분할하는 것은 전형적으로 종래의 위상 시프팅 접근이 사용될 때 3개의 제어장치(즉, 서브-어레이 수보다 하나 적은 수)를 사용하여 달성된다. 따라서, 본 명세서에서 규정된 방법은 빔의 다운틸팅 목적을 위해 어레이 안테나의 서브-어레이로 별개의 가변성 신호를 구동시키는데 필요한 제어장치의 수가 감소되는 이점을 갖는다.
전술한 관점에 있어서, 안테나 서브-어레이의 수의 증가 및 안테나 소자 및/또는 서브-안테나 사이의 공간을 증가시키는 것은 한층 더 사이드노브 축소를 생성할 때 유효하다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 이들 설계 변경과 관련된 비용은 얻어지는 추가 이득에 대해 비교검토 되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 명시된 바와 같은 합성 빔을 방출하는 비교적 적은 안테나 어레이를 제공하는 것은, 안테나 소자 공간을 증가시키고 안테나 소자의 다중 칼럼을 전개시겨 큰 안테나 어레이가 얻어지는 단일-성분 빔에 적용된 종래의 방법보다 더욱 비용효율이 높은 사이드노브 축소 실행방법인 것을 인정하여야 한다. 또한, 간단하며 비용면에서 이점을 갖는 하나의 제어장치를 사용하여 안테나의 1/2 전력 빔폭과 대략 동등한 정도로 회전하는 다운틸트 범위를 제공하는 것을 인정하여야 한다.
도 3을 참조하면, 빔형성 네트워크(40)를 안테나 소자(50)와 접속시키는 배전 네트워크(60)의 마이크로스트립 전송매체 트레이스 세그먼트의 길이는 그들이 안테나의 조준방향으로 지시된 빔을 생성하는 안테나 소자에 도달할 때 신호가 단계적으로 일어나도록 명목상으로 선택된다. 조준방향으로부터 빔 방향을 오프셋하기 위해, 틸트 바이어스 위상 시프터(44)는 빔 구동신호(42)에 대한 전송매체 트레이스내에 포함된다. 고정 위상 틸트 바이어스 위상 시프터는 소망의 고정 빔 틸트 바이어스를 실행하기 위해 트레이스 길이조정을 통해 실행될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 가변성 틸트 바이어스를 제공하도록 가변 위상 시프터가 사용될 수 있다.
공동 액츄에이터(46)는 좌표 방식으로 조정가능한 틸트 바이어스 위상 시프 터를 구동하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 치차 랙(toothed rack)은 공동 피니언 기어를 구동하며, 차례로 트롬본 형태 또는 와이퍼 형태 마이크스트립 또는 다른 적절한 위상 시프터의 유사한 연장 아암을 구동할 수 있다. 액츄에이터는 노브로 구동시키거나 또는 동력으로 구동시킬 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같은 국부적으로 또는 원격적으로 제어될 수 있다.
또한, 하나 이상의 서브-어레이는 서브-어레이의 소자로 인도된 위상 신호를 약간 변경시키기 위한 하나 이상의 안테나 소자 위상 시프터(45)를 포함할 수 있다. 즉, 개개의 위상 시프터는 관련된 안테나 소자를 공급하는 전송매체 트레이스내에 전형적으로 위치되어 있다. 이들 위상 시프터는 사이드노브 방출 감소 목적을 위해 관련된 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭을 약간 미스매치 또는 "흐리게(blur)" 하도록 설계된다. 특히, 외부 서브-어레이에 의해 방출된 신호의 위상 매칭은 사이드노브 방출을 한층 더 감소시키는 목적을 위한 내부 서브-어레이에 의해 방출된 신호보다 더 심하게 흐려질 수 있다.
안테나 소자 위상 시프터(45)는 전송 세그먼트 길이조정을 통해 전형적으로 실행된다. 그러나, 다른 형태의 위상 시프터가 사용될 수 있다. 특히, 전송 세그먼트 길이조정을 통해 실행된 위상 시프터는 고정 위상 시프트를 강제한다. 선택적으로, 조정가능한 안테나 소자 위상 시프터가 사용될 수 있으며, 국부적으로 또는 원격적으로 제어될 수 있다. 그러나, 비용 고려는 고정 길이 전송 세그먼트 조정을 통한 안테나 소자 위상 시프터(45)를 실행하는 이익을 줄 수 있다. 도 6A는 안테나 어레이(60)를 공급하는 배전 네트워크(60)의 개념도이다. 이 특정 실시예 는 각각이 3개의 안테나 소자를 포함하는 2개의 외부 서브-어레이(62A, 62B)와 2개의 내부 서브-어레이(62A, 62B)로 조직된 12개 안테나 소자의 수직 칼럼을 포함한다. 각 서브-어레이는 빔 구동신호(42)중 관련된 하나에 의해 공급된다. 안테나는 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이 조정가능한 틸트 바이어스 위상 시프터(44)와 고정 위상 블러(blur) 위상 시프터(45)를 포함한다. 도 6B는 각각이 4개의 안테나 방사 소자를 포함하는 2개의 외부 서브-어레이(68A, 68B)와 2개의 내부 서브-어레이(69A, 69B)를 포함하는 유사한 16개 소자 안테나 어레이 설계의 개념도이다. 도 6A 및 도 6B에 도시된 12개 및 16개 소자 설계는 무선 기지국 안테나로서 사용하기에 적합한 것으로 믿어진다.
도 7A는 각각이 4개의 안테나 소자를 포함하는 2개의 외부 서브-어레이(74A, 74B) 및 각각이 3개의 안테나 소자를 포함하는 2개의 내부 서브-어레이(74A, 74B)를 포함하는 12개 소자 안테나 어레이에 대한 다른 설계이다. 내부 서브-어레이보다 더 많은 안테나 소자를 구비한 외부 서브-어레이를 갖는 것은 감소된 상대 전력을 외부 서브-어레이(74A, 74B)의 개개의 소자로 인도한다. 이는 안테나의 사이드노브 방출을 감소시키는 효과를 가진다. 도 7B는 각각이 5개의 안테나 소자를 포함하는 2개의 외부 서브-어레이(76A, 76B) 및 각각이 3개의 안테나 소자를 포함하는 2개의 내부 서브-어레이(78A, 78B)를 포함하는 16개 소자 안테나 어레이에 대한 유사한 다른 안테나 설계이다. 다시, 도 7A 및 도 7B에 도시된 12개 및 16개 소자 설계는 무선 기지국 안테나로서 사용하기에 적합한 것으로 믿어진다.
도 8 내지 도 11은 도 6A에 도시된 수직 전기 다운틸트 안테나(80)의 특정 상업상 실시예의 도시를 확대한 컴퓨터 원용 설계(CAD)로, 12개의 이중편파 안테나 소자(82)를 포함한다. 이 안테나는 1.92 GHz의 조작 캐리어 주파수(the center frequency of the authorized US Personal Communication Services,PCS,wireless band)로 설계되어 있으며, 안테나 소자는 약 4.6 인치인 0.7 프리-스페이스 파장 산개로 이격되어 있다. 이 안테나에 대한 전기적 도체 백플레이트(84)는 길이 56인치, 폭 8인치[약 142 ㎝ x 20 ㎝] 크기의 직사각형이다. 16개의 안테나 소자는 동일 공간을 갖는 4개의 추가의 안테나 소자를 수용하도록 72인치 길이, 8인치 폭[약 183 ㎝ x 20 ㎝]의 상대적으로 더 길다. 레이돔(86)은 백플레이트 위에 끼워져 접착된다.
안테나(80)는 2개의 장착 브라켓(88A, 88B), 2개의 동축 케이블 안테나 인터페이스 커넥터(90A, 90B) 및 백플레이트(84)의 후방면에 접속하는 액츄에이터 노브 조립체(92)를 포함한다. 동축 케이블 커넥터(90A, 90B)는 하나는 이중편파 안테나의 각 극성용인 2개의 입력 전압신호(32)(도 3에 도시됨)를 공급하는 동축 케이블을 수용한다. 주 패널 유전체(86)의 이면상의 도체 기준평면은 백플레이트(84)의 전면에 비도체 접착제(4)로 접착되어 있다. 주 패널 인쇄회로(PC)기판(96)의 도체 기준평면은 접합부를 가로지르는 RF 신호 흐름을 위해 백플레이트(84)에 용량 결합되어 있다. 주 패널(96)은 동축 케이블 커넥터(90A, 90B)로부터 안테나 소자(82)로 전압신호를 전달하는 전송매체 세그먼트를 형성하는 주석코팅 구리 트레이스로 에칭된 유전체 PC 보드이다. 특히, 전송매체 세그먼트는 2개의 실제로 동일한 빔 스티어링과 하나는 극성을 위한 배전 회로(98A, 98B)를 형성한다.
주 패널(96)의 유전체 재료는 PTFE 테플론(등록상표), 2.2 유전상수(εr = 2.2)를 갖는 유리섬유로 포화된 적층물일 수 있다. 이 재료는 한쪽 면은 PC 보드에 노출되고, 다른쪽 면은 공기에 노출된 마이크로스트립 전송매체 세그먼트에 대한 1.85(εreff = 1.85)의 유효 유전상수를 나타내는 PC 보드를 구성하기 위해 사용될 수 있다. PC 보드 회로의 이 형태에 대해, 가이드에서의 파장(λg)(즉, 유전체 기판에 노출된 한쪽 면과 공기에 노출된 다른쪽 면을 갖는 PC 보드상에 펼쳐진 마이크로스트립 전송매체에서 전파되는 것과 같은 파장)은 약 4.52 인치[11.48 ㎝]이다.
도 3 및 도 4 뿐만 아니라 도 8을 참조하면, 2개의 가변 전력분배기(102A, 102B)(하나는 각 극성을 위한 -- 도 3의 소자(30))와 2개의 배전 네트워크(104A, 104B)(하나는 각 극성을 위한 -- 도 3의 소자(60))는 주 패널(96)상에 위치되는 반면, 2개의 빔형성 네트워크(106A, 106B)(하나는 각 극성을 위한 -- 도 3의 소자(40))는 주 기판(96)에 용접-접속된 양면 에지-장착 모듈로서 설비되어 있다. 2개의 와이퍼 아암(108A, 108B)(하나는 각 극성을 위한 -- 도 3의 소자(34))은 주 패널(96)의 가변 전력분배기 영역에 피봇적으로 부착되어 있다. 와이퍼 아암(104A, 104B)은 주 패널을 구성하기 위해(그러나 기준평면 없이) 사용된 재료와 유사한 에칭된 구리 트레이스를 갖는 소형 유전체 PC 보드상에 형성되어 있으며, 와이퍼 아암의 후방부내로 형성된 도브-테일 기어(dove-tail gear)를 통해 서로 기계적으로 결합된어 있다. 이는 양 와이퍼 아암이 단일 액츄에이터 노브(92)(도 3의 소자 (36))에 의해 좌표 방식으로 이동되도록 한다. 동력화된 실시예에 있어서, 액츄에이터 노브 조립체(92)는 백플레이트(84)의 후방에 장착된 서보 또는 스태퍼 모터와 같은 소형 모터로 대체될 수 있으며 기계적으로 구동한다. 모터는 적절한 밀봉체내에 내장될 수 있으며 전력 및 모터 제어와 관련된 전기 PC 보드 조립체에 수반된다.
또한, 가변 틸트 바이어스를 포함하는 실시예에 대해, 개별 모터를 구비한 랙 및 피니언 구동시스템은 백플레이트(84)의 후방면에 전형적으로 부착되어 있다. 전술한 바와 같이, 틸트 바이어스 위상 시프터는 기어-구동, 트롬본 형태 또는 와이퍼 형태 위상 시프터로서 설비될 수 있으며, 주패널(96)을 따라 2개 열로 분배되어 있다. 또한, 단일 노브 또는 모터구동 기어에 의해 이동된 단일 치차 랙은 양 편파에 대한 안테나 소자의 모두가 좌표 방식으로 틸트 바이어스되도록 좌표 방식으로 틸트 바이어스 위상 시프터의 모두를 회전시키기 위해 사용될 수 있다.
도 9는 주 패널(96)의 정면도이다. 안테나 소자(82)중의 하나가 참조를 위해 도시되어 있다. 가변 전력분배기(102A, 102B)와 배전 네트워크(104A, 104B)는 도면에서 이 시계(view)에서 더욱 명확하게 비트로 도시되어 있다. 와이퍼 아암(108A, 108B)은 주 패널(96)의 중앙에 도시되어 있지만 도면의 불명료함을 피하기 위해 표시되지 않았다. 빔형성 모듈(106A, 106B)은 그들이 주 패널(96)에 가장자리 장착되기 때문에 이 시계에서는 보기 어렵다.
도 10은 가변 전력분배기(102A, 102B)와 빔형성 모듈(106A, 106B)을 포함하는 빔 스티어링 회로를 지니는 안테나의 일부의 상부면의 사시도이다. 이 도면은 빔형성 모듈(106A, 106B)과 와이퍼 아암(108A, 108B)의 더 나은 시계를 제공한다. 도 11은 케이블 커넥터(90A, 90B)와 제어 액츄에이터(92)를 도시하는 안테나의 일부의 도 10의 저부면의 사시도이다.
이 특정 안테나는 가변 틸트 바이어스 특징을 포함하지 않지만, 2 내지 7도의 틸트 범위를 갖는 약 4.5도의 다운틸트 바이어스를 실행하도록 구성되어 있다. 이는 중앙 피봇 방법을 사용하는 서브-어레이의 안테나 소자로의 전송매체 트레이스 렉(leg)의 길이를 변화시키는 것에 의해 달성된다. 특히, 단계적으로 명목상 길이로부터의 트레이스 길이 조정은 이하와 같이 가이드에서의 파장(λg)(이 특정 실시예에서 약 4.52 인치[11.48㎝])으로 표현될 수 있다:
제 1 (상부) 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 108.337도(degree);
제 2 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 36.112도;
제 3 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -36.112도; 및
제 4 (하부) 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -108.337도.
또한, 이 특정 안테나는 이하와 같이 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이 상 블러링(phase blurring)을 실행하도록 구성된다.
제 1 (상부) 서브-어레이, 제 1 (상부) 소자 트레이스 길이 조정 = 30도
제 1 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 1 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = -30도
제 2 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 15도
제 2 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 2 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -5도
제 3 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 15도
제 3 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 3 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -15도
제 4 (하부) 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 30도
제 4 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 4 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -30도
이 안테나에 대한 선택적인 틸트 바이어스 및 소자 위상 시프트는 이하와 같다:
제 1 (상부) 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 101.25도;
제 2 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 33.75도;
제 3 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -33.75도; 및
제 4 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -101.25도.
제 1 (상부) 서브-어레이, 제 1 (상부) 소자 트레이스 길이 조정 = 33.75도
제 1 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 1 서브-어레이, 제 3 (하부) 소자 트레이스 길이 조정 = -33.75도
제 2 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 16.875도
제 2 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 2 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -16.875도
제 3 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 16.875도
제 3 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 3 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -16.875도
제 4 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 33.75도
제 4 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 0도
제 4 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -33.75도
유사한 소자 공간을 구비한 16개 소자 어레이에 대해, 위상 블러링을 갖는 3도 틸트 바이어스는 이하와 같이 실행될 수 있다:
제 1 (상부) 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 122.062도;
제 2 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = 34.87도;
제 3 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -34.87도; 및
제 4 (하부) 서브-어레이 트레이스 길이 조정 = -122.062도.
제 1 (상부) 서브-어레이, 제 1 (상부) 소자 트레이스 길이 조정 = 67.5도
제 1 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 22.5도
제 1 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -22.5도
제 1 서브-어레이, 제 4 (하부) 소자 트레이스 길이 조정 = -67.5도
제 2 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 16.875도
제 2 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 5.635도
제 2 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = 5.625도
제 2 서브-어레이, 제 4 소자 트레이스 길이 조정 = -16.875도
제 3 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 16.875도
제 3 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 5.625도
제 3 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -5.625도
제 3 서브-어레이, 제 4 소자 트레이스 길이 조정 = -16.875도
제 4 (하부) 서브-어레이, 제 1 소자 트레이스 길이 조정 = 67.5도
제 4 서브-어레이, 제 2 소자 트레이스 길이 조정 = 22.5도
제 4 서브-어레이, 제 3 소자 트레이스 길이 조정 = -22.5도
제 4 서브-어레이, 제 4 소자 트레이스 길이 조정 = -67.5도
전술한 관점에 있어서, 본 발명은 수직 전기 다운틸트를 실행하기 위한 현저한 개선 및 무선 기지국 안테나를 위한 사이드노브 축소를 제공한다. 전술한 관점은 본 발명의 단지 예시적 실시예에 관한 것으로, 청구범위에 규정된 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

Claims (31)

  1. 조준방향을 규정하는 안테나 소자의 어레이;
    입력 전압신호를 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 한 쌍의 상보 진폭 전압 구동신호로 분할하기 위해 단일의 조정가능한 제어소자를 사용하는 가변 전력분배기;
    상기 전압 구동신호를 수신하여 복수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크;
    각 빔 구동신호를 하나 이상의 관련된 안테나 소자로 인도하는 배전 네트워크; 및
    상기 전압 진폭 분할을 조정하여 빔의 지향성 틸트를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터를 포함하며,
    상기 빔 구동신호는 안테나 소자를 구동하여 상기 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 조준방향에 대한 상기 지향성 틸트를 표시하는 빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터를 제어하기 위한 원격 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배전 네트워크는 상기 안테나 소자로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여 상기 틸트의 범위의 소망의 틸트 바이어스를 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 틸트 바이어스를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 바이어스 액추에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필드 조정가능한 틸트 바이어스 액츄에이터를 제어하기 위한 원격 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 조직되며;
    상기 각 빔 구동신호는 각각의 관련된 안테나 서브-어레이를 구동하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 사이드로브 방출을 감소시 기 위해 상기 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 내부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개; 및
    상기 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 2개인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 내부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 5개; 및
    상기 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 배전 네트워크는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해, 하나 이상의 서브-어레이의 상기 안테나 소자로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅 을 실행하여, 상기 외부 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭의 소망 블러링을 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 내부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개; 및
    상기 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 4개인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 외부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 내부 서브-어레이의 수는 2개;
    상기 각 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개; 및
    상기 각 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 3개인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나 시스템은 2개의 외부 서브-어레이와 2개의 내부 서브-어레이를 포함하며,
    상기 빔형성 네트워크는 2 x 4 직교 빔형성 네트워크이며,
    각 빔 구동신호는 각 전압 구동신호와 관련된 빔 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나 시스템은 2개의 외부 서브-어레이와 2개의 내부 서브-어레이를 포함하며,
    상기 빔형성 네트워크는 4 x 4 벌터(Butler) 매트릭스이며,
    각 빔 구동신호는 각 전압 구동신호와 관련된 빔 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 안테나 소자는 이중편파 안테나 소자이며,
    상기 안테나 시스템은 유사한 가변 전력분배기, 빔형성 네트워크 및 각 편파를 위한 배전 네트워크를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터는 코디네이트된 방식에서의 양 극성을 위한 빔 틸트를 조정하기 위해 서로 기계적으로 링크된 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 안테나 소자는 이중편파 안테나 소자이며,
    상기 안테나 시스템은 유사한 가변 전력분배기, 빔형성 네트워크 및 각 극성을 위한 배전 네트워크를 추가로 포함하며,
    상기 배전 네트워크는 상기 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 각 극성을 위한 상기 틸트의 범위의 소망의 틸트 바이어스를 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    코디네이트된 방식에서의 양 극성을 위한 상기 틸트 바이어스를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 구획하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 추가로 포함하며;
    상기 주 패널은 상기 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며;
    상기 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할되며; 및
    상기 빔형성 네트워크는 상기 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  20. 조준방향을 규정하는 안테나 소자의 어레이;
    입력 전압신호를 수신하여 전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 한 쌍의 위상 매치된 상보 진폭 전압 구동신호로 분할하는 가변 전력분배기;
    상기 전압 구동신호를 수신하여 복수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크; 및
    각 빔 구동신호를 관련된 서브-어레이로 인도하는 배전 네트워크를 포함하며,
    상기 전압 구동신호는 상기 가변 전력분배기를 통해 일정한 위상 지연을 나타내고,
    상기 빔 구동신호는 안테나 소자를 구동하여 상기 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 조준방향에 대한 지향성 틸트를 표시하는 빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 구획하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 추가로 포함하며;
    상기 주 패널은 상기 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며;
    상기 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할되며; 및
    상기 빔형성 네트워크는 상기 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 배전 네트워크는 상기 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 상기 틸트 범위의 소망의 틸트 바이어스를 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 틸트 바이어스를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 바이어스 액추에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 상기 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 배전 네트워크는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 하나 이상의 서브-어레이의 안테나 소자로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 상기 외부 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭의 소망 블러링을 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  26. 조준방향과 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이를 규정하는 안테나 소자의 어레이;
    전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 상보 진폭 전압 구동신호를 생성하는 가변 전력분배기;
    상기 전압 구동신호를 수신하여 복수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크; 및
    각 빔 구동신호를 하나 이상의 관련된 안테나 어레이로 인도하는 배전 네트워크를 포함하며,
    상기 빔 구동신호는 안테나 소자를 구동하여 상기 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 상기 조준방향에 대한 지향성 틸트를 표시하는 빔을 방출하고;
    상기 배전 네트워크는 상기 서브-어레이로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여 상기 틸트 범위의 소망의 틸트 바이어스를 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 규정하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 추가로 포함하며;
    상기 주 패널은 상기 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며;
    상기 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할되며; 및
    상기 빔형성 네트워크는 상기 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  28. 조준방향과 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부서브-어레이를 규정하는 안테나 소자의 어레이;
    전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 상보 진폭 전압 구동신호를 생성하는 가변 전력분배기;
    상기 전압 구동신호를 수신하여 복수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크; 및
    각 빔 구동신호를 하나 이상의 관련된 안테나 어레이로 인도하는 배전 네트워크를 포함하며,
    상기 빔 구동신호는 안테나 소자를 구동하여 상기 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 조준방향에 대한 지향성 틸트를 표시하는 빔을 방출하고;
    상기 외부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 상기 내부 서브-어레이에서의 안테나 소자의 수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 구획하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 추가로 포함하며;
    상기 주 패널은 상기 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며;
    상기 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할되며;
    상기 빔형성 네트워크는 상기 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  30. 조준방향과 외부 서브-어레이 사이에 위치된 하나 이상의 내부서브-어레이를 규정하는 안테나 소자의 어레이;
    전압 진폭 분할 범위에 걸쳐 상보 진폭 전압 구동신호를 생성하는 가변 전력 분배기;
    전압 구동신호를 수신하여 복수의 빔 구동신호를 생성하는 빔형성 네트워크;
    각 빔 구동신호를 하나 이상의 관련된 안테나 어레이로 인도하는 배전 네트워크; 및
    상기 전압 진폭 분할을 조정하여 빔의 지향성 틸트를 조정하기 위한 필드 조정가능한 틸트 방향 액츄에이터를 포함하며,
    상기 빔 구동신호는 안테나 소자를 구동하여 상기 전압 진폭 분할 범위내의 전압 진폭 분할의 변경에 따른 틸트의 범위내에서 변화하는 조준방향에 대한 지향성 틸트를 표시하는 빔을 방출하고;
    상기 배전 네트워크는 사이드로브 방출을 감소시키기 위해 상기 하나 이상의 서브-어레이의 안테나 소자로 인도된 빔 구동신호의 코디네이트된 위상 시프팅을 실행하여, 상기 외부 서브-어레이의 안테나 소자에 의해 방출된 신호의 위상 매칭의 소망 블러링을 얻는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 조준방향에 실질적으로 수직인 종축을 구획하는 실질적으로 평탄한 주 패널을 추가로 포함하며;
    상기 주 패널은 상기 가변 전력분배기, 배전 네트워크 및 실질적으로 수직 분배를 갖는 공간 구성에서의 안테나 소자의 어레이를 지지하며;
    상기 어레이는 외부 서브-어레이 사이에 수직으로 위치된 하나 이상의 내부 서브-어레이로 분할되며;
    상기 빔형성 네트워크는 상기 주 패널에 장착된 양면 에지-접속 모듈로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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