KR20070025438A - 배열 안테나 시스템 - Google Patents

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KR20070025438A KR1020050081601A KR20050081601A KR20070025438A KR 20070025438 A KR20070025438 A KR 20070025438A KR 1020050081601 A KR1020050081601 A KR 1020050081601A KR 20050081601 A KR20050081601 A KR 20050081601A KR 20070025438 A KR20070025438 A KR 20070025438A
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Abstract

본 발명에 따른 배열 안테나 시스템은 입력되는 신호의 전력을 분배하여 출력하는 전력분배기와, 상기 전력분배기로부터의 제1신호의 위상을 조정하여 출력하는 제1위상천이기와, 상기 전력분배기로부터의 제2신호의 위상을 조정하여 출력하는 제2위상천이기와, 상기 제1 및 제2 위상천이기로부터의 신호들을 미리 결정된 방식에 따라 결합하여 복수의 신호들을 발생하는 결합기와, 상기 결합기로부터의 복수의 신호들의 위상을 조정하기 위한 제3위상천이기를 포함하는 안테나 피딩 셀(antenna feeding cell)을 적어도 하나 구비하며, 상기 적어도 하나의 안테나 피딩 셀들을 직렬 및 병렬로 연결하여 안테나 피딩부를 구성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명은 배열 안테나의 방사패턴, 빔폭 및 틸팅각을 최적화할 수 있으므로, 결과적으로 시스템 용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
배열 안테나, 틸팅각, 빔폭, 수직 방사패턴, 수평 방사패턴

Description

배열 안테나 시스템{ARRAY ANTENNA SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 배열 안테나 시스템에서 틸팅각 조절 방식을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 스위칭 셀(antenna switching cell)의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 피딩 셀(antenna feeding cell)의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 피딩 셀의 출력을 간략히 도시하는 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 피딩 셀의 연결 방법을 설명하는 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 안테나 소자간 간격 조절 예들을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위해서, 안테나 소자간 간격에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 안테나 소자 개수 조절 예들을 보여주는 도면.
도 12 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위해서, 안테나 소자 개수에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 틸팅각 조절 예들을 보여주는 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 외관을 보여주는 도면.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 일 예를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 다른 예를 도시하는 도면.
본 발명은 배열 안테나(array antenna) 시스템에 관한 것으로, 특히 배열 안테나 시스템에서 수직 방사패턴, 수평 방사패턴, 빔폭(Beam Width) 및 틸팅각(tilting angle)을 조정하기 위한 장치에 관한 것이다.
근래, 이동통신시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access) 기반의 3세대(3G : 3rd Generation)에서 4세대(4G : 4th Generation)로 진화하고 있다. 표준 기구에서는 4세대 방식으로 직교주파수분할다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 권고하고 있다. 상기 OFDM 방식은 멀티 캐리어(Multi Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심볼(symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
이와 같이, 주파수 확산(frequency Spreading) 방식이 아닌 OFDM 기반의 이동통신시스템은 섹터와 셀간 간섭이 기존 주파수 확산 기반의 CDMA 방식보다 크게 작용한다. 왜냐하면, 상기 CDMA 기반의 이동통신시스템에서는 신호를 복조하기 위해서 역확산(despreading)을 거치지만, 상기 주파수 확산 방식이 아닌 시스템에서는 역확산 과정이 없기 때문이다. 또한, CDMA 기반의 이동통신시스템은 최대 15dB의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)이 필요하지만, 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨이 사용되는 광대역 통신시스템에서는 높은 CINR이 요구되어 인접셀간의 간섭을 최소로 할 필요가 있다.
이러한 셀간 간섭의 최소화는 기지국 안테나의 수평 방사 패턴과 수직 방사 패턴 그리고 안테나의 틸팅각(Tilting angle) 조절로 가능하다. 즉, 수평 방사 패턴의 조절로 섹터간 간섭을 최적화할 수 있고, 수직 방사 패턴과 틸팅각 조절로 셀간 간섭을 최적화할 수 있다. 일 예로, 안테나(Antenna)를 철탑과 같은 구조물에 장착할 때, 셀 커버리지를 크게 하기 위해 안테나 주빔(main lobe)을 지평선 쪽으로 향하도록 장착한다. 하지만, 상대적으로 약한 전파가 도달하는 기지국 근방과 인접하는 타 기지국의 셀 커버리지(coverage)와의 교차 간섭을 고려하여 안테나의 틸팅각(Tilting angles)을 점차 낮추어 조절한다.
도 1은 종래기술에 따른 배열 안테나 시스템에서 틸팅각 조절 방식을 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, (a)는 기계적인(mechanical) 조절 방식을 나타낸 것으로, 안테나를 기계적으로 기울여서 빔(beam)의 방향을 조절하는 방식이다. 그리고 (b)는 전기적인(electrical) 조절 방식을 나타낸 것으로, 위상천이기(phase shifter)를 이용하여 안테나 소자(element)들의 위상(phase)을 조절하여 빔의 방향을 조절하는 방식이다.
그러나, 기지국 주변 환경이 기지국이 설치된 장소마다 각기 다르므로 안테나의 최적화을 위해서는 상당한 어려움과 비용이 따른다. 만일, 안테나의 최적화를 기지국의 위치나 시간에 따른 트래픽(traffic) 환경의 변화에 따라 자동적으로 최적화가 가능하다면, 기지국 용량(또는 Throughput)의 증대를 달성할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 배열 안테나 시스템에서 수직 방사패턴, 수평 방사패턴, 빔폭(Beam Width) 및 틸팅각(tilting angle)을 용이하게 조정하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 확장이 용이한 배열 안테나 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배열 안테나 시스템에서 수직 방사패턴, 수평 방사패턴, 빔폭 및 틸팅각을 원격에서 제어하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배열 안테나 시스템에서 수직 방사패턴, 수평 방사패턴, 빔폭 및 틸팅각의 자유도를 증가시키기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배열 안테나 시스템에 있어서, 입력되는 신호의 전력을 분배하여 출력하는 전력분배기와, 상기 전력분배기로부터의 제1신호의 위상을 조정하여 출력하는 제1위상천이기와, 상기 전력분배기로부터의 제2신호의 위상을 조정하여 출력하는 제2위상천이기와, 상기 제1 및 제2 위상천이기로부터의 신호들을 미리 결정된 방식에 따라 결합하여 복수의 신호들을 발생하는 결합기와, 상기 결합기로부터의 복수의 신호들의 위상을 조정하기 위한 제3위상천이기를 포함하는 안테나 피딩 셀(antenna feeding cell)을 적어도 하나 구비하며, 상기 적어도 하나의 안테나 피딩 셀들을 직렬 및 병렬로 연결하여 안테나 피딩부를 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있 다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적으로, 안테나에서 방사하는 전자기파는 특정 방향으로 빔(beam)을 형성한다. 빔은 안테나에서 송수신이 가능한 특정한 전자기파의 방향 및 형상을 지칭하며, 빔 패턴(Beam Pattern) 또는 방사 패턴(Radiation Pattern)이라고 한다. 안테나가 방사하는 빔 패턴 중에서 제일 큰 빔 패턴을 메인 로브(Main Lobe)라고 하고, 이외의 성분을 사이드 로브(Side Lobe)라고 한다. 안테나의 종류, 안테나의 방향성에 따라서 안테나의 방사 패턴은 다르게 나타난다.
이하 설명되는 본 발명은 배열 안테나 시스템에서 수직(Elevation 또는 Vertical) 방사패턴(radiation pattern), 수평(Horizontal 또는 Azimuth) 방사패턴, 빔폭(Beam Width) 및 틸팅각(tilting angle)을 용이하게 조절할 수 있는 구조에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 스위칭 셀(antenna switching cell)의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 안테나 스위칭 셀(2)은 전력분배기(Power divider)(21), 제1 위상천이기(phase shifter)(22), 제2 위상천이기(23) 및 커플러(24)를 포함하여 구성된다.
도 2를 참조하면, 먼저 전력분배기(21)는 입력되는 전력을 분배하여 제1 위상천이기(22)와 제2 위상천이기(23)로 출력한다. 상기 제1 위상천이기(22)는 상기 전력분배기(21)로부터 입력되는 신호의 위상을 소정 제1값만큼 천이(shift)하여 출 력한다. 여기서, 상기 제1값은 0°로 가정하기로 한다. 상기 제2 위상천이기(23)는 상기 전력분배기(21)로부터 입력되는 신호의 위상을 소정 제2값만큼 천이하여 출력한다. 여기서, 상기 제2값은 90°로 가정하기로 한다.
커플러(24)는 상기 제1 위상천이기(22) 및 상기 제2 위상천이기(23)로부터의 신호들을 미리 결정된 방식에 따라 결합하여 2개의 신호들을 출력한다. 예를들어, 상기 커플러(24)의 S(scattering)-파라미터는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112005049210139-PAT00001
상기 수학식 1과 같은 S-파라미터를 사용할 경우, 도면에서 c와 d의 출력값은 하기 <수학식 2>와 같다.
Figure 112005049210139-PAT00002
즉, '1'이란 크기의 신호가 상기 안테나 스위칭 셀(2)로 입력되었을 때의 각 단에서의 신호 크기와 위상을 정리하면 하기 <표 1>과 같다.
a b c d
제1위상천이기 제2위상천이기
0° 0°
Figure 112005049210139-PAT00003
Figure 112005049210139-PAT00004
 -j/2 - 1/2
0° 90°
Figure 112005049210139-PAT00005
Figure 112005049210139-PAT00006
 -j 0
90° 0°
Figure 112005049210139-PAT00007
Figure 112005049210139-PAT00008
 0 -j
90° 90°
Figure 112005049210139-PAT00009
Figure 112005049210139-PAT00010
 -j/2 + 1/2
상기 <표 1>에서 보여지는 바와 같이, 제1위상천이기(22)와 제2위상천이기(23)의 위상을 모두 0°(또는 90°)으로 하였을 때 c와 d로 출력되는 전력(power)은 각각 1/2로 전체 전력은 '1'로 출력된다. 그리고 제1위상천이기(22)와 제2위상천이기(23)의 위상차를 90°로 하였을 때 c 또는 d로 출력되는 전력은 '1'이 된다. 즉, 입력신호 대비 손실없는 전력 분배기(Power Divider) 및 전력 스위치(Power Switch) 구현이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 피딩 셀(antenna feeding cell)의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 상기 안테나 피딩 셀(3)은, 안테나 스위칭 셀(2), 제1 위상천이기(31), 제2 위상천이기(32) 및 위상 제어기(33)를 포함하여 구성된다.
도 3을 참조하면, 상기 도 2에서 설명된 안테나 스위칭 셀(2)로부터 출력되는 제1신호는 제1 위상천이기(31)로 입력되고, 제2신호는 제2 위상천이기(32)로 입력된다. 제어기(33)는 상기 안테나 스위칭 셀(2)내 위상천이기들 및 상기 제1 및 제2천이기(31,32)의 위상 천이값을 제어한다.
상기 제1 위상천이기(31)는 상기 안테나 스위칭 셀(2)로부터 입력되는 제1신호의 위상을 상기 제어기(33)의 제어하에 소정 값만큼 천이한후 해당 안테나 소자(도시하지 않음)로 출력한다. 상기 제2 위상천이기(32)는 상기 안테나 스위칭 셀(2)로부터 입력되는 제2신호의 위상을 상기 제어기(33)의 제어하에 소정 값만큼 천이한후 해당 안테나 소자(도시하지 않음)로 출력한다.
상기 안테나 피딩 셀(3)을 도 4와 같이 간략히 표현했을 때, 위상천이기들(22,23,31,32)의 위상 천이값을 정리하면 하기 <표 2>와 같다.
위상천이기(22) 위상천이기(23) 위상천이기(31) 위상천이기(32)
도 4의 (a) 0° 90° θ1 -
도 4의 (b) 90° 0° - θ2
도 4의 (c) 0°(90°) 90°(0°) θ1 θ2
본 발명은 상술한 안테나 피딩 셀(3)을 병렬로 연결하거나, 병렬과 직렬로 연결하여 배열 안테나 시스템을 구성한다. 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 피딩 셀(3)의 연결 방법을 설명한 도면이다. 도시된 바와 같이, 도 5는 안테나 피딩 셀(3)을 병렬로 연결하여 배열 안테나를 확장하는 경우이고, 도 6은 안테나 피딩 셀(3)을 병렬과 직렬로 연결하여 배열 안테나를 확장하는 경우이다. 여기서, 종단(3번째 단)의 안테나 피딩 셀(3)들을 제외한 나머지 안테나 피딩 셀들은 단순히 스위칭 기능을 수행하므로 안테나 스위칭 셀(2)로 대치할수 있다. 이와 같이, 본 발명은 안테나 피딩 셀(3) 및 안테나 스위칭 셀(2)을 적절히 연결하여 안테나 소자(element)의 배열을 확장한다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 배열 안테나 시스템에서 방사패턴 및 틸팅각 조정에 대한 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 배열 안테나 시스템은, 안테나 스위칭 셀(2)내 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하여 안테나 소자간 간격을 조절할수 있다. 상기 안테나 소자간 간격은 방사패턴과 밀접한 관련이 있다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 안테나 소자간 간격 조절 예들을 보여주는 도면이다.
상기 도 7은 2개의 안테나 피딩 셀들이 병렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것으로, 내부 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하면 도시된 바와 같이, 안테나 소자간 간격이 3d인 2-element 배열 안테나(a 참조), 안테나 소자간 간격이 2d인 2-element 배열 안테나(b 참조), 안테나 소자간 간격이 d인 2-element 배열 안테나(c 참조) 등을 구현할 수 있다. 여기서, 상기 d는 사이드 로브 감소 측면에서 λ/2 이하로 설정할수 있다.
상기 도 8은 하나의 안테나 피딩 셀에 병렬로 연결된 2개의 안테나 피딩 셀들이 직렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것으로, 내부 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하면 도시된 바와 같이, 안테나 소자간 간격이 3d인 2-element 배열 안테나(a 참조), 안테나 소자간 간격이 2d인 2-element 배열 안테나(b 참조), 안테나 소자간 간격이 d인 2-element 배열 안테나(c 참조) 등을 구현할 수 있다.
상술한 안테나 소자간 간격 조절 예들은, 안테나 소자가 4개인 배열 안테나에 대한 예시이고, 안테나 소자가 더 많은 배열 안테나 시스템에서도 동일한 방법으로 안테나 소자간 간격이 서로 다른 배열 안테나를 구현할 수 있다.
이와 같이, 안테나 소자간 간격을 조절하여 안테나 방사 패턴을 최적화한다.
도 9는 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한, 안테나 소자간 간격에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다. (a)는 안테나 소자간 간격이 λ(wavelength)인 경우의 방사 패턴을 보여주고, (b)는 안테나 소자간 간격이 2λ인 경우의 방사 패턴을 보여준다. 도시된 바와 같이, 안테나 소자간 간격에 따라 서로 다른 방사 패턴을 보여주므로, 본 발명의 방법으로 안테나 소자간 간격을 조정하여 최적의 방사 패턴을 설정한다.
다음으로, 본 발명에 따른 배열 안테나 시스템은, 안테나 스위칭 셀(2)내 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하여 동작되는 안테나 소자 개수를 조정할수 있다. 상기 동작되는 안테나 소자 개수는 빔폭(beam width)과 밀접한 관련이 있다.
도 10과 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 안테나 소자 개수 조절 예들을 보여주는 도면이다.
상기 도 10은 2개의 안테나 피딩 셀들이 병렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것으로, 내부 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하면 도시된 바와 같이, 안테나 소자간 간격이 d인 2-element 배열 안테나(a 참조), 안테나 소자간 간격이 d인 4-element 배열 안테나(b 참조) 등을 구현할수 있다.
상기 도 11은 하나의 안테나 피딩 셀에 병렬로 연결된 2개의 안테나 피딩 셀들이 직렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것으로, 내부 위상천이기들(22,23)의 위상 천이값을 조정하면 도시된 바와 같이, 안테나 소자간 간격이 d인 2-element 배열 안테나(a 참조), 안테나 소자간 간격이 d인 2-element 배열 안테나(b 참조) 등을 구현할 수 있다.
상술한 안테나 소자 개수 조절 예들은, 안테나 소자가 4개인 배열 안테나에 대한 예시이고, 안테나 소자가 더 많은 배열 안테나 시스템에서도 동일한 방법으로 안테나 소자 개수가 서로 다른 배열 안테나를 구현할 수 있다.
이와 같이, 동작되는 안테나 소자 개수를 조절하여 안테나 방사 패턴을 최적화한다.
도 12 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한, 안테나 소자 개수에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다. (a)는 안테나 소자 개수가 4개(4-element)인 경우의 방사 패턴을 보여주고, (b)는 안테나 소자 개수가 8개(8-element)인 경우의 방사 패턴을 보여준다. 도시된 바와 같이, 안테나 소자 개수에 따라 서로 다른 방사 패턴을 보여주므로, 본 발명의 방법으로 안테나 소자 개수를 조정하여 최적의 방사 패턴을 설정한다.
다음으로, 본 발명에 따른 배열 안테나 시스템은, 안테나 피딩 셀(3)내 종단 위상천이기들(31,32)의 위상 천이값을 조정하여 틸팅각(φ)을 조정할수 있다. 여기서, 상기 틸팅각은 빔 방향(beam direction)과 밀접한 관련이 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 시스템에서 틸팅각 조절 예들을 보여주는 도면이다. 특히, (a)는 2개의 안테나 피딩 셀들이 병렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것이고, (b)는 하나의 안테나 피딩 셀에 병렬로 연결된 2개의 안테나 피딩 셀들이 직렬로 연결된 4-element 배열 안테나 시스템을 나타낸 것이다.
도 13의 (a)와 같은 4-element 배열 안테나 시스템에서 틸팅각 φ는 하기 <수학식 3>을 만족한다.
Figure 112005049210139-PAT00011
한편, 도 13의 (b)와 같은 시스템에서, 상기
Figure 112005049210139-PAT00012
는 하기 <수학식 4>을 만족한다.
Figure 112005049210139-PAT00013
상술한 안테나의 틸팅각 조절 예들은, 안테나 소자가 4개인 배열 안테나에 대한 예시이고, 안테나 소자가 더 많은 배열 안테나 시스템에서도 동일한 방법으로 틸팅각이 서로 다른 배열 안테나를 구현할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 외관을 보여주는 도면이다.
도시된 바와 같이, 상기 배열 안테나 시스템(140)의 전면에는 8×4 개의 안테나 소자(141)들이 배열되고, 그 배열 면을 안테나 레이돔(antenna radome)(142)이 덮고 있다. 그리고, 상기 배열 안테나 시스템(140)의 하단에는 송신신호가 입력되는 포트(143)와 제어신호가 입력되는 포트(144)가 구성된다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 일 예를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 안테나 피딩 셀(3)이 3단으로 연결되어 있다. 1번째 단에는 하나의 안테나 피딩 셀(150)이 구성되고, 2번째 단에는 2개의 안테나 피딩 셀들(151, 152)이 구성되며, 3번째 단에는 4개의 안테나 피딩 셀들(153, 154, 155, 156)이 구성된다.
도 15를 참조하면, 안테나 피딩 셀(150)의 제1 출력은 2번째 단의 제1 안테나 피딩 셀(151)로 제공되고, 제2 출력은 2번째 단의 제2 안테나 피딩 셀(152)로 제공된다. 그리고, 상기 안테나 피딩 셀(151)의 제1 출력은 3번째 단의 제1 안테나 피딩셀(153)로 제공되고, 제2 출력은 3번째 단의 제2 안테나 피딩셀(154)로 제공된다. 마찬가지로, 상기 안테나 피딩 셀(152)의 제1 출력은 3번째 단의 제3 안테나 피딩셀(155)로 제공되고, 제2 출력은 3번째 단의 제4 안테나 피딩 셀(156)로 제공된다.
마지막 단(3번째 단)에 구성되는 상기 제1 안테나 피딩 셀(153)의 제1 출력은 8×4 배열의 1번째 행에 해당하는 4개의 안테나 소자들로 제공되고, 제2 출력은 2번째 행에 해당하는 4개의 안테나 소자들로 제공된다. 마찬가지로, 상기 제4 안테나 피딩 셀(156)의 제1 출력은 7번째 행에 해당하는 4개의 안테나 소자들로 제공되고, 제2 출력은 8번째 해당하는 4개의 안테나 소자들로 제공된다.
이와 같은 구조는, 안테나 피딩부(15)로부터 출력되는 하나의 피드선(feed line)이 하나의 행을 구성하는 4개의 안테나 소자들과 연결되기 때문에, 수직축으로만 틸팅각(tilting angle), 방사패턴 및 빔폭을 조정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 8×4 배열 안테나 시스템의 다른 예를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 안테나 피딩 셀(3)이 5단으로 연결되어 있다. 마지막 단(5번째 단)의 제1 안테나 피딩 셀의 제1출력은 8×4 배열의 (1,1)번째 안테나 소자로 제공되고, 제2출력은 (1,2)번째 안테나 소자로 제공된다. 그리고, 상기 마지막 단의 제2 안테나 피딩 셀의 제1 출력은 (1,3)번째 안테나 소자로 제공되고, 제2출력은 (1,4)번째 안테나 소자로 제공된다.
이와 같이, 마지막 단의 제15 안테나 피딩 셀의 제1출력은 8×4 배열의 (8,1)번째 안테나 소자로 제공되고, 제2출력은 (8,2)번째 안테나 소자로 제공된다. 그리고, 마지막 단의 제16 안테나 피딩셀의 제1출력은 (8,3)번째 안테나 소자로 제공되고, 제2출력은 (8,4)번째 안테나 소자로 제공된다.
이와 같은 구조는, 안테나 피딩부(16)로부터 출력되는 하나의 피드선이 하나의 안테나 소자와 연결되기 때문에, 수평축 및 수직축 모두 유연하기 틸팅각, 방사패턴 및 빔폭을 조정할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 배열 안테나의 방사패턴, 빔폭 및 틸팅각을 최적화할 수 있으므로, 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨이 사용되는 시스템에서 섹터와 셀간 간섭을 최적화할 수 있는 이점이 있다. 결과적으로, 섹터와 셀간 간섭을 최적화함으로써, 시스템 용량(또는 Throughput)을 증대시키는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 배열 안테나 시스템에 있어서,
    입력되는 신호의 전력을 분배하여 출력하는 전력분배기와,
    상기 전력분배기로부터의 제1신호의 위상을 조정하여 출력하는 제1위상천이기와,
    상기 전력분배기로부터의 제2신호의 위상을 조정하여 출력하는 제2위상천이기와,
    상기 제1 및 제2 위상천이기로부터의 신호들을 미리 결정된 방식에 따라 결합하여 복수의 신호들을 발생하는 결합기와,
    상기 결합기로부터의 복수의 신호들의 위상을 조정하기 위한 제3위상천이기를 포함하는 안테나 피딩 셀(antenna feeding cell)을 적어도 하나 구비하며,
    상기 적어도 하나의 안테나 피딩 셀들을 직렬 및 병렬로 연결하여 안테나 피딩부를 구성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 피딩부내 구성되는 위상천이기들의 위상 천이값을 조정하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 위상천이기의 위상 천이값은 0° 또는 90°인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커플러의 S(scattering)-파라미터는 하기 수식과 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112005049210139-PAT00014
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 피딩부로부터의 복수의 피드선(feed line)들은 안테나 소자들과 연결되고, 상기 안테나 피딩부내 구성되는 위상천이기들의 위상 천이값을 조정하여 상기 복수의 피드선들을 선택적으로 온/오프하며, 상기 온/오프에 의해 수직축 및 수평축으로 안테나 소자간 간격 및 동작되는 안테나 소자 개수를 조정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 피딩부내 종단에 구성되는 위상천이기들의 위상천이값을 조정하여 틸팅각(tilting angle)을 조정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010095820A2 (ko) * 2009-02-17 2010-08-26 주식회사 이엠따블유 메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ｍｉｍｏ 안테나 시스템
KR101494821B1 (ko) * 2008-11-28 2015-03-02 주식회사 케이엠더블유 이동통신 기지국의 어레이 안테나 시스템
KR20150052565A (ko) * 2013-11-06 2015-05-14 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2017155213A1 (ko) * 2016-03-10 2017-09-14 (주)에이엠플러스 다단 안테나 시스템
CN113363735A (zh) * 2021-05-25 2021-09-07 武汉虹信科技发展有限责任公司 5g大规模阵列电调天线

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101735782B1 (ko) * 2015-11-02 2017-05-15 주식회사 에스원 배열 안테나

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3567102B2 (ja) * 1999-07-26 2004-09-22 日本電信電話株式会社 給電方法およびフェーズドアレーアンテナ

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101494821B1 (ko) * 2008-11-28 2015-03-02 주식회사 케이엠더블유 이동통신 기지국의 어레이 안테나 시스템
WO2010095820A2 (ko) * 2009-02-17 2010-08-26 주식회사 이엠따블유 메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ｍｉｍｏ 안테나 시스템
WO2010095820A3 (ko) * 2009-02-17 2010-11-18 주식회사 이엠따블유 메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ｍｉｍｏ 안테나 시스템
KR20150052565A (ko) * 2013-11-06 2015-05-14 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 장치
WO2017155213A1 (ko) * 2016-03-10 2017-09-14 (주)에이엠플러스 다단 안테나 시스템
CN113363735A (zh) * 2021-05-25 2021-09-07 武汉虹信科技发展有限责任公司 5g大规模阵列电调天线

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