KR20080023605A - 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나 - Google Patents

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KR20080023605A
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Abstract

본 발명은 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서, 반사판과; 전체적으로 정방형이며, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태를 형성하는 다수의 다이폴로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 전체적으로 정방향의 제1방사소자모듈과; 제1방사소자모듈의 정방형 형태내에 인터리빙되어 구성되며, 전체적으로 십자형의 다수의 다이폴로 구성되는, 제2주파수 대역용 제2방사소자모듈을 구비한다.
이중, 편파, 대역, 안테나, 다이폴

Description

이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나{DUAL-BAND DUAL-POLARIZED BASE STATION ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION}
도 1은 종래 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 일 예시 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제1대역용 방사 소자의 구조도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 구조도
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 구조도
도 9는 도 2의 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 변형 예를 타나낸 사시도
도 10a는 도 9 중 방사소자모듈 중 다이폴의 상세 구조도, 도 10b는 이의 변형 예시도
본 발명은 이동통신(PCS, Cellular, IMT-2000 등) 기지국 안테나에서 다이버시티용 이중대역 이중편파 안테나에 관한 것이다.
이동통신 기지국용 안테나는 페이딩 현상을 경감시키기 위해 공간 다이버시티 방식 또는 편파 다이버시티 방식을 적용하여 설계되고 있다. 공간 다이버시티 방식은 송신 안테나와 수신 안테나를 공간적으로 일정거리 이상 이격시켜 설치하는 것으로 공간적인 제약이 많을 분만 아니라 비용적인 측면에서 바람직하지 않다. 이에따라 이동통신 시스템에서는 편파 다이버시티 방식을 적용하여 이중대역 이중편파 안테나를 일반적으로 사용하고 있다.
이중대역 이중편파 안테나는 서로에 대해 직각으로 정렬되고, 예를 들어, 수직과 수평으로 정렬될 수 있는 2개의 선형 편파를 송신(또는 수신)하는데 사용된다. 그러나 실제 적용에 있어서는 이 편파를 수직(또는 수평)에 대하여 +45도와 -45도로 정렬시키도록 이들 안테나를 동작시키는 것이 매우 중요하다. 이중대역 이중편파 안테나는 일반적으로 서로에 대해 충분히 이격되어 있는 2개의 주파수 대역 으로 동작된다. 이러한 이중대역 이중편파 안테나에 대해서는 카트라인-베르케 카게에 의해 국내 선출원된 특허 출원번호 제2000-7010785호(명칭: 이중 편파 다중대역 안테나)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.
도 1은 종래 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 일 예시 사시도로서, 상기 국내 특허 출원번호 제2000-7010785호에 개시된 바와 같다. 도 1을 참조하여 종래의 이중대역 이중편파 안테나는 제1주파수 대역(보다 낮은 주파수 대역, 이하 저주파 대역으로 칭함)용 제1방사소자모듈(1) 및 제2주파수 대역(보다 높은 주파수 대역, 이하 고주파 대역으로 칭함)용 제2방사소자모듈(3)을 구비한다.
2개의 방사소자모듈(1, 3)은 도전성 반사판(5) 앞에 배치되는데, 이 반사판(5)의 형상은 실질적으로 정방형이다. 급정망은 반사판(5)의 배면에 위치될 수 있으며, 이를 통해 제1, 제2방사소자모듈(1, 3) 각각이 전기적으로 접속된다. 제1방사소자모듈은 전체적으로 정방형으로 배치되는 다수의 다이폴(1a)을 구비하며, 이 다이폴(1a)은 소위 평형 장치(7)에 의해 반사판(5) 또는 그 뒤에 위치된 판에 기계적으로 지지되며, 또한 전기적으로 접촉된다. 이때 반사판(5)의 양 가장자리는 해당 평면으로부터 적당한 높이로 돌출되어 있는 측벽(side wall)(6)을 가짐으로서 방사특성을 향상시킨다.
제1방사소자모듈(1)의 다이폴 소자의 길이는 이에 상응하는 전자기파가 해당 다이폴 소자를 통해서 송,수신되도록 설정된다. 따라서, 이중편파 안테나에서 다이폴 소자는 직교하여 정렬된다. 통상적으로는 이 다이폴 소자(1a) 각각은 수직에 대해서(또는 수평에 대해서) +45 및 -45도의 각도로 정확하게 정렬되어, 간략히 X-편 파 안테나라 칭하는 안테나를 형성한다.
제2방사소자모듈(3)은 정방형 다이폴 형태의 제1방사소자모듈(1) 내에, 또는 그 외부에 위치될 수 있다. 이러한 제2방사소자모듈(3)은 정방형 다이폴 형태가 아니라 십자형 다이폴 형태이다. 서로 직각으로 위치되는 2개의 다이폴(3a)은 마찬가지로 반사판(5)에 해당 평형망을 통해 지지되며, 이를 통해 급전된다.
제1, 제2방사소자모듈(1, 3)은 반사판(5) 앞에서 서로 다른 거리로 정확하게 배치되어 있다. 이때 제2방사소자모듈(3)은 제1방사소자모듈(1)에 인터리빙되어 배열된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1, 제2방사소자모듈(1, 3)에 의해 형성된 안테나 장치는 수직 방향으로 2개가 반사판(5)상에 설치될 수 있으며, 두 개의 안테나 장치사이의 공간에는 제2주파수 대역의 부가 제2방사소자모듈(3')가 설치될 수 있다. 이러한 배열방식으로 높은 수직 이득을 갖게 된다.
그런데, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 안테나 구조는 빔폭을 맞추기 위해 측벽 구조를 설정하기가 어려운 단점이 있었다. 즉, 이동통신 기지국은 통상 3섹터로 나누어지고 섹터 안테나의 빔폭은 65도 또는 90도가 적용된다. 65도 빔폭을 맞추기 위해서는 방사소자의 선택과 측벽간의 거리 및 높이에 의해 조정되는데, 도 1에 도시된 안테나 구조는 정방형의 저주파 대역의 방사소자가 수평대비 마름모꼴이므로 측벽이 방사소자 밖으로 많이 벗어나게 되거나, 측벽을 방사소자의 크기에 맞추게 될 경우에는 그 사이즈가 커지게 된다. 측벽은 방사소자 가까이에 있을수록 빔폭 조정이 용이하므로 저주파 대역 및 고주파 대역을 동시에 65도 빔폭으로 맞추는데 어려움이 발생한다.
이에 따라, 종래 기술에서는 이중대역 이중편파 안테나는 빔폭 조정의 어려움으로 빔폭을 우선 맞추기 위하여 안테나 고유의 특성, 예를 들면 분리도 및 교차편차 특성이 많이 훼손되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 빔폭 조정이 용이하며, 안테나 설계를 용이하게 할 수 있도록 하기 위한 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서, 반사판과; 전체적으로 정방형이며, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태를 형성하는 다수의 다이폴로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 전체적으로 정방향의 제1방사소자모듈과; 상기 제1방사소자모듈의 상기 정방형 형태내에 인터리빙되어 구성되며, 전체적으로 십자형의 다수의 다이폴로 구성되는, 제2주파수 대역용 제2방사소자모듈을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이는 종래와 유사하게 반사판(50) 전면에 설치되는 저주파 대역의 제1방사소자모듈(11) 및 이에 인터리빙되는 고주파 대역 제2방사소자모듈(31)로 형성되는 안테나 장치가 수직방향으로 직렬로 2개소에 설치되며, 두 개의 안테나 장치사이의 공간에는 제2주파수 대역의 부가 제2방사소자모듈(32)이 설치되는 구조를 가질 수 있다.
그러나, 각각의 제1, 제2방사소자모듈(11, 12)의 상세 구성은 종래와 차이가 있게 된다. 특히 제1방사소자모듈(11)은 다수의 다이폴(111, 112, 113, 114)들의 배치구조가 전체적으로 정방형이기는 하나, 전체 정방형의 구조는 종래의 마름모 형태가 아니라, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제1대역용 방사 소자의 구조도로서, 상기 도 2에 도시된 제1방사소자모듈(11)의 구조를 나타낼 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1방사소자모듈은 이를 형성하는 다수의 다이폴(111, 112, 113, 114)이 전체적으로 정사각형의 각 꼭짓점 부분을 형성할 수 있는데, 각각 90도로 꺾여진 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조에서 2개의 선형 편파를 수직(또는 수평)에 대하여 +45도와 -45도로 정렬시켜 송신(또는 수신)하기 위하여 상기 정사각형의 각 꼭짓점 부분을 형성하는 다수의 다이폴(111, 112, 113, 114)들이 서로 대각선 위치에 있는 다이폴들끼리 짝을 지어(즉, 111+113, 112+114) 급전망을 형성하게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1방사소자모듈은 이를 형성하는 다수의 다이폴(121, 122, 123, 124)이 전체적으로 정사각형의 각 변을 형성할 수 있다. 이러한 구조에서 2개의 선형 편파를 수직(또는 수평)에 대하여 +45도와 -45도로 정렬시켜 송신(또는 수신)하기 위하여 서로 인접한 변들에 해당하는 다이폴들끼리 짝을 지어(즉, 121+122, 123+124) 급전망을 형성하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도서, 상기 도 2에 도시된 제2방사소자모듈(31)의 구조를 나타낼 수 있으며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이에서 제2대역용 방사 소자의 구조도이다. 도 5, 도 6에 도시된 바와 같은 제2방사소자모듈은 서로 직각으로 위치되는 2개의 다이폴 311/312, 321/322)에 의해 전체적으로 십자형태의 다이폴 형태를 가질 수 있으며, 실질적으로, 도 6에 도시된 제2방사소자모듈은 전체적으로 '??'자 형태를 가질 수 있다.
상기 도 3내지 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 제1, 제2방사소자모듈을 적절히 조합하여 전체적인 이중대역 이중편파 안테나를 구성할 수 있는데, 이러한 전체적인 이중대역 이중편파 안테나의 구성 예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 구도조로서, 상기 도 2에 도시된 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 구조와 동일할 수 있다. 즉, 상기 도 3에 도시된 형태의 제1방사소자모듈과 도 5에 도시된 형태의 제2방사소자모듈을 2개소에 조합하여 2개의 안테나 장치를 형성하고 부가 제2방사소자모듈로서도 마찬가지로 도 5에 도시된 형태의 제2방사소자모듈을 이용한다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 구조도로서, 도 8에 도시된 구조는 상기 도 4에 도시된 형태의 제1방사소자모듈과 도 6에 도시된 형태의 제2방사소자모듈을 2개소에 조합하여 2개의 안테나 장치를 형성하고 부가 제2방사소자모듈로서는 도 5에 도시된 형태의 제2방사소자모듈을 이용한다.
이와 같이, 상기 도 3내지 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 특징에 따른 구성을 가지는 제1, 제2방사소자모듈을 적절히 조합하여 다양한 변형이 가능한 이중대역 이중편파 안테나를 구성할 수 있게 된다.
이때 각각의 제1, 제2방사소자모듈은 다수의 다이폴들의 배치구조가 전체적으로 정방형이며, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태이므로, 반사판의 측벽이 방사소사 가까이 위치할 수 있게 된다. 따라서 반사판의 사이즈를 작게 가질 수 있게 되며, 안테나의 설계 및 저주파 대역에서의 65도 빔폭은 물론 고주파 대역도 65도 빔폭으로 조정하기가 용이하게 된다.
도 9는 도 2의 이중대역 이중편파 안테나 어레이의 변형 예를 타나낸 사시도 로서, 각각의 제1, 제2방사소자모듈(11, 12)의 전체 배치 구조는 상기 도 2에 도시된 바와 동일하나, 각 방사소자 모듈의 다수의 다이폴(111, 112, 113, 114)들의 상세 구조는 도 2에 도시된 구조와 차이가 있다. 도 10a, 10b를 참조하여 이를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 10a는 도 9 중 방사소자모듈 중 다이폴의 상세 구조도, 도 10b는 이의 변형 예시도이다. 도 10a, 10b를 참조하면, 각 다이폴(111, 112, 113, 114)은 좌, 우측단으로 구분되어 전체 길이가 해당 주파수에 따라 적절히 설계되는 다이폴 소자(111a)와, 다이폴 소자(111a)의 좌, 우측단을 각각 지지하는 적절한 형상의 지지대(111b)로 구성된다.
도 10a에서는 다이폴 소자(111a)의 좌, 우측단이 서로 직선적으로(180도로) 연결된 것으로 도시되었으나, 도 10a에 도시된 바와 같이, 실제적으로 각 다이폴 소자(111a)의 좌, 우측단은 평면상에서 서로에 대해 각각 45도 각도로 기울어져서 전체적으로 90도의 각도를 가지도록 구성될 수 있다. 또는 각 다이폴 소자(111a)의 좌, 우측단 중 일측단만 90도 각도로 기울어져서 전체적으로 90도의 각도를 가지도록 구성될 수도 있다.
또한, 도 10b에도 도시된 바와 같이, 이때 각 다이폴 소자(111a)는 해당 지지대(111b)와 동일한 평면상에 형성되거나, 다른 평면상, 예를 들어 90도의 직각을 이루는 평면상에 형성되어 서로 연결되어 있도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중대역 이중편파 안테나는 빔폭 조정이 용이하며, 안테나 설계를 용이하게 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서,
    반사판과,
    전체적으로 정방형이며, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태를 형성하는 다수의 다이폴로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 전체적으로 정방향의 제1방사소자모듈과,
    상기 제1방사소자모듈의 상기 정방형 형태내에 인터리빙되어 구성되며, 전체적으로 십자형의 다수의 다이폴로 구성되는, 제2주파수 대역용 제2방사소자모듈을 포함함을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1방사소자모듈은 상기 다수의 다이폴들이 전체적으로 정사각형의 각 꼭짓점 부분을 형성하며, 각각 90도로 꺾여진 형태를 가지며, 서로 대각선 위치에 있는 다이폴들끼리 짝을 지어 급전망이 형성됨을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1방사소자모듈은 상기 다수의 다이폴들이 전체적으로 정사각형의 각 변을 형성하며, 서로 인접한 변들에 해당하는 다이폴들끼리 짝을 지어 급전망이 형성됨을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  4. 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나에 있어서,
    반사판과;
    전체적으로 정방형이며, 실질적으로 가로변과 세로변을 가진 정사각형 형태를 형성하는 다수의 다이폴로 구성되어, 제1주파수 대역용 2개의 선형 직교 편파를 송신 및 수신하기 위한 전체적으로 정방향의 제1방사소자모듈 및 상기 제1방사소자모듈의 상기 정방형 형태내에 인터리빙되어 구성되며, 전체적으로 십자형의 다수의 다이폴로 구성되는, 제2주파수 대역용 제2방사소자모듈로 구성되며, 상기 반사판상에 수직방향으로 적어도 2개소에 설치되는 안테나 장치들을 포함함을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 두개소에 설치되는 안테나 장치사이에는 상기 제2주파수 대역의 부가 제2방사소자모듈을 설치됨을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1방사소자모듈은 상기 다수의 다이폴들 이 전체적으로 정사각형의 각 꼭짓점 부분을 형성하며, 각각 90도로 꺾여진 형태를 가지며, 서로 대각선 위치에 있는 다이폴들끼리 짝을 지어 급전망이 형성됨을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1방사소자모듈은 상기 다수의 다이폴들이 전체적으로 정사각형의 각 변을 형성하며, 서로 인접한 변들에 해당하는 다이폴들끼리 짝을 지어 급전망이 형성됨을 특징으로 하는 이중대역 이중편파 안테나.
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