KR20100035575A - 이동통신 시스템용 기지국 안테나 - Google Patents

이동통신 시스템용 기지국 안테나 Download PDF

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KR20100035575A
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이정필
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Abstract

본 발명은 상기 기지국 안테나의 방사소자 부위에서 적어도 하나 이상의 방사소자별로 설치되어, 송수신 스위칭 제어신호에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며, 상기 방사소자 측으로부터 제공된 상향 수신신호를 증폭하여 출력하는 수신신호증폭기를 구비한다.
Figure P1020090034397
기지국, 안테나, 신호 손실, LNA, TMA

Description

이동통신 시스템용 기지국 안테나{ANTENNA FOR BASE STATION OF MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템용 기지국 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 기지국 시스템은 기지국 내에 위치한 고출력 증폭기를 통해 송신하고자 하는 신호를 증폭한 후, 급전 케이블을 통해 안테나로 송신 신호를 전송하고, 안테나가 송신 신호를 방사한다. 또한, 안테나는 신호를 수신하고 급전케이블을 통해 기지국 내의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)로 신호를 전송하면, 저잡음 증폭기는 미약한 수신 신호를 증폭한다. 이때, 상기 안테나는 서비스 목적상 건물 옥상 또는 타워 등의 높은 위치에 포설되고, 기지국 본체 장비는 건물 내 또는 타워 밑의 지상에 설치된다. 따라서 기지국 본체 장비와 안테나 사이에는 상당히 긴 신호 전송선로가 형성된다.
이와 같이 기지국 본체 장비와 안테나 사이의 신호 전송선로가 길기 때문에 송신 신호 및 수신 신호가 급전 케이블을 통해 전송되는 동안 많은 신호손실이 발생하는 문제점이 있었다. 특히 기지국 본체장비와 안테나간 거리가 수십 미터에 이를 경우, 링크 버짓(Link Budget) 계산시, 입력 신호의 3dB 이상 손실이 발생하기 도 한다. 이 손실은 송신전력의 감소로 인한 커버리지 축소 및 수신 잡음지수(NF: Noise Figure)의 악화에 따른 수신감도 열화의 문제를 야기하게 된다.
최근에는 송신용 전력증폭기의 기술발전과 원가절감에 따라 송신전력의 감소는 전력증폭기의 출력용량을 키워서 해결할 수 있다. 그러나 수신감도 열화의 문제는 단말기 출력을 높여 해결할 수 있으나, 단말기의 출력을 높일 경우 배터리 사용시간이 줄어드는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 단말기에 부담을 주지 않고 수신 잡음지수를 개선하기 위한 방법이 연구되고 있다. 단말기에 부담을 주지 않고 수신 잡음지수를 개선하기 위한 방법으로서, 현재 주로 사용하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 타워탑 증폭기(TMA: Tower Mounted Amplifier)(2)를 안테나(1)의 근접위치에 연결하여 급전선 손실에 의한 잡음지수 열화를 보상하고 있다. 이와 관련된 기술로는 본 출원인에 의해 선출원된 국내 특허 출원번호 제2004-16163호(명칭: 안테나에 직결되는 착탈가능한 타워 탑 증폭장치, 발명자: 김덕용 외 2명, 출원일: 2005. 3. 10.)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.
이와 같이 기지국 안테나(1)와 타워탑 증폭기(2)를 사용하여 수신 잡음지수를 개선하는 현재의 방식은 기지국 안테나(1) 내부 급전회로에 의한 손실에 따른 잡음지수 열화를 극복할 수 없다. 그리고 타워탑 증폭기(2)의 경우에는 각 방사소자로부터 수신된 신호를 한 개의 증폭기를 이용하여 증폭하기 때문에, 해당 증폭기에 고장이 발생하면 (통상 수신신호를 바이패스하도록 동작함으로써) 수신신호의 잡음지수가 현격히 떨어지는 문제가 있다. 또한 TDD 방식에 따라 송수신 분리를 위 한 스위치의 경우 높은 송신전력에 대응되는 성능을 가져야만 하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 안테나 내부의 급전회로 및 신호 분리 등에 의한 손실을 최소화할 수 있는 이동통신 시스템용 기지국 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 비교적 안정적으로 수신레벨을 유지할 수 있는 등 치명적 수신 성능 저하의 위험에 대비할 수 있는 이동통신 시스템용 기지국 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, TDD 방식에 따라 송수신 분리를 위한 스위치의 경우 저전력에 대응되는 성능의 스위치를 채택할 수 있는 이동통신 시스템용 기지국 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 기지국 안테나의 방사소자 부위에서 적어도 하나 이상의 방사소자별로 설치되어, 송수신 스위칭 제어신호에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며, 상기 방사소자 측으로부터 제공된 상향 수신신호를 증폭하여 출력하는 수신신호증폭기를 포함함을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 시스템용 기지국 안테나는 다음과 같은 효과가 있다. 첫째, 증폭수단을 각 방사소자에 분산하여 직접 연결시킴으로써 안테나 내부의 급전회로에 의한 잡음지수(NF: Noise Figure)를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 업링크 쓰루풋(throughput)이 좋아지며, 업링크 쓰루풋이 좋아짐에 따라 기지국에서 단말기측으로의 재전송률이 줄어듦으로써, 결과적으로 다운링크 쓰루풋도 좋아진다. 이때, 수신 신호를 한 개의 증폭기가 아닌 다수 개의 증폭기로 나누어 증폭하기 때문에 임의의 어느 한 개의 증폭기에 오류가 발생하여도 수신레벨이 현격히 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 둘째, 기지국 본체 장비로부터 합성되어 입력되는 RF 신호 및 제어신호를 안테나 내부에서 한번만 분리하여 전달하기 때문에 손실이 적어지는 효과가 있다. 셋째, TDD 방식에 따라 송수신 분리를 위한 스위치의 경우 각 방사소자 단위로 분배된 송신신호를 스위칭하기 때문에 저전력에 대응되는 성능의 스위치를 사용할 수 있는 효과가 있다. 넷째, 증폭기에 비교적 저전력의 1dB CP(Compression Point)가 낮은 트랜지스터를 사용할 수 있는 효과가 있다. 다섯째, TDD 방식에 따라 송수신 분리를 위한 스위치의 경우 스위치의 격리도(Isolation) 스펙도 완화시킬 수 있다. 여섯째, 저전력의 다수 개의 증폭기를 사용하기 때문에 증폭기가 외부 인터피어런스(interference) 신호에 의해 고장날 가능성이 낮아지는 효과가 있다.
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 시분할 방식의 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 전체 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기지국 안테나는 기본적으로 종래의 타워탑 증폭기를 구비하지 않고 기지국 본체 장비(BTS)와 직접적으로 연결되는 구조를 가진다.
이러한 본 발명에 따른 안테나에는 먼저, 기지국 본체 장비로부터의 RF 신호와 안테나 제어를 위한 제어신호 및 DC 전원을 분리하기 위하여 바이어스티(bias-T) 등으로 구성되는 신호분리기(10)(도 2에서는 'RF/(DC/CTR)분리기'로 표시함)와; 신호분리기(10)에서 분리되어 출력되는 RF 신호를 분배기(Divider)(62)를 통해 1:N(도 2의 예에서는 1:4)으로 일차적으로 분배하며, 위상제어신호에 따라 상기 분배기(62)에서 분배된 각각의 신호의 위상을 위상천이기(Phase shifter)(64)를 통해 천이하여 출력하는 분배/위상천이모듈(60)을 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 안테나는 상기 분배/위상천이모듈(60)에서 출력된 각각의 신호를 입력받아 송수신 스위칭 제어신호(시분할 동기신호: TDD Sync)에 따라 하향링크(down link) 송신신호를 적어도 하나의 방사소자(80) 측으로 전송하며, 상기 적어도 하나의 방사소자(80) 측으로부터 제공된 상향링크(up link) 수신신호를 해당 수신 대역에 따라 필터링하여 저잡음증폭기(LNA)를 통해 증폭하는 적어도 하나의 수신신호증폭기(72)와, 상기 적어도 하나의 수신신호증폭기(72)에서 출력된 신호를 1:M(도 2의 에에서는 1:2)으로 다시 이차적으로 분배하여 분배된 각각의 신호를 각각의 해당하는 방사소자(80)측으로 출력하는 적어도 하나의 방사소자전단분배기(74)를 구비하는 적어도 하나의 수신신호증폭/분배모듈(70)을 구비한다. 이때 상기 분배/위상천이모듈(60)의 분배기(62)의 분배비 1:N과 상기 수신신호증폭/분배모듈(70)의 방사소자전단분배기(74)의 분배비 1:M을 통해 최종적으로 분배되는 비율은 해당 안테나의 방사소자의 개수에 따라 정해짐을 이해하여야 할 것이다.
또한 본 발명에 따른 안테나는 신호분리기(10)와 분배/위상천이모듈(60)간의 RF 신호 경로상의 RF 신호와 커플링된 신호를 발생하는 RF 커플러(40)와; RF 커플러(40)에서 커플링된 신호로부터 RF 신호를 검출하는 RF 검출기(50)와; 신호분리기(10)에서 분리된 DC 전원을 제공받아 상기 각각의 수신신호증폭/분배모듈(70)의 저잡음증폭기(LNA)의 동작 전원을 제공하는 DC/DC 컨버터(30)를 구비한다.
또한 본 발명에 따른 안테나는 신호분리기(10)에서 분리된 제어신호 및 DC 전원을 제공받고 RF 검출기(50)에서 검출된 RF 신호를 제공받아 RF 신호의 상태를 분석하며 이에 따라 상기 분배/위상천이모듈(60)의 위상천이기(64)로 상기 위상제어신호를 출력하며 상기 수신신호증폭/분배모듈(70)로 상기 스위칭 제어신호(TDD Sync)를 출력하는 MCM(Main Control Module)(20)을 구비한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 기지국 안테나는 종래와 비교하여 각 방사소자(80) 측의 근처에 구비되어, 방사소자(80)에서 수신된 수신신호를 전송선로 상에서의 손실없이 거의 곧바로 증폭하는 기능을 가진 수신신호증폭/분배모듈(70)에 큰 차이점이 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 수신 신호의 증폭수단을 각 방사소자별로 분산하여 직접 연결시킴으로써, 안테나 내부의 급전회로에 의한 손실을 최소화하며, 또한 수신 신호를 한 개의 증폭기가 아닌 다수 개의 증폭기로 나누어 증폭하기 때문에 임의의 어느 한 개의 증폭기에 오 류가 발생하여도 수신레벨이 현격히 떨어지는 것을 방지하게 된다. 또한 각 방사소자별로 분배된 송신신호를 스위칭하기 때문에 저전력에 대응되는 성능의 스위치를 사용할 수 있으며, 스위치의 격리도(Isolation) 스펙도 완화시킬 수 있다.
도 3은 도 2 중 수신신호증폭/분배모듈의 수신신호증폭기의 상세 블록 구성의 일 예시도이다. 도 3을 참조하면, 수신신호증폭기(72)는 상기 분배/위상천이모듈(60) 측과 연결되며 시분할 동기신호(TDD Sync)에 따라 송수신 신호의 경로를 스위칭하기 위한 제1스위치(722)와, 상기 방사소자(80)측과 연결되고 시분할 동기신호에 따라 송수신 신호의 경로를 스위칭하는 제2스위치(724)와, 수신시 상기 제2스위치(724)로부터 신호를 입력받아 해당 수신대역의 주파수만 통과시키는 대역통과필터(726)와, 상기 대역통과필터(726)의 출력신호를 저잡음 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(728)를 구비한다.
이러한 수신신호증폭기(72)에서 RF 신호 송신시에는, 상기 제1, 제2스위치(722, 724)가 시분할 동기신호에 의해 송신경로로 스위칭되며, 송신 신호는 제1, 제2스위치(722, 724)를 통해 해당 방사소자(80)측으로 전달된다.
한편, RF 신호의 수신시에는, 상기 제1, 제2스위치(722, 724)가 시분할 동기신호에 의해 수신경로로 스위칭되며, 각 방사소자(80)를 통해 수신된 신호는 상기 제2스위치(724)를 통해 상기 대역통과필터(726)에 제공되어 해당 수신 주파수 대역만 필터링된 후, 저잡음증폭기(728)에서 저잡음 증폭되어 제1스위치(722)를 통해 기지국 본체 장비측으로 상향 전달된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 방사소자(80)를 통해 수신된 신호가 근접 연결되어 있는 저잡음증폭기(728)에 의해 증폭되기 때문에 신호의 손실을 최소화할 수 있다. 특히, 종래와 비교하여, 본 발명에서는 수신 신호가 안테나 내부의 전송경로상에서 추가적인 잡음이 포함되기 전에 증폭되므로 유효한 신호의 증폭 효율을 더욱 높일 수 있게 된다. 그리고 송신경로에 별다른 장치가 없기 때문에 신호 송신 시에 발생되는 손실을 최소화 할 수 있다.
도 4는 도 2 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 다른 예시도로서, 도 4에 도시된 수신신호증폭기(72')의 구성은 도 3에 도시된 수신신호증폭기(72)의 구성과 유사하지만, 다만 수신신호 필터링을 위한 대역통과필터(726)가 구비되지 않고, 제2스위치(724)와 방사소자(80)측 사이에 송수신대역용 대역통과필터(727)가 구비된다는 점에 차이점이 있다. 이와 같이 도 4에 도시된 수신신호증폭기(72')의 구성에서는, 송신 신호가 대역통과필터(727)를 통과하기 때문에 스퓨리어스 에미션(Spurious Emission)이 개선된다.
도 5는 본 발명의 기지국 안테나와 종래의 기지국 안테나의 잡음지수 시뮬레이션 결과를 예시한 도면으로서, 도 5의 (a)는 종래의, 예를 들어 도 1에 도시된 기지국 안테나의 잡음지수 시뮬레이션을 나타내며, 도 5의 (b)는 본 발명에 따른 안테나의 잡음지수 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
통상 이동통신 기지국 안테나는 서비스의 형태상 방사소자 배열이 수직으로 다수 배열되어 길이가 긴 구조로 형성된다. 따라서 방사소자 각각에 신호를 전달하 는 급전회로의 길이가 길어지고 이로 인해 급전손실이 발생한다. 근래 많이 사용되는 전기적 다운틸트를 지원하는 기지국 안테나(EDTA : Electric Downtilt Antenna)의 경우에 통상적인 효율이 약 70% 정도이고 급전회로로 인한 손실은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 약 30% 즉, 약 1.5dB 정도의 신호손실에 의한 잡음지수 열화를 가지고 있다. 이때 타워탑증폭기(TMA)에서 다시 추가적으로 2dB 정도의 잡음지수 열화를 가짐을 알 수 있다. 이에 비해, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조에서는 총 안테나의 잡음지수가 1.84dB 정도로써, 잡음지수 개선효과가 1.66dB로 개선된다. 도 5의 (b)에서 TDD 모듈의 잡음지수를 1.8dB로 산정한 이유는 안테나와 TMA간의 점퍼 케이블에 의한 삽입손실 0.2dB를 개선할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 개략적인 전체 구조를 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 6 중 주요부의 상세 분해 사시도이다. 도 6 및 도 7에서는 본 발명에 따른 기지국 안테나의 기구적인 구성 예가 도시되고 있는데, 반사판(110)의 뒷면을 기준으로 안테나의 내부 기구적인 구조가 도시되고 있으며(편의상 반사판(110)에서 방사소자가 설치되는 면을 앞면으로 칭하기로 한다), 상기 도 2에 도시된 회로적인 블록 구성도와 비교하여 동일한 구성요소에는 가급적 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나의 기구적 구조는 상부 캡(180) 및 하부 캡(190)이 상부 및 하부에 각각 씌워지는 레이돔(170)에 의해 외형이 형성되며, 그 내부에 방사소자(미도시)를 비롯한 각종 장비들이 설치된다. 이 때 도시된 바와 같이, 반사판(110)의 뒷면에는 본 발명의 특징에 따라 앞면의 각각의 방사소자(의 연결단자)와 직접적으로 연결되기 위하여 다수의 수신신호증폭/분배모듈(70)이 설치됨이 도시되고 있다.
또한, 기지국 본체 장비측과 연결되는 하부 캡(190)에는 신호분리기(10)가 설치되며, 신호분리기(10) 이후에 RF커플러(40) 및 분배/위상천이모듈(60)이 차례로 설치된다. 또한 반사판(110)의 뒷면 상측에 RF검출기(50)가 설치되며, MCM어셈블리(100)는 상부 캡(180)측에 설치된다.
또한, 반사판(110)의 하측의 신호분리기(10) 근처에는 MCM어셈블리(100)의 제어하에 반사판(110)을 좌우 회전시키기 위한 구동 모터 및 회전 기어 등으로 구성되는 회전 장치(192)가 설치되는데 이러한 회전장치(192)의 회전에 의해 반사판(110)이 회전함으로써, 안테나빔의 방사 방향을 조정하게 된다.
한편, 도 6에서는 신호분리기(10), RF커플러(40), 분배/위상천이모듈(60), RF검출기(50) 및 MCM어셈블리(100)간에 케이블 형태의 전송라인이 연결됨이 도시되고 있다. 예를 들어, 신호분리기(10)와 MCM어셈블리(100)사이에 검은색 실선으로 표시한 전송라인(106)은 신호분리기(10)에서 분리된 제어신호 및 DC 전원 제공용 전송라인이다.
또한, 반사판(110)의 적어도 일부를 감싸는 구조로 반사판(110)에 부착되게 설치되어, 해당 반사판(110)이 레이돔(170)의 내부에서 회전될 때에 반사판(110)과 레이돔(170)이 충돌하는 것을 방지하기 위한 프로텍터(90)가 다수개 구비된다. 이러한 프로텍터(90)는 도 6 및 도 7에 예로써 도시된 바와 같이, 반사판(110)의 뒷 면에 부착될 수 있으며, 반사판(110)의 뒷면에 부착될 수 있는 수신신호증폭/분배모듈(70)을 비롯한 다양한 장치들을 더불어 보호하게 된다. 상기 프로텍터(90)는 일정 유전율을 가지는 재질, 일례로 플라스틱으로 형성될 수 있으며, RF(Radio Frequency) 특성을 개선시키는 용도로도 사용될 수 있다.
이러한 프로텍터(90)는 예를 들어 반원형의 막대구조를 가질 수 있으며, 사용자가 해당 프로텍터(90)를 통해 전체적인 안테나 반사판(110)(및 이에 부착된 다양한 장치들)을 운반 가능하도록 반사판(110)에 견고히 부착된다. 프로텍터(90)를 반원형으로 형성하는 것은 레이돔(170)의 내주면과 대응되도록 하기 위함이다.
이때 프로텍터(90)에는 사용자가 해당 프로텍터(90)를 잡고서 운반하기에 용이하도록 울퉁불퉁한 홈 및/또는 돌기가 형성된 미끄럼방지구조(94)를 가질 수 있다. 이러한 구조의 프로텍터(90)는 완제품 상태의 안테나의 운반 또는 설치 내측의 장치들을 보호하는 역할 뿐만 아니라, 안테나의 제작 공정 중에서 반제품 상태의 안테나를 운반할 경우에 용이하게 운반 가능하도록 하며, 운반시 사용자가 반사판이나 장치들을 접촉할 필요가 없도록 함으로써 반사판이나 장치들의 손상 가능성을 더욱 줄이게 된다.
또한 프로텍터(90)에는 안테나 내부에 설치되는 전원 제공용 전송라인 등을 비롯한 다양한 케이블들 중 적어도 일부를 잡아주는 가이드 역할을 하도록 홈 또는 홀이 형성된 케이블가이드구조(94)가 구비될 수 있다. 즉, 해당 케이블가이드구조(94)의 홈 또는 홀에 케이블이 끼워지는 형태로 설치될 수 있다.
한편, 이러한 기구적 구조를 가지는 안테나에서, 상기 MCM어셈블리(100)는 반사판(110)에 고정되게 설치되는데, 도 7에서 도시된 바와 같이 장착 가이드 구조물(102)에 장착된 상태에서 반사판(110)에 고정되게 설치될 수 있다. 또한 이러한 MCM어셈블리(100)는 유지 보수가 용이하도록 별도의 독립적인 하우징을 가지도록 구성될 수 있다. 또한 상부캡(180)의 상단은 개폐가 용이한 뚜껑 형태로 설계하여 상기 MCM어셈블리(100)를 용이하게 장착하거나 착탈할 수 있도록 한다. 통상적으로 상기 MCM어셈블리(100)는 다소 복잡한 전자회로 등으로 구성되므로 안테나의 내부 구성요소들 중에서 상기한 MCM어셈블리(100)에서 고장이 발생할 가능성이 크다. 따라서 상기한 바와 같이 MCM어셈블리(100)의 용이한 장착 및 착탈 구조는 MCM어셈블리(100)의 교체를 용이하게 하여 안테나 전체 유지 보수를 용이하게 한다. 특히, MCM어셈블리(100)를 탈착하면 수신신호증폭/분배모듈(70)이 바이패스가 되어 기본적인 안테나의 기능인 송수신에는 문제가 없으므로, 이동통신 서비스가 중단되지 아니한다.
또한, MCM어셈블리(100)에서 분배/위상천이모듈(60) 및 각각의 수신신호증폭/분배모듈(70)로 제공되는 위상 제어신호 및 시분할 동기신호를 위한 전송라인은 본 발명의 특징에 따라 기본적으로, 예를 들어 다층기판(Multi-layer Board) 등과 같은 PCB(Print Circuit Board)기판을 이용한 전송라인인쇄기판(130)을 통해 제공되도록 구성한다. 이러한 전송라인인쇄기판(130)은 직접 반사판(110)의 측면에 부착될 수도 있으며, 또는 본 발명의 실시예에서와 같이 기판가이드패널(120)을 통해 반사판(110)의 측면에 부착될 수 있다. 이때 전송라인인쇄기판(130)과 MCM어셈블 리(100)간의 최종적은 연결은 종단에 IDC(Insulation Displacement Connector)와 같은 멀티라인 커넥터가 구비된 플랫케이블(flat cable: 리본 케이블)이나 FPCB(Flexible PCB)등과 같은 멀티라인 케이블(104)을 통해 연결될 수 있다. 이러한 구조는 MCM어셈블리(100)의 장착 및 착탈을 보다 용이하게 한다. 물론 이 경우에 신호분리기(10)로부터 MCM어셈블리(100)간의 제어신호 및 DC 전원 제공용 전송라인(106)도 연결단자가 잭 형태로 구성된다.
이와 같이, 전송라인인쇄기판(130)을 통해 MCM어셈블리(100)의 제어신호들의 전송 라인을 형성하므로, 개별적으로 전송 라인을 형성할 때와 비교하여 전송 라인들의 복잡성을 줄일 수 있으며, 제작 및 작업의 용이성을 가져올 수 있고, 설계의 자유도를 높일 수 있게 된다.
또한, 상기에서 상기 MCM어셈블리(100)를 반사판(110)에 고정되게 설치하는 것은 회전 장치(192)에 의해 반사판(110)이 회전할 때에, 반사판(110)과 같이 회전하게 함으로써, MCM어셈블리(100)와의 각종 연결 전송라인들이 꼬임 등에 의한 손상을 방지하기 위함이다. 만약 통상적인 구조로 로터리 조인트(rotary joint)와 슬립 링(slip ring)을 사용하면 원가상승 및 신뢰성에 문제가 될 수 있다.
도 8은 도 6 중 수신신호증폭/분배모듈(70)의 외관 사시도이다. 도 8을 참조하면, 수신신호증폭/분배모듈(70)에서 안테나전단분배기(74)는 하나의 PCB 형태로 구성되며 수신신호증폭기(72)의 일측에 부착됨을 알 수 있다. 이때 안테나전단증폭기(74)에는 예를 들어 1:2의 분배비를 갖는 분배기의 전송라인 패턴이 형성될 수 있다. 이때 안테나전단분배기(74)에서 전송라인 패턴에서 분배된 측의 전송라인 패턴의 양단은 해당 연결되는 방사소자의 연결단자에 해당하는 위치에 있도록 설계되며, 전송라인의 패턴에서 합성된 측의 전송라인 패턴은 부착된 수신신호증폭기(72)의 내부에 형성되는 예를 들어 제2스위치(도 2의 724)나 밴드패스필터(도 4의 727)의 연결단자와 연결되도록 설계된다. 이러한 수신신호증폭/분배모듈(70)의 구조는 신호 손실을 가져올 수 있는 전송라인의 길이를 극단적으로 줄이는 형태로서, 신호 손실을 방지하는 측면에서 최적화된 구조라고 볼 수 있다.
도 9는 도 6 중 하부 캡 부위의 상세 사시도이다. 도 9를 참조하면, 하부캡(190)의 하면에는 기지국 본체 장비와의 연결 케이블과 접속하기 위한 커넥터(193)가 형성되어 있으며, 특히 본 발명의 특징에 따라 하부면 일부에 예를 들어 사각형 형태의 홀이 형성된다. 이러한 사각형 형태의 홀에는 나사 결합 등에 의해 결합 및 분리가 가능한 형태로 DC/DC컨버터(30)가 설치되는데, 이는 상기 MCM어셈블리(100)의 설치 구조와 마찬가지로 유지 보수의 용이를 위함이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 전체 블록 구성도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국 안테나는 도 2 등에 도시된 본 발명의 일 실시예의 구성과 기본적으로 유사한 구성을 가지나, 도 2에 도시된 구성은 TDD 시스템에 적용된 경우의 구조를 보이며, 도 10은 FDD 시스템에 적용된 경우의 구조 를 예로서 나타낸다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국 안테나에는 도 2에 도시된 일 실시예의 구조와 마찬가지로, 기지국 본체 장비로부터의 RF 신호와 안테나 제어를 위한 제어신호 및 DC 전원을 분리하는 신호분리기(10)(도 10에서는 'RF/(DC/CTR)분리기'로 표시함)와; 신호분리기(10)에서 분리되어 출력되는 RF 신호를 분배기(62)를 통해 1:N(도 2의 예에서는 1:4)으로 일차적으로 분배하며, 위상제어신호에 따라 상기 분배기(62)에서 분배된 각각의 신호의 위상을 위상천이기(64)를 통해 천이하여 출력하는 분배/위상천이모듈(60)을 구비한다.
이때, 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신신호증폭/분배모듈(70')은 FDD 방식에 따라 상향/하향 신호를 분리하여 하향링크 송신신호를 적어도 하나의 방사소자(80) 측으로 전송하며, 상기 적어도 하나의 방사소자(80) 측으로부터 제공된 상향링크 수신신호는 저잡음증폭기(LNA)를 통해 증폭하는 적어도 하나의 수신신호증폭기(73)를 구비하게 된다. 또한 수신신호증폭/분배모듈(70')에는 상기 적어도 하나의 수신신호증폭기(72)에서 출력된 신호를 1:M(도 10의 에에서는 1:2)으로 다시 이차적으로 분배하여 분배된 각각의 신호를 각각의 해당하는 방사소자(80)측으로 출력하는 적어도 하나의 방사소자전단분배기(74)를 구비한다. 이러한 수신신호증폭/분배모듈(70')는 스위칭 제어신호(SW Clt)에 따라 후술하는 바와 같이 그 동작 상태를 제어 받을 수 있다.
그외에도, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국 안테나에는 도 2에 도시된 일 실시예와 마찬가지로, 신호분리기(10)에서 분리된 DC 전원을 제공받아 수신신호 증폭/분배모듈(70')의 저잡음증폭기(LNA)의 동작 전원을 제공하는 DC/DC 컨버터(30)와; 신호분리기(10)와 분배/위상천이모듈(60)간의 RF 신호 경로상의 RF 신호와 커플링된 신호를 발생하는 RF 커플러(40)와; RF 커플러(40)에서 커플링된 신호로부터 RF 신호를 검출하는 RF 검출기(50)와; 신호분리기(10)에서 분리된 제어신호 및 DC 전원을 제공받고 RF 검출기(50)에서 검출된 RF 신호를 제공받아 RF 신호의 상태를 분석하며 이에 따라 상기 분배/위상천이모듈(60)의 위상천이기(64)로 상기 위상제어신호를 출력하며 상기 수신신호증폭/분배모듈(70')로 상기 스위칭 제어신호(SW Clt)를 출력하는 MCM(Main Control Module)(20')를 구비한다.
도 11은 도 10 중 수신신호증폭/분배모듈(70')의 수신신호증폭기(73)의 상세 블록 구성의 제1 예시도이다. 도 11을 참조하면, 수신신호증폭기(73)는 송수신 신호의 경로를 분리하기 위해 제1, 제2듀플렉서(732, 734)를 구비하며, 제1, 제2듀플렉서(732, 734)간의 수신 신호 경로에는 해당 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기(738)가 구비되는 구성을 가진다. 또한 수신신호증폭/분배모듈(70')에는 저잡음증폭기(738)와 서로 병렬로 연결되어 저잡음증폭기(738)의 고장시에 대비한 바이패스 경로를 형성하는 제1스위치(736)가 구비될 수 있다. 이때 제1스위치(736)의 스위칭 제어신호는 MCM(20')으로부터 제공될 수 있으며, MCM(20')은 상기 저잡음증폭기(738)의 고장시에 이의 바이패스를 위한 스위칭 제어신호(SW Clt)를 해당하는 수신신호증폭기(73)의 제1스위치(736)로 제공한다.
이러한 수신신호증폭기(73)에서 송신 신호는 상기 제1, 제2듀플렉서(732, 734)를 통해 해당 방사소자(80)측으로 그대로 전달된다. 한편, 각 방사소자(80)를 통해 수신된 신호는 상기 제2듀플렉서(734)를 통해 저잡음증폭기(738)로 제공되어 저잡음 증폭되며 이후, 제1듀플렉서(732)를 통해 기지국 본체 장비측으로 상향 전달된다.
도 12는 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제2 예시도로서, 도 12에 도시된 수신신호증폭기(73')는 도 11에 도시된 구조와 유사하나, 다만 듀플렉서를 사용하는 것이 아니라, 송수신 경로에 각각 별도의 송신필터(731) 및 제1, 제2수신필터(733, 735)를 구비하는 것에서 차이가 있다. 즉, 송신 경로 상에는 송신필터(731)가 구비되며, 수신 경로 상에는 제1, 제2수신필터(733, 735) 사이에 저잡음증폭기(738) 및 제1스위치(736)가 구비되는 구조를 가진다.
도 13은 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제3 예시도로서, 도 13에 도시된 수신신호증폭기(73")은 도 12에 도시된 구조와 유사하나, 바이패스를 위한 제1스위치를 구비하는 대신에, 주 저잡음증폭기(738)외에 리던던시용으로 보조 저잡음증폭기(739)를 병렬적으로 구비한 것에서 차이가 있다. 이때 주 저잡음증폭기(738)와 보조 저잡음증폭기(739)간의 경로 설정을 위해 제2, 제3스위치(737-1, 737-2)가 구비될 수 있으며, 이때 제2, 제3스위치(737-1, 737-2)의 스위칭 제어신호는 MCM(20')으로부터 제공되도록 구성한다.
도 14는 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제4 예시도로서, 도 14에 도시된 수신신호증폭기(73'")는 상기 도 13에 도시된 구조와 유사하나, 도 13에 도시된 구조와 더불어 도 12에 도시된 바이패스용 제1스위치(736)도 결합한 구조이다. 이러한 구조는 주 저잡음증폭기(738) 및 보조 저잡음증폭기(739)가 모두 고장시에 상기 제1스위치(736)를 통해 수신 신호를 바이패스하는 구조이다. 물론 이 경우에 주 저잡음증폭기(738)와 보조 저잡음증폭기(739)간의 경로 설정을 위해 제2, 제3스위치(737-1, 737-2) 및 바이패스를 위한 제1스위치(736)의 스위칭 제어신호는 MCM(20')으로부터 제공되도록 구성한다.
도 15는 도 2 및 도 10 중 수신신호증폭/분배모듈에 적용가능한 수신신호 증폭기의 또다른 블록 구성 예시도이다. 도 15에 도시된 수신신호증폭기(74)는 상기 도 2에 도시된 TDD 시스템이나 도 10에 도시된 FDD 시스템에 공통적으로 적용될 수 있는 구조인데, 서큘레이터를 사용하여 송수신 신호의 경로를 적절히 설정하게 된다. 보다 상세히 설명하면, 도 15에 도시된 수신신호증폭기(74)는 송수신 신호의 경로를 분리하기 위해 제1, 제2서큘레이터(742, 744)를 구비한다. 이때 제1서큘레이터(742)는 분배/위상천이모듈(60)측과 연결되며, 제2서큘레이터(744)는 방사소자(80)측과 연결된다. 이러한 제1, 제2서큘레이터(742, 744)간의 수신신호 경로에는 해당 수신대역의 주파수만 통과시키는 대역통과필터(745)와, 상기 대역통과필터(745)에서 필터링된 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기(748)가 구비된다. 또한 수신신호증폭기(74)에는 저잡음증폭기(748)와 병렬로 연결되어 저잡음증폭기(748)의 고장시에 대비한 바이패스 경로를 형성하는 제1스위치(746)가 구비될 수 있다. 이때 제1스위치(746)의 스위칭 제어신호는 MCM(20, 20')으로부터 제공될 수 있으며, MCM(20, 20')은 상기 저잡음증폭기(748)의 고장시에 이의 바이패스를 위한 스위칭 제어신호(SW　Clt)를 해당하는 수신신호증폭기(74)의 제1스위치(746)로 제 공하도록 구성된다.
이러한 수신신호증폭기(74)에서 RF 신호 송신시에는, 송신신호는 제1서큘레이터(742)의 1번 단자를 거쳐 2번 단자로 출력되며, 이후 제2서큘레이터(744)의 3번 단자를 거쳐 1번단자로 출력된 후 방사소자(80)측으로 전달된다.
한편, RF 신호의 수신시에는, 수신신호는 제2서큘레이터(744)의 1번 단자를 거쳐 2번 단자로 출력되며, 이후 저잡음증폭기(748)에 의해 증폭되고, 제1서큘레이터(742)의 3번 단자를 거쳐 1번단자로 출력된 후 기지국 본체 장비측으로 상향 전달된다.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하부 캡 부위의 상세 사시도이다. 도 16을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에서는 MCM어셈블리(100)가 상부캡(180)측에 장착되는 것이 아니라, 하부캡(190)측에 장착되는 구조를 가진다. 보다 상세히 설명하면, 하부캡(190)의 하부면에는 마찬가지로 기지국 본체 장비와의 연결 케이블과 접속하기 위한 커넥터(193)가 형성되어 있는데, 이와 더불어, 그 내부에 MCM어셈블리(100)를 착탈 가능하게 수납하기 위한 예를 들어, 상자 형태의 수납용기(101)가 추가적으로 부착된다.
이를 위해 하부캡(190)의 하부면의 일부에는 상기 수납용기(101)와 대응되는 크기의 예를 들어 사각형 형태의 홀이 형성되며, 이러한 사각형 형태의 홀에 상기 수납용기(101)의 일측면이 끼워지며, 부가적으로 나사(105)를 이용한 나사 결합 등에 의해 결합 및 분리가 가능한 형태로 수납용기(101)가 상기 하부면에 부착되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 도 16에서 일점쇄선의 원 A'로 표시한 부분은 수납용기(101)에서 일점쇄선의 원 A 부위를 화살표 방향에서 바라본 상태를 나타내는데, 이에 도시된 바와 같이, 상기 수납용기(101)와 상기 하부캡(190)의 하부면이 맞닿는 부위에는 적절한 재질 및 형태를 가지는 개스킷(103)이 형성되어 밀봉력을 높이도록 할 수 있다.
또한 MCM어셈블리(100)는 마찬가지로 유지 보수가 용이하도록 별도의 독립적인 하우징을 가지도록 구성되어, 상기 수납용기(101)의 내부에 수납되는 방식으로 장착될 수 있다. 이때, MCM어셈블리(100)와 전송라인인쇄기판(130)과의 연결은 마찬가지로 종단에 멀티라인 커넥터가 구비된 멀티라인 케이블(104)을 통해 연결될 수 있다.
한편, 도 16에 도시된 바와 같이, DC/DC컨버터(30)도 상기 수납용기(101)의 내부에서 상기 MCM어셈블리(100)와 더불어 장착될 수 있다.
도 17은 도 6 중 프로텍터(90) 및 관련부의 평면 구조도이며, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로텍터(90') 및 관련부의 평면 구조도이다. 도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따른 프로텍터(90)는 반사판(110)의 뒷면을 감싸도록 반원형의 막대 구조로 형성되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로텍터(90')는 전체적으로 원형으로 형성되어, 반사판(110)의 뒷면을 비롯한 측면의 기판가이드패널(120) 및 반사판(110)의 전면까지 이어지도록 구성될 수도 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로텍터(90')는 반사판(110)의 뒷면의 수신신호증폭/분배모듈(70) 뿐만 아니라 반사판(110)의 앞면의 방사소자(80)도 보호하는 구조를 가질 수 있다. 이때 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형의 프로텍터(90')는 전체적으로 일체형으로 구성될 수도 있으나, 전면부 및 후면부(또는 좌측부 및 우측부)로 나누어진 두 조각의 반원형 구조를 나사 결합 등에 의해 결합하여 전체적로 원형을 가지도록 구성할 수도 있다.
한편, 이러한 구조외에도 본 발명의 또다른 실시예에서는 프로텍터는 반사판(110)의 앞면만 감싸도록 반원형의 막대형태를 가질 수도 있다. 또한 프로텍터의 전체 구조도 레이돔(170)의 외주면과 대응되는 반원형이나 원형이 아니라, 사각형 또는 육각형 등의 형상을 가지도록 구성할 수도 있는 등 다양한 구조를 채용할 수 있다.
또한, 도 17 및 도 18에서는 상기 프로텍터(90, 90')들이 반사판(110)의 뒷면에서 반사판(110)과 나사 결합에 의해 고정되게 결합되는 것이 도시되고 있으나, 반사판(110)의 앞면에서 나사 결합에 의해 고정되게 결합되는 구조를 가지도록 구성할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 기지국 안테나에서의 반사판의 회전 구조를 설명하기 위한 사시도이며, 도 20은 도 19의 반사판 및 관련 장치들의 평면도로서, 상기 도 6 및 도 7에 개시된 구조와 유사한 구조이다. 도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명에 따른 반사판(110)은 상기 도 6 및 도 7에 대한 설명에서도 언급한 바와 같이, 하측에 설치되는 회전장치(192)에 의해 회전함으로써, 안테나빔의 방사 방향을 조정하게 된다.
이때, 반사판(110)은 클램프 구조(194, 195)를 통해 하측의 회전장치(192) 및 상측의 힌지구조(197)에 결합되어, 상하측을 통해 지지되는 구조를 가진다. 이러한 구조에서는 특히, 반사판(110)이 회전장치(192)에 의해 회전할 경우에 구부러짐이나 휨의 영향에 다소 취약할 수 있다. 본 발명에서는 반사판(110)의 뒷면에 다수의 수신신호증폭/분배모듈(70)을 비롯한 여러 장치들이 설치됨으로써, 반사판(110)에 부가되는 하중이 커지게 되므로, 반사판(110)에 더욱더 큰 강도가 요구된다. 따라서, 본 발명에서는 강도보강을 위해 반사판(110)의 측면에 길이방향으로 늘여진 패널이 상기 반사판(110)의 기본 프레임의 앞면 및 뒷면으로 얼마간 돌출되는 형태로 설치되는 측벽부(120)를 구비하게 된다. 이에 따라 반사판(110)의 평면 구조는 도 19 및 도 20에서 도시된 바와 같이, 전체적으로 'H'자 구조 혹은 'H'자 구조와 유사하게 된다.
이러한 측벽부(120)는 반사판(110)의 강도보강뿐만 아니라, 반사판(110)의 앞면에 설치된 방사소자(80)에서 방사되는 전자파가 반사판(110) 뒷면에 설치되는 수신신호증폭/분배모듈(70)을 비롯한 여러 장치들에게 영향을 주지 못하도록 하는 전자파 차폐 구조를 형성하게 된다. 또한, 이러한 측벽부(120)는 상기 도 6 및 도 7에 대한 설명에서 언급한 바와 같이, 안테나 내부의 각종 전송라인들을 효율적으로 배선하기 위한 전송라인인쇄기판(130)을 설치할 수 있는 구조를 형성하게 된다.
이러한 측벽부(120)는 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 방사소자(80) 등이 설치되는 반사판(110)의 기본 프레임 구조와 분리되어 제작된 후 나사 결합이나 용접 등을 통해 결합될 수도 있으나, 압출 공정 등을 통해 반사판(110)의 기본 프레임 구조와 일체형으로 형성될 수도 있다. 또한 측벽부(120)에서 양측면의 단부는 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 다시 'ㄱ'자 형태로 구부러지도록 구성하여, 강도보강 및 전자파 차폐 기능을 더욱 부가시킬 수도 있다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도이다. 도 21에 도시된 제2실시예에 따른 반사판(112)은 상기 도 19 및 도 20에 도시된 구조와 대체로 유사하나, 반사판(112)의 좌, 우측면에서 각각 전방향으로 돌출되도록 형성되는 제1, 제2측벽(112-1, 112-2)과, 반사판(112)의 좌, 우측면에서 각각 후방향으로 돌출되도록 형성되는 제3, 제4측벽(112-3, 112-4)이 전체적으로 일체형으로 형성된다는 점에서 차이가 있다.
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도이다. 도 22에 도시된 제3실시예에 따른 반사판(113)은 상기 도 21에 도시된 제2실시예의 구조와 유사하게 반사판(113)의 좌, 우측면에서 각각 전방향으로 돌출되도록 형성되는 제1, 제2측벽(113-1, 113-2)과, 반사판(113)의 좌, 우측면에서 각각 후방향으로 돌출되도록 형성되는 제3, 제4측벽(113-3, 113-4)이 형성된다. 그런데, 제3실시예에 따른 반사판(113)은 상기 제3, 제4측벽(113-3, 113-4)이 반사판(113)의 뒷면의 양측단에 맞추어 설치되는 것이 아니라, 반사판(113)의 뒷면에서 양측단에서 어느정도 거리를 둔 위치에 설치되는 구조를 가진다는 점에서 차이가 있다.
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도이다. 도 23에 도시된 제4실시예에 따른 반사판(114)은 상기 도 21에 도시된 제2실시예의 구조와 유사하게 반사판(114)의 좌, 우측면에서 각각 전방향으로 돌출되도록 형성되는 제1, 제2측벽(114-1, 114-2)과, 반사판(114)의 좌, 우측면에서 각각 후방향으로 돌출되도록 형성되는 제3, 제4측벽(114-3, 114-4)이 형성된다. 그런데, 제4실시예에 따른 반사판(114)은 상기 제1, 제2측벽(114-1, 114-2)이 반사판(114)의 앞면의 양측단에 맞추어 설치되는 것이 아니라, 반사판(113)의 뒷면에서 양측단에서 어느정도 거리를 둔 위치에 설치되며, 이때 반사판(114)의 앞면과 비교하여 수직 방향이 아니라 비스듬히 기울어진 구조로 설치된다는 점에서 차이가 있다.
상기 도 19 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사판의 측벽의 형태는 다양한 실시예가 있을 수 있으며, 이러한 실시예의 구조외에도 반사판의 전후방향으로 돌출되는 각각의 측벽의 위치 및 기울기 등은 그 외에도 다양하게 설정될 수 있다. 이러한 구조에서 반사판의 측벽에 설치되는 전송라인인쇄기판(130)은 반사판의 전방향 또는 후방향의 측벽 중 어느 한 측벽에 설치될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 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. 예를 들어, 상기 도 2와 관련된 설명에서는 방사소자가 총 8개인 경우를 예로 들었으나, 이외에도 다양한 개수의 방사소자를 가지는 안테나에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한 상기의 설명에서 본 발명에 따른 수신신호증폭기(72)가 안테나전단분배 기(74)에 의해 연결되는 2개의 방사소자별로 하나씩 구비되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 수신신호증폭기를 각 방사소자별로 하나씩 구비되게 설계할 수도 있다.
또한 상기의 설명에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신신호증폭기(72) 내부에 저잡음증폭기가 하나씩 구비되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 이러한 저잡음증폭기의 고장에 융통성 있게 대처할 수 있도록 각 수신신호증폭기 내에 하나 이상의 여분의 저잡음증폭기를 추가로 구성하는 리던던시 구조를 채용할 수도 있다. 물론 이 경우에 여분의 저잡음증폭기와의 경로 연결은 별도의 스위치 등을 통해 이루어지도록 구성할 수 있으며, 각 저잡음증폭기의 성능 감시 및 이러한 스위치의 스위칭 제어신호는 MCM에서 제공하는 것으로 구성할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 종래의 타워탑 증폭기를 구비한 기지국 안테나 시스템의 일 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 전체 블록 구성도
도 3은 도 2 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 일 예시도
도 4는 도 2 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 다른 예시도
도 5는 본 발명의 기지국 안테나와 종래의 기지국 안테나의 신호 손실 시뮬레이션 결과를 예시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 전체 구조를 나타낸 사시도
도 7은 도 6 중 주요부의 상세 분해 사시도
도 8은 도 6 중 수신신호증폭/분배 모듈의 외관 사시도
도 9는 도 6 중 하부 캡 부위의 상세 사시도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 이동통신 시스템용 기지국 안테나의 전체 블록 구성도
도 11은 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제1 예시도
도 12는 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제2 예시도
도 13은 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제3 예시도
도 14는 도 10 중 수신신호 증폭기의 상세 블록 구성의 제4 예시도
도 15는 도 2 및 도 10 중 수신신호증폭/분배모듈에 적용가능한 수신신호 증 폭기의 또다른 블록 구성 예시도
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하부 캡 부위의 상세 사시도
도 17은 도 6 중 프로텍터 및 관련부의 평면 구조도
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로텍터 및 관련부의 평면 구조도
도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 기지국 안테나에서의 반사판의 회전 구조를 설명하기 위한 사시도
도 20은 도 19의 반사판 및 관련 장치들의 평면도
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 반사판 및 관련 장치들의 평면도

Claims (22)

  1. 이동통신 시스템용 기지국 안테나에 있어서,
    방사 소자를 앞면에 부착하는 반사판을 구비하며,
    상기 반사판은 좌, 우측면에서 각각 전방향으로 돌출되도록 형성되는 제1, 제2측벽과, 상기 반사판의 좌, 우측면에서 각각 후방향으로 돌출되도록 형성되는 제3, 제4측벽을 구비함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사판의 평면 구조는 상기 제1 내지 제4측벽을 포함하여 전체적으로 'H'자 구조임을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2측벽 또는 제3 및 제4측벽은 상기 반사판의 양측단에서 미리 설정된 거리를 둔 위치에 설치됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 내지 제4측벽은 상기 반사판의 기본 프레임과 일체형으로 형성됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 내지 제4측벽의 단부는 'ㄱ'자 형태로 구부러지도록 구성함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사판의 뒷면에서 해당 방사소자와 대응되는 부위에서 적어도 하나 이상의 방사소자별로 설치되어, 상기 방사소자 측으로부터 제공된 상향 수신신호를 증폭하여 출력하는 수신신호증폭기를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수신신호증폭기는 스위칭 제어신호에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며;
    상기 스위칭 제어신호에 따라 송수신 신호의 경로를 스위칭하기 위한 제1스위치와,
    상기 방사소자 측과 연결되며 상기 스위칭 제어신호에 따라 상기 송수신 신호의 경로를 스위칭하는 제2스위치와,
    수신시 상기 제2스위치로부터 수신 신호를 입력받아 해당 수신대역의 주파수를 통과시키는 대역통과필터와,
    상기 대역통과필터의 출력신호를 저잡음 증폭하여 상기 제1스위치로 출력하는 저잡음증폭기를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  8. 제6항에 있어서, 상기 수신신호증폭기는 스위칭 제어신호에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며;
    상기 스위칭 제어신호에 따라 송수신 신호의 경로를 스위칭하기 위한 제1스위치와,
    상기 방사소자 측과 연결되며 송수신 신호의 주파수를 통과시키는 대역통과필터와,
    상기 대역통과필터측과 연결되며, 상기 스위칭 제어신호에 따라 상기 송수신 신호의 경로를 스위칭하는 제2스위치와,
    수신시 상기 제2스위치로부터 수신 신호를 입력받아 이를 저잡음 증폭하여 상기 제1스위치로 출력하는 저잡음증폭기를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  9. 제6항에 있어서, 상기 수신신호증폭기는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며;
    송수신 신호의 경로를 분리하기 위한 제1, 제2듀플렉서와,
    상기 제1, 제2듀플렉서간의 수신 신호 경로에 설치되어 해당 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  10. 제6항에 있어서, 상기 수신신호증폭기는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식에 따라 하향 송신신호를 방사소자 측으로 전송하며;
    송수신 신호의 경로상에 각각 구비되는 송신필터 및 제1, 제2수신필터와,
    상기 제1, 제2수신필터 사이에 설치되어 해당 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저잡음증폭기와 병렬로 연결되어 상기 저잡음증폭기를 바이패스하는 바이패스 경로를 형성하는 바이패스용 스위치를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저잡음증폭기와 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 리던던시용 보조 저잡음증폭기와,
    상기 저잡음증폭기와 상기 적어도 하나 이상의 보조 저잡음증폭기간의 경로 형성을 위한 스위치 구조를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  13. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    기지국 본체 장비로부터 합성되어 전송되는 RF(Radio Frequency) 신호와 안테나 제어를 위한 제어신호 및 동작 전원을 분리하기 위한 신호분리기와,
    상기 신호분리기에서 분리되어 출력되는 RF 신호를 1:N의 분배비로 분배하며, 위상제어신호에 따라 상기 1:N으로 분배된 각각의 신호의 위상을 천이하여 상기 수신신호증폭기로 출력하는 분배/위상천이모듈과,
    상기 기지국 본체 장비로부터 합성되어 전송되는 신호들 또는 상기 분리되어 출력되는 RF 신호 경로상에서 해당 신호와 커플링된 신호를 발생하는 커플러와,
    상기 커플러에서 커플링된 신호로부터 RF 신호를 검출하는 RF 검출기와,
    상기 신호분리기에서 분리된 동작 전원을 제공받아 상기 각각의 수신신호증폭기로 동작 전원을 제공하는 컨버터와,
    상기 신호분리기에서 분리된 제어신호 및 동작 전원을 제공받고, 상기 RF 검출기에서 검출된 RF 신호를 제공받아 RF 신호의 상태를 파악하며, 이에 따라 상기 위상제어신호 및 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 MCM(Main Control Module)을 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  14. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신신호증폭기가 둘 이상 의 방사소자별로 하나씩 설치될 경우에, 해당 방사소자들과 수신신호증폭기를 연결하는 방사소자전단분배기를 더 구비함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  15. 제14항에 있어서, 상기 방사소자전단분배기는 분배기의 전송라인 패턴이 형성된 PCB(Print Circuit Board) 형태로 구성되며, 해당 전송라인 패턴 중 분배된 측의 전송라인 패턴의 단부들은 해당 연결되는 방사소자들의 연결단자들과 각각 대응하는 위치에 있도록 설계되며,
    상기 방사소자전단분배기는 상기 수신신호증폭기의 일측면에 부착되는 형태로 설치되며,
    상기 방사소자전단분배기에서 해당 전송라인 패턴 중 합성된 측의 전송라인 패턴은 부착된 상기 수신신호증폭기의 연결단자와 연결되는 위치에 있도록 설계됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  16. 제6항에 있어서, 상기 기지국 안테나는 상부캡 및 하부캡이 상부 및 하부에 각각 씌워지는 레이돔에 의해 외형이 형성되며, 그 내부에 상기 방사소자와 반사판 및 상기 수신신호증폭기를 포함한 다수의 장비들이 설치되는 구조이며,
    상기 상부캡 또는 하부캡 부위에서 상기 안테나의 동작을 제어하는 MCM(Main Control Module)어셈블리가 설치됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  17. 제16항에 있어서, 상기 MCM어셈블리는 유지 보수 용이성을 위해 별도의 독립적인 하우징을 가지도록 구성되며, 상기 상부캡의 상단은 개폐가 용이한 뚜껑 형태로 설계하여 상기 MCM어셈블리를 용이하게 장착하거나 착탈가능하도록 함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  18. 제17항에 있어서, 상기 MCM어셈블리는 상기 반사판의 안테나빔의 방사 방향 조정을 위한 회전시에 동일하게 회전가능하도록 직간접적으로 상기 반사판에 고정되게 설치됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  19. 제16항에 있어서, 상기 하부캡의 하부면에는 상자 형태의 수납용기가 결합 및 분리 가능한 형태로 추가적으로 부착되며, 상기 수납용기 내부에는 상기 MCM어셈블리가 수납되어 설치됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MCM어셈블리에서 동작 제어를 위한 제어 신호의 전송 라인들 중 적어도 일부분은 PCB(Print Circuit Board) 기판을 이용한 전송라인인쇄기판을 통해 제공되며, 상기 전송라인인쇄기판은 직접적으로도 또는 별도로 마련되는 기판가이드패널을 통해 상기 반사판의 일측면에 부착됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전송라인인쇄기판과 상기 MCM어셈블리간의 최종적은 연결은 종단에 멀티라인 커넥터를 구비한 멀티라인 케이블을 통해 연결됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  22. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부캡의 하부면 일부에는 미리 설정된 형태의 홀이 형성되며, 상기 홀과 결합 및 분리가 가능한 형태로 상기 수신신호증폭기에 동작 전원을 제공하기 위한 컨버터가 설치됨을 특징으로 하는 기지국 안테나.
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