KR20100051840A - 셀룰러 및 점대점 통신이 가능한 안테나 - Google Patents

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Abstract

안테나는 무선 주파수 빔을 형성하기 위한 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들 및 점대점 빔을 형성하기 위한 점대점 안테나를 포함한다. 점대점 요소는 안테나의 레이돔(radome)에 대하여 고정될 수 있다. 점대점 요소와 레이돔의 방향성(orientation)을 함께 조정하기 위하여 점대점 요소의 방향성 조정은 안테나 마운트(antenna mount)를 이용하여 이루어질 수 있다.

Description

셀룰러 및 점대점 통신이 가능한 안테나 {ANTENNA WITH CELLULAR AND POINT-TO-POINT COMMUNICATIONS CAPABILITY}
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 무선 주파수 및 백홀(backhaul) 방사 요소들을 포함한 기지국 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 셀룰러 기지국 안테나는 하나 또는 그 이상의 빔을 하나 또는 그 이상의 주파수 대역에 형성하는 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들을 포함한다. 이러한 방사 요소들은 기지국 안테나의 담당 구역 내에서 이동 장치들과 통신한다.
신호들 또한 백홀 연결에 의해 기지국 안테나에 전송 및 그로부터 수신된다. 이것은 일반적으로 극초단파 안테나가 기지국 안테나와 별도로 제공되는 극초단파 점대점 연결일 수 있다. 이는 기지국 및 극초단파 안테나를 위한 별도의 레이돔들(radomes)과, 두 안테나 간의 통신 연결, 및 두 안테나의 별도의 설치를 요구한다.
본 발명의 목적은, 무선 주파수나 백홀 통신의 성능의 희생없이, 하나의 유닛(unit)에 설치되고 하나의 레이돔 내에 수용될 수 있는 무선 주파수 및 백홀 방사 요소들을 모두 포함하는 안테나를 제공하는 것이다.
셀룰러 안테나와 점대점 안테나를 모두 포함하는 안테나가 제공된다. 점대점 안테나는 레이돔에 대하여 고정된다.
하나의 실시예에 따라, 조정가능한 각도를 갖는 무선 주파수 빔을 형성하기 위한 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들을 포함하는 셀룰러 안테나; 점대점 안테나; 및 레이돔을 포함하고, 레이돔에 대한 점대점 안테나의 공간적 배치가 고정되도록 점대점 안테나와 레이돔이 배치된 통신 안테나가 제공된다.
다른 실시예에 따라, 조정가능한 각도를 갖는 무선 주파수 빔을 형성하기 위한 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들을 포함하는 셀룰러 안테나; 점대점 안테나; 및 레이돔을 포함하고, 레이돔에 대한 점대점 안테나의 공간적 배치가 고정되도록 점대점 안테나와 레이돔이 배치된 안테나에 있어서, 점대점 통신 연결이 가능하도록 점대점 안테나와 레이돔을 원격 안테나와 정렬시키는 단계를 포함한 통신 안테나를 셀룰러 네트워크에 설치하는 방법이 제공된다.
본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 이루는 하기 도면들은 본 발명의 실시예들을 설명하고, 상기한 본 발명의 전반적인 설명과 하기에 언급될 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명해준다.
도 1은 레이돔을 구비하지 않은 안테나의 정면도이다.
도 2는 도 1의 안테나의 측면도이다.
도 3은 도 2의 안테나와 유사한 도면으로, 적소에 레이돔을 구비한 안테나를 보여준다.
도 1은 통신 안테나(1)의 정면도이고, 도 2는 측면도이다. 안테나(1)는 지지대(2) 위에 장착되며, 지지대(2)는 기둥(pole)처럼 보이지만 안테나 탑(antenna tower), 건물 또는 기타 적절한 지지대와 같은 어떠한 지지면(supporting surface)일 수 있다.
통신 안테나(1)는 무선 주파수 방사 요소들(3)을 구비한 셀룰러 안테나를 포함한다. 이러한 요소들은 하나 또는 그 이상 제공될 수 있다. 무선 주파수 방사 요소들(3)은 셀룰러 통신 네트워크에서 신호들을 전송 및/또는 수신하기에 적합할 수 있다. 특히, 무선 주파수 방사 요소들(3)은 셀룰러 기지국 안테나에서 사용하기에 적합할 수 있다.
무선 주파수 피드 네트워크(radiofrequency feed network)(4)는 신호들을 무선 주파수 방사 요소들(3)에 전송 및 그로부터 수신할 수 있다. 기준 평면(ground plane)(5)은 무선 주파수 방사 요소들(3) 뒤에 위치될 수 있다.
사용시, 무선 주파수 방사 요소들(3)은 무선 주파수 빔을 생성하며, 무선 주파수 빔은 화살표(6)로 표시된 바와 같이 조정가능한 방위각(adjustable azimuth angle)을 갖는다. 무선 주파수 빔의 각도 조정은 전기적 또는 기계적 조정에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기준 평면(5)은 무선 주파수 요소들(3)을 지지하고, 안테나 하우징(antenna housing)(8) 내에서 회전 마운트(rotating mount)(7) 위의 각 끝단에 장착될 수 있다. 이는 무선 주파수 빔의 방위각을 변경하기 위하여 무선 주파수 요소들(3)이 하우징 내에서 회전되도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 하우징(8)은 후방벽(back wall)(8a), 상단벽(top wall)(8b) 및 저면벽(bottom wall)(8c)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 하우징(8)은 안테나 레이돔(11)을 수용하도록 구성될 수 있고, 안테나의 전기 부품들이 하우징(8)과 레이돔(11)에 의해 형성된 울타리(enclosure) 내에 수용된다. 따라서, 마운트(7) 상에서의 기준 평면(5)의 회전은 레이돔에 대한 기준 평면의 이동으로 결과가 나타날 수 있다.
또한, 피드 네트워크는 개별 방사 요소들(3)에 제공된 신호들의 위상을 조정하기 위한 복수의 위상 천이기들(phase shifters)을 포함할 수 있다. 이는, 도 2의 화살표(9)로 나타난 바와 같이, 무선 주파수 안테나 빔의 다운틸트 각도 조정이 이루어지게 한다. 따라서, 다운틸트 각도 조정은 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있다.
일반적으로, 방위각 및 다운틸트 각도 조정은 기계적 및 전기적 조정의 조합에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 방위각과 다운틸트 각도는 모두 전기적 위상 천이기들에 의해 조정될 수 있다.
게다가, 무선 주파수 빔의 빔폭(beamwidth)을 조정하기 위한 장치들도 제공될 수 있다. 예컨대, 다양한 무선 주파수 요소들(3)에 제공된 전력을 분배하기 위한 전력 분배기들(power dividers)이 빔폭을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
무선 주파수 빔의 각도 및 빔폭은, 출원인의 미국 특허 출원 공개 번호 US2004/0038714A1(발명의 명칭: 셀룰러 안테나) 및 US2006/0244675A1(발명의 명칭: 셀룰러 안테나 및 그의 시스템과 방법)에 개시된 바와 같이, 원격으로 조정될 수 있다. 이러한 문헌들의 개시는 본 명세서에 참조로써 병합된다.
통신 안테나(1)는 점대점 안테나(10)도 포함한다. 이 점대점 안테나(10)는 백홀 통신 연결을 형성하기에 적합할 수 있다. 점대점 안테나(10)는 극초단파 접시(microwave dish) 안테나 또는 평면상의 극초단파 어레이(planar microwave array) 안테나 같은 극초단파 안테나일 수 있다. 점대점 안테나(10)는 고방향성 안테나(highly directional antenna)일 수 있다.
점대점 안테나(10)는 안테나 레이돔(도 3의 11)에 대하여 고정된다. 이것은 점대점 안테나(10)와 레이돔을 함께 지향시킴으로써 점대점 안테나(10)가 지향되는 것을 의미한다. 이러한 고정식 배치는 레이돔과 점대점 안테나(10)를 모두 안테나 구조에 고정하거나 레이돔과 점대점 안테나(10)를 서로 직접 고정함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 점대점 안테나(10)와 레이돔의 방향성은 통신 안테나(1) 전체의 방향성을 요구할 수도 요구하지 않을 수도 있다.
레이돔과 고정적 관계인 점대점 안테나를 구비하는 것은 레이돔이 점대점 통신을 위해 사용되는 방사에 미치는 영향을 단순화시킨다. 레이돔에 대한 점대점 안테나의 상대적 운동은 점대점 안테나의 방사 패턴 및 반사 손실에 대해 예측불가능하며 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 점대점 안테나(10)가 18 - 23 GHz와 같은 고주파수에서 작동함에 따라 이는 중요하다. 이러한 영향을 설계로 극복하는 것은, 특히 고주파수에서 어렵다.
아울러, 점대점 안테나(10)는 방사 패턴이 엄격한 조절 패턴 포락(regulatory pattern envelope)을 만족시켜야 하는 허가 대역(license band)에서 작동할 수 있다. 그래서, 점대점 안테나와 레이돔 간의 상대적 운동의 영향은 특히 문제가 될 것이다.
점대점 안테나와 레이돔 간의 이러한 상대적 운동은 또한 추가 구성요소들과 이동 부품들을 요구할 것이다.
도 2는 안테나 하우징 외부에 위치될 수 있는 이원형 장착 장치(two-part mounting arrangement)(12, 13)를 이용하여 통신 안테나(1)가 지지대(2)에 장착되는 것을 보여준다.
저부 마운트(bottom mount)(13)는 지지대(2)에 장착시키기 위한 브래킷(bracket)(14), 안테나(1)에 장착시키기 위한 제2 브래킷(15), 및 두 브래킷들(14, 15)을 결합시키는 피보팅 체결(pivoting connection)(16)을 포함할 수 있다.
상부 마운트(top mount)(12)는 지지대(2)에 장착시키기 위한 브래킷(18), 안테나(1)에 장착시키기 위한 제2 브래킷(19), 및 두 브래킷들(14, 15)을 결합시키는 양각형 체결(two-legged connection)을 포함할 수 있다. 양각형 체결은 중심 피봇(23)에서 제2 레그(22)와 결합되는 제1 레그(21)를 포함할 수 있다. 각각의 레그(21, 22)는 피봇(24, 25)에서 브래킷들 중 하나에 결합된다. 중심 피봇(23)은 두 레그들(21, 22)을 적정한 각도로 고정하기 위한 조임기(tightener)(미도시)를 포함한다.
이러한 장착 장치(12, 13)는 안테나의 다운틸트 방향성이 조정되도록 한다. 상부 마운트(12)는 두 레그들(21, 22)의 각도를 변경함으로써 조정될 수 있는 반면, 하부 마운트(13)는 안테나가 피봇(16) 주위를 회전하도록 한다.
유사하게, 안테나의 방위각은 지지대(2) 위에 장착된 브래킷들(14, 18)을 사용하거나 추가 피봇을 사용하여 조정될 수 있다.
따라서, 안테나의 방향성은 안테나를 지지대(2)에 장착시키기 위한 장착 장치(12, 13)를 이용하여 다운틸트 각도와 방위각 면에서 모두 고정될 수 있다. 장착 장치는 지지대에 부착 후 안테나 방향성이 조정되도록 하거나, 안테나를 소망하는 방향성으로 단순히 고정되도록 할 수 있다.
점대점 안테나(10)가 레이돔에 대하여 고정됨에 따라, 점대점 안테나(10)의 방향성은 장착 장치(12, 13)를 이용하여 레이돔과 점대점 요소를 함께 지향시킴으로써 이루어질 수 있다. 이후 네트워크 내 변동이 재방향성을 요구하더라도, 이 방향성은 일반적으로 안테나 설치시 이행될 것이다.
안테나가 장착 장치(12, 13)를 이용하여 장착되면, 상기한 바와 같이 무선 주파수 빔은 전기적 또는 기계적 조정을 이용하여 지향된다.
따라서, 일반적으로 안테나 하우징과 레이돔은 안테나 장착 장치를 이용하여 지지대에 장착될 수 있다. 가능하면 기준 평면의 회전이 안테나 하우징과 레이돔 내에서 이루어지도록 하기 위해, 무선 주파수 요소들에 대한 기준 평면은 이러한 요소들을 지지하고 안테나 하우징에 장착될 수 있다. 점대점 안테나는 안테나 하우징 및/또는 레이돔에 장착될 수 있다.
셀룰러 안테나와 점대점 안테나는 모두 레이돔(11) 내에 포함될 수 있다.
상기한 방법 및 안테나들은 점대점 및 무선 주파수 방사기들을 하나의 유닛 내에 용이하게 설치하도록 한다. 점대점 요소와 레이돔의 정렬은 안테나가 점대점 연결, 통상적으로 극초단파 연결을 위한 엄격한 방사 패턴 조건을 만족시키도록 한다. 반대로, 레이돔 내부에 조정가능한 점대점 안테나를 구비한 시스템들(즉, 점대점 요소의 방향성이 레이돔에 대하여 고정되지 않은 경우)은 점대점 안테나의 방사 패턴 및 반사 손실에 미치는 예측불가능 및/또는 부정적인 영향을 받을 가능성이 있다. 출원인의 안테나는, 레이돔에 대한 점대점 안테나의 조정으로 인한 가변적 영향에 대처할 필요 없이, 무선 주파수 안테나에 내장된 점대점 안테나를 사용하게 한다.
본 발명은 상세한 실시예들의 설명에 의해 기술되었으나, 하기 청구범위를 어떤 식으로든 제한하거나 한정하고자 상세하게 설명된 것이 아님을 밝힌다. 이외의 장점 및 변형은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 더 넓은 측면에서 본 발명은 특정 사항, 대표적인 장치 및 방법, 및 상기한 실시예들로 제한되지 않는다. 이에 따라, 출원인의 전반적인 신규한 개념의 정신 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 설명으로부터 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 통신 안테나에 있어서,
    조정가능한 각도를 갖는 무선 주파수 빔(radiofrequency beam)을 형성하기 위한 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들(radiofrequency radiating elements)을 포함하는 셀룰러 안테나(cellular antenna);
    점대점 안테나(point-to-point antenna); 및
    레이돔(radome)을 포함하고,
    상기 레이돔에 대한 상기 점대점 안테나의 공간적 배치가 고정되도록 상기 점대점 안테나와 상기 레이돔이 배치되는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점대점 안테나는 극초단파 안테나(microwave antenna)인 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 극초단파 안테나는 극초단파 접시(microwave dish) 안테나인 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 극초단파 안테나는 평면상의 극초단파 어레이(planar microwave array) 안테나인 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 점대점 안테나는 백홀 통신 연결(backhaul communications link)을 가능하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이돔과 상기 점대점 안테나 모두의 방향성(orientation)을 조정하기 위한 하나 또는 그 이상의 조정 수단(adjustment means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조정 수단은 상기 통신 안테나를 지지대(support)에 장착하기 위한 장착 장치(mounting arrangement)인 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통신 안테나는 셀룰러 기지국 안테나인 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이돔은 상기 셀룰러 안테나와 상기 점대점 안테나를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 빔은 조정가능한 다운틸트 각도(downtilt angle)와 조정가능한 방위각(azimuth angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 빔의 각도를 조정하기 위해 상기 무선 주파수 방사 요소들로 전송되거나 상기 무선 주파수 방사 요소들로부터 수신된 신호들의 위상을 조정하기 위한 하나 또는 그 이상의 위상 천이기(phase shifter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 빔의 각도를 조정하기 위해 상기 무선 주파수 방사 요소들의 방향성을 변경하기 위한 하나 또는 그 이상의 기계적 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 방사 요소들의 뒤에 위치한 기준 평면(ground plane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나.
  14. 조정가능한 각도를 갖는 무선 주파수 빔을 형성하기 위한 하나 또는 그 이상의 무선 주파수 방사 요소들을 포함하는 셀룰러 안테나;
    점대점 안테나; 및
    레이돔을 포함하고,
    상기 레이돔에 대한 상기 점대점 안테나의 공간적 배치가 고정되도록 상기 점대점 안테나와 상기 레이돔이 배치된 통신 안테나를 셀룰러 네트워크에 설치하는 방법에 있어서,
    점대점 통신 연결을 가능하게 하기 위해 상기 점대점 안테나와 상기 레이돔을 원격 안테나와 정렬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나를 셀룰러 네트워크에 설치하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 점대점 안테나를 정렬하는 단계는 상기 점대점 안테나가 적절하게 정렬되도록 상기 통신 안테나를 지지대에 장착시키기 위해 장착 장치를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나를 셀룰러 네트워크에 설치하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 빔을 소망하는 통신가능 구역(coverage area)에 정렬시키기 위해 상기 무선 주파수 빔의 각도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 안테나를 셀룰러 네트워크에 설치하는 방법.
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