KR20100109761A - 이동통신망용 다중 섹터 안테나 - Google Patents

이동통신망용 다중 섹터 안테나 Download PDF

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(주)하이게인안테나
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Abstract

본 발명은 다수의 섹터 안테나를 배열하여 한정된 자원 안에서 보다 많은 가입자들에게 서비스할 수 있는 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 안테나는 안테나 지지구조물에 N방향으로 부착된 N개의 개별 섹터 안테나로 이루어진 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 있어서, 상기 개별 섹터 안테나가, 전파를 전방으로 반사시키는 반사판; 상기 반사판의 양 측벽에 경사지게 돌출되어 인접한 다른 개별 섹터 안테나와의 전파간섭을 차폐하기 위한 차폐판; 상기 반사판의 전면에 다단으로 배열된 복사소자; 및 상기 개별 섹터 안테나를 보호하고 환경 친화형 그림이 그려진 방습커버로 구성되어 동일한 단일 주파수대역에서 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것이다.
복사소자는 슬롯형이나 다이폴형으로 구현할 수 있고, 특히 A밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 사각형 형태로 배열되어 있고, B 및 C밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 상기 A밴드의 사각형 안에 사각형 형태로 이중으로 배열되어 A밴드, B밴드, C밴드의 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있고, 각 단마다 위상조정, 증폭조정하여 근거리 강한 전파복사하여 음역지역 통신효율을 높이고, 원거리 복사 억제하여 타 서비스지역 통신 간섭 줄여서 효율을 높이는 안테나이다.
다중 섹터 안테나, 반사판, 슬롯, 다이폴, 가입자수 증가, 친환경

Description

이동통신망용 다중 섹터 안테나{MULTI SECTOR ANTENNA FOR MOBILE COMMUCATION NETWORK}
본 발명은 이동통신망의 기지국이나 중계국에 사용되는 섹터 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 섹터 안테나를 배열하여 한정된 주파수 자원 안에서 보다 많은 가입자들에게 서비스할 수 있는 이동통신망용 4방향 이상 다중 섹터 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 기지국 등에서 사용되는 안테나는 전방향성의 옴니 안테나나 지향성을 갖는 섹터 안테나로 구현될 수 있는데, 섹터 안테나는 복사소자와 반사판으로 이루어진 안테나를 지지대로 설치한 후 안테나 후방에 반사판이나 전파흡수체를 설치하여 일정 방향으로만 무선신호를 송수신할 수 있도록 되어 있다.
이러한 섹터 안테나는 빔 패턴 특성 및 지향 특성에 의하여 특정 지역에 있는 이동통신단말기와 통신할 수 있도록 되어 있는데, 종래의 이동통신 기지국이나 중계국의 안테나는 3개의 방향 섹터 안테나를 배치한 다중 섹터 안테나를 채택하여 한정된 주파수범위 내에서 팽창하는 가입자들을 수용하고 있다.
그러나 이동통신단말기의 보급이 급속히 늘어나면서 이동통신 가입자의 수가 급증하여 종래의 3방향 다중 섹터 안테나로는 증가하는 가입자들을 수용하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 제1 목적은 적어도 4개 방향 이상의 다수 섹터 안테나를 배열하여 한정된 자원 안에서 보다 많은 가입자들에게 서비스할 수 있는 이동통신망용 다중 섹터 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 섹터 안테나의 복사소자를 다양한 방식으로 구현하여 단일 밴드(Single Band)뿐만 아니라 3개의 밴드(3 Band)을 지원할 수 있는 이동통신망용 다중 밴드 다중 섹터 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 각 섹터 안테나의 급전방식을 개선하여 원거리 방향의 복사전력을 억압하고, 근거리방향의 복사전력을 증가시켜 전파간섭을 줄이면서 서비스 구역내에서 음영지역을 해소할 수 있는 이동통신망용 다중 섹터 안테나를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 안테나 지지구조물에 4 방향 이상 N방향으로 부착된 N개의 개별 섹터 안테나로 이루어진 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 있어서,
상기 개별 섹터 안테나가, 전파를 전방으로 반사시키는 반사판; 상기 반사판의 양 측벽에 경사지게 돌출되어 인접한 다른 개별 섹터 안테나와의 전파간섭을 차폐하기 위한 차폐판; 상기 반사판의 전면에 다단으로 배열된 슬롯형 또는 다이폴형 복사소자; 및 상기 개별 섹터 안테나를 보호하고 환경 친화형 그림이 그려진 방습커버로 구성되어 동일한 단일 주파수대역에서 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 개별 섹터 안테나는 상기 슬롯형 복사소자의 전면에 도파기가 더 구비할 수 있고, 상기 슬롯형 복사소자는 2개의 수평 슬롯 복사소자와 2개의 수직 슬롯 복사소자가 급전선에 의해 급전되어 수직.수평 이중 편파나 원편파를 방사할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 슬롯형 복사소자는 2개의 수평 슬롯 복사소자나 2개의 수직 슬롯 복사소자가 급전선에 의해 급전되어 수직이나 수평의 단일 편파를 방사할 수 있도록 되어 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 안테나는 안테나 지지구조물에 N방향으로 부착된 N개의 개별 섹터 안테나로 이루어진 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 있어서,
상기 개별 섹터 안테나가, 전파를 전방으로 반사시키는 반사판; 상기 반사판의 양 측벽에 경사지게 돌출되어 인접한 다른 개별 섹터 안테나와의 전파간섭을 차폐하기 위한 차폐판; 상기 반사판의 전면에 다단으로 배열된 다이폴형 복사소자; 및 상기 개별 섹터 안테나를 보호하고 환경 친화형 그림이 그려진 방습커버로 구성되어 동일한 다중 주파수대역에서 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 개별 섹터 안테나는 상기 다이폴형 복사소자의 전면에 도파기가 더 구비될 수 있고, 상기 다이폴형 복사소자는 A밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 사각형 형태로 배열되어 있고, B 및 C밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 상기 A밴드의 사각형 안에 사각형 형태로 이중으로 배열되어 A밴드, B밴드, C밴드의 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것이다.
그리고 상기 다중 섹터 안테나는 상기 다단으로 배열된 복사소자의 각 단에 전력을 차등 급전함과 아울러 위상을 조절하여 원거리 복사를 억압하고 근거리 복사를 강하게 하여 근거리 음영지역의 서비스를 개선하고 원거리의 타 기지국이나 중계국과의 간섭을 억제하도록 된 것이다.
본 발명에 따른 다중 섹터 안테나는 4 섹터, 5 섹터, 6 섹터, 7 섹터, 8 섹터, 9 섹터 등 용도에 따라 다양하게 구현할 수 있으므로 가입자 분포밀도, 수량, 용량에 따라 섹터 수를 조절할 수 있어 매우 경제적으로 운영할 수 있고, 각 섹터 안테나의 복사소자에 전력분배기와 급전선으로 전력을 차등 급전함과 아울러 위상을 조절하여 원거리 복사를 억압하고 근거리 복사를 강하게 함으로써 근거리 음영지역의 서비스를 개선하고 원거리의 타 기지국이나 중계국과의 간섭을 억제하여 서비스 효율을 높일 수 있다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예 는 이해를 쉽게 하기 위해 6 섹터 안테나를 예로들어 설명하고 있으나 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
[6 섹터 안테나]
도 1은 본 발명에 따라 건물의 옥상 등에 설치된 6 섹터 안테나를 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 6 섹터 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 건물의 옥상 이나 철탑 상부 등에 받침대(40)를 설치한 후 6 방향의 섹터 안테나를 설치하기 위한 6 각형의 지지구조물(20)을 베이스(22)로 받침대(40)에 고정하고, 6 각형의 지지구조물(20)에 6개의 섹터 안테나(10)를 6방향으로 각각 설치한 구조로 되어 있다. 이때 6섹터 안테나(10)는 방습커버(30)에 의해 보호되는 구조이고, 방습커버(30)에는 미려한 그림이 그려져 외관이 환경 친화형으로 되어 있다.
6 섹터 안테나를 구성하는 각 개별 섹터 안테나(10)는 모두 동일한 구조로 되어 있기 때문에 이하에서는 하나의 섹터 안테나만을 자세히 설명한다.
하나의 섹터 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형의 평판에 양측으로 측벽이 경사지게 돌출된 형상의 알루미늄판에 복사소자들(13)이 다단으로 배열된 구조로 되어 있는데, 평판은 복사소자(13)에서 방사되는 전파를 전방으로 반사시키는 반사판(11) 기능을 하고, 양 측판은 인접한 섹터 안테나와의 전파 간섭을 차폐하기 위한 차폐판(12) 기능을 하고 있다.
또한 본 발명에 따른 6 섹터 안테나는 복사소자(13)를 구현하는 방식에 따라 슬롯(slot) 안테나를 이용하는 단일밴드(Single Band)의 6 섹터 안테나와, 다이폴(Dipole) 안테나를 이용하는 3밴드(3 Band) 6 섹터 안테나로 구분할 수 있다.
[ 단일밴드 6 섹터 안테나(솔롯) ]
도 2는 도 1에 도시된 6 섹터 안테나에서 하나의 슬롯형 섹터 안테나를 도시한 개략 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 6 섹터 안테나에서 슬롯형 섹터 안테나를 도시한 개략 정면도이다. 도 2 및 도 3의 슬롯형 섹터 안테나는 셀룰러나 GSM CDMA등에 사용되는 790MHz~950MHz(1700MHz~2400MHz 등) 중 허가밴드의 단일밴드용으로서, 1개 섹터 안테나에 수평방향 2열, 수직으로 n단 A1,A1',A2,A2',...An,An' 복사소자(13)를 반사판(11)의 전면에 부착한 것이다. 그리고 인접 섹터 안테나와 간섭을 축소하기 위해 차폐판(12)을 부착하고, 전면에 방습커버(30)를 부착한 후 외부에 친환경 그림을 도포한 것이다. 또한 각각의 섹터 안테나에 AJ1,AJ2,...AJ6 입력 커넥터를 연결하여 고주파 급전하도록 하였다.
본 발명에 따라 6 섹터 안테나를 슬롯형 복사소자로 구현한 예는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 평판의 반사판(11) 전면에 고정볼트(14)를 이용하여 일정 간격을 두고 2열 n단(2×n)의 슬롯 안테나(A1,A1'..An,An')가 배열된 기판(P)이 부착된 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 직사각형의 평판(반사판;11)에 양측으로 측벽(차폐판;12)이 경사지게 돌출된 형상의 알루미늄판의 평판 전면에 고정볼트 구멍(14)을 통해 직사각형의 기판(P)이 부착되어 있고, 기판(P)에는 A1,A1', A2,A2'...., An,An' 슬롯 복사소자(13)가 형성되어 있으며, 기판(P)에는 급전신호를 인입하기 위한 n x 2 소자 합성 입력 커넥터(AJ1~AJ6)가 부착되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 이중편파 슬롯 복사소자로 구현한 예의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 이중편파 복사소자와 도파기로 구현한 예의 정면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 이중편파 복사소자와 도파기로 구현한 예의 평면도이다.
본 발명에 따라 슬롯형 복사소자를 이중편파 복사소자로 구현한 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 복사소자 기판(P)이 절연지지대(14)에 의해 일정간격을 두고 반사판(11)에 고정되어 있으며, 복사소자 기판(P)에는 2개의 수평 슬롯 복사소자(SH)와 2개의 수직 슬롯 복사소자(SV)가 형성되어 수직.수평 이중 편파나 또는 원편파를 방사할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 편파(polarization)란 전파가 진행할 때 그 횡단면상에서 전계의 방향과 전계의 크기 및 회전을 구분한 것으로, 수직편파(vertically polarized wave : VP)는 전계가 지면에 대하여 수직을 이루는 편파이고, 수평편파(horizontally polarized wave :HP)는 전계가 지면에 대하여 수평을 이루는 편파이며, 원형편파(circularly polarized wave : CP)는 전계가 진동평면(편파면) 상에서 회전하지만 전계의 크기는 일정한 경우로 파가 오른쪽으로 회전하면서 진행하는 우선회 원형편파(right-hand circularly polarized wave : RHCP)와 왼쪽으로 회전하면서 진행하는 좌선회 원형편파(left-hand circularly polarized wave : LHCP)로 구분할 수 있다. 이 경우는 수직.수평 복사소자 간에 90° 위상차 급전하여 가능하게 했다. 이와 같이 이중편파를 이용하면 전파자원을 절약하게 되고, 통신중의 잡음과 간섭 등을 억제하게 되어 양호한 통신 효율 향상 이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 이중편파 복사소자와 도파기로 구현한 예는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복사소자 기판(P)의 전면에 절연지지대(14)로 일정 간격을 두고 금속판의 도파기(15)를 부착하여 전파복사 지향성 이득을 개선한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 단일편파 복사소자로 구현한 예의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 단일편파 복사소자와 도파기로 구현한 예의 정면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 단일편파 복사소자와 도파기로 구현한 예의 평면도이다.
본 발명에 따라 슬롯형 복사소자를 단일편파 복사소자로 구현한 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 복사소자 기판(P)이 절연지지대(14)에 의해 일정간격을 두고 반사판(11)에 고정되어 있으며, 복사소자 기판(P)에는 2개의 수평 슬롯 복사소자(SH)가 형성되어 수평편파를 방사할 수 있도록 되어 있다.
또한 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나를 단일편파 복사소자와 도파기로 구현한 예는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 복사소자 기판(P)의 전면에 절연지지대(14)로 일정 간격을 두고 도파기(15)를 부착하여 전파 이득 특성을 개선한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 안테나의 슬롯 복사소자를 45도 회전시켜 구현한 예의 정면도이다.
도 10을 참조하면, 하나의 복사소자 기판(P)이 절연지지대(14)에 의해 일정 간격을 두고 반사판(11)에 고정되어 있으며, 복사소자 기판(P)에는 2개의 수평 슬롯 복사소자(SH)와 2개의 수직 슬롯 복사소자(SV)가 +45°혹은 -45°방향으로 경사지게 형성되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 이중편파 슬롯 안테나의 경우만을 도시하였으나 단일편파 슬롯 안테나의 경우도 동일하다.
[3(A,B,C) 밴드 6 섹터 안테나(다이폴)]
도 11은 도 1에 도시된 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 하나의 섹터 안테나의 개략 평면도이고, 도 12는 도 1에 도시된 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 하나의 섹터 안테나의 개략 정면도이다. 3밴드용 6 섹터 안테나는 IMT2000, WIBRO, 셀룰러(GSM) 주파수 밴드를 동시 서비스하기 위한 것으로, 수평으로 2열 수직으로 n단 A1,A1'...An,An', B1C1, B1'C1'....BnCn, Bn'Cn' 복사소자(13)를 반사판(11)의 전면에 배열한 것이다. 상대적으로 저주파수대인 A밴드(셀룰러; GSM)용 안테나는 수평 복사소자 2개(AH1)와 수직 복사소자 2개(AV1) 총 4개를 사각형으로 배열하고, 상대적으로 고주파수대인 B/C 밴드(IMT2000, WIBRO)용 안테나는 수평복사소자 2개(B/CH1)와 수직복사소자 2개(B/CV1) 총 4개를, A밴드용 사각형 안에 다시 사각형으로 이중 배열한 형태이다. 또한 A밴드 수직배열단간 사이에 B/C밴드를 부착한다. 그리고 인접 섹터 안테나와 간섭을 축소하기 위해 차폐판(12)을 부착하고, 전면에 방습커버(30)를 부착한 후 외부에 친환경 그림을 도포한 것이다.
본 발명에 따라 3밴드 6 섹터 안테나를 다이폴형 복사소자로 구현한 예는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 알루미늄 평판의 반사판(11) 전면에 절연지지 대(14)를 이용하여 일정 간격을 두고, 2열 n단(2×n)의 다이폴 안테나가 배열된 것이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, A밴드용 다이폴 복사소자( A1,A1', A2, A2' ...., An,An')와 B/C밴드용 다이폴 복사소자(BC1,BC1'...BCn,BCn')가 2열 (2×n) 단으로로 배열되어 있으며, 신호를 인입하기 위한 A밴드 합성 입력 커넥터(AJ1~AJ6)와 B밴드 합성 입력 커넥터(BJ1~BJ6), C밴드 합성 입력 커넥터(CJ1~CJ6)가 부착되어 있다. 그리고 각 다이폴 복사소자는 A밴드를 위한 2개의 수직 다이폴(AV1)과 2개의 수평 다이폴(AH1)이 사각형 형태로 배열되어 있고, B 및 C밴드를 위한 2개의 수직 다이폴(B/CV1)과 2개의 수평 다이폴(B/CH1)이 B/C밴드 반사판(R)의 전면 A밴드의 사각형 안에 사각형 형태로 이중으로 배열되어 있다. 또한 다이폴 복사소자를 수직으로 배열함에 있어서 도 12에 도시된 바와 같이, 저주파대인 A 밴드용 복사소자(A1,A1'~ An,An')보다 고주파대인 B/C밴드용 복사소자(BC1,BC1' ~ BCn,BCn')가 밀한 간격으로 배열되어 전체적으로 B/C밴드용 복사소자(BC1,BC1' ~ BCn,BCn')가 더 많이(n×2)) 배열되어 있다.
도 13은 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 A밴드 복사소자의 정면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 A밴드와 B/C 밴드 복사소자의 정면도이며, 도 15는 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 복사소자의 평면도이다.
본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 A밴드 복사소자는 도 13에 도시된 바와 같이, 반사판(11)의 전면에 또체 또는 절연지지대에 의해 일정 간격을 두고 2개의 수 평 다이폴(AH1)과 2개의 수직 다이폴(AV1)이 정사각형 형태로 배열되어 있고, 각 수평 다이폴(AH1)과 수직 다이폴(AV1)은 급전커넥터(JH1,JV1)을 통해 급전되며 분배기와 급전 케이블을 통해 입력 커넥터(AJ1)와 연결되어 있다.
또한 본 발명에 따른 6 섹터 안테나의 B/C밴드 복사소자는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 고주파대인 B/C밴드 반사판(R)의 전면에 도체 또는 절연지지대에 의해 일정 간격을 두고 2개의 수평 다이폴(B/CH1)과 2개의 수직 다이폴(B/CV1)이 A밴드의 다이폴 복사소자(AH1,AV1)의 사각형 배열 안에 직사각형 형태로 이중으로 배열되어 있고, 각 B/C밴드용 수평 다이폴(B/CH1)과 수직 다이폴(B/CV1)은 급전 케이블과 합성(분배)기를 통해 입력 커넥터(BJ1,CJ1)와 각각 연결되어 있다. 본 발명의 B/C밴드 복사소자는 다이폴 이외에 패치형, 또는 슬롯형으로도 대체 삽입이 가능하다.
도 16은 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 안테나를 다이폴 복사소자를 45도 회전시켜 구현한 예의 정면도이다.
도 16을 참조하면, 하나의 다이폴 복사소자는 금속 또는 절연지지대에 의해 일정간격을 두고 반사판(11)에 고정되어 있으며, 각 수직 및 수평 다이폴 복사소자는 +45°혹은 -45°방향으로 경사지게 형성되어 있다.
도 17은 본 발명에 따른 3밴드 6섹터 안테나에서 A밴드의 급전 회로도이다.
도 17을 참조하면, 낮은 주파수밴드(예컨대, 셀룰러 GSM 790~950MHz)용 섹터 안테나의 복사소자들에 급전하는 계통도로서, AJ1은 첫번째 섹터 안테나 급전선(F1)을 연결하는 입력 커넥터로, 여기에 송수신장치를 연결하여 급전한다. 이 급 전선(F1)에 n분배기(D3)(수신의 경우에는 합성기 역할)를 부착하여 n개로 균등(혹은 차등) 전력분배하여 수직 복사패턴 조정하고, 이 n분배기(D3)에 연결된 급전선(F2)을 통해 제2 2분배기(D2)(수신의 경우 합성기 역할)로 분배한다. 그리고 제2 2분배기(D2)는 동위상 분배하여 급전선(F3)을 통해 제1 2분배기(D1)(수신의 경우 합성기 역할)에 분배하고, 제1 2분배기(D1)(수신의 경우 합성기 역할)는 동일 위상(또는 ±90°위상) 분배하여 급전선(F4)을 통해 수평복사기(AH1)와 수직복사기(AV1)로 급전하여 수직편파 수평편파 2중 편파로 전파 복사하게 한다. 또한 +90°위상 급전할 경우 우회전편파, -90°위상 급전할 경우 좌회전편파 2중 편파로 전파복사한다. 그리고 AJ2~AJ6은 두번째 섹터 안테나 내지 6번째 섹터 안테나에 급전하는 입력 커넥터로서, 앞서 설명한 첫번째 섹터 안테나의 급전과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
그리고 도 16에 도시된 바와 같이 복사소자 A1,A1'...An,An'를 전부 좌(혹은 우)로 45°회전하여 부착하면 ± 45° 이중편파 복사도 가능하고, 단일편파(수직편파) 서비스의 경우 예컨대, 복사소자에서 수평복사소자를 제거하고 수직편파소자에만 급전할 경우에는 제1 2분배기(D1)를 생략하고, 제2 분배기(D2)의 출력을 직접 수직복사소자에 연결하여 전송한다.
도 18은 본 발명에 따른 3밴드 6섹터 안테나에서 B 및 C밴드의 급전 회로도이다.
도 18을 참조하면, 높은 주파수밴드(B 및 C밴드)에 급전하는 경우도 도 17에 도시된 바와 같은 A밴드의 급전절차와 유사하다. 다만, 높은 주파수밴드(B 및 C밴 드)에 급전하는 경우에는 B밴드와 C밴드를 동시에 급전해야 하므로 2n 분배기(D3)의 입력전에 합성기(D4)를 부착 연결하고, 이 합성기(D4)(수신의 경우에는 분배기 역할)의 입력에 B밴드패스필터(BPF1)와 C밴드패스필터(BPF2)를 연결한 후 입력 커넥터(BJ1, CJ1)에 각각 연결한다.
이와 같이 본 발명에 따르면 4 섹터, 5 섹터, 6 섹터, 7 섹터, 8 섹터, 9 섹터 등 용도에 따라 다양하게 구현할 수 있으므로 가입자 분포밀도, 수량, 용량에 따라 섹터 수를 조절할 수 있어 매우 경제적으로 운영할 수 있고, 단일섹터 안테나의 경우도 근거리 원거리 서비스 구역에 따라 전력분배기와 급전선으로 차등 전력 분배, 차등위상으로 복사소자에 급전하여 수직복사패턴도 가변설치하여 서비스 효율을 높이고, 타 서비스구역에 전파복사 억제하여 간섭 줄이고 근거리 복사를 강하게 하여 서비스 효율을 높일 수 있다.
도 19는 본 발명의 각각 센터 안테나들을 다이버스티로 사용할 경우 급전선 배선계통도로서, A밴드 안테나, B.C밴드 안테나 각각 사용할 수 있는 안테나로서 우선 A밴드 안테나에 대해 설명한다.
A1 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJ1, HJ1과 A1' 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJ1', HJ1'이 동위상되게, 또한 A2 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJ2, HJ2와 A2' 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJ2', HJ2'이 동위상되게, 계속해서 An 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJn, HJn과 An' 안테나의 수평.수직 편파 급전점 VJn', HJn'이 동위상되게 급전선으로 결합 후 D1~n과 D1~n',D2,D2'로 각각 급전선으로 합성(송신의 경우 분배)한 후(단 각단 A1~An은 위상이 같거나 다를 수 있음) A1~n에는 합성된 수직편파 A1'~An'에는 합성된 수평편파출력이 형성되어 이 커넥터에 수신장치 2개 또는 송신장치2개, 다이플랙서 삽입하여 송신장치 2조, 수신장치 2조 부착하여 송신 수신 공히 동시에 직선편파 다이버스티로도 사용할 수 있다.
또 점선으로 된 90°하이브리드(HY90°)를 추가로 삽입하여 A1~nJV,A1'nJH를 급전선 연결하고 출력하면 원편파로 변환되어 A1~nJL에 좌회전편파, A1'~nJR에 우회전편파가 출력되어 각각의 송신장치 2개 수신장치 2개를 다이플랙서 통하여 연결 운영하면 원편파 다이버스티로도 운영이 가능한 안테나이다. 이상은 A밴드에 대해서만 설명하였으나 B.C밴드도 동일하게 설명하여 다이버스티로 운영하게 할 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 다중 섹터 안테나의 수평복사 패턴도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 안테나는 6 섹터 방향에 균등한 수평복사 패턴을 형성하고, 복사시 상호 인접한 섹터와 가능한 적게 중첩되게 하여 인접섹터간의 상호 간섭을 줄인 것을 알 수 있다. 도 19에서 실선은 균등 분포도에 따른 복사패턴의 예이고, 일점쇄선은 차등 분포도에 따른 복사패턴의 예이다. 즉, 수평복사패턴을 균등하게 분포할 수도 있으나 각 섹터 방향의 인구밀도차 또는 서비스 거리차에 따라 차등 수평복사패턴도 가능하다.
도 21은 본 발명에 따른 하나의 섹터 안테나의 수직복사 패턴도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 안테나는 복사소자들이 다단으로 배열된 하나의 섹터 안테나에서 수직으로 배열된 복사소자의 위상과 복사전력을 조정하여 근거 리 음영지역(지하, 건물차폐지역, 주택 등)에 전파복사전계를 강하게 하고 수평방향으로 약하게 하여 타 서비스 기지국과의 간섭을 줄인 것을 나타낸다.
즉, 다단으로 배열된 복사소자의 각 단에 전력을 차등 급전함과 아울러 위상을 조절하여 원거리 복사를 억압하고, 근거리 복사를 강하게 하여 근거리 음영지역의 서비스를 개선하고 원거리의 타 기지국이나 중계국과의 간섭을 억제한다.
도 21에서 종래패턴은 근거리 전파 복사는 약하고 원거리 타 기지국 서비스 지역은 필요 이상으로 강하여 간섭을 일으켜 품질을 저하시킨다. 그러나 본 발명의 복사패턴1 또는 복사패턴2는 원거리 타기지국 서비스 지역 전파복사는 억압 감소케 하고, 근거리 음영지역 지하층은 강하게 하여 서비스 효율을 대폭 높인다.
타기지국과 서비스 구역의 경계선은 각 지방의 지형분포에 따라 가감 조정가능하게 수직배열소자들의 위상조정기(Ph1~Phn)로 위상조정하여 자동으로 할 경우에는 도 17과 도18에서 점선으로 표시한 부분을 자동 위상조정기(Ph1~Phn)로 교체하여 각 단의 위상과 증폭도 자동조정하는 2중 조정하게 구성하고, 이 자동위상조정 증폭도 조정은 빔성형기(PhC)(소프트웨어 포함)를 부착한 후 PC를 이용하여 각 위상조정기를 제어하여 수직복사패턴 성형한다.
필요시 각각 자동위상조정기 Ph1~Phn에 고출력 고주파 증폭기와 LNA, 다이플랙서 등도 삽입할 수 있다. 이 경우는 A, B/C 입력단에 고출력 증폭기 불필요하고 저출력 증폭기 사용하며 LNA 등 수신출력 합성기 점선 ∑RX에서 수신신호합성하여 출력한다.
도 21에서 '종래'로 표시된 복사패턴은 종래 안테나 수직 복사패턴이고, '본 발명 복사패턴1'과 '본 발명 복사패턴2'의 수직패턴은 수동 또는 자동 빔성형기와 위상조정기로 조정한 수직복사패턴이다. 수동의 경우는 Ph1~n의 실선의 급전선 길이 가감 고정형으로 하여 위상조정하고 전력분배기 D3으로 각 단의 증폭도 차등 설정 고정한다. 자동으로 할 경우 점선으로 된 자동위상조정기 Ph1~n로 교체하고, 자동 수직복사패턴 성형기 PhC로 신호 보내서 교체하여 위상과 증폭도 조정신호를 각각의 위상조정기 Ph1~n에 보내서 위상조정기 Ph1~n에 내장되어 있는 위상조정기와 전력감쇠기를 자동 조정하게 하여 가능한 다수의 수직복사패턴 중 임의의 1개 자동 복사패턴 성형하게 구성한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 건물의 옥상 등에 설치된 6 섹터 안테나를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 안테나를 슬롯으로 구현한 예의 개략 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 안테나를 슬롯으로 구현한 예의 개략 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 4슬롯으로 구현한 예의 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 4슬롯과 도파기로 구현한 예의 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 4슬롯과 도파기로 구현한 예의 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 2슬롯으로 구현한 예의 정면도,
도 8은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 2슬롯과 도파기로 구현한 예의 정면도,
도 9는 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 2슬롯과 도파기로 구현한 예의 평면도,
도 10은 본 발명에 따른 단일밴드 6 섹터 각각 슬롯 안테나를 45도 회전시켜 구현한 예의 정면도,
도 11은 본 발명에 따른 6 섹터 안테나를 다이폴로 구현한 예의 개략 평면도,
도 12는 본 발명에 따른 6 섹터 각각 안테나를 다이폴로 구현한 예의 개략 정면도,
도 13은 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 각각 안테나를 다이폴로 구현한 A밴드 복사소자 정면도,
도 14는 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 각각 안테나를 다이폴로 구현한 A밴드와 B/C 밴드 복사소자 정면도,
도 15는 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 각각 안테나를 다이폴로 구현한 복사소자의 평면도,
도 16은 본 발명에 따른 3밴드 6 섹터 각각 안테나를 45도 회전시켜 구현한 예의 정면도,
도 17는 본 발명에 따른 3밴드 6섹터 안테나에서 A밴드의 급전 회로도,
도 18은 본 발명에 따른 3밴드 6섹터 안테나에서 B및C밴드의 급전회로도,
도 19는 본 발명의 안테나를 다이버스티로 운영할 경우의 배선도,
도 20은 본 발명에 따른 다중 섹터 안테나의 수평복사 패턴도,
도 21은 본 발명에 따른 다중 섹터 안테나의 수직복사 패턴도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 섹터 안테나 11: 반사판
12: 차폐판 13: 복사소자
14: 도체 또는 절연지지대 15: 도파기
A1,A1'~An,An': 저주파대 복사소자
BC1,BC1'~BCn,BCn': 고주파대 복사소자
AJ1~AJ6, BJ1~BJ6, CJ1~CJ6: 입력 커넥터
D1~D3: 전력분배기(수신의 경우 합성기)(균등분배 또는 차등분배)
D4: 합성기(수신의 경우 분배기)
F1~F4: 급전선 JH1,JV1: 급전점
BPF1,BPF2: 밴드패스필터 P: 기판
R: 고주파대 반사판
SH: 수평슬롯 복사소자 SV: 수직슬롯 복사소자
J1~n, JHA,JVA, JHB/C, JVB/C: 각각 안테나 소자 입력 커넥터
Ph1~Phn: 위상조정기(자동,수동)
PhC: 수직복사패턴 성형기 PC: 컴퓨터
∑RX: 수신신호 합성기 A1~nJV: 수직합성(분배기) 출력커넥터
A1'~nJH: 수평합성(분배기) 출력커넥터
HY90°: 90°하이브리드
A1~nJL: 합성(분배)된 좌회전편파 출력 커넥터
A1~nJR: 합성(분배)된 우회전편파 출력 커넥터

Claims (13)

  1. 안테나 지지구조물에 N방향으로 부착된 N개의 개별 섹터 안테나로 이루어진 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 있어서,
    상기 개별 섹터 안테나가,
    전파를 전방으로 반사시키는 반사판;
    상기 반사판의 양 측벽에 경사지게 돌출되어 인접한 다른 개별 섹터 안테나와의 전파간섭을 차폐하기 위한 차폐판;
    상기 반사판의 전면에 다단으로 배열된 슬롯형 복사소자; 및
    상기 개별 섹터 안테나를 보호하고 환경 친화형 그림이 그려진 방습커버로 구성되어
    동일한 단일 주파수대역에서 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이동통신망용 4방향 이상 다중 섹터 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개별 섹터 안테나는
    상기 슬롯형 복사소자의 전면에 도파기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬롯형 복사소자는
    2개의 수평 슬롯 복사소자와 2개의 수직 슬롯 복사소자가 급전선에 의해 급 전되어 수직.수평 이중 편파나 원편파를 방사할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬롯형 복사소자는
    2개의 수평 슬롯 복사소자나 2개의 수직 슬롯 복사소자가 급전선에 의해 급전되어 수직이나 또는 수평의 단일 편파를 방사할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  5. 안테나 지지구조물에 N방향으로 부착된 N개의 개별 섹터 안테나로 이루어진 이동통신망용 다중 섹터 안테나에 있어서,
    상기 개별 섹터 안테나가,
    전파를 전방으로 반사시키는 반사판;
    상기 반사판의 양 측벽에 경사지게 돌출되어 인접한 다른 개별 섹터 안테나와의 전파간섭을 차폐하기 위한 차폐판;
    상기 반사판의 전면에 다단으로 배열된 4 다이폴형 복사소자; 및
    상기 개별 섹터 안테나를 보호하고 환경 친화형 그림이 그려진 방습커버로 구성되어
    동일한 다중 주파수대역에서 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다이폴형 복사소자는
    A밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 사각형 형태로 배열되어 있고, B 및 C밴드를 위한 2개의 수직 다이폴과 2개의 수평 다이폴이 상기 A밴드의 사각형 안에 사각형 형태로 이중으로 배열되어 있고, A밴드 수직단 사이에도 배열하여
    A밴드, B밴드, C밴드의 동시 통신 가입자를 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 다중 섹터 안테나는 각각 방향 섹터 안테나에
    상기 다단으로 배열된 복사소자의 각 단에 전력을 차등 급전함과 아울러 위상을 조절하여 원거리 복사를 억압하고 근거리 복사를 강하게 하여 근거리 음영지역의 서비스를 개선하고 원거리의 타 기지국이나 중계국과의 간섭을 억제하도록 되어 이중편파, 또는 원편파 또는 단일 수직편파 서비스하는 것을 특징으로 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나 장치.
  8. 여러 방향 섹터 안테나의 원거리 복사 전력을 서비스 구역 거리 장단에 따라 차등 복사 강도되게 수직복사소자 전력분포와 위상분포 조정하는 전력분배기, 위상조정 급전선 사용하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수직 여러단 각각 방향 섹터 안테나의 각 단에 급전 케이블 길이 조정하여 위상 차등조정하고 분배기 D3 출력을 각각 동일 또는 차등분배하여 수직복사패턴을 원거리 복사패턴은 약하게 하고 근거리 복사패턴 은 강하게 하는 이동통신망용 다중섹터 안테나.
  10. 제8항에 있어서, 상기 수직 여러단 각각 방향 섹터 안테나의 각 단 급전선에 위상변위기, 가변감쇠기가 내장되어 있는 자동 위상조정기를 삽입하고, 자동복사패턴 성형기(PhC)와 PC를 부착하고 자동복사패턴 성형기(PhC) 출력 각단의 위상조정기에 위상변위, 증폭도 변화신호 보내서 수직복사 패턴을 원하는 패턴으로 원거리, 중거리, 근거리 중 희망하는 패턴 1개를 선정 가능하게 하는 이동통신망용 다중 섹터 안테나.
  11. 제8항에 있어서, 위상조정기 Ph1~n 내부에 다이플랙서 LNA, HPA 위상변위기 등 넣고 자동복사패턴 성형기 PhC로 위상과 증폭도 지동 조정하여 수직복사패턴 성형하고, 수신신호 합성기(∑RX)로 LNA 수신신호합성하여 송수신통신하는 이동통신 다중 섹터 안테나.
  12. 각각의 섹터 안테나 복사기에 수직출력단까지 합성하여 수직편파출력을 A1~n(혹은 BC1~n) A1_nJV에 출력하여 송신기 또는 수신기 또는 송수신기 동시에 급전하고, 또 수평출력단 합성하여 수평편파출력을 A1~n(혹은 BC1~n) A1_nJH에 출력 하여 수신기 또는 송신기 또는 송수신기 동시에 급전하여 송신기 2조, 수신기 2조 동시 운영하는 다이버스티형 다중 섹터 안테나.
  13. 제12항에 있어서, A1_nJV와 A1_nJH출력을 90° 하이브리드(HY90°)에 입력하고, 그 출력을 좌회전 편파출력 커넥터 A1~nJL, 우회전 편파출력 커넥터 A1~nJR에 각각의 송신기와 수신기를 각각 2조씩 부착 운영하는 다이버스티형 다중 섹터 안테나.
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