KR20130035052A - 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나 - Google Patents

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최홍기
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Abstract

본 발명은 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나에 관한 것으로서, 무지향의 전파 특성을 갖는 복수 개의 안테나소자부; 및 상기 복수 개의 안테나소자부와 병렬급전 방식으로 연결되며, 상기 복수 개의 안테나소자부 각각에 위상이 가변된 신호를 전송하는 위상가변기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나{A VARIABLE ELECTRICAL TILT OMNI-ANTENNA USING A PARALLEL FEEDING METHOD}
본 발명은 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위상가변기를 포함하고 병렬급전 방식으로 안테나소자들에 신호를 공급하여서 전기적인 빔 틸팅(Beam Tilting)을 가능하게 하는 옴니안테나에 관한 것이다.
통신망을 위한 기지국 건설에 있어서 옴니안테나를 사용하면 적은 비용으로 빠르게 전국망을 확보할 수 있는데, 이에 따라 신규 통신망 부설에는 옴니안테나가 많이 사용되고 있다.
하지만, LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 차세대 이동통신망들은 간섭에 민감하여 최적화를 위해서는 빔 틸트각을 가변시킬 수 있어야 하는데, 기존의 옴니안테나는 직렬 급전방식의 고정 틸트각으로 개발되어 있기 때문에 빔 틸트각을 가변시키기가 어려웠다.
구체적으로, 기존의 옴니안테나에는 도 1과 같이 안테나 소자들의 중앙에 신호를 급전하고 안테나 상하로 신호를 전파시키는 직렬급전 방식이 사용되었는데, 이러한 직렬급전 방식 하에서는 위상가변기의 적용과 빔 틸팅(Beam Tilting)의 구현이 어려웠다. 또한, 기존의 직렬급전 방식 하에서 슬롯 간의 간격을 조절하여 안테나 빔 틸트각을 가변시키는 기술이 존재하였지만, 설치 후에는 틸트 각을 임의로 바꾸기가 어려웠다.
따라서, 설치 후에 빔 틸트각을 자유롭게 가변하여, LTE 등 차세대 이동통신망의 전국망 확보에도 사용될 수 있는 옴니안테나의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 기술적인 요구를 충족시키기 위해서 발명되었으며, 상기와 같은 문제점을 해결함은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 개발할 수 없는 기술들을 부가하여 발명되었다.
본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 기존의 직렬급전 방식이 아닌, 병렬급전 방식으로 옴니안테나를 이루는 안테나소자들에 신호를 공급하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 병렬급전 방식과 위상가변기를 통해 전기적인 빔 틸팅을 가능하게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 전기적으로 틸트각을 가변시켜서, LTE와 같은 간섭에 민감한 이동통신망도 최적화시킬 수 있게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 옴니안테나의 전기적인 빔 틸팅을 원격으로 제어할 수 있게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 플레시블(flexible)한 재질의 기판 등 다양한 소재기판과 패치 안테나소자를 사용하여 무지향의 전파특성을 구현하는 것을 해결과제로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하기 위해 다중대역의 전파 전송을 가능하게 하는 것을 해결과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 무지향의 전파 특성을 갖는 복수 개의 안테나소자부; 및 상기 복수 개의 안테나소자부와 병렬급전 방식으로 연결되며, 상기 복수 개의 안테나소자부 각각에 위상이 가변된 신호를 전송하는 위상가변기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 위상가변기가, 입력신호를 분배하고 위상을 가변시키는 선로의 일부패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판; 및 상기 고정기판의 일면과 절연막을 경계로 맞닿아 설치되고, 상기 고정기판에 형성된 패턴과 동적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 선로를 동적으로 형성하는 가변기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 위상가변기가 입력신호와 동위상을 가지는 출력신호, 및 입력신호의 위상을 양 또는 음으로 가변시킨 출력신호를 생성하고, 상기 출력신호들을 상기 복수 개의 안테나소자부에 공급하여서, 전기적인 빔 틸팅(Beam Tilting)을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 위상가변기가 원형 타입(type)의 위상가변기이고, 상기 가변기판을 회전시키는 가변기판구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 위상가변기의 상기 가변기판구동부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 복수 개의 안테나소자부가 막대형상 기판 외면에 층을 이루며 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 막대형상 기판의 단면이 다각형으로 형성되고, 한 층을 이루는 안테나소자부는, 상기 막대형상 기판의 각 외면에 형성된 패치소자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 다각형이 삼각형이며, 상기 막대형상 기판의 세 외면에 형성된 패치소자들이 각 방향으로 전파를 전송하여 상기 안테나소자부의 무지향 전파특성을 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 막대형상 기판의 단면이 원으로 형성되고, 상기 한 층을 이루는 안테나소자부가 상기 막대형상 기판의 외면에 형성되는 패치소자에 의해 무지향 전파특성을 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 막대형상 기판이 플랙시블(flexible)한 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 막대형상 기판이 세라믹소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 복수 개의 안테나소자부가 수직/수평 편파의 구현이 가능한 패치소자를 포함하고, 상기 패치소자를 통해 이중대역의 동작을 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 복수 개의 안테나소자부를 2개 이상의 그룹으로 나누고 다중대역의 동작을 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는,상기 복수 개의 안테나소자부를 내부에 수용하는 레이돔을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 기존의 직렬급전 방식이 아닌, 병렬급전 방식으로 옴니안테나를 이루는 안테나소자들에 신호를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 위상가변기와 병렬급전 방식을 통해 전기적인 빔 틸팅을 가능하게 한다. 따라서, 옴니안테나의 빔틸트각을 가변시켜서, LTE와 같이 간섭에 민감한 이동통신망도 최적화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 옴니안테나의 전기적인 빔 틸팅을 원격으로 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 따라서, 기지국으로부터 빔 틸트각의 원격 제어가 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 플랙시블(flexible)한 소재의 기판과 패치 안테나소자를 사용하여 무지향의 전파특성을 구현할 수 있다. 따라서, 무지향 안테나의 생산성을 향상시킬 수 있으며 안테나 자체의 무게나 크기도 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 다중대역의 전파 전송을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 멀티밴드 주파수 운용 사업자를 위한 기지국용 옴니안테나로서 사용될 수 있으며, MIMO(Multiple Input Multiple Output)의 지원도 가능하다.
도 1은, 직렬급전 방식에 의해 신호를 공급하는 종래의 옴니안테나를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 외형을 나타내는 외형도이다.
도 3 내지 5는, 본 발명의 실시예들에 따른 옴니안테나의 병렬급전 연결을 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 위상가변기의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 위상가변기가 설치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나를 원격제어하는 원격제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 빔 틸팅을 나타내는 컴퓨터시뮬레이션 화면이다.
도 10은, LTE 망에서의 빔 틸트각에 따른 전송속도를 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 안테나소자부를 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 안테나소자부의 패치소자를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 16은, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 옴니안테나의 안테나소자부를 나타내는 도면이다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예들에 따른 옴니안테나의 무지향의 특성을 나타내는 컴퓨터시뮬레이션 화면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나를 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나에 대해 상세하게 설명한다.
도 2,3 및 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 무지향의 전파특성을 갖는 복수 개의 안테나소자부(100), 상기 복수 개의 안테나소자부와 병렬급전(300) 방식으로 연결되며 상기 복수 개의 안테나소자부 각각에 위상이 가변된 신호를 전송하는 위상가변기(200), 상기 복수 개의 안테나소자부를 내부에 수용하는 레이돔(400)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 안테나소자부(100)는 전파를 방사하는 구성으로서, 병렬급전 방식으로 신호를 공급받아서 전파를 방사하게 되는 구성이다. 이러한 상기 복수 개의 안테나소자부(100)는 특정 방향으로 층을 이루어 옴니안테나를 형성하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 각각의 안테나소자부(100)가 무지향의 전파 특성을 갖도록 구성하여 전체적인 옴니안테나가 무지향의 전파특성을 갖도록 구성할 수 있다.
도 2와 3을 참조하여 일 실시예를 살펴보면, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)는 막대형상 기판(110)의 외면에 형성되는 패치소자(120)들을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 막대형상 기판(110)의 길이방향을 따라 층을 이루면서 형성될 수 있다.
여기서 하나의 안테나소자부(100)에 포함된 상기 패치소자(120)들은 상기 막대형상 기판(110)의 둘레를 따라 모든 방향에 고르게 배치되어서 무지향의 전파특성을 구현할 수 있는데, 예를 들면 도 3과 같이, 원통으로 형성되는 막대형상 기판(110)의 둘레를 따라 3개의 패치소자(120)들을 120도 간격으로 배치하여, 무지향의 전파특성을 갖는 하나의 안테나소자부(100)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 막대형상 기판(110)은 연성 PCB(flexible PCB) 등의 플랙시블(flexible)한 소재로 구성될 수 있는데, 이를 통해 도 3과 같이 평면 형태의 기판에 패치소자(120)들을 형성하고, 가공을 통해 평면형태의 기판을 말아서 상기 막대형상 기판(110)을 형성할 수 있다. 따라서, 옴니안테나 제조 공정의 효율을 증가시킬 수 있으며, 안테나의 무게도 줄일 수 있다.
그리고, 상기 막대형상 기판(110)은, 세라믹 소재에 의해서도 구성될 수 있는데, 구체적으로 세라믹 소재를 사용하여 원통형의 막대형상 기판(110)을 형성하고, 원통의 외면을 도금처리하여 상기 안테나소자부(100)를 형성할 수 있다. 또한, 세라믹 소재를 사용하여, 길이방향의 수직단면이 반원형인 막대형상 기판(110) 두 개를 형성하고, 각각의 막대형상 기판(110)의 외면을 도금처리한 후에 원통형이 되도록 결합시켜 상기 안테나소자부(100)를 형성할 수도 있다.
한편, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)는 위에서 살펴본 패치소자뿐만 아니라 슬롯 등의 형태로도 구성될 수 있으며, 이 이외에도 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 용이한 범위에서 다양하게 구성될 수 있다.
상기 위상가변기(200)는, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)와 병렬급전 방식으로 연결되며, 상기 복수 개의 안테나소자부(100) 각각에 위상이 가변된 신호를 전송하는 구성이다.
이러한 상기 위상가변기(200)는, 입력신호와 동위상을 가지는 출력신호, 입력신호의 위상을 양 또는 음으로 가변시킨 출력신호를 생성하고, 상기 출력신호들을 상기 복수 개의 안테나소자부(100)에 공급하는데, 이에 따라 옴니안테나의 전기적인 빔 틸팅(Beam Tilting)을 가능할 수 있다.
한편, 상기 위상가변기(200)는 트롬본(trombone) 타입, 원형 타입 등 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 이하에서는 원형 타입의 위상가변기(200)를 예로 들어 상세하게 설명한다. 하지만, 본 발명에 따른 옴니안테나에 포함될 수 있는 위상가변기(200)는 원형 타입(type)으로 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구성되어서 적용될 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하여 상기 위상가변기(200)를 살펴보면, 상기 위상가변기(200)는, 입력신호를 분배하고 위상을 가변시키는 선로의 일부패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판(210), 상기 고정기판의 일면과 절연막을 경계로 맞닿아 설치되고, 상기 고정기판에 형성된 패턴과 동적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 선로를 동적으로 형성하는 가변기판(220), 바람직하게는 원형 타입으로 구성되는 가변기판을 회전시키는 가변기판구동부(230), 및 상기 가변기판구동부의 동작을 제어하는 제어부(240)를 포함할 수 있다.
상기 고정기판(210)은, 입력신호를 분배하고 위상을 가변시키는 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 구성으로서, 입력신호를 위한 입력케이블과 출력신호를 위한 출력케이블이 연결되는 구성이다. 이러한 상기 고정기판(210)의 패턴을 살펴보면, 하나의 입력패턴(216)과 다수의 출력패턴을 가지고, 상기 가변기판(220)에 형성된 패턴과 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되어 위상 가변 선로를 형성하는데, 이에 따라 하나의 입력신호를 수신하여 다수의 위상 가변신호들을 출력하는 위상가변기(200)를 형성하게 된다. 도 6을 참조하여 상기 고정기판(210)에 형성된 패턴의 일 실시예를 살펴보면, 상기 고정기판(210)은 입력패턴(216), 제1출력패턴(211), 제2출력패턴(212), 제3출력패턴(213), 제4출력패턴(214), 제5출력패턴(215), 원호모양 등의 연결패턴(217)으로 구성될 수 있는데, 여기서 상기 입력패턴(216)은 신호가 입력패턴(216)은 신호가 입력되는 패턴을 의미하고, 제5출력패턴(215)은 상기 입력패턴(216)의 신호와 같은 위상의 신호가 출력되는 패턴을 의미한다. 또한 각각의 제 1 내지 제 4 출력패턴(211 내지 214)은 상기 입력패턴(216)의 신호가 위상이 가변되어 출력되는 패턴을 의미하며, 이 경우 각각의 출력패턴(211 내지 214)에서 이루어지는 위상 가변은 서로 간에 양 또는 음으로 비례하게(+2A, +A, -A, -2A) 이루어진다. 한편, 상기 고정기판(210)에 형성되는 패턴은, 출력패턴의 수, 연결패턴의 모양 등을 변화시켜서 다양하게 형성될 수 있는데, 구체적으로 출력패턴의 수를 도 6과 같이 5로 제한하지 않고, 3개, 7개, 11개 등으로도 변화시킬 수 있다.
상기 가변기판(220)은, 상기 고정기판(210)의 일면과 절연막을 경계로 맞닿아 설치되고, 상기 고정기판(210)에 형성된 패턴과 동적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판(210)과 함께 위상 가변 선로를 동적으로 형성하는 구성이다. 이러한 상기 가변기판(220)에는 상기 고정기판(210)의 패턴과 대응되는 패턴들이 형성되어 있으며, 상기 패턴들이 상기 고정기판(210)에 형성된 패턴들과 커패시티브 커플링을 이루게 되는데, 이에 따라 상기 위상가변기(200)를 형성하게 된다. 도 6을 참조하여 상기 가변기판(220)의 일 실시예를 살펴보면, 상기 가변기판(220)의 패턴은 상기 고정기판(210)상의 원호모양 패턴(217)과 커패시티브 커플링되는 한 개 이상의 커플링패턴(221)으로 구성될 수 있는데, 여기서 상기 커플링패턴(221)은 맞닿게 되는 상기 고정기판(210)의 원호모양 패턴(217)과 대응되는 패턴으로 구성되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 원호모양 패턴(217)의 곡률과 같은 곡률을 갖는 짧은 원호모양의 패턴으로 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 형태로 패턴이 형성되어야 상기 가변기판(220)이 상기 고정기판(210)과 맞닿은 상태에서 회전할 때 동적인 커플링이 이루어지기 때문이다. 한편, 상기 커플링패턴(221)의 수는 상기 고정기판(210)상의 원호모양 패턴(217)과 출력패턴의 수에 따라 변경될 수 있으며, 도 6과 같이 2개로 구성되거나 1, 3, 4, 5 개 등 다양하게 구성될 수 있다.
상기 고정기판(210)과 가변기판(220)이 입력신호의 위상을 가변시키는 동작을 도 6을 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 고정기판(210)과 상기 가변기판(220)이 절연막을 경계로 맞닿아 설치되며, 상기 기판들에 형성된 패턴들 사이에 커패시티브 커플링이 이루어져 전기적으로 연결된다. 이에 따라 상기 입력패턴(216)에서 원호모양 패턴(217)을 거쳐 제 1 내지 5 출력패턴(211 내지 215)로 이어지는 위상 가변 선로가 형성되는데, 도 6의 좌측과 같이 상기 가변기판(220)이 회전하지 않은 상태에서는 위상 가변이 발생하지 않고 출력패턴들에 입력신호와 동위상의 신호들이 출력되게 된다. 하지만, 상기 가변기판(220)이 도 6과 같은 위치에서 시계방향 혹은 반시계 방향으로 회전하게 되면, 상기 기판들이 커플링이 동적으로 변화하게 되고 출력패턴에서 위상의 가변이 일어나게 되는데, 이 경우 회전하는 방향 쪽에 존재하는 패턴과 연결되는 출력케이블의 신호는 위상이 앞서고, 회전하는 방향의 반대쪽에 존재하는 패턴과 연결된 출력케이블의 신호는 지연되게 된다. 구체적으로, 도 6에서 상기 가변기판(220)이 시계방향으로 회전한다고 가정하면, 제1출력패턴(211)의 신호는 통과하는 물리적인 거리가 감소하여 위상이 앞서게 되고(+A), 제2출력패턴(212)의 신호는 통과하는 물리적인 거리가 같은 크기만큼 증가하여 위상이 지연(-A)되게 된다. 또한, 제3출력패턴(213)의 신호도 통과하는 물리적인 거리가 감소하여 위상이 앞서게 되며(+2A), 제4출력패턴(214)의 신호도 통과하는 물리적인 거리가 같은 크기만큼 증가하여 위상이 지연(-2A)되게 된다. 이러한 위상이 가변된 제 1 내지 4 출력패턴(211 내지 214)의 신호들은 입력신호와 동위상인 제5출력패턴(215)과 함께 복수 개의 안테나소자부(100)에 전달되는데, 이러한 신호들에 의해 전기적인 빔 틸팅이 일어나게 된다.
상기 가변기판구동부(230)는 상기 가변기판(220)을 운동시키는 구성으로서, 상기 가변기판(220)의 패턴들이 상기 고정기판(210)의 패턴들과 커패시티브(capacitive coupling)을 이룬 상태에서 상기 가변기판(220)을 운동시켜서 출력신호들의 위상을 가변시키는 구성이다. 이러한 상기 가변기판구동부(230)는 상기 위상가변기(200)가 원형 타입의 위상가변기인 경우에는 도 7과 같이 상기 가변기판(220)을 회전시키는 모터 등으로 구성될 수 있는데, 상기 가변기판(220)을 회전시켜서 출력신호의 위상 가변을 발생시키게 된다.
상기 제어부는, 상기 가변기판구동부(230)의 동작을 제어하는 구성으로서, 상기 가변기판구동부(230)를 제어하여 옴니안테나의 빔 틸팅을 제어할 수 있도록 하는 구성이다. 구체적으로 상기 제어부를 통해 상기 가변기판구동부(230)를 제어하여 상기 가변기판(220)의 운동을 제어하는데, 이에 따라 위상 가변 신호들에 의해 발생하는 빔 틸팅을 제어하게 된다. 도 8을 참조하여 일 실시예를 살펴보면, 상기 제어부는 다수의 옴니안테나가 포함하는 다수의 가변기판구동부(230)를 통합하여 원격으로 제어하도록 구성될 수 있는데, 이러한 원격제어부(240)는 제어컴퓨터와 안테나 설치 기둥부에 설치된 원격제어장치(RCU, Remote Control Unit)를 포함할 수 있다.
상기 병렬급전 방식을 자세히 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 도 3과 같이 상기 복수 개의 안테나소자부(100)가 각각 상기 위상가변기(200)의 출력포트와 연결이 된다. 따라서, 입력신호가 상기 위상가변기(200)를 통해 다수의 출력신호로 분배되고, 분배된 다수의 출력신호가 상기 복수 개의 위상가변기(200) 각각에 병렬적으로 급전되는 병렬급전 회로가 형성되게 된다.
이러한 상기 병렬급전 회로는, 안테나소자들의 중앙에 신호를 급전하고 안테나 상하로 신호를 전파시키는 기존의 직렬급전 방식과 달리, 상기 복수 개의 안테나소자부(100) 각각에 신호를 병렬적으로 급전할 수 있는데, 이에 따라 옴니안테나의 전기적인 빔 틸팅의 구현을 가능하게 한다. 구체적으로 상기 위상가변기(200)를 경유시키는 병렬 급전방식을 통해 상기 복수 개의 안테나소자부(100) 각각에 위상이 지연된 신호들을 공급하며, 이러한 신호들에 의해 상기 복수 개의 안테나소자부(100)가 전파를 방사하도록 하여 전기적인 빔 틸팅을 구현할 수 있게 한다.
도 3을 참조하여 예를 들면, 상기 위상가변기(200)에 의해 위상이 가변된 신호들이 각각의 출력포트(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦)를 통해 상기 복수 개의 안테나소자부(100)에 병렬적으로 급전되게 되는데, 여기서 출력포트①신호는 입력신호와 동위상, 출력포트②신호는 +A, 출력포트③신호는 +2A, 출력포트④신호는 +3A, 출력포트⑤ 신호는 -A, 출력포트⑥신호는 -2A, 출력포트⑦신호는 -3A 위상일 수 있다. 이러한 신호들이 상기 복수 개의 안테나 소자부에 병렬적으로 급전되어 상기 복수 개의 안테나 소자부가 전파를 방사하게 되며, 이에 따라 전기적인 빔 틸팅이 구현된다.
한편, 이러한 전기적인 빔 틸팅은 도 9와 같이 5도, 10도, 15도 등 필요한 환경에 따라 다양하게 구현될 수 있는데, 이에 따라 옴니안테나로 LTE 망 등의 차세대 통신망을 부설하더라도 빔 틸트각을 변화시켜서 망을 최적화시킬 수 있게 한다. 구체적으로 도 10과 같이 틸트각을 변화시켜 셀 간섭을 최소화시킬 수 있게 하며, 이에 따라 빠른 전송 속도의 통신 서비스를 제공할 수 있게 한다.
상기 레이돔(400)은, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)를 내부에 수용하는 구성으로서, 상기 안테나소자부(100)를 풍우 등의 외부환경으로부터 보호하는 역할을 한다.
이러한 상기 레이돔(400)은, 전파의 투과성이 우수하도록 제작되는 것이 바람직한데, 이를 위해 상기 레이돔(400)의 재질을 전기절연체로 하며, 이음매가 없는 일체로 구성하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나를 살펴보면, 상기 복수 개의 안테나 소자부를 2개 이상의 그룹으로 나누어서 다중대역의 동작을 구현할 수 있다.
구체적으로, 도 4와 같이 하나의 대역에서 동작하는 안테나소자부(100) 그룹(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦ 포트와 연결된 그룹)과 다른 대역에서 동작하는 안테나소자부(100) 그룹(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ, ⓖ 포트와 연결된 그룹)을 함께 구성하여 다중대역의 동작을 구성할 수 있다.
여기서 각 그룹은 위상가변기(200)에 의해 병렬급전 방식으로 신호를 공급받게 되는데, 바람직하게는 도 4와 같이 각 그룹별로 위상가변기(200)를 구비하여 동작주파수의 대역별로 독립적인 빔 틸팅을 가능하게 할 수 있다. 따라서 각각의 대역별로 통신망을 최적화시킬 수 있으며 멀티밴드 주파수 운용 사업자를 위한 기지국용 옴니안테나로 사용될 수 있다.
한편, 상기 안테나소자부(100) 그룹들은 도 4와 같이 교대(④, ⓓ, ③, ⓒ, ②, ⓑ, ①, ⓐ, ⑤, ⓔ, ⑥, ⓕ, ⑦, ⓖ)로 형성되거나, 그룹별로 모여서(④, ③, ②, ①, ⑤, ⑥, ⑦, ⓓ, ⓒ, ⓑ, ⓐ, ⓔ, ⓕ, ⓖ) 형성될 수 있는데, 이 이외에도 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나를 살펴보면, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)는 수직/수평 편파의 구현이 가능한 패치소자(120)를 포함하고, 상기 패치소자(120)를 통해 이중대역의 동작을 구현할 수 있다.
도 5를 참조하여 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 수직/수평 편파의 구현이 가능한 패치소자(120) 6개를 하나의 안테나소자부(100)로 구성하며, 이러한 상기 안테나소자부(100)를 플랙시블(flexible) 기판 위에 복수 개 형성할 수 있다. 여기서 상기 패치소자(120)는 도 12와 같이 수직편파 급전부(121)와 수평편파 급전부(122)를 포함하므로 수직/수평 편파의 구현이 가능한데, 각각의 공진 길이를 조절함으로써 동작 주파수를 달리하여 이중동작의 구현을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)에 도 5와 같이 병렬급전 방식으로 신호를 공급하여, 다중대역에서 동작하고 빔 틸팅이 가능한 옴니안테나를 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 안테나소자부(100)의 수직편파 급전부(121)들과 수평편파 급전부(122)들을 구분하여 도 5와 같이 따로 병렬급전 시킬 수 있는데, 이에 따라 각각의 편파들을 빔 틸팅시킬 수 있으며, 각각의 편파들에 의해 2중대역의 동작이 구현된다.
이상에서 살핀 본 발명의 실시예들에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 도 2와 같이 다수의 옴니안테나를 일체로 형성하여 통신망 확보를 위한 기지국 안테나로 사용될 수 있으며, 빔 틸트각을 가변시킬 수 있으므로 간섭에 큰 영향을 받는 LTE 등의 차세대 이동통신망의 부설에도 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나를 기지국에 설치하고, 도 8과 같이 다수의 옴니안테나들에 포함된 위상가변기(200)들을 원격제어하여 빔 틸트각을 원격으로 가변시킬 수 있으며, 도 10과 같이 빔 틸트각의 가변을 통해 LTE 망의 전송속도를 최적화시킬 수 있다.
이하, 도 11 내지 17을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)들을 더 살펴본다.
이하에서 살펴볼 본 발명의 실시예들에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)는, 패치소자(120)를 포함할 수 있는데, 바람직하게는 도 12와 같이 수직편파 급전부(121)와 수평편파 급전부(122)를 갖는 패치소자(120)를 포함할 수 있다. 따라서, 수직/수평 편파의 구현이 가능하며, 각각의 공진길이를 조절함으로써 동작주파수를 달리하여 이중대역 동작 구현이 가능하고, 편파 다이버시티 동작의 MIMO 구현 또한 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)는, 하나의 편파만을 구현하는 패치소자(120)들을 포함할 수도 있는데, 이 경우에는 도 12처럼 하나의 패치소자(120) 상에서 이중대역의 동작을 구현하지 않더라도, 위에서 살펴본 도 4처럼 다른 대역에서 동작하는 패치소자(120)들을 함께 구성하여 다중대역을 구현할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)는 위에서 살펴본 패치소자(120)들 뿐 아니라, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 개발할 수 있는 안테나소자들로도 구성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)는 막대형상의 기판 외면에 층을 이루며 복수 개가 형성될 수 있는데, 한 층을 이루는 안테나소자부(100)는 상기 막대형상 기판(110)의 외면에 형성된 패치소자(120)들을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 막대형상 기판(110)의 단면은 삼각형, 사각형 등의 다각형으로 형성될 수 있는데, 상기 막대형상 기판(110)의 각 외면에 형성된 패치소자(120)들이 각 방향으로 전파를 방사하게 되어 도 17과 같은 무지향의 전파특성이 구현되게 된다.
구체적으로 살펴보면, 상기 막대형상 기판(110)의 단면은 도 11과 같이 삼각형으로 구성될 수 있고, 상기 막대형상 기판(110)의 길이방향의 일정한 위치에서 세 외면에 형성된 패치소자(120)들이 한 층을 이루어서 상기 안테나소자부(100)를 형성할 수 있다. 여기서 세 외면에 형성되어 한 층을 이루는 패치소자(120)들은, 하나의 패치소자(120)로 구성할 수 있는데, 이 이외에도 다수의 패치소자(120)들을 연결한 형태로 구성할 수 있다.
다음으로, 도 13 내지 16을 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 옴니안테나의 안테나소자부(100)는, 단면이 원인 막대형상 기판(110)의 외면에 층을 이루면서 형성되는 패치소자(120)들을 포함할 수 있다. 이러한, 상기 패치소자(120)들은 막대형상 기판(110)의 길이방향에 수직인 모든 방향으로 전파를 전송할 수 있도록 막대형상 기판(110)의 외면에 형성되는데, 이에 따라 도 17과 같은 무지향의 전파특성이 구현될 수 있다.
구체적으로 도 14, 도 15, 또는 도 16과 같이 구성된 패치소자들이 한 층을 이루고 하나의 안테나소자부(100)를 형성할 수 있으며, 이러한 하나의 안테나소자부(100)가 도 13과 같이 상기 막대형상 기판(110)의 외면에 복층으로 형성되어서 복수 개의 안테나소자부(100)를 형성하게 된다.
한편, 상기 단면이 원인 막대형상의 기판은, 플랙시블(flexible)한 소재로 기판을 제작하고 말아서 형성하거나, 세라믹소재로 원통의 기판을 직접 형성할 수 있다.
이상에서 살핀, 본 발명에 따른 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나는, 기존의 직렬급전 방식이 아닌, 병렬급전 방식으로 옴니안테나를 이루는 안테나소자들에 신호를 공급할 수 있다.
또한, 위상가변기(200)와 병렬급전 방식을 통해 전기적인 빔 틸팅을 가능하게 한다. 따라서, 옴니안테나의 빔틸트각을 가변시켜서, LTE와 같이 간섭에 민감한 이동통신망도 최적화시킬 수 있다.
또한, 옴니안테나의 전기적인 빔 틸팅을 원격으로 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 따라서, 기지국으로부터 빔 틸트각의 원격 제어가 가능하게 할 수 있다.
또한, 플랙시블(flexible)한 소재의 기판과 패치 안테나소자를 사용하여 무지향의 전파특성을 구현할 수 있다. 따라서, 무지향 안테나의 생산성을 향상시킬 수 있으며 안테나 자체의 무게나 크기도 줄일 수 있다.
그리고, 다중대역의 전파 전송을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 멀티밴드 주파수 운용 사업자를 위한 기지국용 옴니안테나로서 사용될 수 있으며, MIMO(Multiple Input Multiple Output)의 지원도 가능하다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 안테나소자부 110 : 막대형상 기판
120 : 패치소자 121 : 수직편파 급전부
122 : 수평편파 급전부 200 : 위상가변기
210 : 고정기판 211 : 제1출력패턴
212 : 제2출력패턴 213 : 제3출력패턴
214 : 제4출력패턴 215 : 제5출력패턴
216 : 입력패턴 217 : 원호모양 패턴
220 : 가변기판 221 : 커플링패턴
230 : 가변기판구동부 240 : 원격제어부
300 : 병렬급전선 400 : 레이돔

Claims (14)

  1. 무지향의 전파 특성을 갖는 복수 개의 안테나소자부; 및
    상기 복수 개의 안테나소자부와 병렬급전 방식으로 연결되며, 상기 복수 개의 안테나소자부 각각에 위상이 가변된 신호를 전송하는 위상가변기;
    를 포함하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상가변기는,
    입력신호를 분배하고 위상을 가변시키는 선로의 일부패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판; 및
    상기 고정기판의 일면과 절연막을 경계로 맞닿아 설치되고, 상기 고정기판에 형성된 패턴과 동적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 선로를 동적으로 형성하는 가변기판;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상가변기는,
    입력신호와 동위상을 가지는 출력신호 및 입력신호의 위상을 양 또는 음으로 가변시킨 출력신호를 생성하고, 상기 출력신호들을 상기 복수 개의 안테나소자부에 공급하여서, 전기적인 빔 틸팅(Beam Tilting)을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상가변기는 원형 타입(type)의 위상가변기이고,
    상기 가변기판을 회전시키는 가변기판구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  5. 제 4 항에 있어서.
    상기 위상가변기의 상기 가변기판구동부의 동작을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나소자부는,
    막대형상 기판 외면에 층을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 막대형상 기판의 단면은 다각형으로 형성되고,
    한 층을 이루는 안테나소자부는, 상기 막대형상 기판의 각 외면에 형성된 패치소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다각형은 삼각형이며, 상기 막대형상 기판의 세 외면에 형성된 패치소자들이 각 방향으로 전파를 전송하여 상기 안테나소자부의 무지향 전파특성을 구현하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 막대형상 기판의 단면은 원으로 형성되고,
    상기 한 층을 이루는 안테나소자부는, 원통으로 형성되는 상기 막대형상 기판의 외면에 형성되는 패치소자에 의해 무지향 전파특성을 구현하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  10. 제 9 항에서 있어서,
    상기 막대형상 기판은 플랙시블(flexible)한 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 막대형상 기판은 세라믹소재로 형성되는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나소자부는 수직/수평 편파의 구현이 가능한 패치소자를 포함하고, 상기 패치소자를 통해 이중대역의 동작을 구현하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나소자부를 2개 이상의 그룹으로 나누고 다중대역의 동작을 구현하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나소자부를 내부에 수용하는 레이돔;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬급전 방식의 가변틸트 옴니안테나.













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