KR20130095460A - Multi-band and multi-polarization of adjustable antenna for mobile communication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신용 기지국 또는 중계국에 적용되는 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직편파, ±45도 편파, 원형 편파(좌회전 편파, 우회전 편파) 등 다양한 편파를 동시에 서비스할 수 있는 다중대역 다중편파 가변 안테나에 관한 것이다.
The present invention relates to an antenna applied to a base station or relay station for mobile communication, and more particularly, multiband multipolarization which can simultaneously service various polarizations such as vertical polarization, ± 45 degrees polarization, circular polarization (left rotation polarization, right rotation polarization). It relates to a variable antenna.
일반적으로, 이동통신 기지국 또는 중계기 안테나는 수직편파 안테나나 ±45도 편파 안테나, 원형편파 안테나 중 어느 하나로 구현되어 고정 편파 형태로 주로 서비스를 하고 있다. 수직편파 안테나는 안테나의 내부 복사소자인 다이폴이 수직형태로 배열된 것이고, ±45도 편파 안테나는 다이폴이 ±45도 형태로 즉, 크로스(cross) 형태로 배열된 것이며, 원형편파 안테나는 복사소자의 전계 성분이 ±90도 위상차를 가져 편파성분이 좌회전 편파 또는 우회전 편파로 배열된 안테나를 의미한다.In general, a mobile communication base station or a repeater antenna is implemented by any one of a vertical polarization antenna, a ± 45 degree polarization antenna, and a circular polarization antenna, and serves mainly in a fixed polarization form. The vertically polarized antenna is a vertical arrangement of dipoles, which are internal radiating elements of the antenna, and the ± 45 degree polarized antenna is arranged in a cross shape of ± 45 degrees, that is, in a cross form. It means the antenna whose electric field component has ± 90 degree phase difference and the polarization component is arranged as left turn polarization or right turn polarization.
이와 같은 고정 편파 성분의 안테나는 각각의 독립적인 편파를 유지하여 서비스를 제공하는데, 안테나 내부의 복사소자 특성상 통합된 기능을 제공하기 어려워 동시에 여러 편파를 서비스하지 못하였다. 특히, 이동통신 환경에서는 고층 건물이나 빌딩, 철탑 등 다중경로 페이딩으로 인해 건물 하단부나 밀집 주택지역에는 어느 정도의 음영지역이 발생되고 있으나, 종래의 독립적인 편파 형태로는 더이상 서비스할 수 없는 한계에 도달하였다. 또한 통신기술의 고도화에 따라 다양한 편파를 동시에 서비스 할 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 형태의 안테나가 요구되고 있다.
Such fixed polarized antennas provide services by maintaining their respective independent polarizations, and due to the nature of the radiating elements inside the antennas, it is difficult to provide integrated functions and thus cannot serve multiple polarizations simultaneously. In particular, in the mobile communication environment, due to multipath fading such as high-rise buildings, buildings, and steel towers, some shaded areas are generated in the lower part of the building or in the dense residential area. Reached. In addition, according to the advancement of communication technology, an antenna of MIMO (Multiple Input Multiple Output) type that can simultaneously service various polarizations is required.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 기지국용 서비스 안테나나 중계국용 안테나를 다양한 편파로 대체 즉, 수직편파, ±45도 편파, 원형편파 방식으로 구현하여 MIMO 성능을 제공함으로써 기지국 망 운용의 효율성을 향상시키고, 차세대 고속 데이터 통신 서비스에 적합한 이동통신 기지국 또는 중계국용 다중대역 다중편파 가변 안테나를 제공하는 것이다.
The present invention has been proposed to meet the above needs, and an object of the present invention is to replace a service antenna for a mobile communication base station or an antenna for a relay station with various polarizations, that is, vertical polarization, ± 45 degree polarization, and circular polarization. By improving the efficiency of the base station network operation by providing MIMO performance, and to provide a multi-band multi-polarization variable antenna for a mobile communication base station or relay station suitable for next-generation high-speed data communication services.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 원형으로 형성되어 수직으로 다단 배열된 다수의 복사소자들; 소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및 급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하여 수직편파, ±45도 편파, 원형편파를 동시에 구현할 수 있으며, 복사소자인 다이폴은 원형 또는 8각형으로 구현할 수 있다.In order to achieve the above object, the antenna of the present invention is formed in a circular shape and a plurality of radiation elements arranged in a vertical multi-stage; A plurality of polarization component generators for generating a predetermined polarization component and providing the radiation elements to the radiation elements so that the radiation elements radiate vertical polarization, ± 45 degree polarization or circular polarization; And a power divider for distributing a feed signal and providing the polarization component generator to simultaneously implement vertical polarization, ± 45 degree polarization, and circular polarization. The dipole, which is a radiation element, may be implemented in a circular or octagonal shape.
상기 다수의 복사소자들은 저대역 복사소자와, 고대역 복사소자로 구분되고, 상기 저대역 복사소자는 반사판의 전면에 돌출되는 원판형으로 된 1차 복사소자와, 상기 1차 복사소자의 전면에 돌출되어 도파기 기능을 하는 원형의 기생소자로 구성되고, 상기 1차 복사소자와 상기 기생소자의 간격은 0.1λ ~ 0.5λ인 것이다.The plurality of radiating elements are divided into a low band radiating element and a high band radiating element, and the low band radiating element is a disk-shaped primary radiating element protruding on a front surface of a reflecting plate, and a front portion of the primary radiating element. It consists of a circular parasitic element that protrudes to act as a waveguide, and the spacing between the primary radiation element and the parasitic element is 0.1λ to 0.5λ.
상기 편파성분 발생부는 디지털 스위치와, 마이크로스트립 위상제어기와, 고정형 케이블 급전선 중 어느 하나로 구현되고, 상기 디지털 스위치는 3-bit FET로 구성되며, 상기 마이크로스트립 위상 제어기는 고정 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 고정 위상제어 유전체와, 이동 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 이동 위상제어 유전체로 이루어지고, 상기 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터와 연결되는 입력선로가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터와 연결되는 출력선로들이 형성되어 있으며, 입력선로와 출력선로는 이동 위상제어 유전체의 패턴을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라지는 것이다.
The polarization component generating unit is implemented by any one of a digital switch, a microstrip phase controller and a fixed cable feed line, and the digital switch is composed of a 3-bit FET, and the microstrip phase controller is a fixed phase control dielectric pattern having a pattern formed thereon. A phase control dielectric and a mobile phase control dielectric having a mobile phase control dielectric pattern formed thereon, and an input line connected to an input connector is formed at one side of the fixed phase control dielectric pattern, and an output line connected to an output connector at the other side. And the input line and the output line are coupled through a pattern of the moving phase control dielectric, and the phases are changed according to the coupling position.
본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나는 다중 편파 원리를 이용하여 차세대 고속 데이터 전송에 핵심적인 기능을 할 것으로 기대된다. 즉, 종전의 독립적인 단일 편파로는 향후 데이터 전송속도를 증가시키는데 한계가 있기 때문에, 본 발명에 따라 하나의 안테나에 다중 편파를 구현하여 전송속도를 향상시킬 수 있다.Multiband multipolar polarization variable antenna according to the present invention is expected to play a key function in the next generation high-speed data transmission using the multipolarization principle. That is, the conventional independent single polarization has a limitation in increasing the data transmission rate in the future, and according to the present invention, it is possible to improve the transmission speed by implementing multiple polarizations in one antenna.
또한 본 발명에 따른 안테나는 원형 편파를 구현함으로써 망 커버리지 향상에 도움이 될 수 있다. 즉, 원형편파 자체가 회절 성분을 이용하기 때문에 음영지역 또는 밀집지역에서 회절에 의한 수신 성능의 향상이 가능하다.In addition, the antenna according to the present invention may help improve network coverage by implementing circular polarization. That is, since circular polarization itself uses a diffraction component, it is possible to improve reception performance by diffraction in a shaded or dense area.
그리고 종래에는 원형 편파를 구현하기 위해서는 하이브리드(Hybrid) 형태의 캐비티드 형태로 안테나 내외부에 장착하는 구조였지만, 본 발명의 MIMO 안테나는 내부의 복사소자 단에서 원형편파를 구현한 형태로서, 구조 및 성능 면에서도 우수하며, 안테나 내부의 멀티 편파 구현도 비교적 간단하게 달성할 수 있다.
In the related art, in order to implement circular polarization, the antenna is mounted inside and outside the antenna in the form of a hybrid, but the MIMO antenna of the present invention is a form in which circular polarization is implemented at an internal radiation element stage. It is also excellent in terms of implementation, and the implementation of multi-polarization inside the antenna can be achieved relatively simply.
도 1은 본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 배면도,
도 4는 도 1에 도시된 저대역 복사소자를 확대한 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 저대역 복사소자의 측면도,
도 6은 도 1에 도시된 저대역과 고대역 복사소자를 확대한 정면도,
도 7은 도 6에 도시된 저대역과 고대역 복사소자의 측면도,
도 8은 본 발명이 적용된 이동통신용 기지국 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도,
도 9는 도 8에 도시된 디지털 스위치의 구성 블럭도,
도 10은 도 9에 도시된 디지털 스위치의 회로도,
도 11은 도 8에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기의 설치 예,
도 12는 도 8에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기 조립체를 도시한 도면,
도 13은 도 12에 도시된 마이크로스트립 위상 제어기의 유전체를 도시한 도면,
도 14는 본 발명에서 위상 변위에 따른 유전체 이동 예를 도시한 평면도,
도 15는 본 발명에서 위상 변위에 따른 유전체 이동 예를 도시한 측면도,
도 16은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나의 변형 예이다.1 is a front view of a multiband multipolarization variable antenna according to the present invention;
FIG. 2 is a side view of the multiband multipolar polarization variable antenna shown in FIG. 1;
3 is a rear view of the multi-band multipolarization variable antenna shown in FIG. 1;
4 is an enlarged front view of the low band radiating element shown in FIG. 1;
5 is a side view of the low band radiating element shown in FIG. 4;
6 is an enlarged front view of the low band and high band radiating elements shown in FIG. 1;
7 is a side view of the low band and high band radiating elements shown in FIG. 6;
8 is a schematic diagram showing the overall configuration of a base station antenna system for mobile communication to which the present invention is applied;
9 is a block diagram illustrating a digital switch shown in FIG. 8;
10 is a circuit diagram of the digital switch shown in FIG. 9;
11 is an installation example of the microstrip phase controller shown in FIG. 8;
12 shows the microstrip phase controller assembly shown in FIG. 8;
FIG. 13 shows a dielectric of the microstrip phase controller shown in FIG. 12;
14 is a plan view showing an example of the dielectric movement according to the phase shift in the present invention,
15 is a side view showing an example of a dielectric shift according to a phase shift in the present invention;
16 is a modified example of the multi-band multipolar polarization variable antenna for mobile communication according to the present invention.
본 발명은 기지국 또는 중계국용 서비스 안테나에 적용되는 독립적인 편파를 수직편파, ±45도 편파, 원형편파를 동시에 구현하는 기술사상으로서, 본 발명의 구체적인 기술사상은 아래 실시예를 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 아래 예는 단지 설명을 위한 실시예에 불과하며, 발명을 범위를 제한하는 것은 아니다.
The present invention is a technical concept of simultaneously implementing an independent polarization applied to a service antenna for a base station or a relay station at the same time vertical polarization, ± 45 degrees polarization, circular polarization, the specific technical spirit of the present invention will be more clearly through the following examples The following examples are merely illustrative examples and do not limit the scope of the invention.
도 1은 본 발명에 따른 기지국용 다중대역 다중편파 가변 안테나를 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 다중대역 다중편파 가변 안테나의 배면도이다.1 is a front view illustrating a multiband multipolarization variable antenna for a base station according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the multiband multipolarization variable antenna shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a multiband multiplex shown in FIG. 1. Back view of a polarization variable antenna.
본 발명에 따른 다중대역 다중편파 가변 안테나(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 반사판(102)의 전면에 저역 복사소자(110)와 고역 복사소자(120)가 각각 혹은 함께 설치되어 수직으로 1열로 배열되어 있는데, 저역 복사소자(110)는 4개의 급전부로 급전되는 1차 복사소자(111)와, 도파기 역할을 하는 기생소자(112)로 구성되고, 고역 복사소자(120)는 두 개의 서로 다른 편파가 크로스(cross) 형태로 복사된다. 고역 복사소자(120)의 도전체는 PCB 형태로 이루어지며, 급전 형태는 동축 케이블을 이용한 급전선을 사용한다.In the multi-band multi-polarization variable antenna 100 according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the low-
본 발명의 실시예에서 저역 복사소자(110)는 원형 형태로서 원형 편파로 구현하기 쉬운 형상으로 이루어져 있다. 원형 편파는 일반적으로 직교상태 2개의 복사소자에 각기 다른 편파를 90도 위상차로 합성하여 원편파 성분을 만들게 된다. 본 발명이 적용된 이동통신 기지국용 다중대역 다중편파 가변 안테나(100)는 원형 형태의 복사소자를 기지국이나 중계국용으로 사용하며, 원형편파의 특수성인 회절 성능을 극대화할 수 있도록 되어 있다.In the embodiment of the present invention, the low-frequency
본 발명이 적용된 안테나의 반사판(102) 후면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 저역 위상 변위기(206), 고역 위상 변위기(208), 저역 필터(202), 고역 필터(204)가 배치되어 있는데, 저역 위상 변위기(206)는 도 1에서 나열된 저역 복사소자(110)를 전기적으로 상향 또는 하향으로 틸트시킬 수 있는 위상 변위 장치이다. 고역 위상 변위기(208)는 도 1에서 나열된 고역 복사소자(120)를 전기적으로 상향 또는 하향으로 틸트시킬 수 있는 위상 변위장치이다. 도 3의 저역 필터(202)은 고역 성분을 차폐시키는 역할을 하며, 고역 필터(204)은 저역 성분을 차폐시키는 역할을 한다.As shown in FIG. 3, a low
도 4는 도 1에 도시된 저대역 복사소자를 확대한 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 저대역 복사소자의 측면도이다.4 is an enlarged front view of the low band radiating element illustrated in FIG. 1, and FIG. 5 is a side view of the low band radiating element illustrated in FIG. 4.
본 발명에 따른 저대역 복사소자(110)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 복사소자 지지대(20)에 의해 반사판(102)의 전면으로 돌출되는 원형의 1차 복사소자(111)와, 1차 복사소자(111)의 전면에 복사소자 지지대(20)에 의해 지지되는 기생소자(112)로 이루어지고, 1차 복사소자(111)는 4개의 급전부(P1~P4)를 통해 급전되어 수직편파, 원형편파, ±45편파를 구현할 수 있다. 1차 복사소자(111)는 도전체인 PCB 형태로 구현하거나, 금속 물체의 위상 급전부가 가능한 재질을 이용할 수 있고, 기생소자(112)도 마찬가지로 PCB 형태나 금속 물체의 전파 복사가 가능한 재질을 사용할 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, the low-band radiating
도 4 및 도 5를 참조하면, 1차 복사소자(111)는 복사소자 지지대(20)에 의해 반사판(102)에 지지되면서 케이블 유전체(12)와 임피던스 스터브(14)를 거쳐 각 급전부(P1~P4)로 급전된다. 또한 기생소자(112)는 1차 복사소자 높이의 0.1λ ~ 0.5λ 간격을 유지하여 임피던스 특성에 맞게 높이를 가변 조립하게 된다. 1차 복사소자(111)의 급전은 동축 케이블로 이루어지며, 1차 복사소자(111)와 연결된 부분은 유전체(12)가 어느 정도 탈피된 형태이고, 유전체 아래 임피던스 스터브(14)는 케이블 겉 실드와 결합하며, 임피던스 스터브(14)는 반사판(102)에 결합한 구조이고, 1차 복사소자(111)를 지지하는 지지대(20)의 재질은 유전율을 갖는다.4 and 5, the primary
기생소자(112)의 크기는 임피던스 대역을 결정짓는 역할을 하게 되고, 복사 패턴의 빔폭을 결정짓는 역할을 하게 되며, 복사 패턴의 빔폭을 조정할 수 있는 기능을 갖게 된다. 기생소자(112)도 도 4의 정면도에서 처럼, 원형 형태로 구현되어 원형편파에 최적 구성을 하게 된다. 1차 복사소자(111)와 반사판(102)의 간격은 기생소자(112)와 유사하게 0.1λ ~ 0.5λ 간격을 가지며, 이를 가변함으로써 빔폭은 도 4의 각각의 위상 급전부의 간격에 따라 빔폭을 가변하는 중요한 역할을 가지게 된다. 임피던스 스터브(14)는 1차 복사소자(111)의 출력을 효율적으로 복사사키게 하는 임피던스 매칭 역할 즉, 임피던스 변화량을 담당하게 된다.The size of the
이러한 저대역 복사소자(110)는 내부의 전계 흐름을 분포시킬수 있는 0도 위상 급전부(P2,P4)와 90도 위상 급전부(P1,P3)를 통해 급전되어 위상 합성을 통해 원형 편파를 복사한다. 그리고 도 4의 90도 위상 급전부(P1)를 180도 위상 급전부로 변화시키면 원형편파가 아닌 선형 편파의 효과를 가지게 된다. 이들 위상을 구현하기 위해 스위칭을 이용하여 0도, 90도, 180도 위상을 설계할 수 있으며, 고정 형태의 위상을 사용하여 선형편파, 원형 편파를 구현할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 여러 가지 편파 조건을 성립하기 위하여 디지털 펄스 변화를 통한 위상 변화를 주는 스위칭 형태와, 마이크로스트립(microstrip) 형태의 급전선 선로를 통한 위상 변화를 주는 제어기 형태를 제시한다. 이와 같이 본 발명에서는 3가지 형태, 즉, 수직 편파, ±45편파, 원형 편파를 구현할 수 있다. 본 발명에서 편파를 구현하기 위한 3가지 방법은 고정형 케이블 위상 구현 방법과, 디지털 펄스 변화를 통한 위상 변화를 주는 스위칭 방식과, microstrip 형태의 급전선 선로를 이용한 위상 제어 방식, 및 고정형 케이블 위상 구현 방식이 있다. The low-
도 6은 도 1에 도시된 저대역과 고대역 복사소자를 확대한 정면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 저대역과 고대역 복사소자의 측면도로서, 저역 복사소자(110)에 고역 복사소자(120)가 추가된 형태이다. FIG. 6 is an enlarged front view of the low band and high band radiating elements shown in FIG. 1, and FIG. 7 is a side view of the low band and high band radiating elements shown in FIG. 6, and the high band radiating element in the low
도 6 및 도 7을 참조하면, 고대역 복사소자(120)는 저역 복사소자(110)의 기생소자(112) 위에 구현한 형태이다. 고대역 복사소자(120)는 일반적인 복사소자의 역할을 하게 되면 ±45도 편파 성분을 갖게 된다. 복사소자의 형태도 본 발명에 포함된 형태로서, 비교적 대역을 넓게 커버할 수 있게 된다. 도 7의 고역 복사소자(120)는 급전선 케이블(16)에 의해 고역 위상 변위기(130)에 연결되어 입출력 RF의 송수신 역할을 하게 된다.6 and 7, the high
도 8은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 구성 블록도이다. 8 is a block diagram showing the overall configuration of a multi-band multi-polarization variable antenna system for mobile communication according to the present invention.
본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나 시스템(200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 저역 제한필터(202), 저역 위상변위기(206), 고역 제한 필터(204), 고역 위상변위기(208), 전력분배기(210), 각 복사소자들이 수직편파, ±45편파, 원편파를 생성할 수 있도록 편파신호를 생성하는 편파성분 발생부(250-1~250-n)로 구성된다.As shown in FIG. 8, the multiband multipolar polarization variable antenna system 200 for mobile communication according to the present invention includes a
도 8에서 복사소자(110&120)는 앞서 설명한 바와 같이 저역 복사소자(110)와 고역 복사소자(120)가 반사판(102)의 전면에 수직으로 배열된 형태이다. 복사소자 다음 단인 편파성분 발생부(250-1~250-n)는 디지털 스위치(220), 마이크로스트립(microstrip) 위상 제어기(230), 고정형 케이블 급전선(240)으로 이루어지며, 각각의 구체적인 구성은 다음에 설명하는 바와 같다.In FIG. 8, as described above, the
[디지털 스위치 방식][Digital switch method]
도 9는 도 8에 도시된 디지털 스위치의 구성 블럭도이고, 도 10은 도 9에 도시된 디지털 스위치의 회로도이다.9 is a block diagram illustrating a digital switch shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a circuit diagram of the digital switch shown in FIG. 9.
본 발명에 따라 편파성분을 발생하는 디지털 스위치(220)는 도 9에 도시된 바와 같이, RF단(228), 위상을 변화시켜주는 디지털 스위치단(221), 빔 틸트 페이즈 시프터(222), CPU(224), 스위치 제어부(227), 아날로그 디지털 변환부(223), 전원 공급을 위한 PSU(226)로 구성된다. As shown in FIG. 9, the
RF단(228)과 신호 처리부(222~227)는 보편적인 형태로 구현된 것이며, 본 발명의 편파 성분을 생성하게 되는 3가지 형태 중 하나인 디지털 스위치(221)가 핵심 역할을 하게 되며, 그 구체적인 회로는 도 10에 도시되어 있다. The
도 10을 참조하면, 디지털 스위치(221)는 3-bit FET로 구성되며, 제 1위상 스위치(221a), 제 2위상 스위치(221b), 제 3위상 스위치(221c)는 각각의 제어신호에 의해서 0도, 45도, 90도, 180도의 위상을 출력하게 된다. 디지털 스위치(221)의 Q1, Q2, Q3는 DC 전원 공급원이며, C1, C2, C3는 제어 신호원이다. 여기에서 Q1, Q2, Q3의 DC 전원 공급은 ON, OFF 형태로 구성되며, ON일 경우 +3V, OFF일 경우 0V로 제어된다. 이때 스위치의 클럭 펄스 제어 신호는 다음 표 1에서와 같이 DC전원이 ON일 경우 1, OFF일 경우에는 0으로 정규화 하게 된다. Referring to FIG. 10, the
상기와 같은 구성으로 편파 성분을 발생하기 위한 디지털 스위치(221)의 동작 원리는 다음과 같다. The operating principle of the
제1 위상 스위치(221a)는 제어신호(C1)에 의해서 Q1에 +3V 전원을 인가하여 45도 위상을 생성하게 된다. 이때, 제2 위상 스위치(221b)와 제3 위상 스위치(221c)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 45도의 위상이 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 45도 위상을 출력할 때의 펄스 제어 신호는 제1 위상스위치(221a)는 "1", 제2 위상스위치(221b)는 "0", 제3 위상스위치(221c)는 "0"으로 정규화하게 된다.The
제 2 위상 스위치(221b)는 제어 신호(C2)에 의해서 Q2에 +3V 전원을 인가하여 90도 위상을 생성하게 된다. 이때 제 1 위상 스위치(221a)와 제 3 위상 스위치(221c)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 90도의 위상을 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 90도 위상을 출력 할때의 펄스 제어 신호는 제1 위상 스위치(221a)는 "0", 제2 위상 스위치(221b)는 "1", 제3 위상 스위치(221c)은 "0"으로 정규화하게 된다. The
제 3 위상 스위치(221c)는 제어 신호(C3)에 의해서 Q3에 +3V 전원을 인가하여 180도 위상을 생성하게 된다. 이때 제 1 위상 스위치(221a)와 제 2 위상 스위치(221b)는 OFF를 하게 되어 RF 출력단으로 180도의 위상을 출력하게 된다. 표 1에서와 같이 180도 위상을 출력 할때의 펄스 제어 신호는 제1 위상 스위치(221a)는 "0", 제2 위상 스위치(221b)는 "0", 제2 위상 스위치(221c)는 "1"로 정규화하게 된다.The
디지털 스위치(221)에서 0도 위상을 맞추기 위해서는 제 1 위상 스위치(221a), 제 2 위상 스위치(221b), 제 3 위상 스위치(221c)의 Q1, Q2, Q3 전원 공급을 모두 OFF 상태로 놓으면, RF 입력단의 0도 위상 성분이 RF 출력단으로 그대로 통과하게 된다.In order to set the 0 degree phase in the
상기에서 언급된 동작 원리에 의해 디지털 스위치(221)의 위상 변화와 복사소자 급전부에서 편파 생성은 다음 표2와 같다.By the above-mentioned operating principle, the phase change of the
디지털 스위치(221)는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)와 90도 위상 급전부(P3)에 연결되어 각각 독립적으로 동작하게 된다. 저역 복사소자(110)의 0도 위상 급전부(P2)와 0도 위상 급전부(P4)은 위상이 0도를 유지하게 된다. The
45도 편파 생성 원리는 다음과 같다. The 45 degree polarization generation principle is as follows.
디지털 스위치(221)의 제 3 위상 스위치(221c)가 Q3의 전원 공급을 통해 180도의 위상을 발생시키고, RF 출력단으로 출력하게 된다. 출력된 신호는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)로 급전하게 된다. 이때 0도 위상 급전부(P2)는 위상이 0도이며, 두 개의 급전부가 합성되어 45도 편파가 형성된다. The
다음으로 원형 편파의 생성 원리이다. Next is the generation principle of circular polarization.
디지털 스위치(221)의 위상 스위치(221b)가 Q2의 전원 공급을 통해 90도 위상을 발생시키고, RF 출력단으로 출력하게 된다. 출력된 신호는 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)로 급전하게 된다. 이때 0도 위상 급전부(P2)는 위상이 0도이므로, 두 개의 급전은 90도 위상차를 가지게 되며, 합성된 원형 편파를 갖추어 공간에 복사하게 된다. 위의 원형 편파에서 언급된 원리는 좌회전 원형 편파를 설명되었고, 우회전 원형 편파는 디지털 위상 스위치(221)의 제 2위상 스위치(221b)와 제 3 위상 스위치(221c)의 전원 공급 Q2, Q3 각각 +3V를 인가하여 동작을 수행 각각 90도, 180도 합성을 통하여 270도의 편파 성분을 얻게 되어 좌회전 편파의 반대 편파인 우회전 편파의 동작을 하게 된다.The
상기에서 언급된 디지털 스위치(221)은 하나의 복사소자에 대한 실시예에 불과하기 때문에 여러개의 배열된 복사소자에 대해서는 각각의 디지털 위상 스위치(221)가 부착되어야 한다.
Since the above-mentioned
[마이크로 스트립 위상제어기][Microstrip Phase Controller]
도 11은 도 8에 도시된 마이크로 스트립(Microstrip) 위상 제어기의 설치예로서, 5개의 복사소자에 대응하여 5개가 설치된 예이고, 도 12는 도 8에 도시된 Microstrip 위상 제어기 조립체를 도시한 도면으로서, (a)는 Microstrip 위상 제어기 조립체의 평면도이고, (b)는 Microstrip 위상 제어기 조립체의 측면도이다. 또한 도 13은 도 12에 도시된 Microstrip 위상 제어기의 유전체를 도시한 도면으로서, (a)는 고정 위상제어 유전체이고, (b)는 이동 위상제어 유전체이다.FIG. 11 is an installation example of the microstrip phase controller shown in FIG. 8, in which five are installed corresponding to five radiating elements, and FIG. 12 is a view illustrating the microstrip phase controller assembly shown in FIG. 8. (a) is a top view of the Microstrip phase controller assembly and (b) is a side view of the Microstrip phase controller assembly. FIG. 13 is a diagram showing a dielectric of the microstrip phase controller shown in FIG. 12, wherein (a) is a fixed phase control dielectric and (b) is a moving phase control dielectric.
본 발명에 따라 다양한 편파성분을 발생하는 Microstrip 위상 제어기(230)는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, Microstrip 위상 제어 신호 모듈(231), 위상 구동 모듈(232), PCB 기어 고정기(233), PCB 구동 기어(234), PCB 지지 유전체(235), 이동 위상제어 유전체(236), 고정 위상제어 유전체(237), 위상 차폐체(238)로 구성된다.According to the present invention, the
고정 위상 제어 유전체(237)는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 고정 위상 제어 유전체 패턴(237a)이 형성되어 있고, 이동 위상제어 유전체(236)는 도 14의 (b)와 같이 이동 위상 제어 유전체 패턴(236a)이 형성되어 있다. 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터(C5,C6)와 연결되는 입력선로(L5,L6)가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터(C1~C4)와 연결되는 출력선로(L1~L4)들이 형성되어 있다. 그리고 입력선로(L5,L6)와 출력선로(L1~L4)는 이동 위상제어 유전체의 패턴(236a)을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라진다.The fixed
이와 같이 구성되는 Microstrip 위상 제어기(230)는 이동 위상제어 유전체(236)를 PCB 구동기어(234)로 이동시켜 위상을 가변시키는데, 기준점을 기준으로 이동 위상제어 유전체(236)와 고정 위상제어 유전체(237)의 결합 위치에 따라 위상이 다음 표3과 같이 변화되며, 이에 따른 편파 생성 원리를 설명하면 다음과 같다.The
도 14는 본 발명에서 Microstrip 위상 변위에 따라 이동된 유전체의 평면도이고, 도 15는 본 발명에서 Microstrip 위상 변위에 따라 이동된 유전체의 측면도이다.FIG. 14 is a plan view of a dielectric shifted in accordance with the Microstrip phase shift in the present invention, and FIG. 15 is a side view of a dielectric shifted in accordance with the Microstrip phase shift in the present invention.
먼저, 저역 복사소자(110)의 90도 위상 급전부(P1)는 0도의 위상을 부여하게 되고, 90도 위상 급전 커넥터(C1)에 연결된다. 그리고 0도 위상 급전부(P2)는 90도 위상을 부여하게 되고, 0도 위상 급전 커넥터(C3)에 연결된다. 이렇게 두 개의 경로가 연결 합성됨으로써 90도의 위상차가 발생하며 원형편파를 생성하게 된다.First, the 90-degree phase feed part P1 of the low
다음은 +45도 편파의 생성 과정이다.The following is the generation of +45 degree polarization.
도 14 및 도 15를 참조하면, 이동 위상제어 유전체(236)는 현재 0도를 기준으로 하고 있다. 이때 고정 위상 제어 유전체(237)는 항상 고정되어 있는 상태에서 이동 위상제어 유전체(236)가 왼쪽 진행 방향으로 구동하게 된다. 이때 고정 위상 제어 유전체(237)의 0도 위상 급전 선로(L3)은 항상 0도를 기준으로 하며, 90도 위상 급전선로(L1)은 0도 위상에서 270도의 위상 변화가 생긴다. 현재 이동 위상 제어 유전체(236)가 전체 이동 효율 100%중 75%를 이동하였으며, 고정 위상 제어 유전체(237)의 90도 위상 급전선로(L1)와 0도 위상 급전 선로(L3)의 위상 차이는 270도가 발생하게 된다. 상기에서도 언급한 바와 같이 90도 위상 급전부(P1)와 0도 위상 급전부(P2)는 90도의 위상 차이를 가지고 있기 때문에, 90도 위상 급전부(P1)와 90도 위상 급전 커넥터(C1)를 통과하여 90도 위상 급전 선로(L1)까지 합성하여 발생되는 유전체 위상은 270도 이다. 그리고 0도 위상 급전부(P2)와 0도 위상 급전 커넥터(C3)를 통과하여 0도 위상 급전 선로(L3)까지 합성하여 발생되는 유전체 위상은 90도이다. 이때 90도 위상 급전 선로(L1)는 동위상을 가지며, 0도 위상 급전 선로(L3)는 역위상을 가지므로 각각의 위상 차이는 180도 위상 차이가 발생하게 된다. 각각의 저역 복사소자(110)의 특수성상 180도 위상차이로 인한 정상적인 복사패턴이 형성하게 된다. 지금까지 설명된 사항은 +45도 편파에 관해 언급된 내용이다. 14 and 15, the moving
-45도 편파의 경우에는 90도 위상 급전 커넥터(C2)와 90도 위상 급전 선로(L2)에 연결되고, 0도 위상 급전 커넥터(C4)와 0도 위상 급전 선로(L4)가 연결되며, 상기 +45도 편파에서 언급된 바와 같이 동일하게 동작하게 된다.In the case of -45 degree polarization, it is connected to the 90 degree phase feed connector C2 and the 90 degree phase feed line L2, and the 0 degree phase feed connector C4 and the 0 degree phase feed line L4 are connected. +45 degrees will behave the same as mentioned in polarization.
한편, Microstrip 위상 제어기 구동 원리는 다음과 같다.On the other hand, the microstrip phase controller driving principle is as follows.
이동 위상 제어 유전체(236)는 PCB 기어 고정기(233)에 결합되며, PCB 기어 고정기(233c)는 PCB 구동 기어(234)에 맞물려 회전하며, 그 회전 원리에 의해 이동 위상 제어 유전체(236)가 동작하게 된다. Microstrip 위상 제어 모듈(231)는 위상 각의 움직임을 제어하게 되며, Microstrip 위상 구동 모듈(232)은 PCB 구동 기어(234)의 모터를 제어하는 역할을 수행하게 된다. The moving
도 16은 본 발명에 따른 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나의 변형 예이다. 도 16을 참조하면, 변형 예의 경우는 도 1에서 도시된 다중편파 가변 안테나 전체 구성도와 유사한 형태이나 복사소자를 8각형 형태를 나타낸 것이다. 복사소자와 기생 소자 동시에 복사소자를 8각형 형태로 설계되어 빔의 패턴이나 임피던스 매칭에서 앞서의 실시예와 유사한 특성을 얻는다.
16 is a modified example of the multi-band multipolar polarization variable antenna for mobile communication according to the present invention. Referring to FIG. 16, in the modified example, a shape similar to the overall configuration of the multipolarization variable antenna shown in FIG. 1 or an radiant element is illustrated in an octagonal shape. The radiation element and the parasitic element are simultaneously designed in an octagonal shape to obtain characteristics similar to those of the previous embodiment in pattern matching or impedance of a beam.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명 되었으며, 기술 분야의 기본적인 지식을 가진 자라면 앞에서 언급된 다양한 형태 및 구성, 변형 등 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해 할 것이다.
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, and it will be understood by those skilled in the art that other embodiments, such as various forms, configurations, and modifications, may be equivalent.
12: 케이블 유전체 14: 임피던스 스터브
16: 금전 케이블 20: 복사소자 지지대
102: 반사판 110: 저대역 복사소자
111: 1차 복사소자 112: 기생소자
P2,P4: 0도 위상 급전부 P1,P3: 90도 위상 급전부
120: 고대역 복사소자 202: 저역필터
204: 고력필터 206: 저역 위상 변위기
208: 고역 위상 변위기 210: 전력분배기
220: 디지털 스위치 230: 마이크로스트립 위상 제어기
240: 고정형 케이블 급전선 250-1~250-n: 편파성분 발생부12: cable dielectric 14: impedance stub
16: money cable 20: radiator support
102: reflector 110: low-band radiating element
111: primary radiation element 112: parasitic element
P2, P4: 0 degree phase feed P1, P3: 90 degree phase feed
120: high band radiation element 202: low pass filter
204: high force filter 206: low-pass phase shifter
208: high-pass phase shifter 210: power divider
220: digital switch 230: microstrip phase controller
240: fixed cable feeder 250-1 to 250-n: polarization component generating unit
Claims (5)
소정의 편파성분을 생성하여 상기 복사소자들에 제공함으로써 상기 복사소자들이 수직편파나 ±45도 편파 혹은 원형 편파를 복사하도록 하는 다수의 편파성분 발생부; 및
급전신호를 분배하여 상기 편파성분 발생부에 제공하는 전력분배기를 포함하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.A plurality of radiating elements formed in a circular shape and arranged vertically in multiple stages;
A plurality of polarization component generators for generating a predetermined polarization component and providing the radiation elements to the radiation elements so that the radiation elements radiate vertical polarization, ± 45 degree polarization or circular polarization; And
And a power divider for distributing a feed signal to the polarization component generator.
저대역 복사소자와, 고대역 복사소자로 구분되고,
상기 저대역 복사소자는 반사판의 전면에 돌출되는 원판형으로 된 1차 복사소자와, 상기 1차 복사소자의 전면에 돌출되어 도파기 기능을 하는 원형의 기생소자로 구성되고,
상기 1차 복사소자와 상기 기생소자의 간격은 0.1λ ~ 0.5λ 인 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.The method of claim 1, wherein the plurality of radiating elements
Divided into a low band radiating element and a high band radiating element,
The low band radiation element is composed of a primary radiation element of a disc shape protruding on the front surface of the reflector plate, a circular parasitic element protruding on the front surface of the primary radiation element to function as a waveguide,
And a spacing between the primary radiating element and the parasitic element is 0.1λ to 0.5λ.
디지털 스위치와, 마이크로스트립 위상제어기와, 고정형 케이블 급전선 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.The method of claim 1, wherein the polarization component generating unit
A multi-band multipolar polarization variable antenna for mobile communication, characterized in that it is implemented by any one of a digital switch, a microstrip phase controller and a fixed cable feeder.
3-bit FET로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.The method of claim 3, wherein the digital switch
Multi-band multi-polarization variable antenna for mobile communication, characterized in that consisting of 3-bit FET.
고정 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 고정 위상제어 유전체와, 이동 위상 제어 유전체 패턴이 형성된 이동 위상제어 유전체로 이루어지고,
상기 고정 위상제어 유전체 패턴의 일측에는 입력 커넥터(C5,C6)와 연결되는 입력선로(L5,L6)가 형성되어 있고, 타측에는 출력 커넥터(C1~C4)와 연결되는 출력선로(L1~L4)들이 형성되어 있으며, 입력선로(L5,L6)와 출력선로(L1~L4)는 이동 위상제어 유전체의 패턴(236a)을 통해 결합되며, 결합 위치에 따라 위상이 달라지는 것을 특징으로 하는 이동통신용 다중대역 다중편파 가변 안테나.4. The microstrip phase controller of claim 3, wherein the microstrip phase controller
A fixed phase control dielectric having a fixed phase control dielectric pattern formed thereon and a moving phase control dielectric having a moving phase controlled dielectric pattern formed thereon;
Input lines L5 and L6 connected to the input connectors C5 and C6 are formed at one side of the fixed phase control dielectric pattern, and output lines L1 to L4 connected to the output connectors C1 to C4 at the other side. And the input lines L5 and L6 and the output lines L1 to L4 are coupled through the pattern 236a of the mobile phase control dielectric, and the phases vary according to the coupling position. Multipolarized Variable Antenna.
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