KR20160148712A

KR20160148712A - 다중 빔 안테나 시스템 및 그 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템

Info

Publication number: KR20160148712A
Application number: KR1020167034343A
Authority: KR
Inventors: 치앙 왕; 지안핑 자오
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2016-12-26
Also published as: JP2017516408A; JP6395862B2; KR101858042B1; EP3136509A1; US20170062950A1; EP3136509A4; CN105098383A; EP3136509B1; CN105098383B; US10069215B2; WO2015172667A1

Abstract

본 발명은 통신 기술 분야에 관한 것으로 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현하는 다중 빔 안테나 시스템과 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나를 개시한다. 다중 빔 안테나 시스템은, 무선 주파수 포트에 연결된 일차원 다중 빔 형성 모듈 - 다중 빔 형성 유닛은 무선 주파수 포터에 의해 전송되는 무선 주파수 신호를 상이한 위상을 갖는 M개의 무선 주파수 신호로 변환하도록 구성됨 -; 이차원 다중 빔 형성 모듈 - 이차원 다중 빔 형성 모듈은 M개의 제1 전력 분할 유닛을 포함하고, 위상 천이기는 각 제1 전력 분할 유닛의 P개의 출력 트리뷰터리 상에 배치됨 -; 제2 다중 빔 형성 모듈에 연결된 M×N개의 방사 엘리먼트 - M×N개의 방사 엘리먼트는 N개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성하고, 방사 엘리먼트의 M개의 열은 각각 M개의 제1 전력 분할 유닛에 연결되며, 방사 엘리먼트의 각 열의 N개의 방사 엘리먼트는 각각 하나의 제1 전력 분할 유닛의 N개의 출력 트리뷰터리에 연결되고, 위상 천이기를 갖도록 배치된 출력 트리뷰터리에 연결된 M×P개의 방사 엘리먼트는 P개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성함 -를 포함한다.

Description

다중 빔 안테나 시스템 및 그 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템 {MULTI-BEAM ANTENNA SYSTEM AND PHASE ADJUSTMENT METHOD THEREOF, AND DUAL-POLARIZATION ANTENNA SYSTEM}

본 출원은 2014년 5월 14일에 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제201410204330.2호 ('다중 빔 안테나 시스템 및 그 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템')의 우선권을 주장하며 이것은 그 전체가 참조로서 본 명세서 포함된다.

본 발명은 통신 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 다중 빔 안테나 시스템 및 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법과, 이중 편파 안테나 시스템에 관한 것이다.

안테나는 에너지 변환기이며, 이것은 전송선로 상에서 전파되는 유도파(guided wave)를 공간 전자기파로 변환하거나, 또는 역변환을 수행할 수 있다. 안테나는 무선 통신에서 전자기파를 전송하거나 수신하는 데 사용된다. 무선 통신 시스템에서 가장 일반적인 안테나는: 유리섬유 전방향 안테나(fiberglass omnidirectional antenna), 지향성 패널 안테나(directional panel antenna), 소형 휩 안테나(whip antenna) 등이다. 대부분의 경우, 사람들은 안테나가 최대의 커버리지 영역과 가장 먼 커버리지 거리를 가져야 할 것을 요구한다. 즉, 안테나는 최대의 빔 폭과 최대의 이득을 가져야 할 것을 요구하지만, 이들 두 가지는 단일 빔 안테나의 경우에는 상호 모순되는 것이다.

다중 빔 안테나는 다중 빔 방사 능력을 가지며, 이것은 안테나 이득을 감소시키지 않고 방사 커버리지 영역을 증가시킬 수 있다. 그러나, 여전히 종래의 다중 빔 안테나의 방사 커버리지 영역은 비교적 작다.

본 발명은 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현하기 위해, 다중 빔 안테나 시스템 및 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템을 제공한다.

전술한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술적 해결수단을 사용한다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 다중 빔 안테나 시스템을 제공하며,

무선 주파수 포트;

상기 무선 주파수 포트에 연결된 일차원 다중 빔 형성 모듈 - 상기 일차원 다중 빔 형성 모듈은 다중 빔 형성 유닛과, 상기 다중 빔 형성 유닛에 연결된 제1 위상 제어 유닛을 포함하고, 상기 다중 빔 형성 유닛은 상기 무선 주파수 포트에 의해 전송되는 무선 주파수 신호를 상이한 위상을 갖는 M개의 무선 주파수 신호로 변환하도록 구성되며, M은 1보다 큰 정수이고, 상기 다중 빔 형성 유닛은 상기 M개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 M개의 출력단을 가지며, 상기 제1 위상 제어 유닛은 상기 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정하도록 구성됨 -;

상기 일차원 다중 빔 형성 모듈에 연결된 이차원 다중 빔 형성 모듈 - 상기 이차원 다중 빔 형성 모듈은 위상 천이기, 상기 위상 천이기에 연결된 제2 위상 제어 유닛, 및 상기 다중 빔 형성 유닛 내의 상기 M개의 출력단에 각각 연결된 M개의 제1 전력 분할 유닛을 포함하고, 각 제1 전력 분할 유닛은 하나의 무선 주파수 신호를 N개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되며, N은 1보다 큰 정수이고, 각 제1 전력 분할 유닛은 상기 N개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 N개의 출력 트리뷰터리(tributary)를 가지며, 상기 위상 천이기는 상기 N개의 출력 트리뷰터리 중 P개의 출력 트리뷰터리 상에 배치되고, P는 1보다 크거나 같은 정수이며, 상기 제2 위상 제어 유닛은 상기 위상 천이기가 위상 천이를 수행하도록 위상을 조정하도록 구성됨 -; 및

상기 제2 다중 빔 형성 모듈에 연결된 M×N개의 방사 엘리먼트(radiating element) - 상기 M×N개의 방사 엘리먼트는 N개의 행(row)과 M개의 열(column)을 갖는 매트릭스를 형성하고, 상기 방사 엘리먼트의 M개의 열은 상기 M개의 제1 전력 분할 유닛에 각각 연결되며, 방사 엘리먼트의 각 열의 N개의 방사 엘리먼트는 하나의 제1 전력 분할 유닛의 상기 N개의 출력 트리뷰터리에 각각 연결되고, N개의 행과 M개의 열을 갖는 상기 매트릭스에서, 상기 M개의 제1 전력 분할 유닛 내에서 위상 천이기를 갖도록 배치된 출력 트리뷰터리에 연결된 M×P개의 방사 엘리먼트는 P개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성함 -를 포함한다.

제1 측면을 참고한, 제1 측면의 제1 구현예에서, 각 제1 전력 분할 유닛은 제1 전력 분할기를 포함하고, 상기 제1 전력 분할기는 Q개의 출력단을 가지며, 상기 제1 전력 분할기는 하나의 무선 주파수 신호를 Q개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되고, Q는 1보다 큰 정수이며;

각 제1 전력 분할 유닛은 상기 제1 전력 분할기의 상기 Q개의 출력단에 각각 연결되어 있는 Q개의 제2 전력 분할기를 더 포함하고, 각 제2 전력 분할기는 R개의 출력단을 포함하며, 각 제2 전력 분할기는 하나의 무선 주파수 신호를 R개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되고, R은 1보다 큰 정수이며, Q×R=N이고;

N개의 행과 M개의 열을 갖는 상기 매트릭스에서, 상기 방사 엘리먼트의 각 열의 상기 N개의 방사 엘리먼트는 상기 Q개의 제2 전력 분할기의 N개의 출력단에 각각 연결된다.

제1 측면의 제1 구현예를 참고한, 제1 측면의 제2 구현예에서, 각 제1 전력 분할 유닛에서 위상 천이기를 갖는 출력 트리뷰터리 상에서, 상기 제1 전력 분할기는 상기 위상 천이기를 사용하여 제2 전력 분할기에 연결되거나, 또는 제2 전력 분할기는 상기 위상 천이기를 사용하여 방사 엘리먼트에 연결된다.

제1 측면의 제2 구현예를 참고한, 제1 측면의 제3 구현예에서, 동일한 행의 M개의 방사 엘리먼트에 각각 연결된 M개의 위상 천이기는 연동 위상 천이기(linkage phase shifter)를 형성하고, 상기 연동 위상 천이기는 복수의 무선 주파수 신호에 동일한 위상을 갖는 위상 천이가 수행되도록 구성된다.

제1 측면, 또는 제1 측면의 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나를 참고한, 제1 측면의 제4 구현예에서, 상기 다중 빔 형성 유닛은 버틀러(butler) 매트릭스 및 S:1 스위치를 포함하고, 상기 버틀러 매트릭스는 상기 S:1 스위치를 사용하여 상기 무선 주파수 포트에 연결되며;

상기 버틀러 매트릭스는 S개의 입력단을 포함하고, S는 1보다 큰 정수이며, 상기 S:1 스위치는 S개의 출력단을 포함하고, 상기 S:1 스위치의 S개의 출력단은 상기 버틀러 매트릭스의 상기 S개의 입력단에 각각 연결되며;

상기 제1 위상 제어 유닛은 상기 S:1 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 제1 위상 제어 유닛은 출력을 위해 상기 S개의 출력단 중 하나를 선택하기 위해 상기 S:1 스위치를 제어하도록 구성된다.

제1 측면, 또는 제1 측면의 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나를 참고한, 제1 측면의 제5 구현예에서, 상기 다중 빔 형성 유닛은 제2 전력 분할 유닛, 및 상기 제2 전력 분할 유닛에 연결된 위상 천이 유닛을 포함하고, 상기 위상 천이 유닛은 상기 제1 위상 제어 유닛에 연결된다.

제2 측면에 따르면, 이중 편파 안테나 시스템이 제공되며, 상기한 다중 빔 안테나 시스템 두 개를 포함하고, 하나의 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트와 다른 하나의 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트는 이중 편파 방사 엘리먼트를 형성하기 위해 일대일 대응된다.

제3 측면에 따르면, 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법이 제공되며, 상기 방법은 전술한 다중 빔 안테나 시스템을 위해 사용되고,

상기 M개의 무선 주파수 신호가 상이한 위상을 가질 수 있도록, 다중 빔 형성 유닛에 의해 형성되는 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정하는 단계; 및

각 제1 전력 분할 유닛 내의 N개의 무선 주파수 신호 중 P개의 무선 주파수 신호에 대해 위상 천이를 수행하고, M개의 제1 전력 분할 유닛에서, 동일한 행으로 출력되는 M개의 방사 엘리먼트의 M개의 무선 주파수 신호에 대해 동일한 위상의 위상 천이를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 제공되는 다중 빔 안테나 시스템 및 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정될 수 있기 때문에, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 더욱 명확히 기술하기 위해, 이하에서 본 발명의 실시예를 설명할 때 필요한 첨부 도면을 간략하게 소개한다. 분명한 것은, 이어질 설명에서 첨부된 도면은 단지 본 발명의 몇 가지 실시예를 나타내며, 통상의 기술자라면 첨부된 도면으로부터 창작 능력 없이도 다른 도면을 도출해 낼 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 빔 안테나 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 다른 다중 빔 안테나 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 제1 전력 분할 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 다중 빔 안테나 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 다른 제1 전력 분할 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 다른 제1 전력 분할 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 다른 제1 전력 분할 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 다른 제1 전력 분할 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 이중 편파 방사 엘리먼트를 형성하는 매트릭스의 개략적인 구성도이다.

이하에서 본 발명의 실시예에 관한 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 명확하고 상세하게 기술한다.

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예는 다중 빔 안테나 시스템을 제공하며, 무선 주파수 포트(1); 무선 주파수 포트(1)에 연결된 일차원 다중 빔 형성 모듈(2) - 일차원 다중 빔 형성 모듈(2)은 다중 빔 형성 유닛(21)과 다중 빔 형성 유닛(21)에 연결된 제1 위상 제어 유닛(22)을 포함하고, 다중 빔 형성 유닛(21)은 무선 주파수 포트(1)에 의해 전송되는 무선 주파수 신호를 상이한 위상을 갖는 M개의 무선 주파수 신호로 변환하도록 구성되며, M은 1보다 큰 정수이고, 다중 빔 형성 유닛(21)은 전술한 M개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 M개의 출력단을 가지며, 제1 위상 제어 유닛(22)은 전술한 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정하도록 구성됨 -; 일차원 다중 빔 형성 모듈(2)에 연결된 이차원 다중 빔 형성 모듈(3) - 이차원 다중 빔 형성 모듈(3)은 위상 천이기(32), 위상 천이기(32)에 연결된 제2 위상 제어 유닛(33), 및 일차원 다중 빔 형성 유닛(2) 내의 M개의 출력단에 각각 연결된 M개의 제1 전력 분할 유닛(31)을 포함하고, 각 제1 전력 분할 유닛(31)은 하나의 무선 주파수 신호를 N개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되며, N은 1보다 큰 정수이고, 각 제1 전력 분할 유닛(31)은 전술한 N개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 N개의 출력 트리뷰터리(tributary)를 가지며, 위상 천이기(32)는 전술한 N개의 출력 트리뷰터리 중 P개의 출력 트리뷰터리 상에 배치되고, P는 1 이상의 정수이며, 전술한 제2 위상 제어 유닛(33)은 위상 천이기(32)가 위상 천이를 실행할 때의 위상을 조정하도록 구성됨 -; 및 제2 다중 빔 형성 모듈(3)에 연결된 M×N개의 방사 엘리먼트(4) - M×N개의 방사 엘리먼트(4)는 N개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성하고, 방사 엘리먼트(4)의 M개의 열은 각각 M개의 제1 전력 분할 유닛(31)에 연결되며, 방사 엘리먼트(4)의 각 열의 N개의 방사 엘리먼트는 각각 하나의 제1 전력 분할 유닛(31)의 N개의 출력 트리뷰터리에 연결되고, N개의 행과 M개의 열을 갖는 전술한 매트릭스에서, 전술한 제1 전력 분할 유닛(31) 내에서 위상 천이기(32)가 배치된 출력 트리뷰터리에 연결된 M×P개의 방사 엘리먼트(4)는 P개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성함 -를 포함한다. 전술한 제1 위상 제어 유닛(22)과 제2 위상 제어 유닛(33)은 두 개의 별개의 유닛일 수 있으며, 이들은 대응하는 제어 신호를 갖는 다중 빔 형성 유닛(21)과 위상 천이기(32)를 별개로 제공하거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 제1 위상 제어 유닛과 제2 위상 제어 유닛은 동일한 위상 제어 유닛(5)이고, 대응하는 제어 신호를 갖는 다중 빔 형성 유닛(21)과 위상 천이기(32)를 별개로 제공한다.

구체적으로, 먼저, 무선 주파수 포트(1)는 무선 주파수 신호를 다중 빔 형성 유닛(21)에게 전송하고, 다중 빔 형성 유닛(21)은 무선 주파수 신호를 상이한 위상을 갖는 M개의 무선 주파수 신호로 변환하여 M개의 무선 주파수 신호를 M개의 제1 전력 분할 유닛(31)에게 각각 전송하고, 각 제1 전력 분할 유닛(31)은 하나의 수신된 무선 주파수 신호를 복수의 무선 주파수 신호로 분할한다. 전력 분할 후의 하나 이상의(하나만이 도 1에 도시됨) 무선 주파수 신호는 대응하는 방사 엘리먼트(4)에게 직접 전송되고, 전력 분할 후의 다른 하나 이상의 주파수 신호는 위상 천이기(32)가 위상 천이를 수행한 후에 대응하는 방사 엘리먼트(4)에게 전송되며, M×N개의 방사 엘리멘트(4)는 개별 수신된 무선 주파수 신호를 방사한다. 동일한 방향의 복수의 방사 엘리먼트의 최대 이득은 이들 방사 엘리먼트의 무선 주파수 신호들 사이의 위상 차이에 의해 결정된다. 먼저, 다중 빔 형성 유닛(21)은 일차원 다중 빔 형성 모듈(2)에 의해 출력되는 M개의 무선 주파수 신호를 상이한 위상으로 설정하고, 그 후 위상 천이기(32)는 각 제1 전력 분할 유닛(31) 내의 P개의 출력 트리뷰터리 상의 무선 주파수 신호에 대해 위상 천이를 수행하며, M개의 제1 전력 분할 유닛(31)에서, 동일한 행으로 출력하는 M개의 방사 엘리먼트(4)의 M개의 무선 주파수 신호에 대해 동일 위상의 위상 천이가 수행됨으로써, 위상 천이기(32)가 동일한 행 내의 M개의 방사 엘리먼트(4)의 M개의 무선 주파수 신호들 사이의 위상 차이를 변경하지 않는 것을 보장할 수 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, M=4,, N=2, P=1이고, 일차원 다중 빔 형성 모듈(2)에 의해 출력되는 네 개의 무선 주파수신호는 각각 -45도, -90도, -135도, 및 -180도이다. 제1 전력 분할 유닛(31)에서, 각 무선 주파수 신호는 동일한 위상을 갖는 제1 무선 주파수 신호와 제2 무선 주파수 신호로 분할된다. 네 개의 제1 무선 주파수 신호는 각각 제1 행 내의 네 개의 방사 엘리먼트(4)에게 출력되고, 네 개의 제2 무선 주파수 신호는 10도의 위상을 갖는 위상 천이를 수행하여 제2 행 내의 네 개의 방사 엘리먼트(4)에게 각각 출력된다. 제1 행 내의 네 개의 방사 엘리먼트(4)에 의해 수신되는 네 개의 무선 주파수 신호의 위상은 각각 -45도, -90도, -135도, 및 -180도이다. 제2 행 내의 네 개의 방사 엘리먼트(4)에 의해 수신되는 네 개의 무선 주파수 신호의 위상은 각각 -35도, -80도, -125도, 및 -170도이다. 매트릭스에서, 방사 엘리먼트의 행 또는 열 중 최대 이득 방향은 행 또는 열 내의 복수의 방사 엘리먼트의 무선 주파수 신호의 위상 차이에 의해 결정된다. 따라서, 제1 차원(횡방향)의 최대 이득 방향은 일차원 다중 빔 형성 모듈(2)에 의해 조정되고 결정되며, 제2 차원(종방향)의 최대 이득 방향은 이차원 다중 빔 형성 모듈(3)에 의해 조정되고 결정됨으로써, 두 개의 차원의 최대 이득 방향의 개별 조정을 구현할 수 있다.

본 실시예에서의 다중 빔 안테나 시스템에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정될 수 있기 때문에, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다.

실시예 2

실시예 1의 기초상에서, 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 제1 전력 분할 유닛(31)은 제1 전력 분할기(311)를 포함하며, 여기서 제1 전력 분할기(311)는 Q개의 출력단을 가지고 있고, 제1 전력 분할기(311)는 하나의 무선 주파수 신호를 Q개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되며, 여기서 Q는 1보다 큰 정수이고; 각 제1 전력 분할 유닛(31)은 제1 전력 분할기(311) 내의 Q개의 출력단에 각각 연결되어 있는 Q개의 제2 전력 분할기(312)를 더 포함하며, 여기서 각 제2 전력 분할기(312)는 R개의 출력단을 포함하고, 각 제2 전력 분할기(312)는 하나의 무선 주파수 신호를 R개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되며, 여기서 R은 1보다 큰 정수이고, Q×R=N이며; 도 4에 도시된 바와 같이, N개의 행과 M개의 열을 갖는 전술한 매트릭스에서, 방사 엘리먼트(4)의 각 열 내의 N개의 방사 엘리먼트(4)는 Q개의 제2 전력 분할기(제2 전력 분할기는 도 4에 도시되지 않음)의 N개의 출력단에 각각 연결된다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 제1 전력 분할 유닛(31) 내에 위상 천이기(32)를 갖는 출력 트리뷰터리 상에서, 제2 전력 분할기(312)는 위상 천이기(32)를 사용하여 제1 전력 분할기(311)에 연결되거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전력 분할기(312)는 위상 천이기(32)를 사용하여 방사 엘리먼트(4)에 연결되거나, 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전력 분할 유닛(31)의 일부 출력 트리뷰터리 상에서, 제2 전력 분할기(312)는 위상 천이기(32)를 사용하여 제1 전력 분할기(311)에 연결되고, 제1 전력 분할 유닛(31)의 다른 일부 출력 트리뷰터리 상에서, 제2 전력 분할기(312)는 위상 천이기(32)를 사용하여 방사 엘리먼트(4)에 연결된다.

구체적으로, 동일한 행으로 출력되는 M개의 방사 엘리먼트(4)의 M개의 무선 주파수 신호에 동일한 위상으로 위상 천이가 수행되어야 하기 때문에, 동일한 행에서 M개의 방사 엘리먼트(4)에 각각 연결된 M개의 위상 천이기(32)는 연동 위상 천이기(linkage phase shifter)를 형성하며, 여기서 연동 위상 천이기는 복수의 무선 주파수 신호에 동일한 위상으로 위상 천이가 수행되도록 구성되고, 링키지 위상 천이기의 비용은 복수의 개별 위상 천이기의 비용보다 낮다.

도 7에 도시된 바와 같이, 각 제1 전력 분할 유닛(31)에서, 위상 천이기(32)를 갖는 출력 트리뷰터리는 위상 천이기(32)를 갖고 있지 않은 출력 트리뷰터리에 의해 분리될 수 있다. 또한, 전술한 방사 엘리먼트(4)는 무선 주파수 신호를 전송하고 수신하도록 구성되며, 여기서 무선 주파수 신호는 통상의 대칭형 다이폴(dipole) 또는 수직 편파 방식, 또는 유사한 방식으로 설정될 수 있고, 방사 엘리먼트(4)의 간격은 빔 커버리지 영역에 따라서 조정될 수 있으며, 그 간격은 일반적으로 반 파장이다. 전술한 다중 빔 안테나 시스템은 다중 입력 및 다중 출력(Multi Input and Multiple Output, MIMO) 안테나로 확장될 수 있다.

다중 빔 안테나 시스템의 구체적인 작동 과정과 원리는 실시예 1에서와 동일하다. 여기에서는 상세한 것에 대해 설명하지 않는다.

본 실시예에서의 다중 빔 안테나 시스템에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정됨으로써, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다. 또한, 매트릭스 방사 엘리먼트가 상이한 위상을 갖는 무선 주파수 신호를 방사할 수 있도록 하기 위해, 각 방사 엘리먼트에서 위상 천이를 위해 사용되는 컴포넌트를 별도로 배치할 필요가 없다. 먼저 한 개의 차원의 빔 요구사항에 따라서 위상 조정이 수행되고, 그 후 다른 차원의 빔 요구사항에 따라서 위상 조정이 수행되는 것만이 필요하다. 두 가지 조정 후의 위상은 상이한 위상을 갖는 복수의 무선 주파수 신호를 얻기 위해 중첩되고, 마지막으로 매트릭스 방사 엘리먼트는 상이한 위상을 갖는 무선 주파수 신호를 방사할 수 있으므로, 연동 위상 천이기와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 위상 천이 과정에서 위상 천이를 위해 사용되는 컴포넌트의 개수가 비교적 작기 때문에, 이로 인해 안테나 시스템의 복잡성을 감소시키며 비용을 절약할 수 있다.

실시예 3

실시예 1과 실시예 2의 기초 상에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 전술한 다중 빔 형성 유닛(21)은 버틀러(butler) 매트릭스(23)와 S:1 스위치(24)를 포함할 수 있으며, 여기서 버틀러 매트릭스(23)는 S:1 스위치(24)를 사용하여 무선 주파수 포트(1)에 연결되고; 버틀러 매트릭스(23)는 S개의 입력단을 포함하며, 여기서 S는 1보다 큰 정수이고; S:1 스위치(24)는 S개의 출력단을 포함하며, 여기서 S:1 스위치(24)의 S개의 출력단은 버틀러 매트릭스(23)의 S개의 입력단에 개별적으로 연결되고; 제1 위상 제어 유닛(22)은 S:1 스위치(24)의 제어단에 연결되며, 제1 위상 제어 유닛(22)은 출력을 위해 전술한 S개의 출력단 중 하나를 선택하도록 S:1 스위치(24)를 제어하도록 구성된다. 무선 주파수 신호가 버틀러 매트릭스(23)의 상이한 입력단으로 입력되는 경우, 버틀러 매트릭스(23)는 상이한 모드를 가지며, 상이한 모드에서, 버틀러 매트릭스(23)에 의해 출력되는 무선 주파수 신호의 위상은 상이하다. 따라서, S:1 스위치(24)는 버틀러 매트릭스(23)에 의해 출력되는 무선 주파수 신호에 대해 위상 조정을 구현할 수 있다.

S:1 스위치와 함께 버틀러 매트릭스를 사용하는 전술한 방식의 비용은 비교적 낮다. 또한, 전술한 다중 빔 형성 유닛이 제2 전력 분할 유닛과 전술한 제2 전력 분할 유닛에 연결된 위상 천이 유닛을 포함할 수 있으며, 여기서 위상 천이 유닛은 제1 위상 제어 유닛에 연결된다. 이 경우, 제1 위상 제어 유닛은 위상 천이 유닛이 위상 천이를 수행하도록 위상을 직접 조정한다. 즉, 제2 전력 분할 유닛은 무선 주파수 포트에 의해 전송되는 무선 주파수 신호가 M개의 무선 주파수 신호로 변환되도록 할 수 있고, 제1 위상 제어 유닛과 위상 천이 유닛은 M개의 무선 주파수 신호가 상이한 위상을 갖도록 할 수 있다.

다중 빔 안테나 시스템의 구체적인 작동 과정과 원리는 실시예 1의 것과 동일하다. 여기에서는 상세한 것에 대해 설명하지 않는다.

본 실시예에서의 다중 빔 안테나 시스템에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정됨으로써, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다. 또한, 매트릭스 방사 엘리먼트가 상이한 위상을 갖는 무선 주파수 신호를 방사할 수 있도록 하기 위해, 각 방사 엘리먼트에서 위상 천이를 위해 사용되는 컴포넌트를 별도로 배치할 필요가 없다. 먼저 한 개의 차원의 빔 요구사항에 따라서 위상 조정이 수행되고, 그 후 다른 차원의 빔 요구사항에 따라서 위상 조정이 수행되는 것만이 필요하다. 두 가지 조정 후의 위상은 상이한 위상을 갖는 복수의 무선 주파수 신호를 얻기 위해 중첩되고, 마지막으로 매트릭스 방사 엘리먼트는 상이한 위상을 갖는 무선 주파수 신호를 방사할 수 있으므로, 버틀러 매트릭스와 함께 사용될 수 있다. 버틀러 매트릭스는 브리지(bridge)를 사용하여 무선 주파수 신호를 위한 위상 조정 기능을 구현하고, 브리지의 비용은 위상 천이기의 것보다 더 낮다.

실시예 4

실시예 1, 실시예 2, 또는 실시예 3의 기초 상에서, 본 실시예는 상기한 두 개의 다중 빔 안테나 시스템을 포함하는 이중 편파 안테나 시스템을 제공한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트와 다른 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트는 이중 편파 방사 엘리먼트를 형성하기 위해 일대일 대응된다.

각 다중 빔 안테나 시스템의 구체적인 작동 과정과 원리는 실시예 1의 것과 동일하다. 여기에서는 상세한 것에 대해 설명하지 않는다.

본 실시예에서의 이중 편파 안테나 시스템에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정됨으로써, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다.

실시예 5

실시예 1, 실시예 2, 또는 실시예 3의 기초 상에서, 본 실시예는 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법을 제공하며, 여기서 본 방법은 전술한 다중 빔 안테나 시스템을 위해 사용되고, 다음의 단계를 포함한다.

단계 101: 전술한 M개의 무선 주파수 신호가 상이한 위상을 가질 수 있도록, 다중 빔 형성 유닛에 의해 형성되는 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정한다.

단계 102: 각 제1 전력 분할 유닛 내의 N개의 무선 주파수 신호 중 P개의 무선 주파수 신호에 대해 위상 천이를 수행하고, M개의 제1 전력 분할 유닛에서, 동일한 행으로 출력되는 M개의 방사 엘리먼트의 M개의 무선 주파수 신호에 대해 동일한 위상의 위상 천이를 수행한다.

다중 빔 안테나 시스템의 구체적인 작동 과정과 원리는 전술한 실시예의 것과 동일하다. 여기에서는 상세한 것에 대해 설명하지 않는다.

본 실시예에서의 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법에 따르면, 매트릭스 방사 엘리먼트가 형성되고, 매트릭스 방사 엘리먼트 내의 두 개의 차원의 최대 이득 방향이 일차원 다중 빔 형성 모듈과 이차원 다중 빔 형성 모듈을 사용하여 개별적으로 조정됨으로써, 비교적 큰 방사 커버리지 영역을 구현할 수 있다.

방사 엘리먼트에 의해 방사되는 무선 주파수 신호의 위상을 조정하는 것은 빔 방사 경로의 조정을 구현할 수 있고; 전술한 실시예에서의 다중 빔 안테나 시스템과 다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법, 그리고 이중 편파 안테나 시스템은 빔 방사 경로가 조정되어야 하는 다양한 응용 시나리오에 적용할 수 있다. 예를 들어 사용자의 위치가 고정되지 않고, WIFI 핫스팟(hotspot)이 사용자를 추적하기 위해 언제라도 빔 방사 경로를 조정할 필요가 있는 실내 WIFI 시나리오; 백홀 안테나와 기지국이 점대점 전송을 수행하고, 빔이 매우 좁기 때문에, 안테나가 장착되는 경우 기지국을 완전하게 정렬하기가 어려운 소형셀 백홀 안테나 시나리오; 전술한 실시에에서의 다중 빔 안테나 시스템에서, 안테나와 기지국 사이의 정렬이 빔 방사 경로를 조정하여 구현될 수 있고, 안테나의 강인성(robustness)이 증가하며; 차량이 이동 상태에 있으며, 빔 방사 경로가 안테나와 기지국 사이에 정렬을 구현하기 위해 언제라도 조정될 필요가 있는 차량내 기지국/차량내 백홀 안테나 시나리오 등이다.

전술한 설명은 단지 본 발명의 구체적인 실시예일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 통상의 기술자가 본 발명에서 개시된 기술적 범위 내에서 생각해 낼 수 있는 변형 또는 대체는 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구범위의 보호 범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims

다중 빔 안테나 시스템(multi-beam antenna system)으로서,
무선 주파수 포트;
상기 무선 주파수 포트에 연결된 일차원 다중 빔 형성 모듈 - 상기 일차원 다중 빔 형성 모듈은 다중 빔 형성 유닛과, 상기 다중 빔 형성 유닛에 연결된 제1 위상 제어 유닛을 포함하고, 상기 다중 빔 형성 유닛은 상기 무선 주파수 포트에 의해 전송되는 무선 주파수 신호를 상이한 위상을 갖는 M개의 무선 주파수 신호로 변환하도록 구성되며, M은 1보다 큰 정수이고, 상기 다중 빔 형성 유닛은 상기 M개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 M개의 출력단을 가지며, 상기 제1 위상 제어 유닛은 상기 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정하도록 구성됨 -;
상기 일차원 다중 빔 형성 모듈에 연결된 이차원 다중 빔 형성 모듈 - 상기 이차원 다중 빔 형성 모듈은 위상 천이기, 상기 위상 천이기에 연결된 제2 위상 제어 유닛, 및 상기 다중 빔 형성 유닛 내의 상기 M개의 출력단에 각각 연결된 M개의 제1 전력 분할 유닛을 포함하고, 각 제1 전력 분할 유닛은 하나의 무선 주파수 신호를 N개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되며, N은 1보다 큰 정수이고, 각 제1 전력 분할 유닛은 상기 N개의 무선 주파수 신호를 각각 출력하도록 구성된 N개의 출력 트리뷰터리(tributary)를 가지며, 상기 위상 천이기는 상기 N개의 출력 트리뷰터리 중 P개의 출력 트리뷰터리 상에 배치되고, P는 1보다 크거나 같은 정수이며, 상기 제2 위상 제어 유닛은 상기 위상 천이기가 위상 천이를 수행하도록 위상을 조정하도록 구성됨 -; 및
상기 제2 다중 빔 형성 모듈에 연결된 M×N개의 방사 엘리먼트(radiating element) - 상기 M×N개의 방사 엘리먼트는 N개의 행(row)과 M개의 열(column)을 갖는 매트릭스를 형성하고, 상기 방사 엘리먼트의 M개의 열은 상기 M개의 제1 전력 분할 유닛에 각각 연결되며, 방사 엘리먼트의 각 열의 N개의 방사 엘리먼트는 하나의 제1 전력 분할 유닛의 상기 N개의 출력 트리뷰터리에 각각 연결되고, N개의 행과 M개의 열을 갖는 상기 매트릭스에서, 상기 M개의 제1 전력 분할 유닛 내에서 위상 천이기를 갖도록 배치된 출력 트리뷰터리에 연결된 M×P개의 방사 엘리먼트는 P개의 행과 M개의 열을 갖는 매트릭스를 형성함 -
를 포함하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
각 제1 전력 분할 유닛은 제1 전력 분할기를 포함하고, 상기 제1 전력 분할기는 Q개의 출력단을 가지며, 상기 제1 전력 분할기는 하나의 무선 주파수 신호를 Q개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되고, Q는 1보다 큰 정수이며;
각 제1 전력 분할 유닛은 상기 제1 전력 분할기의 상기 Q개의 출력단에 각각 연결되어 있는 Q개의 제2 전력 분할기를 더 포함하고, 각 제2 전력 분할기는 R개의 출력단을 포함하며, 각 제2 전력 분할기는 하나의 무선 주파수 신호를 R개의 무선 주파수 신호로 분할하도록 구성되고, R은 1보다 큰 정수이며, Q×R=N이고;
N개의 행과 M개의 열을 갖는 상기 매트릭스에서, 상기 방사 엘리먼트의 각 열의 상기 N개의 방사 엘리먼트는 상기 Q개의 제2 전력 분할기의 N개의 출력단에 각각 연결되는,
다중 빔 안테나 시스템.
제2항에 있어서,
각 제1 전력 분할 유닛에서 위상 천이기를 갖는 출력 트리뷰터리 상에서, 상기 제1 전력 분할기는 상기 위상 천이기를 사용하여 제2 전력 분할기에 연결되거나, 또는 제2 전력 분할기는 상기 위상 천이기를 사용하여 방사 엘리먼트에 연결되는,
다중 빔 안테나 시스템.
제3항에 있어서,
동일한 행의 M개의 방사 엘리먼트에 각각 연결된 M개의 위상 천이기는 연동 위상 천이기(linkage phase shifter)를 형성하고, 상기 연동 위상 천이기는 복수의 무선 주파수 신호에 동일한 위상을 갖는 위상 천이가 수행되도록 구성되는,
다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 빔 형성 유닛은 버틀러(butler) 매트릭스 및 S:1 스위치를 포함하고, 상기 버틀러 매트릭스는 상기 S:1 스위치를 사용하여 상기 무선 주파수 포트에 연결되며;
상기 버틀러 매트릭스는 S개의 입력단을 포함하고, S는 1보다 큰 정수이며, 상기 S:1 스위치는 S개의 출력단을 포함하고, 상기 S:1 스위치의 S개의 출력단은 상기 버틀러 매트릭스의 상기 S개의 입력단에 각각 연결되며;
상기 제1 위상 제어 유닛은 상기 S:1 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 제1 위상 제어 유닛은 출력을 위해 상기 S개의 출력단 중 하나를 선택하기 위해 상기 S:1 스위치를 제어하도록 구성되는,
다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 빔 형성 유닛은 제2 전력 분할 유닛, 및 상기 제2 전력 분할 유닛에 연결된 위상 천이 유닛을 포함하고, 상기 위상 천이 유닛은 상기 제1 위상 제어 유닛에 연결되는,
다중 빔 안테나 시스템.
이중 편파 안테나 시스템(dual-polarized antenna system)으로서,
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 따른 다중 빔 안테나 시스템 두 개를 포함하고,
하나의 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트와 다른 하나의 다중 빔 안테나 시스템 내의 방사 엘리먼트는 이중 편파 방사 엘리먼트를 형성하기 위해 일대일 대응되는,
이중 편파 안테나 시스템.
다중 빔 안테나 시스템을 위한 위상 조정 방법으로서,
상기 방법은 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 따른 상기 다중 빔 안테나 시스템을 위해 사용되고,
상기 M개의 무선 주파수 신호가 상이한 위상을 가질 수 있도록, 다중 빔 형성 유닛에 의해 형성되는 M개의 무선 주파수 신호의 위상을 조정하는 단계; 및
각 제1 전력 분할 유닛 내의 N개의 무선 주파수 신호 중 P개의 무선 주파수 신호에 대해 위상 천이를 수행하고, M개의 제1 전력 분할 유닛에서, 동일한 행으로 출력되는 M개의 방사 엘리먼트의 M개의 무선 주파수 신호에 대해 동일한 위상의 위상 천이를 수행하는 단계
를 포함하는 위상 조정 방법.