KR20180013137A - 양방향 mimo 안테나장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 안테나장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LTE 기반의 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치를 제안함으로써, 고속으로 이동하는 열차에서도 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하도록 하는 기술을 개시한다.

Description

양방향 MIMO 안테나장치{BI-DIRECTIONAL MIMO ANTENNA}
본 발명은, 안테나장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LTE 기반의 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치를 제안함으로써, 고속으로 이동하는 이동체에서도 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하도록 하는 기술에 관한 것이다.
철도 통신망(이하, LTE-R)은, 이동통신기술인 LTE 통신방식을 기반으로 철도망(신호, 재난,비상)에 적용한 통신 기술이다.
이러한 LTE-R에서는, 고속으로 이동하는 열차에서 통신이 가능하도록 하는데 중추적인 역할을 담당하는 요소가 바로 안테나이다.
헌데, 현재의 LTE-R에서 열차에 구비되는 안테나는, SISO(Single Input Single Output) 방식의 SISO 안테나로서, 하나의 신호만 전송(송수신)하여 처리할 수 있는 안테나이다.
한편, LTE에서 데이터 전송량 및 전송속도 등의 통신성능을 향상시키기 위한 기술 중 하나인 MIMO 통신은, 다수의 안테나를 구비해야만 한다.
이에, 현재 LTE-R에서 MIMO 통신을 가능하게 하기 위해서는, 열차에 기존의 SISO 안테나를 다수 개 설치(구비)해야 하며, 따라서 안테나 설치에 따른 비용 및 시간 측면에서 손실이 클 수 밖에 없었다.
이에, 본 발명에서는, 전술한 문제점을 감안하여, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치를 제안함으로써, 고속으로 이동하는 이동체에서도 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하게 하는 방안을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치를 제안함으로써, 고속으로 이동하는 이동체에서도 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하게 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치, 즉 이동체의 도체면에 설치되는 양방향 MIMO 안테나장치는, 양단에 대칭 배열된 안테나소자에 의해 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성하는 제1안테나기판 및 제2안테나기판; 각기 다른 신호를 입출력하기 위한 제1통신포트 및 제2통신포트; 상기 제1통신포트를 통해 입력된 제1신호를 상기 제1안테나기판의 양단에 배열된 안테나소자로 전달하여, 상기 제1신호가 상기 제1안테나기판에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제1신호분배부; 상기 제2통신포트를 통해 입력된 제2신호를 상기 제2안테나기판의 양단에 배열된 안테나소자로 전달하여, 상기 제2신호가 상기 제2안테나기판에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제2신호분배부; 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 형성되는 안테나빔의 편파가 상호 특정 각도를 가지도록 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판을 비스듬 대향 구조로 결합하여, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 전송되는 상기 제1신호 및 제2신호 간 신호 간섭을 경감시킬 수 있는 결합구조부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 비스듬 대향 구조는, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하되, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 중 어느 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 상향 (+)45°가 되고 나머지 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 하향(-)45°가 되도록, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판을 상호 비스듬하게 결합하는 구조일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자는, 안테나기판 윗면의 양단에 배열된 안테나소자 및 안테나기판 아랫면의 양단에 배열된 안테나소자를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 안테나소자는, 다이폴 복사소자일 수 있다.
바람직하게는, 상기 양방향 MIMO 안테나장치는, 로그 안테나(Log Antenna) 또는 야기 안테나(Yagi Antenna) 구조를 포함할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 양방향 MIMO 안테나장치에 의하면, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 단일 안테나장치(양방향 MIMO 안테나장치) 만으로도, 고속으로 이동하는 이동체에서 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하도록 하는 효과를 도출한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 구성을 개념적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 윗면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 외관도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치에서 형성되는 양방향 방사패턴의 안테나빔을 보여주는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 MIMO 안테나장치의 구성을 설명하도록 한다.
설명에 앞서, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 이동체의 도체면에 설치되는 것을 전제로 한다.
이때, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태로 제안되고 있으나, 철도를 이용하는 이동체(예: 열차, 전철 등)에만 한정되지 않고, 자동차와 같이 철도를 이용하지 않고도 고속으로 이동하는 이동체에도 적용 가능하며, 다만 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 설치되는 이동체의 설치위치가 도체면으로 이루어지기만 하면 된다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 이동체로서 열차를 언급하여, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 열차의 도체면(예: 지붕)에 설치되는 것으로 설명하겠다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 양단에 대칭 배열된 안테나소자(10a,10b/20a,20b)에 의해 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성하는 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)과, 각기 다른 신호를 입출력하기 위한 제1통신포트(1) 및 제2통신포트(2)와, 제1통신포트(1)를 통해 입력된 제1신호를 제1안테나기판(10)의 양단에 배열된 안테나소자(10a,10b)로 전달하여, 상기 제1신호가 제1안테나기판(10)에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제1신호분배부(11)와, 제2통신포트(2)를 통해 입력된 제2신호를 제2안테나기판(20)의 양단에 배열된 안테나소자(20a,20b)로 전달하여, 상기 제2신호가 제2안테나기판(20)에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제2신호분배부(21)와, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 편파가 상호 특정 각도를 가지도록 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬 대향 구조로 결합하여, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 전송되는 상기 제1신호 및 제2신호 간 신호 간섭을 경감시킬 수 있는 결합구조부(30)을 포함한다.
이러한 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 이동체 즉 열차(예: 맨 앞칸, 맨 뒷칸)의 도체면(예: 지붕)에 설치되어, 고속으로 이동하는 열차에서 LTE-R 방식으로 안정적인 양방향 MIMO 통신을 가능하게 한다.
특히, 후술에서 구체적으로 언급하겠지만, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 양방향 MIMO 안테나장치(100)에서 형성하는 양방향 방사패턴의 안테나빔이 방사되는 양방향이 열차의 정면 방향 및 후면 방향이 되도록, 열차에 설치되는 것을 전제로 한다.
한편, 도 1에서는, 제1신호분배부(11)가 제1안테나기판(10) 상에 구비되고, 제2신호분배부(21)가 제2안테나기판(20) 상에 구비되는 것으로 도시하였지만, 이는 일 실시예일 뿐이며, 제1신호분배부(11) 및 제2신호분배부(21)는 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)에서 분리된 형태로 구비되는 것도 물론 가능할 것이다. 즉, 본 발명에서는, 제1신호분배부(11) 및 제2신호분배부(21)의 구비 위치가 한정될 필요는 없다.
제1안테나기판(10)은, 양단에 대칭 배열된 안테나소자(10a,10b)에 의해 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성한다.
이때, 안테나소자(10a,10b)는, 다이폴 복사소자인 것이 바람직하다.
이러한 제1안테나기판(10)의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1안테나기판(10)은, 양단 예컨대 왼쪽 단에 안테나소자(10a)를 구비하고 오른쪽 단에 안테나소자(10b)를 구비한다.
여기서, 제1안테나기판(10)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(10a,10b)는, 제1안테나기판(10) 윗면의 양단에 배열된 안테나소자 및 제1안테나기판(10) 아랫면의 양단에 배열된 안테나소자를 포함한다.
즉, 도 2의 정면도에서 제1안테나기판(10)의 보이는 면을 제1안테나기판(10) 윗면이라고 하고, 도 3의 윗면도에서 제1안테나기판(10)의 보이는 면을 제1안테나기판(10) 아랫면이라고 할 때, 제1안테나기판(10)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(10a,10b)는, 도 2의 정면도에서 보이는 제1안테나기판(10) 윗면에서 양단에 배열된 안테나소자(10a_1,10b_1)와, 도 3의 윗면도에서 보이는 제1안테나기판(10) 아랫면에서 양단에 배열된 안테나소자(10a_2,10b_2)를 포함한다.
정리하면, 안테나소자(10a)는 안테나소자(10a_1, 10a_2)를 포함하며, 안테나소자(10b)는 안테나소자(10b_1, 10b_2)를 포함한다고 할 수 있다.
그리고, 제1안테나기판(10)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(10a,10b)는, 각각 180°위상 차이를 가진다.
즉, 도 2의 정면도에서 보이는 제1안테나기판(10) 윗면에서 양단에 배열된 안테나소자(10a_1,10b_1)는 상호 간에 180°위상 차이를 가지며, 또한 도 3의 윗면도에서 보이는 제1안테나기판(10) 아랫면에서 양단에 배열된 안테나소자(10a_2,10b_2)는 상호 간에 180°위상 차이를 가진다.
여기서, 안테나소자(10a,10b) 간의 상호 180°위상 차이는, 도 2를 언급하여 설명할 때, 제1안테나기판(10) 윗면 양단에 배열된 안테나소자(10a_1) 즉 다이폴 복사소자(10a_1)와 안테나소자(10b_1) 즉 다이폴 복사소자(10b_1)가 180° 뒤집어진 형태로 대칭 배열되기 때문에 발생하는 것이다.
물론, 안테나소자(10a,10b) 간의 상호 180°위상 차이는, 도 3을 언급하여 설명할 때, 제1안테나기판(10) 아랫면 양단에 배열된 안테나소자(10a_2) 즉 다이폴 복사소자(10a_2)와 안테나소자(10b_2) 즉 다이폴 복사소자(10b_2)가 180° 뒤집어진 형태로 대칭 배열되기 때문에 발생하는 것이기도 하다.
이에, 제1안테나기판(10)은, 양단에 대칭 배열되며 상호 180°위상 차이를 가지는 안테나소자(10a,10b)에 의해서, 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성할 수 있다.
더 정확히 설명하면, 제1안테나기판(10)은, 양단에 대칭 배열되며 상호 180°위상 차이를 가지는 안테나소자(10a,10b) 및 제1신호분배부(11)에 의해서 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성할 수 있게 되며, 이에 대해서는 후술에서 더 구체적으로 언급하겠다.
한편, 제2안테나기판(20)은, 양단에 대칭 배열된 안테나소자(20a,20b)에 의해 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성한다.
이때, 안테나소자(20a,20b)는, 다이폴 복사소자인 것이 바람직하다.
이러한 제2안테나기판(20)의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제2안테나기판(20)은, 양단 예컨대 왼쪽 단에 안테나소자(20a)를 구비하고 오른쪽 단에 안테나소자(20b)를 구비한다.
여기서, 제2안테나기판(20)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(20a,20b)는, 제2안테나기판(20) 윗면의 양단에 배열된 안테나소자 및 제2안테나기판(20) 아랫면의 양단에 배열된 안테나소자를 포함한다.
즉, 도 2의 정면도 및 도 3의 윗면도에서 제2안테나기판(20)의 보이는 면을 제2안테나기판(20) 윗면이라고 할 때, 제2안테나기판(20)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(20a,20b)는, 도 2 및 도 3에서 보이는 제2안테나기판(20) 윗면에서 양단에 배열된 안테나소자(20a_1,20b_1)와, 도 2 및 도 3에서는 보이지 않지만 제2안테나기판(20) 아랫면에서 양단에 배열된 안테나소자(20a_2,20b_2)를 포함한다.
정리하면, 안테나소자(20a)는 안테나소자(20a_1, 20a_2)를 포함하며, 안테나소자(20b)는 안테나소자(20b_1, 20b_2)를 포함한다고 할 수 있다.
그리고, 제2안테나기판(20)에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자(20a,20b)는, 각각 180°위상 차이를 가진다.
즉, 도 2 및 도 3에서 보이는 제2안테나기판(20) 윗면에서 양단에 배열된 안테나소자(20a_1,20b_1)는 상호 간에 180°위상 차이를 가지며, 도 2 및 도 3에서는 보이지 않지만 제2안테나기판(20) 아랫면에서 양단에 배열된 안테나소자(20a_2,20b_2)는 상호 간에 180°위상 차이를 가진다.
여기서, 안테나소자(20a,20b) 간의 상호 180°위상 차이는, 도 2를 언급하여 설명할 때, 제2안테나기판(20) 윗면 양단에 배열된 안테나소자(20a_1) 즉 다이폴 복사소자(20a_1)와 안테나소자(20b_1) 즉 다이폴 복사소자(20b_1)가 180° 뒤집어진 형태로 대칭 배열되기 때문에 발생하는 것이다.
물론, 안테나소자(20a,20b) 간의 상호 180°위상 차이는, 도 2 및 도 3에서는 보이지 않지만, 제2안테나기판(20) 아랫면 양단에 배열된 안테나소자(20a_2) 즉 다이폴 복사소자(20a_2)와 안테나소자(20b_2) 즉 다이폴 복사소자(20b_2)가 180° 뒤집어진 형태로 대칭 배열되기 때문에 발생하는 것이기도 하다.
이에, 제2안테나기판(20)은, 양단에 대칭 배열되며 상호 180°위상 차이를 가지는 안테나소자(20a,20b)에 의해서, 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성할 수 있다.
더 정확히 설명하면, 제2안테나기판(20)은, 양단에 대칭 배열되며 상호 180°위상 차이를 가지는 안테나소자(20a,20b) 및 제2신호분배부(21)에 의해서 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성할 수 있게 되며, 이에 대해서는 후술에서 더 구체적으로 언급하겠다.
제1통신포트(1) 및 제2통신포트(2)는, 양방향 MIMO 안테나장치(100) 및 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 설치된 열차(미도시) 사이를 전기적으로 연결하여, 각기 다른 신호 예컨대 제1신호 및 제2신호를 입출력한다.
구체적으로, 제1통신포트(1)는, 열차(미도시)로부터 입력되는 제1신호를 제1안테나기판(10)으로 전달하고, 제1안테나기판(10)으로부터 전달되는 제1신호를 열차(미도시)로 출력한다.
제2통신포트(2)는, 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 설치된 열차(미도시)로부터 입력되는 제2신호를 제2안테나기판(20)으로 전달하고, 제2안테나기판(20)으로부터 전달되는 제2신호를 열차(미도시)로 출력한다.
제1신호분배부(11)는, 제1통신포트(1)를 통해 입력된 제1신호를 제1안테나기판(10)의 양단에 배열된 안테나소자(10a,10b)로 전달하여, 제1신호가 제1안테나기판(10)에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 한다.
구체적으로, 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 신호를 송신하는 송신측 관점에서 본다면, 제1신호분배부(11)는, 제1통신포트(1)를 통해 입력된 제1신호를 제1안테나기판(10)의 양단에 배열된 안테나소자(10a,10b)로 전달한다.
이렇게 되면, 제1안테나기판(10)의 양단에 배열된 안테나소자(10a,10b)로 전달된 제1신호는, 제1안테나기판(10)에서 양방향 방사패턴으로 형성되는 안테나빔을 통해 양방향, 즉 열차의 정면 방향 및 후면 방향으로 전송(송신)될 것이다.
한편, 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 신호를 수신하는 수신측 관점에서 본다면, 제1신호분배부(11)는, 제1안테나기판(10)에서 안테나소자(10a,10b)에 의해 양방향 방사패턴으로 형성되는 안테나빔을 통해 양방향, 즉 열차의 정면 방향 및 후면 방향으로부터 수신한 제1신호를, 제1통신포트(1)를 통해 열차(미도시)로 출력한다.
이렇게 되면, 제1안테나기판(10)에서 형성한 양방향 안테나빔을 통해 수신한 제1신호는, 열차(미도시) 내 관제부(미도시)로 전달될 것이다.
이에, 제1안테나기판(10)에서, 양단의 안테나소자(10a,10b) 각각은 상호 180°위상 차이를 가지기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 상호 180°다른 양방향으로 안테나빔을 방사할 것이고(10a,10b), 이러한 안테나빔(10a,10b)은 안테나소자(10a,10b) 사이(예: 제1안테나기판(10) 가운데)에서 제1신호를 양단으로 분배/전달하는 제1신호분배부(11)에 의한 차단효과(반사효과) 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 안테나빔(10a,10b)이 합쳐진 양방향 방사패턴의 안테나빔(10a+10b)를 형성하게 된다.
한편, 제2신호분배부(21)는, 제2통신포트(2)를 통해 입력된 제2신호를 제2안테나기판(0)의 양단에 배열된 안테나소자(20a,20b)로 전달하여, 제2신호가 제2안테나기판(20)에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 한다.
구체적으로, 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 신호를 송신하는 송신측 관점에서 본다면, 제2신호분배부(21)는, 제2통신포트(2)를 통해 입력된 제2신호를 제2안테나기판(20)의 양단에 배열된 안테나소자(20a,20b)로 전달한다.
이렇게 되면, 제2안테나기판(20)의 양단에 배열된 안테나소자(20a,20b)로 전달된 제2신호는, 제2안테나기판(20)에서 양방향 방사패턴으로 형성되는 안테나빔을 통해 양방향, 즉 열차의 정면 방향 및 후면 방향으로 전송(송신)될 것이다.
한편, 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 신호를 수신하는 수신측 관점에서 본다면, 제2신호분배부(21)는, 제2안테나기판(20)에서 안테나소자(20a,20b)에 의해 양방향 방사패턴으로 형성되는 안테나빔을 통해 양방향, 즉 열차의 정면 방향 및 후면 방향으로부터 수신한 제2신호를, 제2통신포트(2)를 통해 열차(미도시)로 출력한다.
이렇게 되면, 제2안테나기판(20)에서 형성한 양방향 안테나빔을 통해 수신한 제2신호는, 열차(미도시) 내 관제부(미도시)로 전달될 것이다.
이에, 제1안테나기판(20)에서, 양단의 안테나소자(20a,20b) 각각은 상호 180°위상 차이를 가지기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 상호 180°다른 양방향으로 안테나빔을 방사할 것이고(20a,20b), 이러한 안테나빔(20a,20b)은 안테나소자(20a,20b) 사이(예: 제2안테나기판(20) 가운데)에서 제2신호를 양단으로 분배/전달하는 제2신호분배부(21)에 의한 차단효과(반사효과) 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 안테나빔(20a,20b)이 합쳐진 양방향 방사패턴의 안테나빔(20a,20b)를 형성하게 된다.
정리하면, 본 발명에서는, 독립적인 양방향 안테나로서 동작하는 2개의 안테나기판(10,20)을 단일의 안테나장치(양방향 MIMO 안테나장치(100)) 내에 구현함으로써, 다수의 신호(제1신호, 제2신호)를 동시에 전송(송수신)하는 MIMO 통신 보다 구체적으로는 양방향 MIMO 통신을 가능하게 한다.
특히, 본 발명의 경우, 독립적인 양방향 안테나를 안테나기판(PCB) 형태로 구현함으로써, 안테나기판(PCB)이 갖는 장점 예컨대 내부 재질에 있어 가벼우며 특성 변화에 안정적인 성능을 가지는 장점으로 인해, 고속 이동하는 열차의 진동 등의 불안정한 환경에서도 신뢰성 높은 통신 품질을 유지할 수 있다.
이때, 본 발명에서는, 독립적인 양방향 안테나로서 동작하는 2개의 안테나기판(10,20)을 단일의 안테나장치(양방향 MIMO 안테나장치(100)) 내에 구현함에 따라 2개의 안테나기판(10,20)을 가까이 구현할 수 밖에 없는데, 이 경우 2개의 안테나기판(10,20) 각각에서 송수신하는 신호는 상호 심각한 간섭으로 작용하기 때문에, 안정적인 양방향 MIMO 통신을 지원하기 어려울 수 있다.
이에, 본 발명에서는, 2개의 안테나기판(10,20) 각각에서 송수신하는 신호 간 간섭을 경감시키기 위한 방안이 추가로 요구된다.
본 발명에서는, 이처럼 2개의 안테나기판(10,20) 각각에서 송수신하는 신호 간 간섭을, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 간 결합구조를 통해 경감시키고자 하며, 이는 후술의 결합구조부(30)에서 실현된다.
결합구조부(30)는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 편파가 상호 특정 각도를 가지도록 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬 대향 구조로 결합하여, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 전송되는 제1신호 및 제2신호 간 신호 간섭을 경감시킬 수 있게 한다.
즉, 결합구조부(30)는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 간 결합구조를, 비스듬 대향 구조로 결합하는 구조로 실현함으로써, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 전송(송수신)되는 제1신호 및 제2신호 간 신호 간섭을 경감시키고자 한다.
이때, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하되, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 중 어느 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 상향 (+)45°가 되고 나머지 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 하향(-)45°가 되도록, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 상호 비스듬하게 결합하는 구조이다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 간 결합구조(비스듬 대향 구조)를 보다 구체적으로 설명하겠다.
우선, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하도록 하는 구조를 갖는다.
즉, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)이 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성하기 위한 구조가 동일하다는 전제 하에, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)는 비스듬히 대향되면 즉 마주보게 되면 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일해질 것이다.
이에, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬히 대향되게 즉 마주보게 하여, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하도록 한 구조를 갖는다.
더 구체적으로 예를 들자면, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 도 4의 측면도에 도시된 바와 같이, 1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬히 대향되게 즉 마주보게 하여, 제1안테나기판(10)의 일면과 제2안테나기판(20)의 일면을 접합할 수도 있다.
즉, 도 4에 도시된 측면도의 실시예에 따르면, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬히 대향되게 즉 마주보게 하여 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하도록 한 구조에서, 제1안테나기판(10)의 일면과 제2안테나기판(20)의 일면 만을 접합하는 구조를 갖는 것이다.
물론, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20)을 비스듬히 대향되게 즉 마주보게 하여, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하도록 한 구조라면, 제1안테나기판(10)의 일면과 제2안테나기판(20)의 일면을 접합하지 않아도 무방하다.
아울러, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 중 어느 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 상향 (+)45°가 되고 나머지 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 하향(-)45°가 되도록 하는 구조를 갖는다.
즉, 도 4에 도시된 측면도의 실시예에 따르면, 결합구조부(30)에서 실현되는 비스듬 대향 구조는, 제1안테나기판(10)에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 상향 (+)45°가 되고 제2안테나기판(20)에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 하향 (-)45°가 되도록 하는 구조를 갖는 것이다.
이에, 본 발명의 경우, 2 개의 안테나기판(10,20)을 가까이 구현할 수 밖에 없는 단일의 안테나장치(양방향 MIMO 안테나장치(100))에서, 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 간 결합구조(비스듬 대향 구조)를 통해 제1안테나기판(10) 및 제2안테나기판(20) 각각에서 전송(송수신)하는 신호 간 간섭을 경감시키고, 따라서 안정적인 양방향 MIMO 통신을 가능하게 한다.
즉, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)를 열차에 설치하게 되면, 열차가 고속 이동 중인 환경에 노출되더라도 안정적인 양방향 MIMO 통신이 가능해짐에 따라 통신 품질 역시 안정적으로 유지할 수 있다.
특히 중요한 점은, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는 이동체 즉 열차의 도체면(지붕)에 설치되는 특이한 환경적 배경이 전제되는데, 안테나빔의 방사패턴은 도체면에서 변형이 올 수 있다는 점이다.
이 점을 감안하여, 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 전술한 바와 같이 양 안테나기판(10,20) 사이의 신호 간 간섭을 경감시키는 비스듬 대향 구조에서 특징적으로 (+)45°및 (-)45°편파로 양 안테나기판(10,20)을 결합하고 있으며, (+)45°및 (-)45°편파로 양 안테나기판(10,20)을 결합한 비스듬 대향 구조로 인해 양방향 MIMO 안테나장치(100)가 이동체 즉 열차의 도체면(지붕)에 설치되더라도 안테나빔의 방사패턴 변형없이 안정적으로 안테나 성능을 가질 수 있다.
한편, 도 4에서 식별번호 6은 안테나기판지지대, 식별번호 8은 이동체의 도체면(미도시)에 양방향 MIMO 안테나장치(100)를 설치하기 위한 설치치치대, 도 5에서 식별번호 7은 안테나기판을 보호하기 위한 레이돔이다.
그리고, 전술에서 설명한 본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치(100)는, 로그 안테나(Log Antenna) 또는 야기 안테나(Yagi Antenna) 구조를 포함할 수 있다.
즉, 양 안테나기판(10,20)의 양단에 배열된 각 안테나소자는, 주기적인 다이폴 복사소자 배열을 통해 광대역 및 지향성 방사 특성을 가지는 로그 안테나 구조로 구비될 수 있고, 또는 다이폴 복사소자 전/후방에 도파기/반사기를 배열하여 우수한 지향성 방사 특정을 가지는 야기 안테나 구조로 구비될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치(100)를 제안함으로써, SISO 안테나를 다수 개 설치(구비)해야 하던 기존 대비, 안테나 설치에 따른 비용 및 시간 측면에서 절감 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은, 철도 통신망(LTE-R)에 적합한 새로운 형태의 양방향 MIMO 안테나장치(100)를 제안함으로써, 고속으로 이동하는 열차에서도 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하게 하는 효과를 도출한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명의 양방향 MIMO 안테나장치에 따르면, 철도 통신망(LTE-R)에서 단일 안테나장치(양방향 MIMO 안테나장치) 만으로도, 고속으로 이동하는 열차에서 안정적인 양방향의 MIMO 통신이 가능하도록 하는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
1,2: 제1,제2통신포트
6 : 안테나기판지지대
7 : 레이돔
8 : 설치지지대
10 : 제1안테나기판
10a,10b : 안테나소자 11 : 제1신호분배부
20 : 제2안테나기판
20a,20b : 안테나소자 21 : 제2신호분배부
30 : 결합구조부

Claims (5)

  1. 이동체의 도체면에 설치되는 안테나장치에 있어서,
    양단에 대칭 배열된 안테나소자에 의해 양방향 방사패턴의 안테나빔을 형성하는 제1안테나기판 및 제2안테나기판;
    각기 다른 신호를 입출력하기 위한 제1통신포트 및 제2통신포트;
    상기 제1통신포트를 통해 입력된 제1신호를 상기 제1안테나기판의 양단에 배열된 안테나소자로 전달하여, 상기 제1신호가 상기 제1안테나기판에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제1신호분배부;
    상기 제2통신포트를 통해 입력된 제2신호를 상기 제2안테나기판의 양단에 배열된 안테나소자로 전달하여, 상기 제2신호가 상기 제2안테나기판에서 형성되는 안테나빔을 통해 양방향으로 전송되도록 하는 제2신호분배부;
    상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 형성되는 안테나빔의 편파가 상호 특정 각도를 가지도록 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판을 비스듬 대향 구조로 결합하여, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 전송되는 상기 제1신호 및 제2신호 간 신호 간섭을 경감시킬 수 있는 결합구조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 MIMO 안테나장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스듬 대향 구조는,
    상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 형성되는 안테나빔의 양방향이 동일하되, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 중 어느 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 상향 (+)45°가 되고 나머지 하나에서 형성되는 안테나빔의 편파가 수평면 기준 하향(-)45°가 되도록, 상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판을 상호 비스듬하게 결합하는 구조인 것을 특징으로 하는 양방향 MIMO 안테나장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1안테나기판 및 제2안테나기판 각각에서 양단에 대칭 배열된 안테나소자는,
    안테나기판 윗면의 양단에 배열된 안테나소자 및 안테나기판 아랫면의 양단에 배열된 안테나소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 MIMO 안테나장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나소자는,
    다이폴 복사소자인 것을 특징으로 하는 양방향 MIMO 안테나장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 양방향 MIMO 안테나장치는,
    로그 안테나(Log Antenna) 또는 야기 안테나(Yagi Antenna) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 MIMO 안테나장치.
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