KR20210093136A - 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이를 이용하여 빔들의 공간-편파 분리를 구현하는 fdd 방식의 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이를 이용하여 빔들의 공간-편파 분리를 구현하는 FDD 방식의 안테나 장치를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 빔(beam)들의 공간-편파 분리를 구현하는 FDD(frequency division duplexing) 방식의 안테나 장치로서, 서로 같은 편파 방향을 가지며 제1신호경로를 공유하는 제1방사소자들, 상기 제1방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제2신호경로를 공유하는 제2방사소자들, 상기 제2방사소자들과 45도의 편파 방향 차이를 가지며 제3신호경로를 공유하는 제3방사소자들 및, 상기 제3방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제4신호경로를 공유하는 제4방사소자들을 포함하는, 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이; 상기 제1신호경로의 신호를 필터링하는 제1필터, 상기 제2신호경로의 신호를 필터링하는 제2필터, 상기 제3신호경로의 신호를 필터링하는 제3필터 및, 상기 제4신호경로의 신호를 필터링하는 제4필터를 포함하는, 필터부; 및 상기 제1방사소자들 및 상기 제2방사소자들을 통해 방사되는 제1빔과 상기 제3방사소자들 및 상기 제4방사소자들을 통해 방사되는 제2빔이 공간 상에서 분리되도록, 상기 필터링된 신호들의 위상을 설정하는 위상 설정 모듈을 포함하고, 상기 제1빔과 상기 제2빔은, 서로 다른 편파 방향을 가지는, 안테나 장치를 제공한다.

Description

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이를 이용하여 빔들의 공간-편파 분리를 구현하는 FDD 방식의 안테나 장치{FREQUENCY DIVISION DUPLEXING TYPE ANTENNA APPARATUS FOR SPATIAL-POLARIZATION SEPARATION OF BEAMS USING QUADRUPLE POLARIZED ANTENNA MODULE}

본 발명은 주파수 분할 듀플렉싱에 이용되는 4중 편파 안테나 모듈 및 이를 이용하여 빔-패턴을 공간적으로 분리하는 안테나 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

하나의 전송선이나 안테나를 이용하여 송수신신호를 함께 공유하는 방법으로 주파수 분할 듀플렉싱(FDD: frequency-division duplexing) 방식과 시분할 듀플렉싱(TDD: Time-division duplexing) 방식이 이용되고 있다.

FDD 방식의 안테나는 다중 경로에 의한 페이딩(fading) 영향을 감소시키고, 편파 다이버시티(diversity) 기능을 수행하기 위해, 2중 편파 안테나 모듈로 설계되는 것이 일반적이다. 또한, FDD 방식의 안테나는 복수 개의 2중 편파 안테나 모듈들이 어레이된 형태를 가질 수 있으며, 2중 편파 안테나 모듈들 각각은 복수 개의 안테나 소자들(방사소자들)을 포함할 수 있다.

FDD 방식의 2중 편파 안테나 모듈 어레이에 대한 일 예가 도 1에 나타나 있다. 도 1에서, 화살표 각각은 방사소자를 나타내며, 화살표의 방향은 각 방사소자의 편파 방향을 나타낸다. 좌측의 2중 편파 안테나 모듈(제1안테나 모듈)과 우측의 2중 편파 안테나 모듈(제2안테나 모듈) 각각에 포함된 방사소자들 중에서, 어느 하나는 +45도의 각도로 배치되며, 다른 하나는 -45도의 각도로 배치될 수 있다. 즉, 방사소자들은 서로 직교 또는 수직하는 편파 방향을 가질 수 있다.

2T2R인 제1안테나 모듈은 다이플렉서(제1다이플렉서 및 제2다이플렉서)를 이용하여 송수신 신호(Tx1, Rx1, Tx2 및 Rx2) 각각을 분리함으로써 FDD 방식을 구현할 수 있다. 제2안테나 모듈과, 제2안테나 모듈의 송수신 신호를 각각 분리하여 처리하는 제3다이플렉서 및 제4다이플렉서(미도시)을 추가적으로 구성하면, 2T2R 이상의 송수신 신호 처리를 구현할 수 있다.

그러나, 제1안테나 모듈과 제2안테나 모듈 간의 격리도(isolation)를 확보하고 빔포밍의 최적 조건을 달성하기 위해서는, 제1안테나 모듈과 제2안테나 모듈이 미리 설정된 중심 간 거리(d, 예를 들어 0.5λ)를 두고 배치될 필요성이 있다. 제한된 공간 내에서 제1안테나 모듈과 제2안테나 모듈을 미리 설정된 중심 간 거리를 확보한 상태에서 배치해야 하므로, 제2안테나 모듈을 위한 제3다이플렉서와 제4다이플렉서를 추가적으로 배치하는 데 어려움이 있다.

만약, 다이플렉서 자체의 사이즈가 증가하는 경우에는 제3다이플렉서와 제4다이플렉서의 추가적인 배치를 위한 공간 부족의 문제가 더욱 심화될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, FDD 방식의 경우, PCS(personal communications service) 통신에 이용되는 송신 주파수(f₂) 대역(PCS Tx)과 수신 주파수(f₁) 대역(PCS Rx) 사이가 거리가 매우 좁은 구간(w)이 존재할 수 있다. 이와 같은 경우, 다이플렉서는 w에서의 스커트 특성을 확보하기 위해, 더욱 많은 개수의 공진기를 포함하도록 구성되어야 하므로, 다이플렉서의 사이즈가 증가하게 되고, 이로 인하여 다이플렉서의 추가 배치를 위한 공간의 부족 문제가 더욱 심화될 수 있다.

한편, 도 1에 표현된 2중 편파 안테나 모듈 어레이를 통한 빔-포밍(빔-패턴)을 나타내면 도 3과 같다. 제1안테나 모듈에 의해 방사되는 빔을 점선 파형으로 나타내었으며, 제2안테나 모듈에 의해 방사되는 빔을 이점 쇄선 파형으로 나타내었다.

도 3을 통해 알 수 있는 것과 같이, 2중 편파 안테나 모듈 어레이로부터 방사되는 빔들은 wide 빔 형태를 가지며, wide 빔 형태의 빔은 주변 환경에 의해 SNR(signal to noise ratio)이 저하되어 먼 지점까지 신호를 전송하기 어려운 한계를 가지고 있다.

종래 방법은 2중 편파 안테나 모듈 어레이 내 방사소자들을 커플링하여(신호 경로를 공유하여) 동일 주파수의 신호(동일 편파의 신호)에 대해 공간(섹터)을 분리함으로써, 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 예를 들어, 종래 방법은 동일 주파수의 신호를 3개(도 4 (a)) 또는 6개(도 4 (b))의 공간으로 분리하여 빔-포밍하였다. 그러나, 이와 같은 방법은 서로 같은 편파를 가지는 빔들이 인접한 위치에 배치되므로 각 빔들 간의 상관관계가 높아져 통신 품질이 저하되는 문제점을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 안테나 모듈의 구조적 변경을 통해 안테나 모듈 자체의 사이즈를 감소시키고, 이를 통해 다이플렉서 또는 필터의 배치를 위한 충분한 공간을 확보하는 데 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예는, 안테나 모듈 어레이를 통해 방사되는 빔들을 공간적으로 분리시키고, 인접한 빔들 간의 편파를 서로 다르게 설정함으로써, 빔들 간의 상관관계를 감소시켜 통신 품질을 향상시킬 수 있는 안테나 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 빔(beam)들의 공간-편파 분리를 구현하는 FDD(frequency division duplexing) 방식의 안테나 장치로서, 서로 같은 편파 방향을 가지며 제1신호경로를 공유하는 제1방사소자들, 상기 제1방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제2신호경로를 공유하는 제2방사소자들, 상기 제2방사소자들과 45도의 편파 방향 차이를 가지며 제3신호경로를 공유하는 제3방사소자들 및, 상기 제3방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제4신호경로를 공유하는 제4방사소자들을 포함하는, 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이; 상기 제1신호경로의 신호를 필터링하는 제1필터, 상기 제2신호경로의 신호를 필터링하는 제2필터, 상기 제3신호경로의 신호를 필터링하는 제3필터 및, 상기 제4신호경로의 신호를 필터링하는 제4필터를 포함하는, 필터부; 및 상기 제1방사소자들 및 상기 제2방사소자들을 통해 방사되는 제1빔과 상기 제3방사소자들 및 상기 제4방사소자들을 통해 방사되는 제2빔이 공간 상에서 분리되도록, 상기 필터링된 신호들의 위상을 설정하는 위상 설정 모듈을 포함하고, 상기 제1빔과 상기 제2빔은, 서로 다른 편파 방향을 가지는, 안테나 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 방사소자들의 신호경로들을 커플링시키고, 커플링된 신호경로 각각에 필터를 연결하므로, 종래 다이플렉서의 추가 배치를 위한 공간 부족의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 물리적으로 구분된 2중 편파 안테나 모듈들이 하나의 4중 편파 안테나 모듈로 단일화되므로, 면적의 감소는 물론 제작, 설치, 유지 보수 등의 편의성이 제공될 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면, narrow 빔을 방사할 수 있으므로 안테나의 이득을 향상시킬 수 있으며, 빔들을 공간 상에서 다양한 방향으로 분리할 수 있으므로 커버리지를 확장시킬 수 있고, 빔들의 편파 분리를 통해 빔들 간의 상관관계를 감소시킬 수 있으므로 통신 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 2중 편파 안테나 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 종래 2중 편파 안테나 장치를 통해 방사되는 빔들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 4중 편파 안테나 모듈에 대한 다양한 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 11은 4중 편파 안테나 모듈 어레이 및 4중 편파 안테나 장치에 대한 다양한 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 4중 편파 안테나 모듈 어레이에 대한 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 15는 공간-편파 분리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서는 1) 공간 효율성을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 및 2) 필터들의 추가적인 배치가 가능한 공간 확보를 위한 안테나 모듈의 구조, 3) 빔들의 공간-편파 분리가 가능한 안테나 장치가 제안된다.

실시예 1

실시예 1에서는 공간 효율성을 향상시킬 수 있는 4중(쿼드) 편파 안테나 모듈(500)이 제안된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 쿼드 편파 안테나 모듈(500)은 제1방사소자 모듈(510) 및 제2방사소자 모듈(520)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1방사소자 모듈(510)은 상호 간에 직교 또는 수직하는 편파 방향을 가지는 두 개의 방사소자들(512, 514)을 포함하여 구성될 수 있다. 제2방사소자 모듈(520)도 상호 간에 직교 또는 수직하는 편파 방향을 가지는 두 개의 방사소자들(522, 524)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 '직교' 또는 '수직'이란, 방사소자들의 편파 방향이 정확하게 90도의 각도 차를 가지는 경우와, 90±θ의 각도 차를 가지는 경우를 모두 포함할 수 있다. θ는 안테나 모듈의 제작 공정에서의 오차, 다른 안테나 모듈과의 상관관계(correlation) 정도, 빔 포밍 방향의 조절 필요성 등에 따라 가변될 수 있다.

제1방사소자 모듈(510)에 포함되는 두 개의 방사소자들(512, 514) 중에서, 어느 하나를 제1방사소자(512)로 지칭하고, 다른 하나를 제2방사소자(514)로 지칭하도록 한다. 제2방사소자(514)는 제1방사소자(512)의 편파 방향과 직교 또는 수직하는 편파 방향을 가지도록 설정될 수 있다.

제2방사소자 모듈(520)에 포함되는 두 개의 방사소자들(522, 524) 중에서, 어느 하나를 제3방사소자(522)로 지칭하고, 다른 하나를 제4방사소자(524)로 지칭하도록 한다. 제3방사소자(522)는 제1방사소자(512)의 편파 방향과 45도의 편파 방향 차이를 가지도록 설정될 수 있다.

제4방사소자(524)는 제3방사소자(522)의 편파 방향과 직교 또는 수직하는 편파 방향을 가지도록 설정될 수 있다. 제2방사소자(514)는 제1방사소자(512)와 직교 또는 수직하는 편파 방향 관계를 가지며, 제1방사소자(512)는 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)와 45도의 편파 방향 관계를 가지고, 제4방사소자(524)가 제3방사소자(522)와 직교 또는 수직하는 편파 방향 관계를 가진다. 따라서, 제4방사소자(524)는 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)와 45도의 편파 방향 관계를 가질 수 있다.

여기서, '45도의 편파 방향 관계'란, 방사소자들이 정확하게 45도의 편파 방향 차이를 가지는 경우와, 45±θ의 편파 방향 차이를 가지는 경우를 모두 포함할 수 있다. θ는 안테나 모듈의 제작 공정에서의 오차, 다른 안테나 모듈과의 상관관계 정도, 빔 포밍 방향의 조절 필요성 등에 따라 가변될 수 있다.

실시형태에 따라, 방사소자들(512, 514, 522, 524)의 편파 방향은 다양할 수 있다. 예를 들어, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514) 각각이 +45도와 -45도의 편파 방향을 가지고, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524) 각각이 vertical 및 horizontal의 편파 방향을 가질 수 있다. 다른 예로, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514) 각각이 vertical 및 horizontal의 편파 방향을 가지고, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524) 각각이 +45도와 -45도의 편파 방향을 가질 수 있다.

FDD 방식의 구현을 위해 방사소자들(512, 514, 522, 524) 각각은 신호의 송신 또는 수신에 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514) 중에서, 어느 하나(제1방사소자)가 송신 라인(Tx1)과 연결되어 신호의 송신에 이용되고 다른 하나(제2방사소자)가 수신 라인(Rx2)과 연결되어 신호의 수신에 이용될 수 있다. 또한, 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524) 중에서, 어느 하나(제3방사소자)가 송신 라인(Tx2)과 연결되어 신호의 송신에 이용되고 다른 하나(제4방사소자)가 수신 라인(Rx1)과 연결되어 신호의 수신에 이용될 수 있다.

이하에서는 쿼드 편파 안테나 모듈(500)의 면적 효율성을 향상시킬 수 있는 실시예들에 대해 설명하도록 한다. 아래 실시예들에서는, 제1방사소자(512) 및 제3방사소자(522)가 신호의 송신에 이용되고, 제2방사소자(514) 및 제4방사소자(524)가 신호의 수신에 이용되는 것으로 가정한다.

실시예 1-1

실시예 1-1은 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)가 제2방사소자 모듈(520)의 주변에 배치되는 실시예이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1방사소자(512)는 제2방사소자 모듈(520)의 상측(상측 주변)에 배치되거나(도 5 (a) 및 (b)), 제2방사소자 모듈(520)의 하측(하측 주변)에 배치될 수 있다(도 5 (c) 및 (d)). 제2방사소자 모듈(520)의 상측 또는 하측에 배치된 제1방사소자(512)는 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)와 ±45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

제2방사소자(514)는 제2방사소자 모듈(520)의 좌측(좌측 주변)에 배치되거나(도 5 (a) 및 (c)), 제2방사소자 모듈(520)의 우측(우측 주변)에 배치될 수 있다(도 5 (b) 및 (d)). 제2방사소자 모듈(520)의 좌측 또는 우측에 배치된 제2방사소자(514)는 제1방사소자(512)와 직교 또는 수직하는 편파 방향 차이를 가지며, 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)와 ±45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

실시예 1-2

실시예 1-2는 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)가 제1방사소자 모듈(510)의 주변에 배치되는 실시예이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제3방사소자(522)는 제1방사소자 모듈(510)의 좌상측(좌상측 주변)에 배치되거나(도 6 (a) 및 (b)), 제1방사소자 모듈(510)의 우하측(우하측 주변)에 배치될 수 있다(도 6 (c) 및 (d)). 제1방사소자 모듈(510)의 좌상측 또는 우하측에 배치된 제3방사소자(522)는 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)와 ±45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

제4방사소자(524)는 제1방사소자 모듈(510)의 좌하측(좌하측 주변)에 배치되거나(도 6 (a) 및 (c)), 제1방사소자 모듈(510)의 우상측(우상측 주변)에 배치될 수 있다(도 6 (b) 및 (d)). 제1방사소자 모듈(510)의 좌하측 또는 우상측에 배치된 제4방사소자(524)는 제3방사소자(522)와 직교 또는 수직하는 편파 방향 차이를 가질 수 있으며, 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)와 ±45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

실시예 1-1 및 1-2에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 쿼드 편파 안테나 모듈(500)은 제2방사소자 모듈(520)이 점유하는 영역(도 5의 실선 박스) 내에 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)가 배치되도록 구성되거나, 제1방사소자 모듈(510)이 점유하는 영역(도 6의 실선 박스) 내에 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)가 배치되도록 구성될 수 있다.

따라서, 실시예 1-1 및 1-2에 의하면, 두 개의 방사소자 모듈들이 물리적으로 구분되어 배치되는 종래 안테나 모듈에 비해, 더욱 향상된 면적 효율성이 제공될 수 있다. 또한, 면적 효율성의 향상은 제작, 설치, 유지 보수 등의 편의성으로 이어질 수 있다.

실시예 1-1에서, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)는 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)는 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 또한, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)는 각각의 중심이 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 이와 같은 경우, 제2방사소자 모듈(520)이 점유하는 영역(도 5의 실선 박스)의 면적이 최소가 되어, 면적 효율성이 더욱 증대될 수 있다.

실시예 1-2에서, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)는 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)는 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 또한, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)는 각각의 중심이 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 이와 같은 경우, 제1방사소자 모듈(510)이 점유하는 영역(도 6의 실선 박스)의 면적이 최소가 되어, 면적 효율성이 더욱 증대될 수 있다.

실시예 1-3

실시예 1-3은 제1방사소자(512) 및 제2방사소자(514)가 서로 교차하도록 배치되며, 제3방사소자(522) 및 제4방사소자(524)도 서로 교차하도록 배치되는 실시예이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)는 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)가 서로 교차하는 지점 또는 포인트를 '제1교차점(710)'이라 지칭하도록 한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)는 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)가 서로 교차하는 지점 또는 포인트를 '제2교차점(720)'이라 지칭하도록 한다.

쿼드 편파 안테나 모듈(500)이 점유하는 면적(도 7의 실선 박스)은 제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리가 증가할수록 쿼드 편파 안테나 모듈(500)이 점유하는 면적이 증가하고, 제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리가 감소할수록 쿼드 편파 안테나 모듈(500)이 점유하는 면적이 감소할 수 있다.

종래 방법(두 개의 방사소자 모듈들이 물리적으로 구분되어 배치)에 비해 더욱 향상된 면적 효율성을 제공하기 위해서는, 제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리가 방사소자 하나의 길이 이하인 것이 바람직하다.

제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리가 방사소자 하나의 길이 이하라면, 제1교차점(710)과 제2교차점(720) 사이의 거리는 설계자의 의도나 안테나 모듈 어레이를 구성하는 다른 안테나 모듈과의 배치 관계 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

면적 효율성의 극대화를 위해서는 제1교차점(710)과 제2교차점(720)이 서로 같은 위치에 자리할 수도 있다. 즉, 제1방사소자(512)와 제2방사소자(514)가 각각의 중심이 서로 교차(제1교차점)하도록 배치되며, 제3방사소자(522)와 제4방사소자(524)도 각각의 중심이 서로 교차(제2교차점)하도록 배치되고, 제1교차점(710)과 제2교차점(720)이 서로 같은 위치에 자리한다면, 면적 효율성이 극대화될 수 있다.

실시예 2

실시예 2에서는 필터들을 추가적으로 배치하기 위한 충분한 공간을 확보할 수 있으며, 공간-편파 분리를 구현할 수 있는 안테나 장치가 제안된다.

앞서 설명된 바와 같이, 종래의 2중 편파 안테나 모듈 어레이로부터 방사되는 빔들은 낮은 안테나 이득을 가지는 wide 빔 형태로 나타나므로, 먼 지점까지 신호를 전송하기가 어렵다. 안테나 모듈들을 어레이 형태로 배치하고 방사소자들의 신호 경로를 커플링시키면 narrow 빔 형태를 도출할 수 있어 먼 지점까지의 신호 전송이 가능할 수 있으나, 아래와 같은 문제점들이 발생할 수 있다.

1) 안테나 모듈들 간의 격리도를 확보하고 빔포밍의 최적 조건을 달성하기 위해 안테나 모듈들을 미리 설정된 중심 간 거리를 가지도록 배치해야 하는 데, 이 안테나 모듈들에 연결되는 다이플렉서들을 배치하기 위한 충분한 공간을 확보하기가 어렵다.

2) 사이즈 증가 - narrow 빔 형태를 도출하기 위해 복수 개의 방사소자들 또는 복수 개의 안테나 모듈들을 배치해야 하므로, 안테나의 사이즈가 증가되어 면적 효율성이 저하된다.

3) 인접한 빔들 간에 겹침이 발생하여 빔들의 편파 간 상관관계가 높아져 통신 품질이 저하된다.

본 명세서에서는 위와 같은 종래 안테나 장치의 문제점들을 모두 해결할 수 있는 새로운 안테나 장치를 제안하고자 한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 장치는 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800), 필터부(870) 및 위상 설정 모듈(880)을 포함하여 구성될 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)는 자체에 포함된 방사소자들을 이용하여 복수 개의 빔들을 방사하는 구성에 해당한다. 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)를 통해 방사되는 빔들은 narrow 빔 형태를 가질 수 있으며, 이 빔들 중에서 서로 인접하는 두 개의 빔들은 서로 다른 편파 방향을 가질 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)는 복수 개의 쿼드 편파 안테나 모듈들을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서는 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)가 두 개의 쿼드 편파 안테나 모듈을 포함하여 구성되는 것으로 가정하며, 이들 중에서 어느 하나를 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)로 지칭하고, 다른 하나를 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)로 지칭하도록 한다.

제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)과 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)은 모듈들(810, 820) 간의 격리도를 확보하고 빔포밍의 최적 조건을 달성하기 위해 미리 설정된 중심 간 거리(d, 예를 들어 0.5λ)를 두고 배치될 수 있다.

제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)은 제1 내지 제4방사소자(832, 842, 852, 862)를 포함하여 구성될 수 있다.

제2방사소자(842)는 제1방사소자(832)에 직교하는 편파 방향을 가지며, 제3방사소자(852)는 제1방사소자(832) 및 제2방사소자(842)의 편파 방향과 45도의 편파 방향 차이를 가지고, 제4방사소자(862)는 제3방사소자(852)에 직교하는 편파 방향을 가질 수 있다. 제3방사소자(852)와 제4방사소자(862)는 서로 직교하는 편파 방향을 가지므로, 제4방사소자(862)도 제3방사소자(852)와 마찬가지로 제1방사소자(832) 및 제2방사소자(842)의 편파 방향과 45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)은 제5 내지 제8방사소자(834, 844, 854, 864)를 포함하여 구성될 수 있다.

제5방사소자(834)는 제1방사소자(832)와 같은 편파 방향을 가지며, 제6방사소자(844)는 제2방사소자(842)와 같은 편파 방향을 가지고, 제7방사소자(854)는 제3방사소자(852)와 같은 편파 방향을 가지며, 제8방사소자(864)는 제4방사소자(862)와 같은 편파 방향을 가질 수 있다.

따라서, 제6방사소자(844)는 제5방사소자(834)에 직교하는 편파 방향을 가지며, 제7방사소자(854)는 제5방사소자(834) 및 제6방사소자(844)의 편파 방향과 45도의 편파 방향 차이를 가지고, 제8방사소자(864)는 제7방사소자(854)에 직교하는 편파 방향을 가질 수 있다. 제7방사소자(854)와 제8방사소자(864)는 서로 직교하는 편파 방향을 가지므로, 제8방사소자(864)도 제7방사소자(854)와 마찬가지로 제5방사소자(834) 및 제6방사소자(844)의 편파 방향과 45도의 편파 방향 차이를 가질 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)에 포함된 방사소자들 중에서 서로 같은 편파 방향을 가지는 방사소자들은 신호 경로가 커플링될 수 있다. 예를 들어, 제1방사소자(832)와 제5방사소자(834)는 제1신호경로(Tx1)를 공유하도록 커플링될 수 있으며, 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844)도 제2신호경로(Rx2)를 공유하도록 커플링될 수 있다. 또한, 제3방사소자(852)와 제7방사소자(854)는 제3신호경로(Tx2)를 공유하도록 커플링될 수 있으며, 제4방사소자(862)와 제8방사소자(864)도 제4신호경로(Rx1)를 공유하도록 커플링될 수 있다. 신호 경로가 커플링된 방사소자들을 통해 방사되는 빔들은 narrow 빔 형태를 가질 수 있다.

여기서, 제1신호경로(Tx1)를 통해 커플링된 제1방사소자(832)와 제5방사소자(834)를 '제1방사소자들 또는 제1방사소자 쌍(830)'으로 지칭할 수 있으며, 제2신호경로(Rx2)를 통해 커플링된 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844)를 '제2방사소자들 또는 제2방사소자 쌍(840)'으로 지칭할 수 있다. 또한, 제3신호경로(Tx2)를 통해 커플링된 제3방사소자(852)와 제7방사소자(854)를 '제3방사소자들 또는 제3방사소자 쌍(850)'으로 지칭할 수 있으며, 제4신호경로(Rx1)를 통해 커플링된 제4방사소자(862)와 제8방사소자(864)를 '제4방사소자들 또는 제4방사소자 쌍(860)'으로 지칭할 수 있다.

방사소자를 통해 방사되는 빔들은 자신이 방사된 방사소자의 편파 방향(자신이 방사된 방사소자에 설정되어 있는 편파 방향)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1방사소자들(830)을 통해 방사되는 빔은 horizontal의 편파 방향을 가질 수 있으며, 제2방사소자들(840)을 통해 방사되는 빔은 vertical의 편파 방향을 가질 수 있다. 또한, 제3방사소자들(850)을 통해 방사되는 빔은 -45도의 편파 방향을 가질 수 있으며, 제4방사소자들(860)을 통해 방사되는 빔은 -45도의 편파 방향을 가질 수 있다. 여기서, ±45도의 편파 방향을 가지는 빔들을 제1빔으로 지칭할 수 있으며, vertical의 편파 방향을 가지는 빔과 horizontal의 편파 방향을 가지는 빔을 제2빔(V/H)으로 지칭할 수 있다.

필터부(870)는 신호경로들(Tx1, Tx2, Rx1, Rx2) 각각을 통해 이동하는 신호들을 미리 설정된 주파수 대역으로 필터링할 수 있다. 필터부(870)는 제1필터(872), 제2필터(874), 제3필터(876) 및 제4필터(878)를 포함하여 구성될 수 있다. 필터부(870)에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.

위상 설정 모듈(880)은 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)를 통해 방사되는 빔들이 공간 상에서 분리되도록, 필터링된 신호들 사이의 위상을 서로 다르게 설정할 수 있다. 위상 설정 모듈(880)은 phase shifter 등을 이용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, 위상 설정 모듈(880)은 제1신호경로(Tx1)와 제2신호경로(Rx2)를 통해 이동하는 신호들의 위상 및, 제3신호경로(Tx2)와 제4신호경로(Rx1)를 통해 이동하는 신호들 사이의 위상을 서로 다르게 설정할 수 있다. 제1신호경로(Tx1)와 제2신호경로(Rx2)를 통해 이동하는 신호들은 제1방사소자들(830)과 제2방사소자들(840)을 통해 제1빔으로 방사되고, 제3신호경로(Tx2)와 제4신호경로(Rx1)를 통해 이동하는 신호들은 제3방사소자들(850)과 제4방사소자들(860)을 통해 제2빔으로 방사되므로, 결과적으로 제1빔과 제2빔이 공간 상에서 서로 다른 위상으로 방사될 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)를 통해 방사되는 빔들은 자신이 방사된 방사소자의 편파 방향을 가진 상태로 방사되므로, 공간 상에서 서로 인접하는 두 개의 빔들은 서로 다른 편파를 가질 수 있다.

실시예 2-1: 충분한 공간 확보

실시예 2-1은 배치를 위한 공간을 충분히 확보할 수 있는 필터부(870)의 구조 또는 구성에 대한 실시예이다.

필터부(870)는 제1필터(872), 제2필터(874), 제3필터(876) 및 제4필터(878)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1필터(872)는 제1신호경로(Tx1)를 통해 이동하는 신호를 미리 설정된 주파수 대역으로 필터링할 수 있다. 제1필터(872)에 미리 설정된 주파수 대역은 제1방사소자들(830)을 통해 방사되는 신호의 주파수 대역일 수 있다. 제2필터(874)는 제2신호경로(Rx2)를 통해 이동하는 신호를 미리 설정된 주파수 대역으로 필터링할 수 있다. 제2필터(874)에 미리 설정된 주파수 대역은 제2방사소자들(840)을 통해 방사되는 신호의 주파수 대역일 수 있다.

제3필터(876)는 제3신호경로(Tx2)를 통해 방사되는 신호를 미리 설정된 주파수 대역으로 필터링할 수 있다. 제3필터(876)에 미리 설정된 주파수 대역은 제3방사소자들(850)을 통해 방사되는 신호의 주파수 대역일 수 있다. 제4필터(878)는 제4신호경로(Rx1)를 통해 이동하는 신호를 미리 설정된 주파수 대역으로 필터링할 수 있다. 제4필터(878)에 미리 설정된 주파수 대역은 제4방사소자들(860)을 통해 방사되는 신호의 주파수 대역일 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 종래 안테나 장치는 신호경로들 각각에 다이플렉서가 연결되며, 이 다이플렉서를 통해 송신신호와 수신신호를 분리함으로써 FDD 방식을 구현하도록 구성된다. 이와 달리, 본 발명의 안테나 장치는 도 8 내지 도 11에 나타낸 바와 같이 신호경로들을 신호의 송신에 이용되는 신호경로와 신호의 수신에 이용되는 신호경로로 구분하고, 각 신호경로에 필터를 연결하며, 이 필터들을 통해 송신신호 또는 수신신호를 필터링함으로써 FDD 방식을 구현하도록 구성된다.

본 발명의 안테나 장치에서 이용되는 필터는 종래 안테나 장치의 다이플렉서에 비해 작은 사이즈를 가지므로, 본 발명의 안테나 장치는 필터를 추가적으로 배치하기 위한 충분한 공간을 확보할 수 있다. 즉, 본 발명의 안테나 장치는 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)가 배치되는 면적을 증가시킬 필요 없이, 충분한 개수의 필터를 배치할 수 있다.

실시예 2-2: 면적 효율성 향상(안테나 사이즈 감소)

실시예 2-2는 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)의 사이즈를 감소시킴으로써 면적 효율성을 향상시킬 수 있는 방사소자들의 효율적인 배치 구조에 대한 실시예이다. 방사소자들의 효율적인 배치 구조로는 실시예 1에서 설명된 쿼드 편파 안테나 모듈의 배치 구조가 적용될 수 있다.

예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1방사소자들(830)은 제3방사소자들(850) 및 제4방사소자들(860)의 상측에 배치되고, 제2방사소자들(840)은 제3방사소자들(850) 및 제4방사소자들(860)의 우측 또는 좌측에 배치될 수 있다. 다른 예로, 제1방사소자들(830)은 제3방사소자들(850) 및 제4방사소자들(860)의 하측에 배치되고, 제2방사소자들(840)은 제3방사소자들(850) 및 제4방사소자들(860)의 우측 또는 좌측에 배치될 수 있다.

또 다른 예로, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제3방사소자들(850)은 제1방사소자들(830) 및 제2방사소자들(840)의 좌하측에 배치되고, 제4방사소자들(860)은 제1방사소자들(830) 및 제2방사소자들(840)의 좌상측 또는 우하측에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 제3방사소자들(850)은 제1방사소자들(830) 및 제2방사소자들(840)의 우상측에 배치되고, 제4방사소자들(860)은 제1방사소자들(830) 및 제2방사소자들(840)의 좌상측 또는 우하측에 배치될 수 있다.

또 다른 예로, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1방사소자들(830) 각각이 제2방사소자들(840) 각각과 서로 교차하도록 배치되고, 제3방사소자들(850) 각각이 제4방사소자들(860) 각각과 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 여기서, 제1방사소자들(830) 및 제2방사소자들(840)이 서로 교차하는 지점 또는 포인트를 제1교차점(1110)으로 지칭하고, 제3방사소자들(850) 및 제4방사소자들(860) 각각이 서로 교차하는 지점 또는 포인트를 제2교차점(1120)으로 지칭할 수 있다.

실시예 1-3에서와 마찬가지로, 제1교차점(1110)과 제2교차점(1120) 사이의 거리가 최소인 경우에 제1 및 제2쿼드 편파 안테나 모듈(810, 820)이 점유하는 면적의 효율성이 최대가 될 수 있다. 따라서, 면적 효율성의 극대화를 위해서는 제1교차점(1110)과 제2교차점(1120)이 서로 같은 위치에 자리할 수 있다.

한편, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)과 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)은 서로 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 쿼드 편파 안테나 모듈들(810, 820)은 수평(horizontal) 방향(가로 방향), 수직(vertical) 방향(세로 방향) 또는 대각선 방향으로 배치될 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈들(810, 820)이 수평 방향으로 배치되는 경우, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)이 좌측에 배치되고 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)이 우측에 배치되거나, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)이 우측에 배치되고 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)이 좌측에 배치될 수 있다.

쿼드 편파 안테나 모듈들(810, 820)이 수직 방향으로 배치되는 경우, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)이 상측에 배치되고 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)이 하측에 배치되거나, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)이 하측에 배치되고 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)이 상측에 배치될 수 있다. 이 경우, 방사소자들(830, 840, 850, 860) 중에서 수직 방향으로 배열되는 방사소자들은 수직 방향을 기준으로 서로 다른 위치 또는 서로 대칭되는 위치 또는 서로 반대되는 위치에 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)이 상측에 배치되고 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)이 하측에 배치되면, 제2방사소자들(840) 중에서 제1쿼드 편파 안테나 모듈(810)에 포함된 제2방사소자(842)와, 제2쿼드 편파 안테나 모듈(820)에 포함된 제6방사소자(844)가 수직 방향으로 배열된다.

이와 같은 경우, 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844)는 수직 방향을 기준으로 서로 다른 위치(서로 반대 위치)에 배치될 수 있다. 즉, 제2방사소자(842)가 제3방사소자(852) 및 제4방사소자(862)의 좌측에 배치되고 제6방사소자(844)가 제7방사소자(854) 및 제8방사소자(864)의 우측에 배치되거나, 제2방사소자(842)가 제3방사소자(852) 및 제4방사소자(862)의 우측에 배치되고 제6방사소자(844)가 제7방사소자(854) 및 제8방사소자(864)의 좌측에 배치에 배치될 수 있다.

수직 방향으로 배열되는 방사소자들이 수직 방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치되는 이유는, 충분한 이득을 가지는 narrow 빔(미리 설정된 방사 각도를 가지는 narrow 빔)을 형성하기 위함이다.

빔의 이득은 방사소자의 수평 방향 길이에 의존하는 데, 제1방사소자(832)와 제5방사소자(834)의 경우에는 수평 방향으로 배열되어 있어 그 자체로 충분한 이득을 가지는 narrow 빔을 방사할 수 있다. 그러나, 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844)는 수직 방향으로 배열되어 있어 수평 방향 길이가 매우 짧아 충분한 이득을 가지는 narrow 빔을 방사하기 어려울 수 있다.

따라서, 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844)를 서로 대칭되는 위치에 배치하여 제2방사소자(842)와 제6방사소자(844) 간의 거리 차를 방사소자의 수평 방향 길이로 활용하면, 충분한 이득을 가지는 narrow 빔을 형성할 수 있다.

실시예 2-3: 빔들 간의 상관관계 개선(공간-편파 분리)

실시예 2-3은 빔들 간의 상관관계를 개선하기 위해 빔들을 공간 상에서 분리하여 방사하고(공간 분리), 공간 상에서 분리된 빔들 중에서 서로 인접한 빔들 간의 편파를 다르게 설정(편파 분리)하는 방법이다.

위상 설정 모듈(880)은 빔들이 공간 상에서 서로 분리되도록, 입력된 신호들의 위상 또는 각도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 위상 설정 모듈(880)은 입력된 신호들(필터링된 신호들) 중에서, Tx1 및 Rx2로 입력되는 신호의 위상과 Tx2 및 Rx1로 입력되는 신호의 위상을 서로 다르게 설정할 수 있다.

서로 다른 위상으로 설정된 신호들은 방사소자들(830, 840, 850, 860)을 통해 방사되는 데, 이 때 각 방사소자들(830, 840, 850, 860)에 설정된 편파 방향을 가지는 빔 형태로 방사될 수 있다.

예를 들어, Tx1로 입력된 신호는 제1방사소자(832) 및 제5방사소자(834)에 의해 horizontal의 편파 방향을 가지는 빔으로 방사되며, Rx2로 입력된 신호는 제2방사소자(842) 및 제6방사소자(844)에 의해 vertical의 편파 방향을 가지는 빔으로 방사될 수 있다(제2빔). 또한, Tx2로 입력된 신호는 제3방사소자(852) 및 제7방사소자(854)에 의해 -45도의 편파 방향을 가지는 빔으로 방사되며, Rx1로 입력된 신호는 제4방사소자(862) 및 제8방사소자(864)에 의해 +45도의 편파 방향을 가지는 빔으로 방사될 수 있다(제1빔).

수평 방향 공간-편파 분리

위상 설정 모듈(880)은 입력된 신호들의 위상을 수평 방향으로 서로 다르게 설정할 수 있다. 신호들의 위상이 수평 방향으로 서로 다르게 설정되면, 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이(800)를 통해 방사되는 빔들이 공간 상에서 수평 방향으로 분리될 수 있다.

빔들의 수평 방향 공간-편파 분리에 대한 일 예가 도 13에 나타나 있다. ±45도의 편파 방향을 가지는 빔은 제1빔을 나타내며, V/H의 편파 방향을 가지는 빔은 제2빔을 나타낸다. 도 13을 보면, 본 발명의 안테나 장치에 의해, 서로 다른 편파 또는 편파 방향을 가지는 빔들(제1빔 및 제2빔)이 공간 상에서 수평 방향으로 분리되어 방사됨을 알 수 있다.

본 발명의 안테나 장치에 의해 공간-편파 분리된 빔들과 종래 안테나 장치에 의한 빔들 사이의 비교가 도 14에 나타나 있다.

도 14에서, 점선의 파형은 종래 안테나 장치에 의한 빔을 나타내며, 실선의 파형들 중에서 패턴으로 표현되지 않은 파형은 본 발명의 안테나 장치에 의한 제1빔(±45도)을 나타내고, 패턴으로 표현된 파형은 본 발명의 안테나 장치에 의한 제2빔(V/H)을 나타낸다.

도 14를 통해, 본 발명의 안테나 장치에 의하면, 빔들의 수평 방향 공간-편파 분리가 구현될 수 있으며, 종래 방법에 비해 더욱 향상된 안테나 이득이 도출될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 안테나 장치에 의하면, 섹터(공간)가 분리되므로 커버리지를 증가시키는 효과를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

나아가, 본 발명의 안테나 장치에 의해 방사되는 빔들 간에도 overlap되는 영역이 존재하나, 빔들 간의 편파가 서로 다르므로(편파 분리), 신호들 간의 상관관계 문제가 해소될 수 있음을 알 수 있다. 편파 분리에 의한 효과를 더욱 상세히 설명하는 도면이 도 15에 나타나 있다.

좌측으로부터 우측으로 나아가는 방향을 기준으로, 첫 번째 빔은 ±45도의 편파 방향을 가지고 두 번째 빔은 V/H의 편파 방향을 가지므로, 두 빔들 사이의 상관관계는 충분히 작을 수 있다. 이러한 특성은 두 번째 빔과 세 번째 빔 사이, 세 번째 빔과 네 번째 빔 사이에도 성립될 수 있다.

첫 번째 빔과 세 번째 빔은 모두 ±45도의 편파 방향을 가지지만, 공간 분리에 의해 거리가 충분히 떨어져 있으므로(이격되어 있으므로) 두 빔들 사이의 상관관계도 충분히 작을 수 있다. 이러한 특성은 두 번째 빔과 네 번째 빔 사이에도 성립될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 안테나 장치는 공간 상에서 서로 인접하게 위치하는 narrow 빔들 간의 편파를 서로 다르게 구성할 수 있으므로, 편파 간 상관관계를 개선하여 편파의 효율을 완전하게 재사용할 수 있는 편파 재사용(polarization reuse)을 구현할 수 있다.

실시예 3

실시예 3은 안테나 모듈 어레이 내에서 안테나 모듈들을 서로 다른 영역에 배치함으로써 필터 사이즈를 더욱 감소시켜 상대적으로 좁은 공간에 필터를 배치할 수 있는 방법이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 안테나 모듈 어레이는 2중 편파 안테나 모듈에 해당하는 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)은 V/H 또는 ±45도의 편파 방향을 가질 수 있으며, 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)은 ±45도 또는 V/H의 편파 방향을 가질 수 있다.

제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244) 각각은 미리 설정된 중심 간 거리(d, 예를 들어 0.5λ)를 두고 배치될 수 있다. 중심 간 거리(d)는 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244) 간의 격리도를 확보하고 빔포밍의 최적 조건을 달성하기 위한 거리에 해당한다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)은 서로 교차하도록(interleaved) 배치될 수 있다. 1216, 1218, 1226, 1228, 1236, 1238, 1246 및 1248은 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)을 서로 교차하도록 배치함으로써 발생하는 공간 또는 영역들을 나타낸다.

예를 들어, 제1방사소자 모듈(1212)과 제2방사소자 모듈(1214)이 서로 대각하는 방향으로 배치되고, 제1방사소자 모듈(1222)과 제2방사소자 모듈(1224)도 서로 대각하는 방향으로 배치되며, 제1방사소자 모듈(1232)과 제2방사소자 모듈(1234)도 서로 대각하는 방향으로 배치되고, 제1방사소자 모듈(1242)과 제2방사소자 모듈(1244)도 서로 대각하는 방향으로 배치됨으로써, 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)이 서로 교차하도록 배치될 수 있다.

이와 같이, 제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242)과 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244)이 서로 교차하도록 배치되면, ±45도의 이중 편파 안테나와 V/H의 이중 편파 안테나 사이에 더욱 높은 격리도를 확보할 수 있다. 높은 격리도의 확보는 필터의 부담을 감소시킴은 물론 필터의 사이즈를 상대적으로 감소시킬 수 있어, 결과적으로 필터를 더욱 좁은 공간에 배치할 수 있게 된다.

제1방사소자 모듈(1212, 1222, 1232, 1242) 중에서 어느 하나와 제2방사소자 모듈(1214, 1224, 1234, 1244) 중에서 어느 하나를 결합하여 하나의 쿼드 편파 안테나 모듈을 구성할 수 있다. 예를 들어, 1212와 1214을 결합하여 하나의 쿼드 편파 안테나 모듈(1210)을 구성할 수 있고, 1222와 1224를 결합하여 하나의 쿼드 편파 안테나 모듈(1220)을 구성할 수 있으며, 1232와 1234를 결합하여 하나의 쿼드 편파 안테나 모듈(1230)을 구성할 수 있고, 1242와 1244를 결합하여 하나의 쿼드 편파 안테나 모듈(1240)을 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 안테나 장치는 실시예 2에서 설명된 narrow 빔을 방사하기 위하여 쿼드 편파 안테나 모듈들(1210, 1220, 1230, 1240)이 결합되도록 구성될 수도 있다. 나아가, 본 발명의 안테나 장치는 신호경로들을 통해 이동하는 신호들의 위상을 위상 설정 모듈(880)을 통해 서로 다르게 설정할 수 있다. 이와 같은 경우, 도 13 내지 도 15에서 설명된 공간-편파 분리가 구현될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

800: 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이
500, 1210, 1220, 1230, 1240: 쿼드 편파 안테나 모듈
810: 제1쿼드 편파 안테나 모듈 820: 제2쿼드 편파 안테나 모듈
510, 1212, 1222, 1232, 1242: 제1방사소자 모듈
520, 1214, 1224, 1234, 1244: 제2방사소자 모듈
830: 제1방사소자들 840: 제2방사소자들
850: 제3방사소자들 860: 제4방사소자들
512, 832: 제1방사소자 514, 842: 제2방사소자
522, 852: 제3방사소자 524, 862: 제4방사소자
834: 제5방사소자 844: 제6방사소자
854: 제7방사소자 864: 제8방사소자
710, 1110: 제1교차점 720, 1120: 제2교차점
870: 필터부 872: 제1필터
874: 제2필터 876: 제3필터
878: 제4필터 Tx1: 제1신호경로
Rx2: 제2신호경로 Tx2: 제3신호경로
Rx1: 제4신호경로
1216, 1218, 1226, 1228, 1236, 1238, 1246, 1248: 공간들

Claims (7)

1. 빔(beam)들의 공간-편파 분리를 구현하는 FDD(frequency division duplexing) 방식의 안테나 장치로서,
   서로 같은 편파 방향을 가지며 제1신호경로를 공유하는 제1방사소자들, 상기 제1방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제2신호경로를 공유하는 제2방사소자들, 상기 제2방사소자들과 45도의 편파 방향 차이를 가지며 제3신호경로를 공유하는 제3방사소자들 및, 상기 제3방사소자들에 직교하는 편파 방향을 가지며 제4신호경로를 공유하는 제4방사소자들을 포함하는, 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이;
   상기 제1신호경로의 신호를 필터링하는 제1필터, 상기 제2신호경로의 신호를 필터링하는 제2필터, 상기 제3신호경로의 신호를 필터링하는 제3필터 및, 상기 제4신호경로의 신호를 필터링하는 제4필터를 포함하는, 필터부; 및
   상기 제1방사소자들 및 상기 제2방사소자들을 통해 방사되는 제1빔과 상기 제3방사소자들 및 상기 제4방사소자들을 통해 방사되는 제2빔이 공간 상에서 분리되도록, 상기 필터링된 신호들의 위상을 설정하는 위상 설정 모듈을 포함하고,
   상기 제1빔과 상기 제2빔은,
   서로 다른 편파 방향을 가지는, 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위상 설정 모듈은,
   상기 제1빔과 상기 제2빔이 공간 상에서 수평 방향으로 분리되도록, 상기 필터링된 신호들의 위상을 수평 방향으로 설정하는, 안테나 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1방사소자들은,
   상기 제3방사소자들 및 상기 제4방사소자들의 상측 또는 하측에 배치되며,
   상기 제2방사소자들은,
   상기 제3방사소자들 및 상기 제4방사소자들의 우측 또는 좌측에 배치되는, 안테나 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 쿼드 편파 안테나 모듈 어레이는,
   상기 제1방사소자들 중 어느 하나, 상기 제2방사소자들 중 어느 하나, 상기 제3방사소자들 중 어느 하나 및 상기 제4방사소자들 중 어느 하나를 포함하는 제1쿼드 편파 안테나 모듈; 및
   상기 제1방사소자들 중 다른 하나, 상기 제2방사소자들 중 다른 하나, 상기 제3방사소자들 중 다른 하나 및 상기 제4방사소자들 중 다른 하나를 포함하며, 상기 제1쿼드 편파 안테나 모듈의 상측 또는 하측에 배치되는 제2쿼드 편파 안테나 모듈을 포함하고,
   상기 제2쿼드 편파 안테나 모듈에 포함된 제2방사소자는,
   상기 제1쿼드 편파 안테나 모듈에 포함된 제2방사소자가 상기 제1쿼드 편파 안테나 모듈 내에서 배치된 위치와 반대되는 위치에 배치되는, 안테나 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제3방사소자들은,
   상기 제1방사소자들 및 상기 제2방사소자들의 좌하측 또는 우상측에 배치되며,
   상기 제4방사소자들은,
   상기 제1방사소자들 및 상기 제2방사소자들의 우하측 또는 좌상측에 배치되는, 안테나 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1방사소자들 각각은,
   제1교차점을 기준으로 상기 제2방사소자들 각각과 교차하도록 배치되며,
   상기 제3방사소자들 각각은,
   제2교차점을 기준으로 상기 제4방사소자들 각각과 교차하도록 배치되는, 안테나 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1교차점과 상기 제2교차점은,
   서로 같은 위치에 자리하는, 안테나 장치.

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