WO2014137171A1 - 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치 - Google Patents

무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치 Download PDF

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WO2014137171A1
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vswr
driving
base station
unit
antenna
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문영찬
소성환
김인호
최오석
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주식회사 케이엠더블유
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    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations

Definitions

  • the present invention relates to a base station, a relay station, a small base station (hereinafter, referred to as a 'base station system'), which is a wireless access node in a wireless communication (PCS, cellular, CDMA, GSM, LTE, etc.) network.
  • a 'base station system' a small base station
  • the present invention relates to an apparatus for tuning a voltage standing wave ratio (VSWR) in a base station system.
  • VSWR voltage standing wave ratio
  • the base station system of a wireless communication network is usually an antenna installed in a high position such as a roof or a tower of a building, a base station main body installed on the ground (usually bulky and heavy), and a feeding cable connecting them. It may be configured as a (feeder cable).
  • the base station main body performs basic transmit and receive RF signal processing operations, transmits an RF signal through a feed cable, and an antenna is provided with an array of a plurality of transmit and receive radiating elements to transmit and receive a radio signal.
  • a booster called a tower mounted amplifier (TMA) or a remote radio head (RRH) or the like is used to provide a proximity position of an antenna (for example, For example, the bottom of the antenna) is installed.
  • TMA tower mounted amplifier
  • RRH remote radio head
  • such a base station system is typically provided with devices for remotely controlling the state of the radiation beam of the antenna, including, for example, an RET (Remote Electrical Tilt) device for electronic down tilt angle adjustment.
  • RET Remote Electrical Tilt
  • a remote azimuth steering (RAS) device for remotely adjusting azimuth steering and a remote azimuth beamwidth (RAB) device for remotely adjusting azimuth beamwidth may be provided.
  • AISG Application Service Group
  • 3GPP 3rd generation partnership project
  • the base station system may be equipped with a variety of diagnostic equipment for determining the normal state or malfunction by measuring the radiation performance and characteristics of the antenna, such diagnostic equipment, for example, the standing wave ratio (VSWR: Voltage of the antenna)
  • diagnostic equipment for example, the standing wave ratio (VSWR: Voltage of the antenna)
  • the antenna is provided with a measuring unit for measuring the VSWR, and when the base station main body receives the measurement signal of the VSWR measuring unit and is considered to be in a normal state, it generates an alarm signal accordingly.
  • the generated alarm signal is provided to the operator side through a base station controller or the like, and thereafter, operations such as inspection and replacement of the base station antenna, which are considered to be in a normal state, are performed.
  • an object of the present invention is to automatically optimize VSWR matching of base station antennas and normalize VSWR characteristics, thereby making unnecessary work for checking and replacing the base station antennas, and furthermore, resources for replacing the base station antennas.
  • a standing wave ratio tuning device of a base station system in a wireless communication network to reduce waste.
  • the present invention relates to a standing wave ratio (VSWR) tuning apparatus of a base station system in a wireless communication network;
  • a VSWR conversion unit for converting the electrical signal transmission characteristics of the internal feed line by external driving or for converting the radiating element transmission / reception characteristics to convert the VSWR characteristics of the antenna;
  • a driver for driving the VSWR converter according to a control signal;
  • a VSWR detector for detecting the VSWR of the installed antenna and generating a detection signal according thereto; And if it is determined that the VSWR characteristic is in an abnormal state according to the detection signal generated by the VSWR detector, the controller controls driving of the driver to control the conversion operation of the VSWR characteristic of the VSWR converter.
  • the VSWR detection unit provides a VSWR detection signal to the base station main body, and the control unit controls the VSWR characteristic conversion operation by a command for VSWR characteristic control provided from the base station main body.
  • the VSWR converter may include: first and second stubs respectively provided on a feed line connected to the radiating element; First and second auxiliary lines connected to each of the first and second stubs in a capacitance coupling manner;
  • the first and second auxiliary lines are configured to be movable by driving of the driving unit, and the capacitance coupling amount of each of the first and second stubs and the capacitance is changed by the movement of the first and second auxiliary lines.
  • the VSWR converter may include a dielectric having a high dielectric constant placed on a feed line connected to the radiating element; And a dielectric moving part supporting the dielectric and configured to be movable along the feed line by driving the driving part.
  • the beam forming auxiliary is provided at a distance spaced in the radial direction of the radiating element, consisting of a thin metal body; And a movable support configured to movably support the beam forming assistant so as to be proximate or away from the radiating element, and configured to move the beam forming assistant by driving the driving unit.
  • the standing wave ratio tuning apparatus of the base station system in the wireless communication network can automatically optimize the VSWR matching of the base station antenna. That is, the device according to the present invention can improve the VSWR change that can occur randomly after the antenna and the power supply cable connection of each device in the field through the internal tuning of the antenna, as well as the use environment changes (climate change) during the initial installation It is also possible to improve VSWR change due to As such, by optimizing the VSWR matching in the present invention, it is possible to reduce the return loss and thus to the overall efficiency, and to reduce the occurrence of the alarm due to the VSWR drop in the field.
  • the present invention makes it unnecessary to work for the inspection and replacement of the base station antenna, and also can reduce the waste of resources caused by the replacement of the base station antenna.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a standing wave ratio tuning apparatus and related components of a base station system in a wireless communication network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed structural diagram of a first example of the VSWR converter and the driver of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a VSWR converter of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a detailed structural diagram of a second example of the VSWR converter and the driver of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a detailed structural diagram of a third example of the VSWR converter and the driver of FIG. 1;
  • a standing wave ratio (VSWR) tuning device 20 is installed in an antenna 1 of a base station system.
  • the antenna 1 transmits a transmission signal, and includes at least one radiating element 11 for receiving the received signal and a reflecting plate 11 on which the radiating element 11 is installed. It can be installed via a post in a high position, such as a tower, and is connected via the base station main body 2 and the feed cable (3), and transmits and receives signals, including control signals and other operation-related signals.
  • the VSWR tuning device 20 includes a VSWR converter 24 for converting the electrical signal transmission characteristic of the internal feed line by external driving or the radiation element transmission / reception characteristic, thereby converting the VSWR characteristic of the antenna 1; A driver 23 for driving the VSWR converter 24 according to a control signal; A VSWR detector 21 for detecting the VSWR of the installed antenna 1 and generating a detection signal according thereto; When it is determined that the VSWR characteristic is in an abnormal state according to the detection signal generated by the VSWR detector 21, the driving of the driver 23 is controlled to control the conversion operation of the VSWR characteristic of the VSWR converter 24. It comprises the control part 22 to perform.
  • the VSWR detection unit 21 provides a VSWR detection signal to the base station main body 3, and receives the detection signal of the VSWR detection unit 21 from the base station main body 3 to check the VSWR characteristics.
  • the configuration of providing a command for controlling the VSWR characteristic to the control unit 22 of the VSWR tuning device 20 to convert the VSWR characteristic is shown as an example.
  • the base station main body 3 adjusts the VSWR characteristic through the VSWR tuning device 20, and performs the VSWR characteristic adjusting operation when the VSWR characteristic falls within a preset reference value that is normal through the detection signal of the VSWR detector 21.
  • the VSWR tuning device 20 maintains the current VSWR tuning state.
  • the base station main body 3 continues to perform abnormal VSWR detection signals through the VSWR detection unit 21 even after sufficiently performing the VSWR characteristic adjustment operation (that is, over the entire range of the preset VSWR characteristic variable). In that case, an alarm signal can be generated.
  • the VSWR detection unit 21 may have a configuration in which the VSWR detection signal is additionally provided directly to the control unit 22 of the VSWR tuning device 20, in which case the control unit 22 If the VSWR detector 21 receives the detection signal from the VSWR detector 21 and the VSWR characteristic is not in a normal state, the controller may have a configuration for performing a control operation for converting the VSWR characteristic. In this case, the controller 22 may continuously generate an alarm signal to the base station main body 2 when the VSWR detection signal of the VSWR detector 21 continues abnormally even after sufficiently adjusting the VSWR characteristic.
  • FIG. 2 is a detailed structural diagram of a first example VSWR converter and a driver of FIG. 1
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the VSWR converter of FIG. 2.
  • the VSWR converter according to an exemplary embodiment of the present invention may include first and second stubs which are respectively installed on a feeding line (FL) connected to the radiating element (s) in the antenna.
  • the first and second auxiliary lines 242a and 242b are supported, and are configured to be movable by the driving of the driving motor 232 which is a main component of the driving unit 23, so that the capacitance coupling amount is variable during movement.
  • the line variable part 242 has a.
  • the first and second auxiliary lines 242a and 242b are placed in the direction in which the first and second stubs S1 and S2 are placed, respectively. In this case, the first and second stubs S1 and S2 and the first and second stubs S2 and S2 are respectively disposed.
  • the second auxiliary lines 242a and 242b are implemented to have a capacitance coupling region c with portions of both ends overlapping each other.
  • area A enlarged by a circular dashed line shows a side structure of the second stub S2 and the second auxiliary line 242b.
  • the moving direction of the line variable part 242 is configured to be moved according to the direction in which the first and second stubs S1 and S2 are placed. In this case, the rotational force by the driving motor 232 is increased by using a rack and pinion gear structure.
  • the line variable part 242 may be configured to move left and right. As the line variable part 242 moves, the capacitance coupling region c between the first and second stubs S1 and S2 and the first and second auxiliary lines 242a and 242b may be varied.
  • the first and second stubs S1 and S2 are designed to have a distance of 8 / ⁇ relative to the processing frequency.
  • the inductor component of the first and second stubs S1 and S2 and the first and second auxiliary lines 242a and 242b, and the first and second stubs S1 and S2 and the first is performed based on the VSWR reference by the variable capacitance component of the variable capacitance coupling region c between the second auxiliary lines 242a and 242b.
  • the standing wave ratio refers to the height ratio of standing waves (ie, fixed waves generated by combining the traveling wave and the reflected wave) generated by the reflection at the antenna stage, and the VSWR characteristic is out of the normal range in a specific frequency band. Can be.
  • the variable frequency matching operation is performed using the VSWR tuning device having the above structure, the standing wave is varied, and the VSWR characteristic can be adjusted within the normal value in the frequency band outside the normal range.
  • the VSWR tuning operation can be performed in a relatively fine range.
  • a fine tuning may be very useful in a real environment.
  • the base station main body is provided in place, the antenna is installed in the post, and then the antenna (and the RRH, etc.) and the base station main body are connected through a feed cable, respectively.
  • the performance or characteristics of the devices are individually meeting the standard values, it is often measured that the VSWR is abnormal when the final connection is made. This is largely due to cumulative tolerances as the equipments are manufactured by different manufacturers, and in this case, the problem may be solved by fine adjustment of characteristics.
  • the VSWR characteristic is out of the normal range due to the slight change in the structure / performance of the devices inside the antenna and the connection state between the devices, not only during initial installation but also according to changes in the use environment (such as climate change such as temperature and weather).
  • climate change such as temperature and weather
  • a VSWR converter according to another embodiment of the present invention includes: a dielectric 244a having a high dielectric constant placed on a feed line FL connected to radiating element (s) in an antenna; A dielectric moving part 244 is supported to support the dielectric material 244a and configured to be movable along the feed line FL by driving of the driving motor 234, which is a main component of the driving part 23.
  • the area A enlarged by a circular dashed line shows a side structure of the dielectric 244a and the feed line FL in the dielectric moving part 244.
  • the direction of movement of the dielectric moving part 244 is configured to be moved according to the direction in which the feed line FL is placed.
  • the rotational force by the driving motor 234 is applied to the dielectric moving part 244 by using a rack and pinion gear structure. It can be configured to move.
  • the dielectric moving part 244 moves, the high impedance portion corresponding to the dielectric 244a on the feed line FL is changed, and the signal path on the feed line FL of the front end portion and the rear end portion of the high impedance portion FL is changed. The distance of is changed.
  • frequency matching is performed in the VSWR criterion.
  • FIG. 5 is a detailed structural diagram of a third example of the VSWR converter and the driver of FIG. 1.
  • a VSWR converter according to another embodiment of the present invention includes a beam forming aid 246 installed at a distance that is appropriately spaced in the radial direction of each radiating element 11 of a base station antenna;
  • the beam forming aid 246 is movably supported so as to be close to or away from the radiating element 11, and the beam forming aid 246 is moved by driving the driving motor 236, which is a main component of the driving unit 23.
  • the beam forming aid 246 may be composed of, for example, a thin metal body that is generally circular. As such, the beam forming aid 246 may be provided for expanding the beam width by using a principle in which the radiation pattern of the beam is changed when an object having a dielectric constant is placed on a portion where the beam is radiated from the radiating element 11. have. At this time, when changing the distance between the beam forming assistant 246 and the radiating element 11, the transmission and reception characteristics of the radiating element 11 is changed, in the present invention, using the beam forming auxiliary 246, the radiating element ( By changing the transmission and reception characteristics of 11), a frequency matching operation is performed on the VSWR basis.
  • Patent Application No. 2012-137901 name: “mobile communication base station antenna with beam width expanding device” filed by the applicant of the present application, inventor: Moon Young-chan and three others , Application date: October 17, 2012.
  • Patent application No. 2012-137901 discloses a technique having a device corresponding to a beam forming aid for expanding the beam width.
  • the configuration and operation of the standing wave ratio tuning apparatus of the base station system in the wireless communication network can be made. Meanwhile, the specific embodiments of the present invention have been described. It may be practiced without departing from the scope of the invention.

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Abstract

무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비(VSWR) 튜닝 장치에 있어서; 외부 구동에 의해 내부 급전 선로의 전기적 신호 전송 특성을 변환하거나, 방사 소자 송수신 특성을 변환하여, 안테나의 VSWR 특성을 변환하는 VSWR 변환부와; 제어 신호에 따라 VSWR 변환부를 구동하는 구동부와; 해당 설치된 안테나의 VSWR을 검출하여 이에 따른 검출 신호를 발생하는 VSWR 검출부와; VSWR 검출부에서 발생된 검출 신호에 따라 VSWR 특성이 비정상 상태인 것으로 판단될 경우에, 구동부를 구동을 제어하여 상기 VSWR 변환부의 VSWR 특성의 변환 동작을 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치
본 발명은 무선통신(PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE, 등) 네트워크에서 무선 접속 노드(Wireless Access Node)인 기지국, 중계국, 소형 기지국 등(이하 '기지국 시스템'으로 총칭함)에 관한 기술로서, 특히, 기지국 시스템에서 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 튜닝하기 위한 장치에 관한 것이다.
무선통신 네트워크의 기지국 시스템은 통상 건물의 옥상이나 타워와 같은 높은 위치에 지주를 통해 설치되는 안테나와, (통상 부피가 크고 무게가 많이 나가서) 지상에 설치되는 기지국 본체 및 이들 간을 연결하는 급전 케이블(feeder cable)로 구성될 수 있다.
기지국 본체는 기본적인 송신 및 수신 RF 신호 처리 동작을 수행하며, 급전 케이블 통하여 RF신호를 송신하며, 안테나에는 다수의 송신 및 수신 방사소자들의 배열을 구비하여 무선 신호를 송수신한다. 이때, 통상, 기지국 본체와 안테나 사이의 급전 케이블 상에서의 신호 손실을 줄이기 위해, 일명 타워 장착 증폭기(TMA: Tower Mounted Amplifier) 또는 RRH(Remote Radio Head) 등으로 불리는 부스터가 안테나의 근접 위치(예를 들어, 안테나의 밑단)에 설치된다.
또한, 이러한 기지국 시스템은 통상, 원격에서 안테나의 방사 빔의 상태를 제어하기 위한 장치들이 구비되는데, 예를 들어, 전자식의 다운틸트(Down Tilt)각 조정을 위한 RET(Remote Electrical Tilt) 장치를 비롯하여, 원격으로 방위각 스티어링 조정을 위한 RAS(Remote Azimuth Steering) 장치 및 원격으로 방위각의 빔폭 조정을 위한 RAB(Remote Azimuth Beamwidth) 장치 등이 구비될 수 있다. 이 경우에 기지국 본체에서 안테나 제어를 위하여, AISG(Antenna Interface Standards Group) v2.1.0이 제안되었으며, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 프로토콜을 통한 통신 방식도 제안되고 있다.
또한, 기지국 시스템에는, 안테나의 방사 성능 및 특성을 측정하여 정상 상태나 오동작 상태 여부를 판단하기 위한 다양한 진단 장비들이 설치될 수 있는데, 이러한 진단 장비에는 예를 들어, 안테나의 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 검출하여 정상 상태 여부를 판단하는 기술이 제공되고 있다. 즉, 안테나에는 VSWR 측정을 위한 측정부가 구비되며, 기지국 본체에서는 이러한 VSWR 측정부의 측정 신호를 제공받아 정상 상태가 아닌 것으로 간주되면, 이에 따른 경보 신호를 발생하게 된다. 발생된 경보 신호는 기지국 제어기 등을 거쳐 사업자측에 제공되며, 이후, 정상 상태가 아닌 것으로 간주된 기지국 안테나의 점검 및 교체 등의 작업이 수행된다.
그런데, 정상 상태가 아닌 것으로 간주된 기지국 안테나의 점검 및 교체를 위해서는, 통상 작업자가 직접 해당 지역에 설치된 기지국 시스템을 점검 및 교체하여 하였으므로, 작업상의 어려움 및 상당한 작업 시간 소요되는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 기지국 안테나의 VSWR 매칭을 자동으로 최적화 및 VSWR 특성을 정상화 할 수 있도록 하여, 기지국 안테나의 점검 및 교체를 위한 작업이 가능한 불필요하게 하며, 또한, 기지국 안테나의 교체에 따른 자원 낭비를 줄일 수 있도록 하기 위한 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치를 제공함이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비(VSWR) 튜닝 장치에 있어서; 외부 구동에 의해 내부 급전 선로의 전기적 신호 전송 특성을 변환하거나, 방사 소자 송수신 특성을 변환하여, 안테나의 VSWR 특성을 변환하는 VSWR 변환부와; 제어 신호에 따라 상기 VSWR 변환부를 구동하는 구동부와; 해당 설치된 안테나의 VSWR을 검출하여 이에 따른 검출 신호를 발생하는 VSWR 검출부와; 상기 VSWR 검출부에서 발생된 검출 신호에 따라 VSWR 특성이 비정상 상태인 것으로 판단될 경우에, 상기 구동부를 구동을 제어하여 상기 VSWR 변환부의 VSWR 특성의 변환 동작을 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
상기에서, VSWR 검출부는 VSWR 검출 신호를 기지국 본체로 제공하며, 상기 제어부는 상기 기지국 본체로부터 제공되는 VSWR 특성 제어를 위한 명령에 의해 상기 VSWR 특성 변환 동작을 제어한다.
상기에서, VSWR 변환부는, 방사 소자와 연결되는 급전 선로에 각각 구비된 제1, 제2 스터브(stub)와; 상기 제1, 제2 스터브 각각과 커패시턴스 커플링 방식으로 연결되는 제1, 제2 보조 선로를 포함하고; 상기 제1, 제2 보조 선로는 상기 구동부의 구동에 의해 이동이 가능하도록 구성되며, 상기 제1, 제2 보조 선로의 이동에 의해 상기 제1, 제2 스터브와 각각의 커패시턴스 커플링 량이 가변되는 구성을 가진다.
상기에서, VSWR 변환부는, 방사 소자와 연결되는 급전 선로 상에 놓여지는 고유전율을 가지는 유전체와; 상기 유전체를 지지하며, 상기 구동부의 구동에 의해 상기 급전 선로를 따라 이동가능하게 구성되는 유전체 이동부를 포함할 수 있다.
상기에서, VSWR 변환부는, 방사 소자의 방사방향으로 이격된 거리에서 설치되며, 얇은 금속체로 구성되는 빔 형성 보조물과; 상기 방사 소자와 근접하거나 멀어지도록 상기 빔 형성 보조물을 이동 가능하게 지지하며, 상기 구동부의 구동에 의해 상기 빔 형성 보조물을 이동가능하게 구성되는 이동 지지부를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치는, 기지국 안테나의 VSWR 매칭을 자동으로 최적화할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 장치는 필드에서 안테나와 각 장비들의 급전 케이블 연결 후, 랜덤하게 발생할 수 있는 VSWR의 변화를 안테나 내부 튜닝을 통해 개선 할 수 있으며, 초기 설치 시 뿐만 아니라 사용 환경 변화(기후 변화 등)에 따른 VSWR 변화에 대해서도 개선할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 VSWR 매칭을 최적함에 의해, 리턴 로스(Return Loss)를 감소시키므로 전체 효율에도 도움이 되고, 필드에서 VSWR 저하에 따른 알람 발생을 감소시킬 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명은 기지국 안테나의 점검 및 교체를 위한 작업이 가능한 불필요하게 하며, 또한, 기지국 안테나의 교체에 따른 자원 낭비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치 및 관련 구성부들의 블록 구성도
도 2는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제1 예시 상세 구조도
도 3은 도 2의 VSWR 변환부의 등가 회로도
도 4는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제2 예시 상세 구조도
도 5는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제3 예시 상세 구조도
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 첨부 도면들 및 하기 설명에서는 동일한 구성에 대해서는 가능한 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치 및 관련 구성부들의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정재파비(VSWR) 튜닝 장치(20)는 기지국 시스템의 안테나(1)에 설치된다. 안테나(1)는 종래와 마찬가지로, 송신 신호를 송출하며, 수신 신호를 수신하는 적어도 하나의 방사 소자(11) 및 방사 소자(11)가 설치되는 반사판(11)을 구비하며, 이 수직건물의 옥상이나 타워와 같은 높은 위치에 지주를 통해 설치될 수 있으며, 기지국 본체(2)와 급전 케이블(3)을 통해 연결되어, 송수신 신호를 비롯하여 제어 신호 및 기타 동작 관련 신호를 주고받는다.
VSWR 튜닝 장치(20)는 외부 구동에 의해 내부 급전 선로의 전기적 신호 전송 특성을 변환하거나, 방사 소자 송수신 특성을 변환함으로써, 해당 안테나(1)의 VSWR 특성을 변환하는 VSWR 변환부(24)와; 제어 신호에 따라 상기 VSWR 변환부(24)를 구동하는 구동부(23)와; 해당 설치된 안테나(1)의 VSWR을 검출하여 이에 따른 검출 신호를 발생하는 VSWR 검출부(21)와; 상기 VSWR 검출부(21)에서 발생된 검출 신호에 따라 VSWR 특성이 비정상 상태인 것으로 판단될 경우에, 상기 구동부(23)를 구동을 제어하여 상기 VSWR 변환부(24)의 VSWR 특성의 변환 동작을 제어하는 제어부(22)를 포함하여 구성한다.
도 1에 도시된 구성에서는, VSWR 검출부(21)는 VSWR 검출 신호를 기지국 본체(3)로 제공하며, 기지국 본체(3)에서 이러한 VSWR 검출부(21)의 검출 신호를 제공받아 VSWR 특성을 확인하며, VSWR 특성이 정상 상태가 아닌 것으로 간주되면, VSWR 특성을 변환하기 위해 VSWR 튜닝 장치(20)의 상기 제어부(22)에 VSWR 특성 제어를 위한 명령을 제공하는 구성을 예로써 도시하고 있다. 이 경우, 기지국 본체(3)에서는 VSWR 튜닝 장치(20)를 통해 VSWR 특성을 조정하면서, VSWR 검출부(21)의 검출 신호를 통해 VSWR 특성이 정상인 것으로 미리 설정된 기준치에 속할 경우에 VSWR 특성 조정 동작을 종료하며, VSWR 튜닝 장치(20)는 현재의 VSWR 튜닝 상태를 유지하게 된다. 또한, 이 경우에, 기지국 본체(3)에서는 VSWR 특성 조정 동작을 충분히(즉, 미리 설정된 VSWR 특성 가변 전체 범위에 걸쳐) 수행한 후에도 계속적으로 VSWR 검출부(21)의 통한 VSWR 검출 신호가 비정상 상태일 경우에, 경보 신호를 발생할 수 있다.
한편, 상기한 구성외에도, 본 발명의 다른 예에서는 VSWR 검출부(21)에서 VSWR 검출 신호를 VSWR 튜닝 장치(20)의 제어부(22)에 추가적으로 직접 제공하는 구성을 가질 수도 있으며, 이때 제어부(22)는 VSWR 검출부(21)의 검출 신호를 제공받아 VSWR 특성이 정상 상태가 아닌 것으로 간주되면, VSWR 특성을 변환하기 위한 제어 동작을 수행하는 구성을 가질 수도 있다. 이 경우 제어부(22)는 VSWR 특성을 조정하는 동작을 충분히 수행한 후에도 계속적으로 VSWR 검출부(21)의 통한 VSWR 검출 신호가 비정상 상태일 경우에, 기지국 본체(2)로 경보 신호를 발생할 수 있다.
도 2는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제1 예시 상세 구조도이며, 도 3은 도 2의 VSWR 변환부의 등가 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 VSWR 변환부는, 안테나 내부에서 방사 소자(들)와 연결되는 급전 선로(FL: Feeding Line)에 각각 설치되는 제1, 제2 스터브(S1, S2)와; 상기 제1, 제2 스터브(S1, S2) 각각과 커패시턴스 커플링 방식으로 연결되는 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)와; 상기 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)를 지지하며, 구동부(23)의 주요 구성인 구동 모터(232)의 구동에 의해 이동가능하게 구성되어, 이동시에 상기 커패시턴스 커플링 량이 가변되는 구조를 가지는 선로 가변부(242)를 구비한다.
제1, 제2 스터브(S1, S2)의 놓인 방향에 따라 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)가 각각 놓여지며, 이때, 제1, 제2 스터브(S1, S2)와 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)는 양단의 일 부분이 서로 겹쳐지면서 커패시턴스 커플링 영역(c)을 가지도로 구현된다. 도 2에서 원형 일점쇄선으로 확대한 A영역은 제2 스터브(S2)와 제2 보조 선로(242b)와의 측면 구조를 나타내고 있다.
선로 가변부(242)의 이동 방향은 제1, 제2 스터브(S1, S2)가 놓인 방향에 따라 이동되게 구성되는데, 이때 랙과 피니언 기어 구조 등을 이용하여 구동 모터(232)에 의한 회전력이 선로 가변부(242)를 좌우 이동시키도록 구성될 수 있다. 선로 가변부(242)의 이동에 따라, 제1, 제2 스터브(S1, S2)와 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)간의 커패시턴스 커플링 영역(c)을 가변하도록 구성된다. 또한, 제1, 제2 스터브(S1, S2)는 서로 처리 주파수 대비 8/λ 거리를 두도록 설계된다.
상기한 구조를 살펴보면, 제1, 제2 스터브(S1, S2)와 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)에 의한 인덕터 성분과, 제1, 제2 스터브(S1, S2)와 제1, 제2 보조 선로(242a, 242b)간의 가변 커패시턴스 커플링 영역(c)에 의한 가변 커패시턴스 성분에 의해, VSWR 기준에서 주파수 매칭이 이루어지는 것을 알 수 있다.
즉, 정재파비는 안테나단에서 반사에 의해 생성되는 정재파(standing wave)(즉, 진행파와 반사파가 상호 합쳐져서 생성된 고정 파형)의 높이비를 의미하는데, 특정 주파수 대역에서 VSWR 특성이 정상 범위를 벗어날 수 있다. 이 경우에, 상기한 구조를 가지는 VSWR 튜닝 장치를 사용하여, 가변적인 주파수를 매칭 동작을 수행하면, 정재파가 가변되면서, 해당 정상 범위를 벗어난 주파수 대역에서 VSWR 특성이 정상치 이내로 조정될 수 있게 된다.
상기한 본 발명의 특징에 따른 VSWR 특성 튜닝 방식을 살펴보면, 비교적 미세한 범위에서 VSWR 튜닝 작업이 수행될 수 있음을 알 수 있다. 그런데, 이러한 미세한 튜닝 작업도 실제 환경에서는 매우 유용할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 통상적으로, 기지국 시스템의 초기 설치시에, 기지국 본체를 적소에 마련하고, 안테나를 지주에 설치한 후, 안테나(및 RRH 등)와 기지국 본체를 급전 케이블을 통해 연결하는데, 각각의 장비들의 성능이나 특성이 개별적으로 모두 기준치를 만족하고 있다고 하더라도, 이들을 최종 연결할 경우에는 상기한 VSWR이 비정상인 것으로 측정되는 경우가 종종 있다. 이는 각 장비들이 서로 다른 제조자에 의해 제조됨에 따른 누적 공차 등에 기인한 이유가 크며, 이 경우에는 특성의 미세한 조정에 의해 문제점이 해소될 수 있다.
마찬가지로, 초기 설치 시 뿐만 아니라 사용 환경 변화(온도, 날씨와 같은 기후 변화 등)에 따라서도 안테나 내부 장비들의 구조/성능 및 각 장비들간의 연결 상태의 미세한 변화에 의해, VSWR 특성이 정상 범위를 벗어날 수 있는데, 이 경우에도 상기한 바와 같이, 본 발명의 특징에 따른 구성 및 동작에 의해 이러한 문제점이 해소될 수 있다.
도 4는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제2 예시 상세 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 VSWR 변환부는, 안테나 내부에서 방사 소자(들)와 연결되는 급전 선로(FL) 상에 놓여지는 고유전율을 가지는 유전체(244a)와; 상기 유전체(244a)를 지지하며, 구동부(23)의 주요 구성인 구동 모터(234)의 구동에 의해 급전 선로(FL)를 따라 이동가능하게 구성되는 유전체 이동부(244)를 구비한다. 도 4에서 원형 일점쇄선으로 확대한 A영역은 유전체 이동부(244) 내의 유전체(244a)와 급전 선로(FL)와의 측면 구조를 나타내고 있다.
유전체 이동부(244)의 이동 방향은 급전 선로(FL)가 놓인 방향에 따라 이동되게 구성되는데, 이때 랙과 피니언 기어 구조 등을 이용하여 구동 모터(234)에 의한 회전력이 유전체 이동부(244)를 이동시키도록 구성될 수 있다. 유전체 이동부(244)의 이동에 따라, 급전 선로(FL) 상에서 유전체(244a)에 대응되는 고임피던스 부위가 변경되며, 고임피던스 부위의 전단 부분과 후단 부분의 급전 선로(FL) 상에서의 신호 경로의 거리가 변경된다. 이러한 구조를 통해, VSWR 기준에서 주파수 매칭이 이루어진다.
도 5는 도 1 중 VSWR 변환부 및 구동부의 제3 예시 상세 구조도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 VSWR 변환부는, 기지국 안테나의 각 방사 소자(11)의 방사방향으로 적절히 이격된 거리에서 설치되는 빔 형성 보조물(246)과; 방사 소자(11)와 근접하거나 멀어지도록 상기 빔 형성 보조물(246)을 이동 가능하게 지지하며, 구동부(23)의 주요 구성인 구동 모터(236)의 구동에 의해 빔 형성 보조물(246)을 이동시키게 구성되는 이동 지지부(248: 248a, 248b)를 구비한다.
상기 빔 형성 보조물(246)은 예를 들어, 전체적으로 원형인 얇은 금속체로 구성될 수 있다. 이와 같은, 빔 형성 보조물(246)은 방사 소자(11)에서 빔이 방사되는 부위에 유전율을 가진 물체가 놓여지게 되면, 빔의 방사 패턴이 변화되는 원리를 이용하여 빔폭 확대 등을 위해 구비될 수 있다. 이때, 빔 형성 보조물(246)과 방사 소자(11)와의 간격을 변경할 경우에, 방사 소자(11)의 송수신 특성이 변경되는데, 본 발명에서는 이러한 빔 형성 보조물(246)을 이용하여, 방사 소자(11)의 송수신 특성을 변경함으로써, VSWR 기준에서 주파수 매칭 동작을 수행한다.
상기 빔 형성 보조물(246)에 관한 기술로는, 본원 출원인에 의해 선출원된 국내 특허출원번호 제2012-137901호(명칭: "빔폭 확대 장치를 구비한 이동통신 기지국 안테나", 발명자: 문영찬 외 3명, 출원일: 2012년 10월 17일)에 개시된 바를 예로 들 수 있다. 상기 특허출원번호 제2012-137901호에서는 빔폭 확대를 위해 빔 형성 보조물에 해당하는 장치를 구비하는 기술을 개시하고 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비 튜닝 장치의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

Claims (5)

  1. 무선통신 네트워크에서 기지국 시스템의 정재파비(VSWR) 튜닝 장치에 있어서,
    외부 구동에 의해 내부 급전 선로의 전기적 신호 전송 특성을 변환하거나, 방사 소자 송수신 특성을 변환하여, 안테나의 VSWR 특성을 변환하는 VSWR 변환부와;
    제어 신호에 따라 상기 VSWR 변환부를 구동하는 구동부와;
    해당 설치된 안테나의 VSWR을 검출하여 이에 따른 검출 신호를 발생하는 VSWR 검출부와;
    상기 VSWR 검출부에서 발생된 검출 신호에 따라 VSWR 특성이 비정상 상태인 것으로 판단될 경우에, 상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 VSWR 변환부의 VSWR 특성의 변환 동작을 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 VSWR 튜닝 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 VSWR 검출부는 VSWR 검출 신호를 기지국 본체로 제공하며, 상기 제어부는 상기 기지국 본체로부터 제공되는 VSWR 특성 제어를 위한 명령에 의해 상기 VSWR 특성 변환 동작을 제어함을 특징으로 하는 VSWR 튜닝 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 VSWR 변환부는,
    방사 소자와 연결되는 급전 선로에 각각 구비된 제1, 제2 스터브(stub)와;
    상기 제1, 제2 스터브 각각과 커패시턴스 커플링 방식으로 연결되는 제1, 제2 보조 선로를 포함하고;
    상기 제1, 제2 보조 선로는 상기 구동부의 구동에 의해 이동이 가능하도록 구성되며, 상기 제1, 제2 보조 선로의 이동에 의해 상기 제1, 제2 스터브와 각각의 커패시턴스 커플링 량이 가변되는 것을 특징으로 하는 VSWR 튜닝 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 VSWR 변환부는,
    방사 소자와 연결되는 급전 선로 상에 놓여지는 고유전율을 가지는 유전체와;
    상기 유전체를 지지하며, 상기 구동부의 구동에 의해 상기 급전 선로를 따라 이동가능하게 구성되는 유전체 이동부를 포함함을 특징으로 하는 VSWR 튜닝 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 VSWR 변환부는,
    방사 소자의 방사방향으로 이격된 거리에서 설치되며, 얇은 금속체로 구성되는 빔 형성 보조물과;
    상기 방사 소자와 근접하거나 멀어지도록 상기 빔 형성 보조물을 이동 가능하게 지지하며, 상기 구동부의 구동에 의해 상기 빔 형성 보조물을 이동가능하게 구성되는 이동 지지부를 포함함을 특징으로 하는 VSWR 튜닝 장치.
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