WO2016060306A1 - 기지국 안테나 장치 - Google Patents

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WO2016060306A1
WO2016060306A1 PCT/KR2014/009788 KR2014009788W WO2016060306A1 WO 2016060306 A1 WO2016060306 A1 WO 2016060306A1 KR 2014009788 W KR2014009788 W KR 2014009788W WO 2016060306 A1 WO2016060306 A1 WO 2016060306A1
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antenna
housing
base station
module
antenna device
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Application number
PCT/KR2014/009788
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English (en)
French (fr)
Inventor
김인호
양형석
최오석
이문식
Original Assignee
주식회사 케이엠더블유
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to a base station antenna device.
  • a base station is installed between an exchange station and a subscriber station, and radio signals are exchanged between the base station and the subscriber station.
  • the base station is provided with an antenna for converting an electrical signal into an electromagnetic wave or vice versa for a radio signal exchange with the terminals, the antenna is designed to have a constant vertical / horizontal radiation pattern in consideration of the spatial distribution of the subscriber call.
  • the base station in a mobile communication network refers to a system for relaying radio waves of a mobile terminal in a cell.
  • the base station is mainly installed on the roof of a building to relay radio waves of the mobile terminal. Therefore, there is a base station on a cell basis, and in addition to the interface function between the mobile terminal and the switching center, the base station controls incoming / outgoing signal transmission, call channel designation, call channel monitoring, etc. on a cell basis.
  • the antenna device employed in the base station has been popularized with many advantages of a control antenna capable of beam tilting vertically or horizontally.
  • the active array antenna is provided with a plurality of antenna units including an antenna element and a transmission / reception module coupled to the antenna element in one antenna housing.
  • the antenna unit is provided to be laminated in the longitudinal direction in the antenna housing.
  • the base station antenna apparatus 10 includes a housing 11 having an active array of antenna units (not shown), and a main module 12.
  • the antenna units of the active array are stacked in a plurality of the inside of the housing 11 formed as one unit, and provided adjacent to each other.
  • the antenna unit includes one antenna element, one transmission module, and the like.
  • the main module 12 is located at one side of the antenna housing 11, specifically at the rear side, and is electrically connected to the antenna unit including a power supply unit for supplying power and a digital board.
  • both sides of the housing 11 are provided with heat dissipation fins 13 on one side of the housing 11.
  • the heat dissipation fins 13 are formed so that rib-shaped thin plates protrude adjacent to each other to maximize heat dissipation area to optimize heat dissipation.
  • the size of the housing 11 is increased.
  • the length of the heat radiation fins 13 provided on both sides of the housing 11 also becomes very long, and it is not easy to manufacture them.
  • the antenna unit has a structure that is stacked adjacent to each other inside one housing 11, the antenna unit provided on the uppermost or lower side of the housing 11 can discharge heat to both sides and the upper or lower side of the antenna. .
  • the antenna parts provided between the upper and lower antenna parts are stacked adjacent to each other so that the generated heat is not radiated except for both sides, and in particular, heat is transferred between the antenna parts and the antenna parts by transferring heat to each other.
  • a decrease in performance of the antenna unit due to heat occurs, and a problem of inefficient heat dissipation occurs (see the temperature T distribution diagram in FIG. 2).
  • each antenna unit is integrated in one housing 11, when one of the plurality of antenna units is not driven or malfunctions, the entire housing is separated from the outer wall where the base station antenna device 10 is installed in order to repair or replace the antenna unit. At this time, it is possible to repair or replace a part of the failed antenna part, thereby causing a problem that the driving of the remaining normally operated antenna part must also be stopped.
  • the housing 11 is increased in size so as to embed a plurality of antenna units, and thus, the housing 11 is difficult to manufacture by injection, but there is a limitation that the housing 11 can be manufactured by drawing or extrusion. In particular, as described above, it is not easy to form the housing 11 having the heat radiation fins.
  • the housing 11 has an internal condensation phenomenon due to various modules other than the antenna unit provided therein, and thus the housing 11 has a water draining hole for discharging water vapor generated by the internal condensation phenomenon. Should be provided.
  • Various embodiments of the present disclosure to provide a base station antenna device to optimize the heat dissipation performance by providing an antenna module separated by an antenna unit in the active array antenna device.
  • the present invention also provides a base station antenna device which is provided to implement an antenna module separated by an antenna unit in an active array antenna device so as to implement a shape optimized for beamforming.
  • each housing in which the antenna unit is installed in the active array antenna device it is possible to miniaturize the shape of each housing in which the antenna unit is installed in the active array antenna device, and thus to provide a base station antenna device that allows the housing to be manufactured by injection rather than drawing or extrusion.
  • the base station antenna apparatus in the base station antenna apparatus, may include a separate active array antenna module in which antenna modules are separated from each other and stacked.
  • the base station antenna device may provide an antenna module separated by an antenna unit in an active array antenna device to optimize heat dissipation performance.
  • it is possible to dissipate heat up and down as well as on both sides of the housing provided with each antenna module has the advantage that can be optimized heat dissipation of the antenna module.
  • the replacement cost, replacement time, etc. can be reduced as compared to the case where the conventional plurality of antenna units are provided in one integrated housing, and the antenna module that is normally driven can be driven as it is, thus providing reliability of the base station antenna device. There is an advantage that can be improved.
  • the active array antenna device is provided to implement an antenna module separated by an antenna unit, there is an advantage that can implement a shape optimized for beamforming.
  • each housing in which the antenna unit is installed in the active array antenna device can be miniaturized. Accordingly, the housing can be manufactured by injection rather than drawing or extrusion. Accordingly, the manufacturing cost or manufacturing method of the antenna housing can vary. The benefit arises.
  • the housing can be provided separately, it can be miniaturized, it is possible to diversify the shape of the heat dissipation fin, as well as the advantage that can implement the optimal heat dissipation according to the shape of the heat dissipation fin.
  • FIG. 1 shows a conventional base station antenna device, specifically an integrated active array antenna and the integration of temperature generated therein.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the main module 12 and its temperature distribution in the antenna device disclosed in FIG.
  • FIG 3 illustrates a base station antenna device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing internal components of the base station antenna device disclosed in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic view of the base station antenna device disclosed in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing another embodiment of a heat radiation fin in the base station antenna device disclosed in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic view of the base station antenna apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a view showing that the isolation member is provided in the base station antenna device of the silencing example disclosed in FIG.
  • FIG. 9 is a view showing that the isolation member is provided in the base station antenna device of the embodiment disclosed in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a heat distribution in the base station antenna apparatus of the embodiment disclosed in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a distribution of heat transferred to a main module in the base station antenna apparatus of the embodiment disclosed in FIG. 3.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a distribution of heat transferred to a main module in the base station antenna apparatus of the embodiment disclosed in FIG. 3.
  • ordinal numbers such as 1 and 2 are used, but only for distinguishing objects of the same name from each other, the order may be arbitrarily determined, and for the object of subordinated order. The preceding description may apply mutatis mutandis.
  • terms used in describing the embodiments of the present disclosure are used to describe the embodiments, and are not intended to be limiting. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • the term 'comprises' or 'having' in the present disclosure is intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, step operations, components, components, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a base station antenna apparatus according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing internal components of the base station antenna apparatus disclosed in FIG. 3.
  • 5 is a diagram schematically illustrating the base station antenna device disclosed in FIG. 3.
  • the base station antenna apparatus 100 is configured to include separate active array antenna modules 110 and 120.
  • the separate active array antenna modules 110 and 120 include a plurality of antenna modules 110 formed separately from each other, and each antenna module 110 is coupled to one main module 120.
  • the antenna module 110 is a unit module including one antenna element 115, a transmission / reception module 116, an RF conversion module 117, and the like connected thereto, and an antenna composed of one unit module.
  • the modules 110 are stacked on the main module 120 separately from each other.
  • the main module 120 is configured to control or drive each antenna module 110 and includes a power supply 121 and a digital board 122.
  • the main module 120 is provided on one surface of the antenna housing 111, specifically the rear surface thereof, and is fixed to an external wall together with the antenna module 110.
  • the main module 120 includes a digital board 122 such as a control unit 140 or a printed circuit board, and a power supply unit 121 for supplying power to the antenna module 110.
  • the digital board 122 has the same configuration as the control unit 140 or the printed circuit board.
  • the digital board 122 obtains the magnitude and phase of the current from the antenna element 115 provided to each antenna module 110, and each of the obtained antenna elements is obtained by the magnitude and phase of the current of the antenna module 110.
  • the current distribution value (where the current distribution value includes the obtained current magnitude and phase) is transmitted to the beamformer 150 to change the current magnitude and phase of the circuit 115.
  • the antenna module 110 includes an antenna housing 111 and a heat dissipation member 112. Transmitting and receiving module 116 to receive a signal through the antenna element 115 and the antenna element 115, amplifying a transmission signal, the radiation or via the antenna element 115 mounted inside the antenna housing 111 And an RF conversion module 117 is mounted. That is, one antenna housing 111 includes an antenna element 115 corresponding to each frequency, a transmission / reception module 116 and an RF conversion module 117 connected to the antenna element 115, and such an antenna module ( Using a unit module 110 is a plurality of spaced apart from each other are installed in a predetermined laminated pattern. For example, the antenna housing 111 has a longitudinal direction or an N X M arrangement, and a plurality of antenna housings 111 are spaced apart from each other by a predetermined distance d.
  • the present invention is not limited thereto, and the number of antenna modules 110 may be changed as needed.
  • the vertical length of the antenna module 110 may include two or three rows and M arrays in the length direction. As is possible with various (3 XM), various modifications and changes are possible as needed.
  • a heat dissipation member 112 is provided to heat the heat generated by the modules provided inside the antenna element 115 and the like.
  • the heat dissipation member 112 is provided with a plurality of heat dissipation fins 112 protruding from both sides of the antenna housing 111.
  • the heat dissipation fins 112 may protrude in a rib shape on both sides of the antenna housing 111 so that the plurality of heat dissipation fins 112 may be spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the heat dissipation fins 112 are provided to have the direction of gravity in the state in which the antenna housing 111 is installed, so as not to be opposed to convection, etc. in the state where the heat dissipation fins 112 are installed on the outer wall. Can be.
  • the heat dissipation fins 112 are formed on both side surfaces of the antenna housing 111, for example, but is not limited thereto.
  • the antenna housing 111 of the present disclosure is stacked in a state in which each other is separated from each other, such that the heat dissipation fins 112 may be provided on both sides of the antenna housing 111 as well as on the upper and lower surfaces thereof. It can be formed anywhere around the periphery of 111.
  • the heat dissipation fin 112 according to the embodiment of the present disclosure has been described with an example of having the direction of gravity in the state in which the antenna housing 111 is installed on the outer wall, but is not limited thereto. That is, since the size of the antenna housing 111 is reduced in size by having a module unit, the shape of the heat dissipation fins 112 formed on the antenna housing 111 can be easily manufactured, so that the antenna housing 111 has a direction for optimal heat dissipation. It is preferred to be provided.
  • FIG. 6 is a view showing another embodiment of the heat radiation fin in the base station antenna device shown in Figure 3
  • Figure 7 is a view schematically showing the base station antenna device of FIG. 6 and 7, the heat dissipation fins 112 may be formed in an oblique direction twisted at a predetermined angle with respect to the gravity direction.
  • the direction of the heat radiation fins formed in each antenna housing may be formed to cross each other. That is, if the heat radiation fins formed on the antenna housing provided on the uppermost side and the antenna housing mounted on the third side are diagonally formed from right to left as shown in FIG. 6, the heat radiation fins formed on the second and fourth mounted antenna housings are on the contrary from left to right.
  • the shape of the heat radiation fins, such as may be formed to have a slanted diagonal shape is not limited and can be changed and modified as much as possible.
  • the heat radiation member 112 of the base station antenna apparatus 100 may further include an isolation member 130.
  • the isolation member 130 is formed between the antenna module 110 and the antenna module 110, specifically, the antenna housing 111, and the antenna housing 111 adjacent to the antenna housing 111 (hereinafter, referred to as the antenna housing 111). ) ').
  • the isolation member 130 may block the movement of heat generated in each antenna housing 111 by separating between the antenna housing 111 and the neighboring antenna housing 111.
  • the isolation member 130 is disposed between the first antenna housing 111 and the second antenna housing 111, the second antenna housing 111 and the third antenna housing 111.
  • the isolation member 130 is disposed between the third antenna housing 111 and the fourth antenna housing 111.
  • heat generated in the first antenna housing 111 is transferred to the second antenna housing 111 by the isolation member 130 provided between the first antenna housing 111 and the second antenna housing 111.
  • the heat generated in the second antenna housing 111 is limited to the isolation member 130 and the second antenna housing 111 and the third antenna between the first antenna housing 111 and the second antenna housing 111.
  • the movement of heat is limited by the isolation member 130 provided between the housings 111.
  • heat generated in the third antenna housing 111 may include the isolation member 130, the third antenna housing 111, and the fourth antenna housing between the second antenna housing 111 and the third antenna housing 111. Transfer to the second antenna housing 111 and the fourth antenna housing 111 by the isolation member 130 mounted between the 111 is limited.
  • heat generated in the fourth antenna housing 111 is restricted from being transferred to the third antenna housing 111 by the isolation member 130 between the third antenna housing 111 and the fourth antenna housing 111. .
  • the respective antenna housing 111 is formed to be separated from each other, it is possible to radiate heat through the periphery of the respective antenna housing 111, in particular, the portion provided with the heat radiation fins 112 heat radiation by the heat radiation fins 112 Heat dissipation is generated more effectively.
  • each antenna housing 111 is separated from each other, thereby providing the isolation member 130 in each divided portion, so that the heat of the antenna housing 111 is not shared with each other, so that no direct heat is generated. The heat can be effectively dissipated.
  • the above-described antenna module 110 is provided in a state separated from each other, the size of the antenna housing 111 can be miniaturized. Since the separated antenna housings 111 of the present disclosure are formed as a unit module, the size of the separated antenna housings 111 may be smaller than that of the integrated antenna housing 111 formed as a conventional one-piece. Therefore, the antenna housing 111 may be manufactured through drawing or extrusion as well as the existing antenna housing 111, and may also be manufactured through injection. Accordingly, the manufacturing method of the antenna housing 111 may be diversified in consideration of cost or material.
  • the heat dissipation fin 112 is formed as a body in the antenna housing 111, it was difficult to form by injection in the past, but as the antenna housing 111 is miniaturized as in the embodiment of the present disclosure, injection production is also easy will be.
  • the term 'one body' refers to the connection of a defect without the defect surface.
  • the heat dissipation fins 112 of the present disclosure are described as being formed in one body in the antenna housing 111, but the heat dissipation fins 112 are separately manufactured and manufactured separately from the antenna housing 111, and then the periphery of the antenna housing 111
  • the formation method can be changed as many as possible, such as to be coupled using a fastening member such as a bonding or a screw around.
  • the antenna housing 111 of the present disclosure is not only miniaturized in size, but also the antenna element 115, the transceiver module 116, and the RF conversion module 117 for each unit in the antenna housing 111. By providing the etc., the occurrence of the internal condensation phenomenon is limited.
  • the antenna housing 111 of the present disclosure does not need a separate water drain hole, It is possible to increase the sealing force of the antenna housing 111.
  • the beamformer 150 which is not described in this drawing, analyzes the current distribution value from the controller 140 to check the current magnitude and phase of the antenna element 115 for each antenna module 110, and transmits and receives each transmit / receive module 116. It is a configuration to control to change the current magnitude and phase of the antenna element 115 connected with the identified current magnitude and phase.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a distribution of heat in the base station antenna apparatus of the embodiment disclosed in FIG. 3, and FIG. 11 is a diagram illustrating a distribution of heat transferred to the main module in the base station antenna apparatus of the embodiment disclosed in FIG. 3. 10 and 11, in the case of the base station antenna apparatus 100 of the present disclosure, as described above, the antenna modules 110 are mounted separately from each other as unit modules, thereby generating from each antenna module 100.
  • the heat to be generated can all be generated through the periphery of the antenna housing 111. 1 or 2, the temperature integrated in the antenna housing 111 is also lowered, as well as limiting the unidirectional integration of the temperature.
  • each antenna module 110 is separated from each other, the stack shape can be changed and modified as necessary.
  • the shape of the heat dissipation fin 112 formed in the housing has been described with an example of having a gravity direction or a predetermined oblique direction in the installation direction, but the heat dissipation fin as much as possible considering the location or location where the base station antenna device 100 is installed.
  • the shape, direction, etc. of the 112 may be changed or modified.

Abstract

본 개시의 하나의 실시예에 따른 기지국 안테나 장치는, 기지국 안테나 장치에 있어서, 안테나 모듈들이 서로 분리되어 적층 구비되는 분리형 능동 배열 안테나 모듈을 포함할 수 있다.

Description

기지국 안테나 장치
본 개시의 다양한 실시예들은 기지국 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신망이나 무선가입자회선(wireless local loop: WLL)등과 같은 무선통신망에서는 교환국과 가입자 단말기 간에 기지국을 설치하고, 기지국과 가입자 단말기 간에 무선신호를 교환하게 된다. 이때, 기지국에는 단말기들과의 무선신호 교환을 위해 전기적 신호를 전자기파로 또는 그 반대로 변환하는 안테나를 설치하게 되며, 안테나는 가입자 호의 공간적 분포를 고려하여 일정한 수직/수평이 방사 패턴을 갖도록 설계된다.
특히 이동통신망에서의 기지국이라 함은 셀 내에서 휴대 단말기의 전파를 중계하는 시스템을 일컫는다. 기지국은 주로 건물의 옥상 등에 설치되어서 휴대 단말기 전파를 중계한다. 따라서 셀 단위로 기지국이 존재하며, 이런 기지국은 휴대 단말기와 교환국 사이에 인터페이스 기능 이외에도 착발신 신호 송출, 통화 채널 지정, 통화 채널 감시 등을 셀 단위로 제어한다. 기지국에 채용되는 안테나 장치는 수직 또는 수평으로 빔 틸팅이 가능한 제어 안테나가 많은 장점으로 보급되어왔다.
최근에는 기지국 RF장치를 안테나와 일체형으로 구현하여 급전선을 없앤 일체형 능동 배열 안테나가 새롭게 개발되고 있다. 능동 배열 안테나(Active Array Antenna: AAA)는 하나의 안테나 하우징 내에 안테나 소자와, 안테나 소자와 결합되는 송수신모듈 등을 포함하는 안테나부가 복수개 제공된다. 일반적으로 안테나부가 안테나 하우징 내에 서로 길이 방향으로 적층 구비되는 것이다.
도 1은 종래의 기지국 안테나 장치, 구체적으로 일체형 능동 배열 안테나 및 이에 발생되는 온도의 집적을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 개시된 안테나 장치에서 메인 모듈(12) 및 이의 온도분포를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 기지국 안테나 장치(10)는 능동 배열의 안테나부(미도시)들이 구비되는 하우징(11)과, 메인 모듈(12)을 포함한다. 능동 배열의 안테나부들은 하나의 일체형으로 형성된 하우징(11)의 내측으로 복수개가 적층되며, 서로 이웃하게 구비된다. 안테나부는 상술하였듯이 하나의 안테나 소자와, 하나의 송수신 모듈 등을 포함하는 구성이다. 메인 모듈(12)은 안테나 하우징(11)의 일측, 구체적으로 후면에 위치되고, 전원을 공급하는 전원부와, 디지털 보드를 포함하여 안테나부와 전기적으로 연결된다.
이러한 기지국 안테나 장치(10)가 구동되는 경우, 복수개의 안테나부의 각각에서 열이 발생된다. 이에, 안테나부에서 발생되는 열을 저하시키기 위해 하우징(11)의 양 측면에는 하우징(11)의 일방에서 방열핀(13)이 제공된다. 방열핀(13)은 리브 형상의 얇은 플레이트가 서로 이웃하여 돌출되어 방열 면적으로 최대화하여 열을 방열을 최적화하도록 형성된다.
그러나 복수개의 안테나부가 하나의 하우징(11)의 내측에 실장됨으로써, 하우징(11)의 크기가 대형화된다. 이에, 하우징(11)의 양측면에 제공되는 방열핀(13)의 길이 도한 매우 길어지게 되고, 이를 제작하기가 용이하지 않게된다.
또한, 안테나부는 하나의 하우징(11) 내측에 서로 이웃하여 적층되는 구조를 가짐으로써, 하우징(11)의 가장 상측 또는 하측에 제공되는 안테나부는 안테나의 양측면 및 상측 또는 하부로 열을 배출할 수 있다. 그러나, 상측 및 하측의 안테나부 사이에 제공되는 안테나부들은 서로가 이웃하게 적층됨으로써, 발생된 열이 양측면 이외에는 방열되지 않으며, 특히 서로의 열이 전달됨으로써, 안테나부와 안테나부 사이로 열이 집적되고, 열에 의한 안테나부의 성능 저하가 발생되고, 열의 효율적인 방열이 이루어지지 않는 문제점이 발생하게 된다(도 2의 온도(T) 분포도를 참조.).
또한 각각의 안테나부가 하나의 하우징(11)에 집적됨으로써, 복수개의 안테나부 중 하나가 구동되지 않거나 오작동되는 경우, 이를 수리하거나 교체하기 위해서는 기지국 안테나 장치(10)가 설치된 외부 벽면에서 하우징 전체를 분리하여야, 고장난 일부 안테나부를 수리할 수 있거나 교체할 수 있게 됨으로써, 나머지 정상적으로 구동되는 안테나부의 구동도 정지시켜야 하는 문제점이 발생한다.
또한, 하우징(11)은 복수개의 안테나부를 내장할 수 있도록 크기가 커지게 되고, 이에 따라 하우징(11)은 사출로는 제작하기 어려움은 물론 인발이나 압출 등으로 제작할 수 밖에 없는 제약이 발생된다. 특히 상술하였듯이 방열핀이 구비된 하우징(11)을 형성하는 것은 용이하지 않는 문제점이 발생하는 것이다.
또한, 하우징(11)에는 내부에 구비되는 안테나부 이외의 다양한 모듈들로 인해 내부 응결 현상이 발생하고, 이에 따라 하우징(11)에는 내부 응결 현상에 따라 발생되는 수증기를 배출할 수 있는 물빠짐 홀을 구비해야 한다.
본 개시의 다양한 실시예들은 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부 단위로 분리된 안테나 모듈을 제공하여 방열 성능을 최적화 할 수 있도록 하는 기지국 안테나 장치를 제공하고자 한다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 적어도 하나의 안테나부의 구동에 문제가 발생되는 경우, 구동에 문제가 발생된 안테나부만 교체할 수 있도록 하는 기지국 안테나 장치를 제공하고자 한다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부 단위로 분리된 안테나 모듈을 구현하도록 구비되어, 빔포밍에 최적화딘 형상을 구현할 수 있도록 하는 기지국 안테나 장치를 제공하고자 한다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부가 설치되는 각 하우징의 형상을 소형화 할 수 있으며, 이에 따라 하우징을 인발이나 압출이 아닌 사출로 제작할 수 있도록 하는 기지국 안테나 장치를 제공하고자 한다.
이를 위해 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기지국 안테나 장치는, 기지국 안테나 장치에 있어서, 안테나 모듈들이 서로 분리되어 적층 구비되는 분리형 능동 배열 안테나 모듈을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기지국 안테나 장치는, 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부 단위로 분리된 안테나 모듈을 제공하여 방열 성능을 최적화할 수 있게 된다. 또한, 각 안테나 모듈이 제공되는 하우징의 양측면뿐만 아니라 상, 하로도 열을 배출할 수 있어 안테나 모듈의 방열을 최적화할 수 있는 이점이 발생된다.
또한, 안테나 모듈이 구비되는 하우징과 이웃한 하우징 사이로 격리부재를 제공함으로써, 안테나 모듈에서 발생되는 열이 이웃한 안테나 모듈로 제공되는 것을 차단할 수 있어 열의 집적을 방지할 수 있게 된다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 적어도 하나의 안테나부의 구동에 문제가 발생되는 경우, 구동에 문제가 발생된 안테나부만 교체할 수 있는 이점이 발생한다.
이에, 종래의 복수개의 안테나부가 하나의 일체형의 하우징에 제공되는 경우와 비교하여 교체비용이나, 교체 시간 등을 절감시킬 수 있음은 물론 정상적으로 구동되는 안테나 모듈은 그대로 구동될 수 있어 기지국 안테나 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 발생한다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부 단위로 분리된 안테나 모듈을 구현하도록 구비되어, 빔포밍에 최적화된 형상을 구현할 수 있는 이점이 발생한다.
또한, 능동 배열 안테나 장치에서 안테나부가 설치되는 각 하우징의 형상을 소형화 할 수 있으며, 이에 따라 하우징을 인발이나 압출이 아닌 사출로 제작할 수 있으며, 이에 따라 안테나 하우징의 제작 비용이나 제작방법이 다양해 질 수 있는 이점이 발생한다.
또한, 하우징이 개별로 제공되도록 하여 소형화될 수 있어, 방열핀의 형상을 다양화할 수 있음은 물론 방열핀의 형상에 따라 최적의 방열을 구현할 수 있는 이점이 발생한다.
도 1은 종래의 기지국 안테나 장치, 구체적으로 일체형 능동 배열 안테나 및 이에 발생되는 온도의 집적을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 개시된 안테나 장치에서 메인 모듈(12) 및 이의 온도분포를 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국 안테나 장치를 나타내는 도면.
도 4는 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치를 내부 구성품들을 개략적으로 나타내는 블록도.
도 5는 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치에서 방열핀의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 기지국 안테나 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 8은 도 3에 개시된 실싱예의 기지국 안테나 장치에서 격리부재가 구비되는 것을 나타내는 도면.
도 9는 도 6에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 격리부재가 구비되는 것을 나타내는 도면.
도 10은 도 3에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 열의 분포를 나타내는 도면.
도 11은 도 3에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 메인 모듈로 전달되는 열의 분포를 나타내는 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들을 설명하기로 한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 길이 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 개시의 다양한 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들을 설명함에 있어 1이나, 2 등과 같은 서수를 사용하고 있으나, 이는 단지 동일한 명칭의 대상들을 서로 구분하기 위한 것이고, 그 순서는 임의로 정할 수 있으며, 후순위의 대상에 대해 선행하는 설명을 준용할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예들을 설명함에 있어서 사용하는 용어들은 각 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 것으로, 한정하려는 의도로 개시되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 개시에서 '포함한다' 또는 '가지다'등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국 안테나 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치를 내부 구성품들을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또한, 도 5는 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국 안테나 장치(100)는 분리형 능동 배열 안테나 모듈(110, 120)을 포함하는 구성이다. 분리형 능동 배열 안테나 모듈(110, 120)은 서로 분리 형성되는 복수개의 안테나 모듈(110)들을 포함하며, 각 안테나 모듈(110)들이 하나의 메인 모듈(120)에 결합되는 구성이다. 구체적으로 안테나 모듈(110)은 하나의 안테나 소자(115)와, 이와 연결되는 송수신 모듈(116) 및 RF 변환모듈(117) 등을 포함하는 하나의 단위모듈로서, 이러한 하나의 단위모듈로 구성된 안테나 모듈(110)들이 메인 모듈(120)에 서로 분리되어 적층되는 구성이다. 메인 모듈(120)은 각각의 안테나 모듈(110)을 제어하거나 구동하기 위한 구성으로, 전원 공급부(121)와 디지털 보드(122) 등을 포함하는 구성이다. 메인 모듈(120)은 안테나 하우징(111)의 일면, 구체적으로 후면에 제공되고, 안테나 모듈(110)과 함께 외부 벽면에 고정된다. 메인 모듈(120)은 제어부(140)나 인쇄회로기판과 같은 디지털 보드(122)와, 안테나 모듈(110)로 전원을 공급하는 전원 공급부(121)를 포함하는 구성이다. 디지털 보드(122)는 제어부(140)나 인쇄회로기판과 같은 구성이다. 디지털 보드(122)는 각 안테나 모듈(110)에 제공되는 안테나 소자(115)로부터 전류의 크기 및 위상을 획득하고, 획득된 각각이 안테나 모듈(110)의 전류의 크기 및 위상으로 각 안테나 소자(115)의 전류 크기 및 위상을 변경하도록 전류 분포 값(여기서 전류 분포 값에는 획득된 전류 크기 및 위상을 포함함.)을 빔포머(150)로 전송하게 된다. 또한, 각 안테나 모듈(110)의 구동을 제어함은 물론 안테나 모듈(110)들의 구동 유무를 판별하여 고장 여부를 판단한다.
구체적으로 안테나 모듈(110)은 안테나 하우징(111)과, 방열부재(112)를 포함한다. 안테나 하우징(111)의 내측에는 하나의 안테나 소자(115)와, 송신 신호를 증폭하여, 실장된 안테나 소자(115)를 통해 방사 또는 안테나 소자(115)를 통해 신호를 수신하는 송수신 모듈(116) 및 RF 변환모듈(117) 등이 실장되는 구성이다. 즉, 하나의 안테나 하우징(111)에는 각 주파수에 해당되는 안테나 소자(115)와, 안테나 소자(115)와 연결되는 송수신 모듈(116) 및 RF 변환모듈(117)을 구비하고, 이러한 안테나 모듈(110)을 하나의 단위모듈로 하여 복수개가 서로 이격되어 소정의 적층 패턴으로 설치된다. 예를 들어, 안테나 하우징(111)은 길이 방향 또는 N X M 배열을 가지며 복수개가 서로 소정 간격(d) 이격되며 실장되는 것이다.
본 개시의 실시에에서는 길이방향으로 안테나 모듈(110)이 3개 또는 4개 적층되는 것(1 X 3, 1 X 4 )를 예를 들어 설명한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 안테나 모듈(110)의 수는 얼마든지 변경될 수 있으며, 길이의 수직 방향으로 또한, 2열이나 3열의 배열을 가지며 길이 방향으로 M개의 배열을 가지는 구성인 것(3 X M)도 가능한 것과 같이 필요에 따라 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
각각의 안테나 하우징(111)의 주변 둘레에는 안테나 소자(115) 등의 내부에 구비되는 모듈들에서 발생되는 열을 발열 시킬 수 있도록 방열부재(112)가 구비된다. 방열부재(112)는 안테나 하우징(111)의 양 측면에서 돌출 형성되는 복수개의 방열핀(112)들로 구비된다. 방열핀(112)은 안테나 하우징(111)의 양측면에 리브 형상으로 돌출되어 복수개의 방열핀(112)들이 소정 간격 이격되게 제공될 수 있다. 방열핀(112)들은 안테나 하우징(111)이 설치된 상태에서 중력방향을 가지도록 구비되어 외부 벽면에 설치된 상태에서 대류 등에 반하지 않으며, 방열핀(112) 사이로 자연스런 대류 현상에 의해 열을 저하시킬 수 있도록 구비될 수 있다.
본 개시의 실시예에서 방열핀(112)들은 안테나 하우징(111)의 양측면에 형성되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 본 개시의 안테나 하우징(111)은 서로가 서로에게서 분리된 상태로 적층됨으로써, 안테나 하우징(111)의 양측면 뿐만 아니라 상, 하면에도 구비될 수 있는 것과 같이, 방열핀(112)은 안테나 하우징(111)의 주변 둘레의 어느 곳에도 형성될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 방열핀(112)은, 안테나 하우징(111)이 외부 벽면에 설치된 상태에서 중력방향을 가지는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 안테나 하우징(111)의 크기가 모듈 단위를 가져 소형화됨으로써, 안테나 하우징(111)에 형성되는 방열핀(112)의 형태에 대한 제작을 용이하게 할 수 있으므로, 최적의 방열을 위한 방향을 가지도록 구비되는 것이 바람직하다.
도 6 은 도 3에 개시된 기지국 안테나 장치에서 방열핀의 다른 실시예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 기지국 안테나 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6및 도 7을 참조하면, 방열핀(112)은 중력방향을 기준으로 소정 각도 틀어진 사선 방향으로 형성될 수 있다. 이에, 대류의 흐름을 더욱 자연스럽게 하여 방열핀(112)을 통한 방열의 효과를 더욱 상승시킬 수도 있게 된다. 또한, 본 개시에서 도시되진 않았으나, 각각의 안테나 하우징에 형성된 방열핀의 방향이 서로 교차되게 형성될 수도 있다. 즉, 가장 상측에 제공된 안테나 하우징 및 세번째 실장되는 안테나 하우징에 형성되는 방열핀이 도 6과 같이 우측에서 좌측 방향의 사선 형태라면, 두번째 및 네번째 실장되는 안테나 하우징에 형성되는 방열핀은 이와는 반대로 좌측에서 우측 방향으로 기울어진 사선 형태를 가지도록 형성될 수도 있는 등 방열핀의 형태는 한정되지 않으며 얼마든지 변경 및 변형이 가능하다.
도 8은 도 3에 개시된 실싱예의 기지국 안테나 장치에서 격리부재(130)가 구비되는 것을 나타내는 도면이고, 도 9는 도 6에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 격리부재(130)가 구비되는 것을 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 기지국 안테나 장치(100)의 방열부재(112)는 격리부재(130)를 더 포함할 수 있다. 격리부재(130)는 안테나 모듈(110)과 안테나 모듈(110) 사이, 구체적으로는 안테나 하우징(111)과, 안테나 하우징(111)과 이웃한 안테나 하우징(111)(이하 이웃한 안테나 하우징(111)'이라 함.) 사이에 위치된다. 이러한 격리부재(130)는, 안테나 하우징(111)과, 이웃한 안테나 하우징(111) 사이를 분리하여 각각의 안테나 하우징(111)에서 발생되는 열의 이동을 차단할 수 있게 된다. 즉, 본 개시의 실시예와 같이 네 개의 안테나 하우징(111) 구비되는 경우, 가장 상측의 안테나 하우징(111)부터 제1안테나 하우징(111), 제2안테나 하우징(111), 제 3 안테나 하우징(111) 및 제4안테나 하우징(111)이라고 하면, 격리부재(130)는 제1안테나 하우징(111)과 제2안테나 하우징(111) 사이, 제2안테나 하우징(111)과 제3안테나 하우징(111) 사이 및 제3안테나 하우징(111)과 제4안테나 하우징(111) 사이에 구비된다.
따라서, 제1안테나 하우징(111)에서 발생되는 열은 제1안테나 하우징(111)과 제2안테나 하우징(111) 사이에 구비되는 격리부재(130)에 의해 제2안테나 하우징(111)으로 전달되는 것이 제한되고, 제2안테나 하우징(111)에서 발생되는 열은 제1안테나 하우징(111)과 제2안테나 하우징(111) 사이의 격리부재(130) 및 제2안테나 하우징(111)과 제3안테나 하우징(111) 사이에 구비되는 격리부재(130)에 의해 열의 이동이 제한되는 것이다. 또한, 제3 안테나 하우징(111)에서 발생되는 열은 제2안테나 하우징(111)과 제3안테나 하우징(111) 사이의 격리부재(130) 및 제3안테나 하우징(111)과 제4안테나 하우징(111) 사이에 실장되는 격리부재(130)에 의해 제2안테나 하우징(111) 및 제4안테나 하우징(111)으로 전달되는 것이 제한된다. 또한 제4안테나 하우징(111)에서 발생되는 열은 제3안테나 하우징(111)과 제4안테나 하우징(111) 사이의 격리부재(130)에 의해 제3안테나 하우징(111)으로 전달되는 것이 제한된다. 이와 같이, 각각의 안테나 하우징(111)이 서로 분리 형성됨으로써, 각각의 안테나 하우징(111)의 주변둘레를 통해 방열이 될 수 있고, 특히 방열핀(112)이 제공된 부분은 방열핀(112)에 의해 열의 방열이 더욱 효과적으로 발생된다. 더불어 각각의 안테나 하우징(111)이 서로 분리되고, 이에 따라 각 분린된 부분에 격리부재(130)를 제공함으로써, 안테나 하우징(111)들의 서로의 열이 공유되지 않음으로써 열의 직접이 발생되지 않고, 열이 효과적으로 방열될 수 있게 된다.
상술한 안테나 모듈(110)은 서로 분리 이격된 상태로 구비됨으로써, 안테나 하우징(111)의 크기가 소형화 될 수 있다. 본 개시의 분리된 안테나 하우징(111)들은 단위모듈로 형성됨으로써, 종래의 일체형으로 형성되던 일체형 안테나 하우징(111)에 비해 그 크기가 소형화될 수 있다. 따라서, 안테나 하우징(111)은 기존의 안테나 하우징(111)과 같이 인발이나 압출을 통해 제작될 수 있을 뿐만 아니라 사출을 통해서도 제작될 수 있다. 이에, 비용이나 재질 등을 고려하여 안테나 하우징(111)의 제작 방법을 다양화할 수 있게된다. 특히 방열핀(112)이 안테나 하우징(111)에 한 몸체로 형성되는 경우, 기존에는 사출로서는 형성하기 어려웠으나, 본 개시의 실시예와 같이 안테나 하우징(111)이 소형화 됨으로써, 사출 제작도 용이하게 되는 것이다. 여기서 '한 몸체'라고 하는 것은 결함면 등이 존재 하지 않으며 하나의 덩어리처럼 연결되는 것을 일컫는 것이다.
본 개시의 방열핀(112)은 안테나 하우징(111)에 한 몸체로 형성되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 방열핀(112)은 안테나 하우징(111)과 별도로 분리 제작된 후, 안테나 하우징(111)의 주변 둘레에 본딩이나 나사와 같은 체결부재를 이용하여 결합될 수도 있는 등, 그 형성 방법은 얼마든지 변경 가능하다. 또한, 본 개시의 안테나 하우징(111)은 그 크키가 소형화되어 있음은 물론 이에 따라 안테나 하우징(111)의 내부에는 각 단위별로 안테나 소자(115), 송수신 모듈(116) 및 RF 변환모듈(117) 등이 구비됨으로써, 내부 응결 현상이 발생되는 것이 제한된다. 이에, 종래에 일체형으로 형성되는 안테나 하우징(111)에는 내부 응결 현상에 따라 수증기 등을 배출하기 위한 물빠짐 홀이 형성되었으나, 본 개시의 안테나 하우징(111)에는 별도의 물빠짐 홀이 필요 없어, 안테나 하우징(111)의 밀폐력을 증가시킬 수 있게 된다.
본 도면에서 설명되지 않은 빔포머(150)는 제어부(140)로부터 전류분포 값을 분석하여 각 안테나 모듈(110)별로 안테나 소자(115)의 전류 크기 및 위상을 확인하고, 각 송수신 모듈(116)이 상기 확인된 전류 크기 및 위상으로 자신과 연결된 안테나 소자(115)의 전류 크기 및 위상을 변경하도록 제어하는 구성이다.
도 10은 도 3에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 열의 분포를 나타내는 도면이고, 도 11은 도 3에 개시된 실시예의 기지국 안테나 장치에서 메인 모듈로 전달되는 열의 분포를 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 개시의 기지국 안테나 장치(100)의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 안테나 모듈(110)이 단위모듈로서 서로 분리 이격되게 실장됨으로써, 각각의 안테나 모듈(100)로부터 발생되는 열이 안테나 하우징(111)의 주변 둘레를 통해 모두 발열될 수 있다. 이에 기존의 도 1이나 도 2와 비교하면, 안테나 하우징(111)에 집적되는 온도도 저하됨으로 물론이고, 온도가 일방적으로 집적되는 것을 제한할 수 있게 되는 것이다.
상술한 본 개시는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 개시의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시예에서 안테나 모듈(110)은 세 개 또는 네 개가 길이 방향으로 일렬로 적층되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상술한 바와 같이 각각의 안테나 모듈(110)이 서로 분리 됨으로써, 그 적층 형상은 필요에 따라 얼마든지 변경 및 변형이 가능하다.
또한, 하우징에 형성된 방열핀(112)의 형상도 설치방향의 중력방향, 또는 일정한 사선 방향을 가지는 것을 예를 들어 설명하였으나, 기지국 안테나 장치(100)가 설치되는 장소나 위치 등을 고려하여 얼마든지 방열핀(112)의 형상이나 방향 등은 변경이나 변형될 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims (7)

  1. 기지국 안테나 장치에 있어서,
    안테나 모듈들이 서로 분리되어 적층 구비되는 분리형 능동 배열 안테나 모듈을 포함하는 기지국 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    안테나 소자, 송수신 모듈 및 RF 전환모듈을 포함하는 안테나 하우징; 및
    상기 안테나 하우징의 주변 둘레에 구비되는 방열부재를 포함하는 기지국 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열부재는 상기 안테나 하우징에서 돌출되는 복수개의 방열핀들이 서로 이웃하게 형성되는 기지국 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방열핀은 중력방향으로 구비되는 기지국 안테나 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열핀은 중력 방향을 기준으로 소정 각도 틀어진 사선 방향으로 구비되는 기지국 안테나 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 모듈과, 상기 안테나 모듈과 이웃한 안테나 모듈 사이에는 상기 안테나 모듈들을 분리하는 격리부재를 더 포함하는 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분리형 능동 배열 안테나에는 디지털 보드 및 전원 공급부를 포함하는 메인 모듈이 포함되고,
    상기 메인 모듈에는 상기 안테나 모듈들이 서로 분리되어 적층 결합되는 기지국 안테나 장치.
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