WO2016204383A1 - 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기 - Google Patents

다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기 Download PDF

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WO2016204383A1
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frequency band
radiating elements
diplexer
signals
frequency
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소성환
정헌정
최광석
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주식회사 케이엠더블유
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/32—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means

Definitions

  • the present invention relates to an antenna that can be applied to a base station or a relay station in a mobile communication (PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE, etc.) network, and in particular, for vertical beam tilt adjustment of each multiband in a multiband antenna device.
  • Multi line phase shifter (MLPS) used.
  • the current mobile communication environment is considering the introduction of next generation 5G system as well as commercialization of 2G (Generation), 3G, and 4G Long Term Evolution (LTE). Accordingly, various mobile communication service frequency bands are mixed according to a communication system or a communication service provider and a country, and a base station environment is also diversified. Accordingly, in order to implement an efficient base station system and reduce the cost of operating a base station, a base station (and a base station antenna) is constructing a wideband and multiband system to cover various service bands.
  • the multi-band mobile communication base station antenna 10 has a multi-band antenna structure for serving a first frequency band Band1 and a second frequency band Band2.
  • the first frequency band may be, for example, a personal communication service (US-PCS) band of 1.9 GHz band (for example, 1.850-1.995 GHz)
  • the second frequency band may be, for example, 2.5 GHz band (eg For example, it may be a BRS (Broadband Radio Service) band of 2.495-2.690 GHz.
  • US-PCS personal communication service
  • BRS Broadband Radio Service
  • first and second frequency common bands may be provided for miniaturization of the base station antenna 10.
  • the first to fifth radiating elements 111, 112, 113, 114, and 115 may be arranged in a vertical line.
  • the first to fifth radiating elements 111 to 115 are broadband radiating elements having a wide band characteristic, and are provided to cover a band in which a fractional band width is about 45%.
  • Such radiating elements may have operating characteristics, for example, in the band 1710-2690 MHz.
  • an input signal In1 of the first frequency band is received to the first to fifth radiating elements 111-115.
  • a first multiple phaser 121 is provided to vary the phase of each of the distributed signals so that the signals are distributed and output, and the signals distributed to each of the radioactive elements 111-115 have a preset phase difference between each other.
  • an input signal In2 of the second frequency band is received and distributed to the first to fifth radiating elements 111-115 to be output.
  • a second multiplexer 122 is provided which varies each of the distribution signals such that the signals distributed to each of the radiators 111-115 have a predetermined phase difference therebetween.
  • Korean Patent Application No. 2009-40978 (named: “Multiple phaser for vertical beam tilt control antenna") filed by the present applicant, the filing date : May 11, 2009, inventor: Young Chan Chan, Oh Seok Choi, Inho Kim, Kwang Seok Choi).
  • the plurality of signals distributed for 115 are configured to be coupled to corresponding signals through the first to fifth frequency combiner / dividers 131, 132, 133, 134, and 135 to be provided to the corresponding radiating elements, respectively.
  • a connection scheme for transmitting a plurality of signals between the first and second multiplexers 121 and 122 and the first to fifth frequency combiners / distributors 131 to 135 is usually set in advance such as a coaxial cable. Made via a standard feeding cable.
  • the first to fifth frequency combiners / dividers 131 to 135 may include a diplexer or duplexer in which a structure of a filter unit filtering a first frequency band and a structure of a filter unit filtering a second frequency band are merged. ) May have a structure.
  • the multi-band base station antenna since electric beam tilting conditions are different for each band, separate multi-deviator is required for each band in order to perform beam tilting for each band.
  • the internal structure of the multiband base station antenna is complicated or the overall size thereof becomes large.
  • Another object of the present invention is to provide a multiple outlier of a multi-band mobile communication base station antenna which can have a more optimized structure.
  • a multiple ideal circuit that receives an input signal of a first frequency band and distributes and phase-varies it to correspond to a plurality of radiating elements;
  • Combining the signals to each other characterized in that it comprises a plurality of frequency coupling / distribution circuit for outputting to the plurality of radiating elements.
  • the plurality of frequency combining / distributing circuits may have a circuit structure of a diplexer or duplexer in which a structure of a filter unit filtering the first frequency band and a filter unit filtering the second frequency band are merged.
  • a circuit pattern for varying a phase is formed on a PCB-type main board, respectively distributing a signal input to an input port receiving an input signal of the first frequency band to a plurality of output points;
  • the plurality of frequency combining / distributing circuits are each embodied in a PCB type diplexer or duplexer circuit pattern on the main substrate;
  • a first input terminal of the diplexer or duplexer diplexer circuit pattern is connected with a corresponding one of the plurality of output points of the multiple ideal circuit, and the diplexer or
  • the second input terminal of the duplexer circuit pattern is a sub-input port of the multiplexer, and receives a corresponding one of a plurality of signals of the second frequency band provided from the other multiplexer, and the diplexer or duplexer circuit pattern
  • the common stage is an output port of the multiple phaser, and may be configured to be connected to a corresponding one of the plurality of
  • the multi-band mobile communication base station antenna in the multi-band mobile communication base station antenna; A plurality of radiating elements for serving a common band of at least a first frequency band and a second frequency band; A first multiple idealizer for receiving an input signal of the first frequency band and distributing and outputting corresponding to the plurality of radiating elements, and varying a phase of the signals distributed to each of the plurality of radiating elements; A second multiple phaser for receiving an input signal of the second frequency band and distributing corresponding to the plurality of radiating elements and outputting the plurality of radiating elements;
  • the first multiple phaser includes: a multiple abnormality circuit which receives an input signal of the first frequency band and distributes and phase-varies it to correspond to the plurality of radiating elements; A plurality of signals distributed and phase-variable in the multiple ideal circuit and a plurality of signals in a second frequency band input and distributed for the plurality of radiating elements in the second multiple phaser, respectively, Combining the signals to each other, characterized in that it comprises a plurality of frequency coupling / distribution circuit for outputting to the plurality of radiating elements.
  • the structure of the multiple phaser of the multi-band mobile communication base station antenna according to the present invention can reduce the number of feed cables required by the antenna, and allow the antenna to have a more optimized structure.
  • 1 is a schematic block diagram of an exemplary multi-band mobile communication base station antenna
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a multi-band mobile communication base station antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a detailed configuration diagram of multiple abnormalities in FIG.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a multi-band mobile communication base station antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-band mobile communication base station antenna 20 according to an embodiment of the present invention, as in the prior art, a multi-band antenna structure for serving the first frequency band Band1 and the second frequency band Band2 Has
  • a plurality of radiating elements for example, the first to fifth radiating elements 211, 212, 213, 214, and 215 of the first and second frequency common bands are arranged in a vertical line.
  • an input signal In1 of the first frequency band is received to correspond to the first to fifth radiating elements 211 to 215.
  • a first multiple phaser 221 is provided to vary the phase of each of the distributed signals so that the signals are distributed and output, and the signals distributed to each of the radioactive elements 211-215 have a predetermined phase difference therebetween.
  • an input signal In2 of the second frequency band is received and distributed correspondingly to the first to fifth radiating elements 211-215.
  • a second multiple phaser 222 for varying each of the distribution signals such that the signals distributed to each of the radiators 211-215 have a predetermined phase difference from each other.
  • the first multiple phaser 221 is connected to each of the first to fifth radiating elements (211-215) through a feed cable
  • the second multiple phaser 222 is not directly connected to the first to fifth radiating elements 211 to 215, and is distributed and phase-variably corresponding to the first to fifth radiating elements 211 to 215. And provide signals to the first multiple phaser 221, respectively.
  • the first multiplexer 221 basically receives an input signal In1 of a first frequency band therein and receives the first to fifth signals.
  • Multiple ideal circuits 2210 distributed and phase-variable corresponding to the radiating elements 211-215; A plurality of signals that are distributed and phase-variable in the multiple ideal circuit 2210 and a plurality of channels that are distributed and phase-variable for the first to fifth radiating elements 211 to 215 input from the second multiple phaser 222.
  • First to fifth frequency combining / distributing circuits 2211, 2212, and 2213 for receiving the respective signals of the first to fifth radiating elements 211 to 215, respectively. 2214, 2215.
  • the first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211-2215 may include a diplexer or a duplexer in which a structure of a filter unit filtering a first frequency band and a filter unit filtering a second frequency band are merged. duplexer).
  • the second multiplexer 222 may be a general multiplexer structure, but the first multiplexer 221 is a structure in which a diplexer or duplexer is included in each output terminal of the internal circuit. .
  • output signals of the second frequency band of the second multiplexer 222 are synthesized with signals to be output of the first frequency band from the first multiplexer 221, and finally, the first multiplexer 221.
  • Output signals are provided to the radiating elements via the feed cables.
  • the second multiple abnormalities 222 and the first multiple abnormalities 221 may be disposed adjacent to each other and connected to each other by using a relatively short feed line (for example, a feed cable). Accordingly, in the present invention, since the feed cable for connecting the respective distributed and phase-variable signals to the respective radiators is not required in the second multiplexer 222, the feed cable required as a whole can be reduced. In addition, the internal structure of the antenna can be simplified to have a stable mechanical structure.
  • FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the multiple abnormalities in FIG. 2, and the internal structures of the first and second multiple phasers 221 and 222 will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • the second multiplexer 222 may include a main board of a PCB type having a circuit pattern for signal distribution and phase change.
  • the main board of the PCB type has an input port b0 for receiving an input signal In2 of a second frequency band and a distribution and phase-variable signal to be provided to the first to fifth radiating elements 211 to 215, respectively.
  • the first to fifth output ports b1, b2, b3, b4 and b5 to be output are appropriately formed.
  • a circuit pattern for phase shifting is appropriately formed while distributing the signal input to the input port b0 to the first to fifth output ports b1, b2, b3, b4, b5, respectively.
  • the distribution ratios of the input signals distributed to the respective ports may not be set identically, but may have a predetermined distribution ratio.
  • the circuit pattern for phase change actually forms a line having a variable length in conjunction with a circuit pattern of a sub (moving) substrate (not shown) that is provided separately, thereby changing the phase. It may have a structure that enables.
  • the second multi-phase device 222 is provided with a housing for mounting and supporting the main substrate in addition to this, the configuration is similar to the structure of the multi-phase device in the domestic patent application No. 2009-40978, the 2009- The multiple abnormality structure disclosed in 40978 may be employed as it is.
  • the first multiplexer 221 includes a multiple ideal circuit 2210 having a circuit pattern for signal distribution and phase change, and the multiple abnormal circuit 2210.
  • PCB type main board having a plurality of first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211, 2212, 2213, 2214, and 2215 having circuit patterns for frequency combining / distributing connected to the circuit pattern of It can be provided with a main configuration.
  • the circuit pattern forming the multiple abnormal circuits 2210 includes an input port a0 that receives an input signal In1 of a first frequency band and first to fifth radiating elements 211-.
  • First to fifth output points a10, a20, a30, a40, and a50 are respectively formed to output the divided and phase-variable signals to be provided to the 215 side, and the first to fifth signals are input to the input port a0.
  • a circuit pattern for phase shifting is appropriately formed while distributing to the fifth output points a10, a20, a30, a40 and a50, respectively.
  • the first to fifth output points a10, a20, a30, a40, and a50 of the multiple abnormal circuits 2210 may be the first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211, 2212, and 2213, respectively.
  • the first to fifth frequency combiner / divider circuits 2211-2215 may be embodied in, for example, a PCB type diplexer (or duplexer) circuit pattern. 2215, first input terminals of the corresponding diplexer (or duplexer) circuit patterns correspond to the first to fifth input points a11, a21, a31, a41, and a51, respectively.
  • the first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211-2215 respectively output signals output from the first to fifth output ports b1 to b5 of the second multiplexer 222, respectively. And to be provided to a second input end of the pattern.
  • the signal output from the first output port b1 of the second multiplexer 222 is input to the first sub-input port a12 of the first multiplexer 221 to be configured as a first frequency combining / distributing circuit.
  • the signal output from the second to fifth output ports b2-b5 of the second multiplexer 222 is similarly provided to the second second to fifth sub-input port of the first multiplexer 221.
  • the second input terminal of the corresponding diplexer circuit pattern may be the first to fifth sub input ports a22, a32, a42, and a52. Corresponds to).
  • first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211-2215 are configured to be output to the common ends of the corresponding diplexer circuit patterns, respectively, and provided to the corresponding first to fifth radiating elements 211 to 215, respectively.
  • the common terminal of the first frequency combining / distributing circuit 2211 corresponds to the first output port a13 of the first multiple phaser 221, which is connected to the first radiating element 211.
  • the common ends of the second to fifth frequency combining / distributing circuits 2212-2215 correspond to the second to fifth output ports a23, a33, a43, and a53 of the first multiple phaser 221, respectively. , Which are connected to the second to fifth radiating elements 212-215, respectively.
  • the circuit pattern for phase change is actually of a variable length in conjunction with a circuit pattern of a sub (moving) substrate (not shown) separately provided. By forming a line, it is possible to have a structure that enables phase variation.
  • the first multi-phase device 222 may further include a housing for mounting and supporting the main substrate.
  • the first multiplexer 221 includes a multiple abnormal circuit 2210 and first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211, 2212, 2213, 2214, and 2215.
  • a multiple abnormal circuit 2210 and first to fifth frequency combining / distributing circuits 2211, 2212, 2213, 2214, and 2215.
  • the first to fifth radiating elements 211 to 215 may be installed on one surface (for example, the front surface) of a reflecting plate (not shown) in the form of a metal plate having a relatively large area as a whole.
  • the second multiple phasers 221 and 222 may be installed on the other surface (eg, a rear surface) of the reflector.
  • the mobile communication base station antenna may be equipped with various components applied to the mobile communication base station antenna of a general structure, for example, additional distribution / combining circuit, or an amplifier, a filter, and the like, and also a signal
  • Various electronic components such as a sensing circuit for sensing various operating states of the antenna including transmission quality and a main controller (for example, MCU) for overall operation control may be appropriately installed.
  • the five radiating elements provided with a multi-mode mobile communication base station antenna it can be configured to be arranged in various numbers in addition to the five of the radiating elements, the frequency formed in the second multiple ideal
  • the distribution / combination circuit can also be designed to be formed in various numbers accordingly.

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Abstract

본 발명은 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기에 있어서; 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 이를 다수의 방사소자에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로와; 다중 이상회로에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 외부의 다른 다중 이상기에서 다수의 방사소자를 위해 분배 및 위상 가변되어 입력된 제2주파수 대역의 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 다수의 방사소자로 출력하기 위한 다수의 주파수 결합/분배회로를 포함한다.

Description

다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기
본 발명은 이동통신(PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE 등) 네트워크에서, 기지국이나 중계국에 적용될 수 있는 안테나에 관한 것으로서, 특히, 다중대역 안테나 장치 내에서 다중대역 각각의 수직 빔틸트 조절을 위해 사용되는 다중 이상기(MLPS: Multi Line Phase Shifter)에 관한 것이다.
현재의 이동통신 환경은 2G(Generation), 3G, 4G LTE(Long Term Evolution)의 상용화 전개뿐만 아니라, 차세대 5G 시스템의 도입이 고려되고 있다. 이에 따른 통신 시스템 또는 통신 사업자 및 국가에 따라 다양한 이동통신 서비스 주파수 대역이 혼재되고 있고 기지국 환경도 다양화되고 있다. 이에 따라, 효율적인 기지국 시스템의 구현 및 기지국 운영의 비용 절감을 위해, 기지국(및 기지국 안테나)에서는 다양한 서비스 대역을 커버할 수 있도록 광대역 및 다중대역의 시스템을 구축하고 있다.
도 1은 일반적인 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 개략적인 일 예시 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 다중대역 이동통신 기지국 안테나(10)는 제1주파수 대역(Band1) 및 제2주파수 대역(Band2)을 서비스하는 다중대역 안테나 구조를 가진다. 제1주파수 대역은 예를 들어, 1.9GHz 대역(예를 들어, 1.850~1.995GHz)의 US-PCS(Personal Communication Service) 대역일 수 있으며, 제2주파수 대역은 예를 들어, 2.5GHz 대역(예를 들어, 2.495~2.690GHz)의 BRS(Broadband Radio Service) 대역일 수 있다.
기지국 안테나(10)에서는, 각 주파수 대역별로 별도의 방사소자들이 제공될 수도 있으나, 해당 기지국 안테나(10)의 소형화를 위해 제1 및 제2주파수 공용 대역의 다수의 방사소자, 예를 들어, 제1 내지 제5방사소자(111, 112, 113, 114, 115)가 수직으로 일렬로 배열되게 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제5방사소자(111-115)는 광대역 특성을 가지는 광대역 방사소자로서, 예를 들어, 비대역폭(fractional band width)이 약 45%되는 대역을 포괄하도록 제공되고 있다. 그러한 방사소자는 예를 들어, 1710~2690MHz 대역의 동작 특성을 가질 수 있다.
이러한 구조에서, 제1주파수 대역의 전체적인 방사 빔에 대한 전기적인 수직 틸트를 제공하기 위하여, 제1주파수 대역의 입력 신호(In1)를 제공받아 상기 제1 내지 제5방사소자(111-115)로 분배하여 출력하며, 방사소자들(111-115) 각각으로 분배되는 신호들이 서로 간에 미리 설정된 위상 차이를 가지도록 각 분배 신호들의 위상을 가변하는 제1다중 이상기(121)가 구비된다. 마찬가지로, 제2주파수 대역의 전체적인 방사 빔에 대한 전기적인 수직 틸트를 제공하기 위하여, 제2주파수 대역의 입력 신호(In2)를 제공받아 제1 내지 제5방사소자(111-115)로 분배하여 출력하며, 방사소자들(111-115) 각각으로 분배되는 신호들이 서로 간에 미리 설정된 위상 차이를 가지도록 각 분배 신호들을 가변하는 제2다중 이상기(122)가 구비된다. 이러한 제1 및 제2다중 이상기(121, 122)에 대한 기술로는, 본 출원인에 의해 선출원된 국내 특허 출원번호 제2009-40978호(명칭: "수직 빔틸트 제어 안테나를 위한 다중 이상기", 출원일: 2009년 5월 11일, 발명자: 문영찬, 최오석, 김인호, 최광석)에 개시된 바를 예로 들 수 있다.
한편, 제1다중 이상기(121)에서 제1 내지 제5방사소자(111-115)를 위해 분배된 복수의 신호들과, 제2다중 이상기(122)에서 제1 내지 제5방사소자(111-115)를 위해 분배된 복수의 신호들은, 각각 제1 내지 제5주파수 결합/분배기(131, 132, 133, 134, 135)를 통해 대응되는 신호들끼리 결합되어 각각 대응되는 방사소자로 제공되도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2다중 이상기(121, 122)와 제1 내지 제5주파수 결합/분배기(131-135)간의 다수의 신호 전달을 위한 연결 방식은 통상 동축 케이블(coaxial cable)과 같은 미리 설정된 규격의 급전 케이블(feeding cable)을 통해 이루어진다. 상기 제1 내지 제5주파수 결합/분배기(131-135)는 제1주파수 대역을 필터링하는 필터부와, 제2 주파수 대역을 필터링하는 필터부의 구조가 병합된 다이플렉서(diplexer) 또는 듀플렉서(duplexer) 구조를 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다중대역 기지국 안테나에서는, 각 대역마다 전기적 빔 틸팅 조건이 다르기 때문에, 각 대역별로 빔 틸팅을 하기 위해서는 각 대역별로 각각 별도의 다중 이상기가 요구된다. 이때, 각 다중 이상기와 다수의 주파수 결합/분배기를 연결하기 위한 비교적 많은 수의 급전 케이블을 설치하여야 하므로, 다중대역 기지국 안테나에서는 통상 내부 구조가 복잡해지거나 전체적인 사이즈가 커지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다중대역 기지국 안테나 내부의 복수의 다중 이상기와 다수의 주파수 결합/분배기의 설치 위치나 연결 구조 등을 보다 최적화하여 설계하는 등 다양한 방안이 고려되고 있으나, 비교적 그 효과가 미비한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중대역 이동통신 기지국 안테나에서 요구되는 급전 케이블의 수를 줄일 수 있는 다중 이상기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 보다 최적화된 구조를 가질 수 있는 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 견지에 따르면, 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기에 있어서; 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 이를 다수의 방사소자에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로와; 상기 다중 이상회로에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 외부의 다른 다중 이상기에서 상기 다수의 방사소자를 위해 분배 및 위상 가변되어 입력된 제2주파수 대역의 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 상기 다수의 방사소자로 출력하기 위한 다수의 주파수 결합/분배회로를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 상기 제1주파수 대역을 필터링하는 필터부와, 상기 제2 주파수 대역을 필터링하는 필터부의 구조가 병합된 다이플렉서 또는 듀플렉서의 회로 구조를 가질 수 있다.
상기 다중 이상회로는, PCB 타입의 메인 기판에서, 상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받는 입력 포트로 입력된 신호를 다수의 출력 지점으로 각각 분배하면서 위상 가변을 하기 위한 회로 패턴이 형성되며; 상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 각각 상기 메인 기판에서 PCB 타입의 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴으로 구현되며; 상기 다수의 주파수 결합/분배회로 각각에서, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 다이플렉서 회로 패턴의 제1입력단은 상기 다중 이상회로의 상기 다수의 출력 지점 중 대응되는 하나와 연결되며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 제2입력단은 상기 다중 이상기의 서브 입력 포트로서, 상기 다른 다중 이상기에서 제공된 상기 제2주파수 대역의 복수의 신호들 중 대응되는 하나를 제공받으며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 공통단은 상기 다중 이상기의 출력 포트로서, 상기 다수의 방사소자 중 대응되는 하나와 연결되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 다중대역 이동통신 기지국 안테나에 있어서; 적어도 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 공용 대역을 서비스하기 위한 다수의 방사소자와; 상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배하여 출력하며, 상기 다수의 방사소자 각각으로 분배되는 신호들의 위상을 가변하기 위한 제1다중 이상기와; 상기 제2주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배하여 출력하며, 상기 다수의 방사소자 각각으로 분배되는 신호들의 위상을 가변하기 위한 제2다중 이상기를 포함하며;
상기 제1다중 이상기는, 상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 이를 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로와; 상기 다중 이상회로에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 상기 제2다중 이상기에서 상기 다수의 방사소자를 위해 분배 및 위상 가변되어 입력된 제2주파수 대역의 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 상기 다수의 방사소자로 출력하기 위한 다수의 주파수 결합/분배회로를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기의 구조는 안테나에서 요구되는 급전 케이블의 수를 줄일 수 있으며, 안테나가 보다 최적화된 구조를 가질 수 있도록 한다.
도 1은 일반적인 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 개략적인 일 예시 블록 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 개략적인 블록 구성도
도 3은 도 2 중 다중 이상기들의 상세 구성도
이하 본 발명에 따른 실시예(들)를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 개략적인 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나(20)는 종래와 마찬가지로, 제1주파수 대역(Band1) 및 제2주파수 대역(Band2)을 서비스하는 다중대역 안테나 구조를 가진다. 또한, 이러한 제1 및 제2주파수 공용 대역의 다수의 방사소자, 예를 들어, 제1 내지 제5방사소자(211, 212, 213, 214, 215)가 수직으로 일렬로 배열되게 구성된다.
또한, 제1주파수 대역의 전체적인 방사 빔에 대한 전기적인 수직 틸트를 제공하기 위하여, 제1주파수 대역의 입력 신호(In1)를 제공받아 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)에 대응되게 분배하여 출력하며, 방사소자들(211-215) 각각으로 분배되는 신호들이 서로 간에 미리 설정된 위상 차이를 가지도록 각 분배 신호들의 위상을 가변하는 제1다중 이상기(221)가 구비된다. 마찬가지로, 제2주파수 대역의 전체적인 방사 빔에 대한 전기적인 수직 틸트를 제공하기 위하여, 제2주파수 대역의 입력 신호(In2)를 제공받아 제1 내지 제5방사소자(211-215)에 대응되게 분배하여 출력하며, 방사소자들(211-215) 각각으로 분배되는 신호들이 서로 간에 미리 설정된 위상 차이를 가지도록 각 분배 신호들을 가변하는 제2다중 이상기(222)가 구비된다.
그런데, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나(20)에서는, 제1다중 이상기(221)는 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)와 급전 케이블을 통해 각각 연결됨에 비해, 제2다중 이상기(222)는 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)와 직접적으로 연결되지 않고, 제1 내지 제5방사소자(211-215)에 대응되게 분배 및 위상 가변된 신호들을 각각 제1다중 이상기(221)로 제공하도록 구성된다.
도 2에서 일점쇄선 네모 박스A에 보다 상세히 도시한 바와 같이, 제1다중 이상기(221)는 그 내부에 기본적으로, 제1주파수 대역의 입력 신호(In1)를 제공받아 이를 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로(2210)와; 해당 다중 이상회로(2210)에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 상기 제2다중 이상기(222)로부터 입력된 제1 내지 제5방사소자(211-215)를 위해 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)측으로 출력하기 위한 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)를 구비한다. 상기 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211-2215)는 제1주파수 대역을 필터링하는 필터부와, 제2 주파수 대역을 필터링하는 필터부의 구조가 병합된 다이플렉서(diplexer) 또는 듀플렉서(duplexer)의 회로 구조를 가질 수 있다.
상기한 구조를 살펴보면, 제2다중 이상기(222)는 일반적인 다중 이상기 구조일 수 있지만, 제1다중 이상기(221)는 그 내부 회로의 각 출력단에 다이플렉서 또는 듀플렉서가 포함된 구조임을 알 수 있다. 이러한 구조를 통해, 제2다중 이상기(222)의 제2주파수 대역의 출력 신호들이 제1다중 이상기(221)에서 제1주파수 대역의 출력되어질 신호들과 합성되고, 최종적으로 제1다중 이상기(221)의 출력 신호들이 급전 케이블들을 통해 방사소자들로 제공된다.
이때, 제2다중 이상기(222)와 제1다중 이상기(221)를 인접하게 배치하고 비교적 짧은 급전 선로(예를 들어, 급전 케이블)를 사용하여 서로 연결할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 종래와 비교하여, 제2다중 이상기(222)에서 각 분배 및 위상 가변된 신호들을 각각의 방사소자들까지 연결하기 위한 급전 케이블이 필요치 않게 되므로, 전체적으로 필요한 급전 케이블을 줄일 수 있으며, 안테나 내부 구조를 단순화하여 안정적인 기구적 구조를 가질 수 있다.
도 3은 도 2 중 다중 이상기들의 상세 구성도로서, 도 3을 참조하여, 제1 및 제2다중 이상기(221, 222)의 내부 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다. 먼저, 제2다중 이상기(222)의 구조를 살펴보면, 제2다중 이상기(222)는 신호 분배 및 위상 가변을 위한 회로 패턴이 형성된 PCB 타입의 메인 기판을 주요 구성으로 구비할 수 있다. 이러한 PCB 타입의 메인 기판에는 제2주파수 대역의 입력 신호(In2)를 제공받는 입력 포트(b0)와, 제1 내지 제5방사소자(211-215) 측으로 제공될 분배 및 위상 가변된 신호가 각각 출력되는 제1 내지 제5출력 포트(b1, b2, b3, b4, b5)가 적절히 형성된다. 또한, 메인 기판에서, 입력 포트(b0)로 입력된 신호를 제1 내지 제5출력 포트(b1, b2, b3, b4, b5)로 각각 분배하면서 위상 가변을 하기 위한 회로 패턴이 적절히 형성된다. 이때 각각의 포트들로 분배되는 입력 신호의 분배비는 동일하게 설정되지 않고 미리 설정된 적정 분배비를 갖도록 할 수 있다.
상기한 구성을 가지는 제2다중 이상기(222)에서, 위상가변을 위한 회로 패턴은 실제로, 별도로 마련된 서브(이동) 기판(미도시)의 회로 패턴과 연동하여 가변 길이의 선로를 형성함으로써, 위상 가변을 가능하게 하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2다중 이상기(222)는 이외에도 메인 기판을 안착 및 지지하는 하우징 등을 구비하며, 이러한 구성은 상기 국내 특허 출원번호 제2009-40978호에 다중 이상기 구조와 유사하며, 상기 제2009-40978호에 개시된 다중 이상기 구조를 그대로 채용할 수도 있다.
다음으로, 제1다중 이상기(221)의 구조를 살펴보면, 제1다중 이상기(221)는 신호 분배 및 위상 가변을 위한 회로 패턴을 구비한 위한 다중 이상회로(2210)와, 상기 다중 이상회로(2210)의 회로 패턴과 연결되는 주파수 결합/분배를 위한 회로 패턴을 구비한 다수, 즉 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)를 형성하는 PCB 타입의 메인 기판을 주요 구성으로 구비할 수 있다.
이러한 PCB 타입의 메인 기판에서, 다중 이상회로(2210)를 형성하는 회로 패턴은 제1주파수 대역의 입력 신호(In1)를 제공받는 입력 포트(a0)와, 제1 내지 제5방사소자(211-215) 측으로 제공될 분배 및 위상 가변된 신호가 각각 출력되는 제1 내지 제5출력 지점(a10, a20, a30, a40, a50)이 형성되며, 입력 포트(a0)로 입력된 신호를 제1 내지 제5출력 지점(a10, a20, a30, a40, a50)으로 각각 분배하면서 위상 가변을 하기 위한 회로 패턴이 적절히 형성된다.
또한, 상기 메인 기판에서, 다중 이상회로(2210)의 제1 내지 제5출력 지점(a10, a20, a30, a40, a50)은 각각 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)에서 대응되는 제1 내지 제5입력 지점(a11, a21, a31, a41, a51)과 각각 연결된다. 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211-2215)는 예를 들어, PCB 타입의 다이플렉서(또는 듀플렉서) 회로 패턴으로 구현될 수 있는데, 제1 내지 제5주파수 결합/분배기(2211-2215) 각각에서 해당 다이플렉서(또는 듀플렉서) 회로 패턴의 제1입력단이 각각 상기 제1 내지 제5입력 지점(a11, a21, a31, a41, a51)에 해당한다.
또한, 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211-2215)는 상기 제2다중 이상기(222)의 제1 내지 제5출력 포트(b1-b5)로부터 출력된 신호를 각각 해당 다이플렉서 회로 패턴의 제2입력단으로 제공받도록 구성된다. 예를 들어, 제2다중 이상기(222)의 제1출력 포트(b1)에서 출력된 신호는 제1다중 이상기(221)의 제1서브 입력 포트(a12)로 입력되어 제1주파수 결합/분배회로(2111)로 제공되며, 마찬가지로, 제2다중 이상기(222)의 제2 내지 제5출력 포트(b2-b5)에서 출력된 신호는 제1다중 이상기(221)의 제2 내지 제5서브 입력 포트(a22, a32, a42, a52)로 각각 입력되어 제2 내지 제5주파수 결합/분배회로(2212-2215)로 제공된다. 즉, 또한, 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211-2215)는 각각에서 해당 다이플렉서 회로 패턴의 제2입력단은 상기 제1 내지 제5서브 입력 포트(a22, a32, a42, a52)에 해당한다.
또한, 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211-2215)는 각각 해당 다이플렉서 회로 패턴의 공통단으로 출력되어 대응되는 제1 내지 제5방사소자(211-215)로 각각 제공되도록 구성된다. 예를 들어, 제1주파수 결합/분배회로(2211)의 공통단은 해당 제1다중 이상기(221)의 제1출력 포트(a13)에 해당하며, 이는 제1방사소자(211)와 연결된다. 마찬가지로, 제2 내지 제5주파수 결합/분배회로(2212-2215)의 공통단은 해당 제1다중 이상기(221)의 제2 내지 제5출력 포트(a23, a33, a43, a53)에 각각 해당하며, 이는 제2 내지 제5방사소자(212-215)와 각각 연결된다.
상기한 구성을 가지는 제1다중 이상기(221)의 다중 이상회로(2210)에서, 위상가변을 위한 회로 패턴은 실제로, 별도로 마련된 서브(이동) 기판(미도시)의 회로 패턴과 연동하여 가변 길이의 선로를 형성함으로써, 위상 가변을 가능하게 하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1다중 이상기(222)는 이외에도 메인 기판을 안착 및 지지하는 하우징 등을 구비할 수 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 제1다중 이상기(221)는 그 내부에서 다중 이상회로(2210)와, 제1 내지 제5주파수 결합/분배회로(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)가 하나의 PCB 타입의 메인 기판에 상호 일체형으로 형성됨으로써, 다중대역 이동통신 기지국 안테나에 적용될 경우에 종래와 비교하여, 전체적으로 급전 케이블의 설치 부위를 줄일 수 있으며, 안테나 내부 구조를 단순화할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예들에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.
예를 들어, 상기의 설명에서는 다중대역 이동통신 기지국 안테나 장치에서, 본 발명과 관련된 구성 외의 구성에 대해서는 설명을 간단히 하거나, 생략하였는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 이동통신 기지국 안테나에서 상기 제1 내지 제5방사소자(211-215)는 일반적인 구조와 마찬가지로, 전체적으로 비교적 넓은 면적의 금속 판 형태의 반사판(미도시)의 일면(예를 들어, 전면)에 설치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2다중 이상기(221, 222)는 반사판의 타면(예를 들어, 후면)에 설치될 수 있다. 또한, 해당 이동통신 기지국 안테나는 그외에도, 일반적인 구조의 이동통신 기지국 안테나에 적용되는 다양한 부품들, 예를 들어, 추가적인 분배/결합 회로나, 또는 증폭기, 필터 등이 구비될 수도 있으며, 또한, 신호 전송 품질을 비롯한 안테나의 다양한 동작 상태를 감지하기 위한 감지 회로나, 전체적인 동작 제어를 위한 주제어장치(예를 들어, MCU 등) 등 다양한 전자 부품들(미도시)이 적절히 설치될 수 있다.
또한, 상기의 설명에서, 다중모드 이동통신 기지국 안테나 구비되는 방사소자들이 5개인 것을 예로 들어 설명하였으나, 방사소자들의 5개 외에도 다양한 개수로 배치되게 구성될 수 있으며, 제2다중 이상기에 형성되는 주파수 분배/결합회로도 이에 따라 다양한 개수로 형성되도록 설계할 수 있다.
이외에도, 상기한 실시예들에서, 제1 또는 제2다중 이상기들 내부의 다중 이상회로 또는 주파수 분배/결합회로의 메인 기판 상에서의 회로 패턴의 상세 구조 등은 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 다중대역 이동통신 기지국 안테나의 다중 이상기에 있어서,
    제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 이를 다수의 방사소자에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로와;
    상기 다중 이상회로에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 외부의 다른 다중 이상기에서 상기 다수의 방사소자를 위해 분배 및 위상 가변되어 입력된 제2주파수 대역의 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 상기 다수의 방사소자로 출력하기 위한 다수의 주파수 결합/분배회로를 포함함을 특징으로 하는 다중 이상기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 상기 제1주파수 대역을 필터링하는 필터부와, 상기 제2 주파수 대역을 필터링하는 필터부의 구조가 병합된 다이플렉서 또는 듀플렉서의 회로 구조를 가짐을 특징으로 하는 다중 이상기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 이상회로는, PCB 타입의 메인 기판에서, 상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받는 입력 포트로 입력된 신호를 다수의 출력 지점으로 각각 분배하면서 위상 가변을 하기 위한 회로 패턴이 형성되며;
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 각각 상기 메인 기판에서 PCB 타입의 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴으로 구현되며;
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로 각각에서, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 다이플렉서 회로 패턴의 제1입력단은 상기 다중 이상회로의 상기 다수의 출력 지점 중 대응되는 하나와 연결되며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 제2입력단은 상기 다중 이상기의 서브 입력 포트로서, 상기 다른 다중 이상기에서 제공된 상기 제2주파수 대역의 복수의 신호들 중 대응되는 하나를 제공받으며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 공통단은 상기 다중 이상기의 출력 포트로서, 상기 다수의 방사소자 중 대응되는 하나와 연결되도록 구성함을 특징으로 하는 다중 이상기.
  4. 다중대역 이동통신 기지국 안테나에 있어서,
    적어도 제1주파수 대역 및 제2주파수 대역의 공용 대역을 서비스하기 위한 다수의 방사소자와;
    상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배하여 출력하며, 상기 다수의 방사소자 각각으로 분배되는 신호들의 위상을 가변하기 위한 제1다중 이상기와;
    상기 제2주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배하여 출력하며, 상기 다수의 방사소자 각각으로 분배되는 신호들의 위상을 가변하기 위한 제2다중 이상기를 포함하며;
    상기 제1다중 이상기는,
    상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받아 이를 상기 다수의 방사소자에 대응되게 분배 및 위상 가변하는 다중 이상회로와;
    상기 다중 이상회로에서 분배 및 위상 가변된 복수의 신호들과, 상기 제2다중 이상기에서 상기 다수의 방사소자를 위해 분배 및 위상 가변되어 입력된 제2주파수 대역의 복수의 신호들을 각각 제공받아, 대응되는 신호들끼리 각각 결합하여, 상기 다수의 방사소자로 출력하기 위한 다수의 주파수 결합/분배회로를 포함함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 상기 제1주파수 대역을 필터링하는 필터부와, 상기 제2 주파수 대역을 필터링하는 필터부의 구조가 병합된 다이플렉서 또는 듀플렉서의 회로 구조를 가짐을 특징으로 하는 기지국 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다중 이상회로는, PCB 타입의 메인 기판에서, 상기 제1주파수 대역의 입력 신호를 제공받는 입력 포트로 입력된 신호를 다수의 출력 지점으로 각각 분배하면서 위상 가변을 하기 위한 회로 패턴이 형성되며;
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로는 각각 상기 메인 기판에서 PCB 타입의 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴으로 구현되며;
    상기 다수의 주파수 결합/분배회로 각각에서, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 다이플렉서 회로 패턴의 제1입력단은 상기 다중 이상회로의 상기 다수의 출력 지점 중 대응되는 하나와 연결되며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 제2입력단은 상기 다중 이상기의 서브 입력 포트로서, 상기 다른 다중 이상기에서 제공된 상기 제2주파수 대역의 복수의 신호들 중 대응되는 하나를 제공받으며, 상기 다이플렉서 또는 듀플렉서 회로 패턴의 공통단은 상기 다중 이상기의 출력 포트로서, 상기 다수의 방사소자 중 대응되는 하나와 연결되도록 구성함을 특징으로 하는 기지국 안테나.
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