WO2019124759A1 - 렌즈를 포함하는 빔포밍 안테나 모듈 - Google Patents

렌즈를 포함하는 빔포밍 안테나 모듈 Download PDF

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김윤건
김현진
허진수
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Definitions

  • the present invention relates to a beam-forming antenna structure incorporating a lens to ensure high gain and coverage in a 5G communication system.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G network) communication system or after a LTE system (Post LTE).
  • 4G network Beyond 4G network
  • LTE system Post LTE
  • 5G communication systems are being considered for implementation in very high frequency (mmWave) bands (e.g., 60 gigahertz (60GHz) bands).
  • mmWave very high frequency
  • the 5G communication system In order to mitigate the path loss of the radio wave in the very high frequency band and to increase the propagation distance of the radio wave, in the 5G communication system, beamforming, massive MIMO, full-dimension MIMO (FD-MIMO ), Array antennas, analog beam-forming, and large scale antenna technologies are being discussed.
  • the 5G communication system has developed an advanced small cell, an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), an ultra-dense network, (D2D), a wireless backhaul, a moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation Have been developed.
  • cloud RAN cloud radio access network
  • D2D ultra-dense network
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FQAM Hybrid FSK and QAM Modulation
  • SWSC Sliding Window Superposition Coding
  • FBMC Filter Bank Multi Carrier
  • SCMA subcarrier code multiple access
  • IoT Internet of Things
  • IoE Internet of Everything
  • M2M machine to machine
  • MTC Machine Type Communication
  • a single antenna may include a plurality of antenna arrays, and a lens for improving the gain gain and coverage of the radio waves may be attached to each antenna array.
  • the structure of the lens can generally be determined based on an antenna or an antenna array coupled with the lens.
  • An antenna module may include an antenna and a lens in which at least one antenna array is disposed and the antenna includes a first antenna array for deflecting a radio wave from a vertical plane of the antenna by a predetermined first angle And the lens may be spaced apart from the antenna by a predetermined first distance to change the phase of a radio wave radiated from the antenna array.
  • the first angle may be determined based on the first distance or the width of the first antenna array.
  • the antenna further comprises a second antenna array spaced a predetermined second distance from the first antenna array and the second antenna array can radiate radio waves by deflecting the radio waves from the vertical plane of the antenna by the first angle have.
  • the first angle may be determined based on the first spacing distance or the width of the first antenna array or the second distance.
  • the lens is a planar lens, and may be formed as a body to cover the top surface of the antenna.
  • the propagation phase zoom axis of the antenna is determined based on the center axis of the first antenna array and the center axis of the second antenna array, and the center axis of the lens may coincide with the center axis of the antenna.
  • the radio wave intensity center axis of the first antenna array and the second antenna array may be deflected from the vertical plane of the antenna by the first angle.
  • the antenna module may include an antenna and a lens in which at least one antenna array is disposed, and the antenna deflects a radio wave from a vertical plane of the antenna by a predetermined first angle And a second antenna array,
  • the lens may be separated from the antenna by a predetermined first distance to change the phase of a radio wave radiated from the antenna array.
  • the first angle may be determined based on the first distance or the width of the first antenna array.
  • the antenna further comprises a second antenna array spaced a predetermined second distance from the first antenna array and the second antenna array can radiate radio waves by deflecting the radio waves from the vertical plane of the antenna by the first angle have.
  • the first angle may be determined based on the first spacing distance or the width of the first antenna array or the second distance.
  • the lens is a planar lens, and may be formed as a body to cover the top surface of the antenna.
  • the propagation phase zoom axis of the antenna is determined based on the center axis of the first antenna array and the center axis of the second antenna array, and the center axis of the lens may coincide with the center axis of the antenna.
  • the radio wave intensity center axis of the first antenna array and the second antenna array may be deflected from the vertical plane of the antenna by the first angle.
  • the center of the phase distribution of the antenna can be matched with the center of the phase distribution of the lens, so that even if a plurality of antenna arrays are arranged in one antenna, the beam emitted through the antenna is distorted The phenomenon can be prevented.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a mobile communication system supporting beamforming.
  • FIG. 2 is a view showing a structure of an antenna module including a lens.
  • 3A is a diagram illustrating the structure of an antenna module when one antenna array is disposed in an antenna.
  • FIG. 3B is a view showing the intensity distribution of the beam emitted through the lens when one antenna array is disposed in the antenna.
  • 3C is a diagram illustrating a phase distribution of a beam emitted through a lens when one antenna array is disposed in the antenna.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an antenna module when a plurality of antenna arrays are disposed in an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is a diagram illustrating the structure of an antenna module when a plurality of antenna arrays are disposed in an antenna.
  • 5B is a diagram showing a phase distribution of a beam radiated through a lens when a plurality of antenna arrays are arranged in the antenna.
  • 5C is a diagram showing the intensity distribution of a beam radiated through a lens when a plurality of antenna arrays are arranged in the antenna.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a phase difference between a beam emitted from an antenna and a beam emitted through a lens when a plurality of antenna arrays are disposed in an antenna.
  • FIG. 7 is a view showing a case where a plurality of antenna arrays are arranged in an antenna, and a beam is deflected by a predetermined angle in each antenna array.
  • Computer program instructions may also be stored on a computer or other programmable data processing equipment so that a series of operating steps may be performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer- It is also possible for the instructions to perform the processing equipment to provide steps for executing the functions described in the flowchart block (s).
  • each block may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function (s).
  • the functions mentioned in the blocks may occur out of order. For example, two blocks shown in succession may actually be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be performed in reverse order according to the corresponding function.
  • " part " used in the present embodiment means a hardware component such as software or an FPGA or an ASIC, and 'part' performs certain roles.
  • 'part' is not meant to be limited to software or hardware.
  • &Quot; to " may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to play one or more processors.
  • 'parts' may refer to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, and processes, functions, , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • components and components may be further combined with a smaller number of components and components or further components and components.
  • the components and components may be implemented to play back one or more CPUs in a device or a secure multimedia card.
  • 'to' may include one or more processors.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a mobile communication system supporting beamforming.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating communication between a communication apparatus 120 including an antenna module according to the present invention and a plurality of base stations 111 and 112; As described above, 5G mobile communication can have a wide frequency bandwidth.
  • the 5G mobile communication system basically uses the beam forming technique.
  • the base stations 111 and 112 or the communication device 120 including the antenna module supporting the 5G mobile communication system can form beams at various angles and use beams having the best communication environment among the formed beams Communication can be performed.
  • the communication device 120 may form three types of beams that are radiated at different angles, and correspondingly, the base station may also form three types of beams that are radiated at different angles.
  • the base station may also form three types of beams that are radiated at different angles.
  • three types of beams having beam indexes 1, 2 and 3 may be emitted from the communication device 120, and the first base station may emit three types of beams having the (111) beam indexes 4, 5, And can emit three types of beams having beam indexes 7, 8, 9 at the second base station 112.
  • the communication apparatus 120 and the first base station 111 and the second base station 112 transmit the beam index 2 beam of the communication apparatus 120 having the best communication environment and the beam index 2 beam 1 beam of the first base station 111.
  • the communication apparatus 120 and the second base station 112 can also perform communication in the same manner.
  • FIG. 1 only one example to which the 5G communication system can be applied is applied. That is, the number of beams that can be emitted by the communication apparatus or the base station can be increased or decreased, so that the scope of the present invention should not be limited to the number of beams shown in FIG.
  • the communication device 120 shown in FIG. 1 includes various devices capable of performing communication with a base station.
  • a base station For example, a customer premises equipment (CPE) or a wireless repeater.
  • CPE customer premises equipment
  • wireless repeater a wireless repeater
  • FIG. 2 is a view showing a structure of an antenna module including a lens.
  • the antenna module according to the present invention may include an antenna 200 and a lens 210 including at least one antenna array. That is, the antenna 200 according to the present invention may include a plurality of antenna arrays. For example, one antenna 200 may include four antenna arrays, and the angles of the beams radiated through the antenna 200 may be finally determined by adjusting the angles of the beams emitted through the antenna array .
  • the beam emitted through the antenna 200 may pass through a lens 210 spaced apart from the antenna 200 by a predetermined distance.
  • the lens 210 may change the phase of a beam (or a wave) incident on the lens.
  • the lens 210 may change the phase values of the beams incident on the lens 210 through the pattern formed on the lens to all have the same phase value, and radiate the same out of the lens 210.
  • the beam radiated to the outside through the lens 210 has a shape that is more sharp than the beam radiated through the antenna 200. [ That is, it is possible to improve the gain value of the beam emitted through the antenna 200 using the lens 210. A more detailed description of the enhancement of the gain value of the beam using the lens 210 and the phase change will be described later with reference to FIGS. 3A to 3C.
  • 3A is a diagram illustrating the structure of an antenna module when one antenna array is disposed in an antenna.
  • the radio waves (or beams) radiated through the antenna array 200 may have a shape shown in FIG. 3A, and the intensity distribution And the phase distribution can have a parabolic shape about the central axis of the radio wave as shown in Fig. 3A.
  • the lens 210 which is spaced apart from the antenna array 200 by a predetermined distance, may be disposed so that the center axis of the wave and the lens center axis coincide with each other.
  • the phase distribution of the lens 210 may be a parabola having a shape opposite to the phase distribution of the wave.
  • the phase distribution of the lens can be determined through a pattern formed on the lens, as described above. Since the method of forming a pattern of a lens for determining the phase distribution is a part outside the right range to be disclosed in the present invention, A detailed description thereof will be omitted.
  • the structure of the antenna module disclosed in FIG. 3A is such that the center axis of the lens coincides with the center axis of the radio wave, and both the center of the lens phase distribution, the center of the antenna propagation phase distribution, and the center of the antenna propagation intensity distribution coincide with each other.
  • FIG. 3C shows the intensity distribution of the beam emitted through the lens according to the antenna module structure disclosed in FIG. 3A, and FIG. 3C shows the phase distribution of the beam.
  • the gain value of the radio wave radiated through the lens is closer to the lens center axis, and the phase value of the radio wave is also formed such that the lens center axis coincides with the central axis of the radio wave .
  • a plurality of antenna arrays may be included in one antenna.
  • MIMO multi input multiple output
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an antenna module when a plurality of antenna arrays are disposed in an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • An antenna module 400 may include an antenna 200 including at least one antenna array 201, 202, 203, 204.
  • Each of the antenna arrays 201, 202, 203, and 204 may include a plurality of antenna elements.
  • one antenna array may be composed of sixteen antenna elements as shown in FIG. 4, and the antenna array may control the antenna elements to form beams at various angles.
  • the antenna module 400 may further include various components as needed.
  • the antenna module 400 may further include a connector 230 for supplying power to the antenna module 400 and a DC / DC converter 210 for converting a voltage provided through the connector 230 .
  • the antenna module 400 may further include an FPGA (Field Programmable Gate Array) 220.
  • the FPGA 220 is a semiconductor device including a programmable logic element and a programmable internal line.
  • the possible logic elements can be programmed by replicating logic gates such as AND, OR, XOR, NOT, and more complex decoder functions.
  • the FPGA may further include a flip-flop or a memory.
  • the antenna module 400 may include a low dropout (LDO) regulator.
  • the LDO regulator 240 has a lower output voltage than the input voltage, and has a high efficiency when the voltage difference between the input voltage and the output voltage is small, thereby eliminating the noise of the input power source. Also, the LDO regulator 240 has a low output impedance, and can also function to stabilize a circuit by locating a dominant pole in the circuit.
  • FIG. 4 discloses the structure of an antenna module according to an embodiment of the present invention, so that the scope of the present invention should not be limited to the structure of the antenna module shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a case where four antenna arrays constitute one antenna, the number of antenna arrays included in one antenna can be increased or decreased as needed.
  • the aforementioned connector 230, the DC / DC converter 210, the FPGA 220, or the LDO regulator 240 can be added or removed as needed.
  • FIG. 5A illustrates a case where one antenna 500 includes two antenna arrays 200 and 202.
  • FIG. 5A illustrates a case where one antenna 500 includes two antenna arrays 200 and 202.
  • the first antenna array 200 and the second antenna array 202 constituting one antenna 500 are spaced apart by a predetermined distance and the first antenna array 200 and the second antenna array 202 And can radiate radio waves toward the lens 210, respectively.
  • the center axis of the lens 210 is located at a center of the radio wave center of the first antenna array 200 Axis and the propagation center axis of the second antenna array 202 do not coincide with each other.
  • first antenna array 200 and the second antenna array 202 are physically overlapped and can not be positioned. Therefore, the radio waves radiated through the first antenna array 200 and the second antenna array 202 are not overlapped with each other, but are spaced apart from each other as shown in FIG. 5A.
  • the antenna propagation angle distribution and the antenna propagation phase distribution of the radio waves radiated through the first antenna array 200 do not coincide with the antenna propagation angle distribution and the antenna propagation phase distribution of the radio waves radiated through the second antenna array 202 Do not.
  • the sum of the phase distribution of the radio wave radiated through the first antenna array 200 and the phase distribution of the radio wave radiated through the second antenna array 202 does not conflict with the lens phase distribution,
  • the performance of the lens may be reduced.
  • the condition that maximizes the performance of the lens is the case where the parabolic line formed by the antenna propagation phase distribution and the parabola formed by the lens phase distribution are opposite to each other as shown in FIG.
  • FIG. 5B is a view showing a phase distribution of a beam radiated through a lens in the antenna module structure of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating the intensity distribution of a beam emitted through a lens in the antenna module structure of FIG.
  • the axis of the radio wave radiated from the lens center axis, the antenna including the first antenna array and the second antenna array does not coincide with each other.
  • the intensity of the radio wave radiated through the lens is uniformly distributed to the left and right at the boundary between the center axis of the lens and the center axis of the antenna, so that the beam emitted to the outside through the lens may not have a sharp shape. (That is, the gain value improved through the lens can be reduced.)
  • the graph of FIG. 6 is a graph showing a phase difference between a radio wave radiated from an antenna and a lens when a plurality of antenna arrays are arranged in the antenna.
  • the distribution of the phase of the lens (represented by the graphical lens) and the phase distribution of the radio wave radiated from the antenna (indicated by the graphical antenna) are different from each other. More specifically, the lens has a phase distribution centered at a point at which the incident angle is 0 ° around the lens center axis. However, the point at which the incident angle of the lens is about 12 degrees about the lens center axis is the center A phase distribution is formed.
  • the center axis of the antenna and the center axis of the lens may not coincide with each other, so that it is difficult for the antenna module to form a beam at an accurate angle.
  • the 5G mobile communication system described above is a core technology that forms a plurality of beams at predetermined angular intervals. Therefore, the problem that the plurality of beams can not be formed at an accurate angle is a problem in the application of the 5G mobile communication system It's a big problem.
  • FIG. 7 is a view showing a case where a plurality of antenna arrays are arranged in an antenna, and a beam is deflected by a predetermined angle in each antenna array.
  • the problem with the antenna module disclosed in FIG. 5A is that a plurality of antenna arrays are included in the antenna, so that the phase distribution of the radio waves radiated through the antenna does not correspond to the lens phase distribution.
  • the phase distribution of the radio waves radiated through the antenna is controlled in accordance with the lens phase distribution by controlling the propagation angles of the first antenna array 201 and the second antenna array 202 constituting the antenna 500 I want to.
  • the radio wave radiated through the first antenna array 201 and the radio wave radiated through the second antenna array 202 are combined to form a radio wave radiated from the antenna 500
  • the parabola formed by the phase distribution is opposite to the parabola formed by the lens phase distribution about the lens 210 and the parasitic line formed by the first antenna array 201 and the second parallax array 210 are arranged so that the center axis of the antenna propagation phase distribution and the lens center axis coincide with each other.
  • the second antenna array 202 can be controlled.
  • the first antenna array 201 and the second antenna array 202 may be deflected from a vertical plane of the antenna by a predetermined first angle to emit radio waves, Or the width of the antenna array or the spacing between the antenna arrays.
  • the first angle to be deflected can be determined by the following equation.
  • W is the antenna array width
  • D is the distance between the antenna array and the lens
  • p is the distance between the antenna arrays
  • the present invention only two antenna arrays are included in one antenna, but the scope of the present invention should not be limited thereto. That is, the number of antenna arrays included in the antenna can be increased or decreased as needed.
  • first antenna array and the second antenna array can be deflected at the same first angle to radiate radio waves, if necessary, the first antenna array and the second antenna array have different angles And can be deflected to radiate radio waves. (However, also in this case, the center axis of the antenna propagation phase distribution should coincide with the lens center axis.)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 안테나와 렌즈를 포함하는 안테나 모듈을 제공하며, 상기 안테나는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 제1 안테나 어레이를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 안테나와 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 상기 안테나에서 방사하는 전파의 위상을 변경시킬 수 있다.

Description

렌즈를 포함하는 빔포밍 안테나 모듈
본 발명은 5G 통신 시스템에서 높은 게인과 커버리지를 확보하기 위해 렌즈를 포함시킨 빔포밍 안테나 구조물에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
앞서 개시한 MIMO(Multi Input Multi Output) 통신 환경 등에서 하나의 안테나에는 복수개의 안테나 어레이가 포함될 수 있으며, 각각의 안테나 어레이에는 전파의 게인 이득과 커버리지를 향상시키기 위한 렌즈가 부착될 수 있다.
상기 렌즈는 안테나 어레이를 통해 방사되는 전파의 위상을 변화시켜 안테나 어레이의 성능을 향상시키는 장치이므로, 일반적으로 렌즈의 구조는 상기 렌즈와 결합되는 안테나 또는 안테나 어레이에 기반하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 모듈은 적어도 하나의 안테나 어레이가 배치되는 안테나와 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 안테나는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 제1 안테나 어레이를 포함하며, 상기 렌즈는 상기 안테나와 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 전파의 위상을 변경시킬 수 있다.
상기 제1 각도는 상기 제1 거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 안테나는 제1 안테나 어레이와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 안테나 어레이를 더 포함하며, 상기 제2 안테나 어레이는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향시켜 방사할 수 있다.
상기 제1 각도는 상기 제1 이격거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭 또는 상기 제2 거리에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 렌즈는 평면렌즈이며, 상기 안테나의 상단면을 덮을 수 있도록 일물로써 형성될 수 있다.
상기 안테나의 전파 위상 줌심축은 상기 제1 안테나 어레이의 중심축과 상기 제2 안테나 어레이의 중심축에 기반하여 결정되며, 상기 렌즈의 중심축은 상기 안테나의 전파 위상 중심축과 일치할 수 있다.
상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이의 전파 강도 중심축은 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향될 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 모듈을 포함하는 기지국에서 상기 안테나 모듈은 적어도 하나의 안테나 어레이가 배치되는 안테나와 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 안테나는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 제1 안테나 어레이를 포함하며,
상기 렌즈는 상기 안테나와 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 전파의 위상을 변경시킬 수 있다.
상기 제1 각도는 상기 제1 거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 안테나는 제1 안테나 어레이와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 안테나 어레이를 더 포함하며, 상기 제2 안테나 어레이는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향시켜 방사할 수 있다.
상기 제1 각도는 상기 제1 이격거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭 또는 상기 제2 거리에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 렌즈는 평면렌즈이며, 상기 안테나의 상단면을 덮을 수 있도록 일물로써 형성될 수 있다.
상기 안테나의 전파 위상 줌심축은 상기 제1 안테나 어레이의 중심축과 상기 제2 안테나 어레이의 중심축에 기반하여 결정되며, 상기 렌즈의 중심축은 상기 안테나의 전파 위상 중심축과 일치할 수 있다.
상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이의 전파 강도 중심 축은 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향될 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일실시예에 따를 경우, 안테나의 위상 분포 중심을 렌즈의 위상 분포 중심과 일치시킬 수 있어, 하나의 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치되더라도 안테나를 통해 방사되는 빔이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 빔포밍을 지원하는 이동 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 렌즈를 포함하는 안테나 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a는 안테나에 하나의 안테나 어레이가 배치된 경우, 안테나 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 안테나에 하나의 안테나 어레이가 배치된 경우, 렌즈를 통해 방사되는 빔의 강도 분포를 나타낸 도면이다.
도 3c는 안테나에 하나의 안테나 어레이가 배치된 경우, 렌즈를 통해 방사되는 빔의 위상 분포를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치되는 경우, 안테나 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5a는 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치된 경우, 안테나 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5b는 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치된 경우, 렌즈를 통해 방사되는 빔의 위상 분포를 나타낸 도면이다.
도 5c는 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치된 경우, 렌즈를 통해 방사되는 빔의 강도 분포를 나타낸 도면이다.
도 6의 그래프는 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치된 경우, 안테나에서 방사되는 빔과 렌즈를 통해 방사되는 빔의 위상 차이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치되며, 각각의 안테나 어레이에서 기설정된 각도만큼 빔을 편향시켜 방사하는 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1은 빔포밍을 지원하는 이동 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 안테나 모듈을 포함하는 통신장치(120)와 복수개의 기지국(111, 112) 간의 통신을 나타내는 도면이다. 앞서 개시한 바와 같이 5G 이동 통신이 넓은 주파수 대역폭을 가질 수 있다.
반면에, 이로 인해 기지국(111, 112) 또는 통신장치(120)에서 전송되는 전파의 게인값과 커버리지가 약해질 수 있다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 5G 이동 통신 시스템에서는 기본적으로 빔포밍(beam forming) 기법을 이용한다.
즉, 5G 이동 통신 시스템을 지원하는 안테나 모듈을 포함하는 기지국(111, 112) 또는 통신장치(120)는 다양한 각도로 빔을 형성 할 수 있으며, 상기 형성된 빔 중 가장 통신환경이 좋은 빔을 이용하여 통신을 수행할 수 있다.
도 1을 예로 살펴보면, 통신장치(120)는 각각 다른 각도로 방사되는 세 종류의 빔을 형성시킬 수 있으며, 이에 대응하여 기지국도 각각 다른 각도로 방사되는 세 종류의 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어 통신장치(120)에서 빔 인덱스(beam index) 1, 2, 3을 가지는 세 종류의 빔을 방사할 수 있으며, 제1 기지국은(111) 빔 인덱스 4, 5, 6을 가지는 세 종류의 빔을 방사할 수 있고, 제2 기지국(112) 빔 인덱스 7, 8, 9를 가지는 세 종류의 빔을 방사할 수 있다.
또한, 이 경우 통신장치(120)와 제1 기지국(111) 및 제2 기지국(112)간의 통신을 통해 통신장치와 제1 기지국은 통신환경이 가장 좋은 통신장치(120)의 빔 인덱스 2 빔와 제1 기지국(111)의 빔 인덱스 5 빔을 통해 통신을 수행할 수 있다. 동일한 방식으로 통신장치(120)와 제2 기지국(112)도 통신을 수행할 수 있다.
한편, 도 1에서는 5G 통신 시스템이 적용될 수 있는 일례만을 적용하고 있다. 즉, 통신장치 또는 기지국이 방사할 수 있는 빔의 개수는 증가 또는 감소할 수 있는바, 도 1에서 도시하고 있는 빔의 개수에 본 발명의 권리범위가 국한되어서는 안 될 것이다.
도 1에서 도시하고 있는 통신장치(120)는 기지국과 통신을 수행할 수 있는 다양한 장치를 포함한다. 예를 들어 CPE(Customer Premises Equipment) 또는 무선중계기가 이에 포함될 수 있다.
도 2는 렌즈를 포함하는 안테나 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 안테나 모듈은 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함하는 안테나(200) 및 렌즈(210)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 안테나(200)는 복수개의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어 하나의 안테나(200)에는 네 개의 안테나 어레이가 포함될 수 있으며, 상기 안테나 어레이를 통해 방사되는 빔의 각도를 각각 조정하여 최종적으로 안테나(200)를 통해 방사되는 빔의 각도를 결정할 수 있다.
상기 안테나(200)를 통해 방사되는 빔은 상기 안테나(200)와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 렌즈(210)를 통과할 수 있다. 상기 렌즈(210)는 상기 렌즈로 입사되는 빔 (또는 전파)의 위상을 변화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 렌즈(210)는 상기 렌즈에 형성된 패턴을 통해 상기 렌즈(210)로 입사되는 빔의 위상값을 모두 동일한 위상값으로 변경시켜, 렌즈(210) 외부로 방사시킬 수 있다.
따라서, 렌즈(210)를 통해 외부로 방사되는 빔은 안테나(200)를 통해 방사되는 빔보다 더욱 샤프(sharp)한 형상을 가진다. 즉, 렌즈(210)를 이용하여 안테나(200)를 통해 방사되는 빔의 게인값을 향상시킬 수 있다. 렌즈(210)를 이용한 빔의 게인값 향상 및 위상 변화에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도 3a 내지 도 3c에 대한 설명으로 후술하도록 한다.
도 3a는 안테나에 하나의 안테나 어레이가 배치된 경우, 안테나 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
안테나에 하나의 안테나 어레이(200)만이 배치된 경우, 상기 안테나 어레이(200)를 통해 방사되는 전파 (또는 빔)는 도 3a에서 도시하고 있는 형상을 가질 수 있으며, 이와 같이 방사되는 전파의 강도 분포와 위상 분포는 도 3a에서 도시하고 있는 바와 같이 전파의 중심축을 중심으로 포물선 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 안테나 어레이(200)와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 렌즈(210)는 상기 전파의 중심축과 렌즈 중심축이 일치하도록 배치될 수 있다. 또한, 이 경우 상기 렌즈(210)의 위상 분포는 상기 전파의 위상 분포와는 반대의 형상을 가지는 포물선이 될 수 있다. (상기 렌즈의 위상 분포는 앞서 개시한 바와 같이 상기 렌즈에 형성되는 패턴을 통해 결정할 수 있다. 상기 위상 분포를 결정하기 위한 렌즈의 패턴 형성 방법은 본 발명에서 개시하고자 하는 권리범위 외의 부분이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.)
즉, 도 3a에서 개시하고 있는 안테나 모듈의 구조는 렌즈 중심축과 전파의 중심축이 일치하며, 렌즈 위상 분포 중심과 안테나 전파 위상 분포 중심 및 안테나 전파 강도 분포 중심도 모두 일치한다.
도 3a에서 개시하고 있는 안테나 모듈 구조에 따를 경우, 렌즈를 통해 방사되는 빔의 강도 분포를 나타낸 도면이 3b이며, 빔의 위상 분포를 나타낸 도면이 도 3c이다.
도 3b 및 도 3c를 통해 렌즈를 통해 방사되는 전파의 게인값은 렌즈 중심축에 가까울수록 큼을 확인 할 수 있으며, 전파의 위상값도 렌즈 중심축과 전파의 중심축이 일치하도록 형성된 것을 확인할 수 있다.
한편, 하나의 안테나에는 복수개의 안테나 어레이가 포함될 수 있다. 특히 MIMO(Multi Input Multi Output) 통신 환경에서는 복수개의 안테나 어레이를 포함하는 안테나의 필요성이 증대된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치되는 경우, 안테나 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 안테나 모듈(400)은 적어도 하나의 안테나 어레이(201, 202, 203, 204)를 포함하는 안테나(200)를 포함할 수 있다. 상기 각각의 안테나 어레이(antenna array, 201, 202, 203, 204)는 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나 어레이는 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 16개의 안테나 엘리먼트로 구성될 수 있으며, 상기 안테나 어레이는 각 안테나 엘리먼트를 제어하여 다양한 각도로 빔을 형성할 수 있다.
또한 상기 안테나 모듈(400)은 필요에 따라 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 안테나 모듈(400)은 상기 안테나 모듈(400)에 전원을 제공하는커넥터(230)와 상기 커넥터(230)를 통해 제공되는 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터(210)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 안테나 모듈(400)은 FPGA(Field Programmable Gate Array, 220)를 더 포함할 수 있다. 상기 FPGA(220)는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍 가능한 내부선이 포함된 반도체 소자이다. 상기 가능 논리 소자는 AND, OR, XOR, NOT 등의 논리 게이트 및 더 복잡한 디코더 기능을 복제하여 프로그래밍 할 수 있다. 또한 상기 FPGA는 플립플롭(flip-flop)이나 메모리를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 안테나 모듈(400)은 LDO(Low DropOut, 240) 레귤레이터를 포함할 수 있다. 상기 LDO 레귤레이터(240)는 입력 전압보다 출력 전압이 낮으며, 입력 전압과 출력 전압 사이에 전압차이가 작을 때 효율이 높은 레귤레이터로써, 입력 전원의 노이즈를 제거할 수도 있다. 또한, 상기 LDO 레귤레이터(240)는 출력 임피던스가 낮아 회로 내에 주극점(dominant pole)을 위치시켜, 회로를 안정화 시키는 기능도 할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈의 구조를 개시하고 있는 것이므로 본 발명의 권리범위가 도 4에서 도시하고 있는 안테나 모듈의 구조에만 국한되어서는 안 될 것이다.
즉, 도 4에서는 네 개의 안테나 어레이가 하나의 안테나를 구성하고 있는 경우를 도시하고 있으나, 하나의 안테나에 포함되는 안테나 어레이의 개수는 필요에 따라 증가 또는 감소가 가능하다. 뿐만 아니라, 앞서 언급한 커넥터(230), DC/DC 컨버터(210), FPGA(220) 또는 LDO 레귤레이터(240)는 필요에 따라 추가 또는 제거될 수 있다.
도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 하나의 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 포함되는 경우, 상기 안테나와 렌즈를 포함한 안테나 모듈의 구조는 도 5a와 같다. 구체적으로 상기 도 5a는 하나의 안테나(500)에 두 개의 안테나 어레이(200, 202)가 포함된 경우를 도시하고 있다.
하나의 안테나(500)를 구성하는 제1 안테나 어레이(200)와 제2 안테나 어레이(202)는 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되며, 제1 안테나 어레이(200)와 제2 안테나 어레이(202)는 각각 렌즈(210)를 향해 전파를 방사할 수 있다.
도 5a에서 볼 수 있듯이, 제1 안테나 어레이(200)와 제2 안테나 어레이(2020)를 포함하는 안테나 모듈의 구성에서, 상기 렌즈(210)의 중심축은 상기 제1 안테나 어레이(200)의 전파 중심축 및 상기 제2 안테나 어레이(202)의 전파 중심축과 일치하지 않는다.
왜냐하면, 물리적으로 제1 안테나 어레이(200)와 제2 안테나 어레이(202)는 중첩되서 위치할 수 없기 때문이다. 따라서, 제1 안테나 어레이(200)와 제2 안테나 어레이(202)를 통해 방사되는 전파는 중첩되지 않고, 도 5a에서 도시하고 있는 바와 같이 서로 이격되어 존재한다.
즉, 제1 안테나 어레이(200)를 통해 방사되는 전파의 안테나 전파 각도 분포 및 안테나 전파 위상 분포는 제2 안테나 어레이(202)를 통해 방사되는 전파의 안테나 전파 각도 분포 및 안테나 전파 위상 분포와 일치하지 않는다.
또한 상기 제1 안테나 어레이(200)를 통해 방사되는 전파의 위상 분포와 상기 제2 안테나 어레이(202)를 통해 방사되는 전파의 위상 분포의 합과 상기 렌즈 위상 분포가 서로 상반되지 않는바, 이에 의하여 렌즈의 성능(게인값 향상 및 커버리지 향상)이 하락될 수 있다. (렌즈의 성능을 가장 극대화시킬 수 있는 조건은 앞서 도 3a에서 살펴본 바와 같이 안테나 전파 위상 분포가 형성하는 포물선과 렌즈 위상 분포가 형성하는 포물선이 서로 상반되는 경우이다.)
도 5b는 도 5a와 같은 안테나 모듈 구조에서 렌즈를 통해 방사되는 빔의 위상 분포를 나타낸 도면이며, 도 5c는 도 5a와 같은 안테나 모듈 구조에서 렌즈를 통해 방사되는 빔의 강도 분포를 나타낸 도면이다.
상기 도 5b 및 도 5c에서 확인할 수 있듯이, 렌즈 중심축과 제1 안테나 어레이와 제2 안테나 어레이를 포함하는 안테나에서 방사되는 전파의 축은 일치하지 않음을 확인할 수 있다.
이에 따라 렌즈를 통해 방사되는 전파의 강도는 렌즈 중심축과 안테나 전파의 중심축을 경계로 좌우로 고르게 분포되는바, 렌즈를 통해서 외부로 방사되는 빔은 샤프한 형상을 가지지 못할 수 있다. (즉, 렌즈를 통해 향상되는 게인값이 감소할 수 있다.)
도 6의 그래프는 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치된 경우, 안테나에서 방사되는 전파와 렌즈의 위상 차이를 나타낸 그래프이다. 앞서 살펴본 전파 게인값 감소효과 외에, 도 5a의 구조에 따를 경우 큰 문제점이 존재할 수 있으며, 도 6의 그래프를 통해 이를 확인할 수 있다.
도 6의 그래프를 살펴보면, 렌즈의 위상(그래프상 렌즈로 표기) 분포와 안테나로부터 방사되어 전파(그래프상 안테나로 표기)의 위상 분포는 서로 상이하다. 보다 구체적으로 렌즈는 렌즈 중심축을 중심으로 입사각도가 0°가 되는 지점을 중심축으로 위상 분포가 형성되나, 안테나로부터 방사되는 전파는 렌즈 중심축을 중심으로 입사각도가 약 12°가 되는 지점을 중심으로 위상 분포가 형성된다.
따라서 도 5a와 같은 안테나 모듈 구조는 안테나 중심축과 렌즈 중심축이 서로 일치하지 않을 수 있으며, 이에 따라 상기 안테나 모듈은 정확한 각도로 빔을 형성하기 어려울 수 있다. (앞서 5G 이동 통신 시스템은 기설정된 각도 간격으로 복수개의 빔을 형성하는 빔포밍 기술이 핵심기술이라고 하였다. 따라서 상기 복수개의 빔을 정확한 각도로 형성할 수 없다는 문제점은 5G 이동 통신 시스템의 적용에 있어 중요한 문제이다.)
도 7은 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 배치되며, 각각의 안테나 어레이에서 기설정된 각도만큼 빔을 편향시켜 방사하는 경우를 나타낸 도면이다.
앞서 살펴보면 도 5a에서 개시하고 있는 안테나 모듈의 문제점은 안테나에 복수개의 안테나 어레이가 포함됨에 따라 안테나를 통해 방사되는 전파의 위상 분포가 렌즈 위상 분포에 대응되지 않는다는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 안테나를 통해 방사되는 전파의 위상 분포를 렌즈 위상 분포에 대응되도록 상기 안테나(500)를 구성하는 제1 안테나 어레이(201)와 제2 안테나 어레이(202)의 전파 방사각도를 제어하고자 한다.
보다 구체적으로, 도 7에서 개시하고 있는 바와 같이 제1 안테나 어레이(201)를 통해 방사되는 전파와 제2 안테나 어레이(202)를 통해 방사되는 전파가 합쳐져 상기 안테나(500)를 통해 방사되는 전파의 위상 분포가 형성하는 포물선이 상기 렌즈(210)를 중심으로 렌즈 위상 분포가 형성하는 포물선과 상반되도록 하며, 상기 안테나 전파 위상 분포의 중심축과 렌즈 중심축이 일치하도록 상기 제1 안테나 어레이(201)와 상기 제2 안테나 어레이(202)를 제어할 수 있다.
일례로, 상기 제1 안테나 어레이(201)와 상기 제2 안테나 어레이(202)는 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향되어 전파를 방사할 수 있으며, 상기 제1 각도는 안테나 어레이와 렌즈 사이의 거리 또는 안테나 어레이의 폭 또는 안테나 어레이 간의 간격에 의하여 결정될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 편향되는 제1 각도는 하기의 수식에 의하여 결정될 수 있다.
θ=tan-1((W+p)/(2*D))
θ: 제1 각도, W: 안테나 어레이 폭, D: 안테나 어레이와 렌즈 사이의 거리, p: 안테나 어레이 간의 간격
한편, 본 발명에서는 하나의 안테나에 두 개의 안테나 어레이가 포함되는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 즉, 필요에 따라 안테나에 포함되는 안테나 어레이의 개수는 증가 또는 감소할 수 있다.
뿐만 아니라, 앞서 제1 안테나 어레이와 제2 안테나 어레이가 동일한 제1 각도로 편향되어 전파를 방사할 수 있다고 개시하고 있으나, 필요에 따라 상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이는 서로 상이한 각도로 편향되어 전파를 방사할 수 있다. (다만, 이 경우에도 안테나 전파 위상 분포의 중심축과 렌즈 중심축은 일치해야 할 것이다.)
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 제안하는 방법들의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 안테나 어레이가 배치되는 안테나와 렌즈를 포함하는 안테나 모듈에 있어서,
    상기 안테나는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 제1 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 렌즈는 상기 안테나와 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 상기 안테나에서 방사하는 전파의 위상을 변경시키는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 각도는 상기 제1 거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 제1 안테나 어레이와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 안테나 어레이를 더 포함하며,
    상기 제2 안테나 어레이는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 각도는 상기 제1 이격거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭 또는 상기 제2 거리에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는 평면렌즈이며, 상기 안테나의 상단면을 덮을 수 있도록 일물로써 형성된 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 안테나의 전파 위상 줌심축은 상기 제1 안테나 어레이의 중심축과 상기 제2 안테나 어레이의 중심축에 기반하여 결정되며, 상기 렌즈의 중심축은 상기 안테나의 전파 위상 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이의 전파 강도 중심축은 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  8. 안테나 모듈을 포함하는 기지국에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 적어도 하나의 안테나 어레이가 배치되는 안테나와 렌즈를 포함하고,
    상기 안테나는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 기설정된 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 제1 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 렌즈는 상기 안테나와 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 전파의 위상을 변경시키는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 각도는 상기 제1 거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 안테나는 제1 안테나 어레이와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 안테나 어레이를 더 포함하며,
    상기 제2 안테나 어레이는 전파를 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향시켜 방사하는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 각도는 상기 제1 이격거리 또는 상기 제1 안테나 어레이의 폭 또는 상기 제2 거리에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈는 평면렌즈이며, 상기 안테나의 상단면을 덮을 수 있도록 일물로써 형성된 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 안테나의 전파 위상 줌심축은 상기 제1 안테나 어레이의 중심축과 상기 제2 안테나 어레이의 중심축에 기반하여 결정되며, 상기 렌즈의 중심축은 상기 안테나의 전파 위상 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이의 전파 강도 중심 축은 상기 안테나의 수직면으로부터 상기 제1 각도만큼 편향되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
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