WO2023140683A1 - 안테나 장치 - Google Patents

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WO2023140683A1
WO2023140683A1 PCT/KR2023/001009 KR2023001009W WO2023140683A1 WO 2023140683 A1 WO2023140683 A1 WO 2023140683A1 KR 2023001009 W KR2023001009 W KR 2023001009W WO 2023140683 A1 WO2023140683 A1 WO 2023140683A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
panel
phase
subarrays
phase shifter
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/001009
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
소성환
최오석
서용원
강성만
양형석
Original Assignee
주식회사 케이엠더블유
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device (ANTENNA APPARATUS), and more particularly, to an antenna device having a predetermined number of RF chains, further comprising a plurality of antenna sub-arrays and an additional antenna sub-array branching from an input end of each RF chain, and shifting and radiating the antenna sub-array and the additional antenna sub-array so that the phase values are different using a phase shifter, thereby improving antenna gain.
  • ANTENNA APPARATUS an antenna device having a predetermined number of RF chains, further comprising a plurality of antenna sub-arrays and an additional antenna sub-array branching from an input end of each RF chain, and shifting and radiating the antenna sub-array and the additional antenna sub-array so that the phase values are different using a phase shifter, thereby improving antenna gain.
  • a wireless communication technology for example, MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • a transmitter transmits different data through each transmission antenna
  • a receiver is a spatial multiplexing technique that distinguishes transmission data through appropriate signal processing.
  • the channel capacity increases, allowing more data to be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10, about 10 times the channel capacity is secured using the same frequency band compared to the current single-antenna system.
  • Up to 8 antennas are used in 4G LTE-advanced, and products equipped with 64 or 128 antennas are currently being developed in the pre-5G stage, and in 5G, base station equipment with a much larger number of antennas is expected to be used. While the current cell operation is 2-Dimension, if Massive MIMO technology is introduced, 3D-Beamforming becomes possible, so it is also called FD-MIMO (Full Dimension).
  • a plurality of array antenna elements may implement beamforming through antenna radiation beams to provide optimal services in response to changes in usage density of subscribers by region and time.
  • 1 is a conceptual diagram showing the construction of a transmission signal channel of the 64T64R by high-spec array antenna elements.
  • a plurality of antenna subarrays are arranged to implement four RF chains in the V-direction (vertical direction) and arranged in several rows in the H-direction (horizontal direction) to build four V-direction RF chains (V1, V2, V3, V4) to implement the transmission signal channel of the 64T64R.
  • the present invention is made to solve the above technical tasks, and the additional antenna sub array is further built to branch from the input stage of each RF chain with a plurality of antenna sub arrays arranged to build a predetermined number of RF chains, and the phase value of the antenna sub -ray and additional antenna sub array using phase shifters is differentiated using a phase shifter
  • the purpose is to provide an antenna device that can implement a beam forming with a greater gain than the antenna device without an additional antenna sub array by radiating.
  • another object of the present invention is to provide an antenna device capable of implementing beamforming with a linear phase distribution in radiating antenna beams of a plurality of antenna subarrays and additional antenna subarrays after phase shifting using a phase shifter.
  • An antenna device includes a radiating element module that is electrically connected to a front of an RF filter and includes a plurality of antenna subarrays arranged to implement antenna beamforming by constructing a predetermined number of RF chains, and a phase shifter that shifts a phase value by changing a length ratio of a physical transmission line for the plurality of antenna subarrays at a predetermined ratio, and each RF chain of the radiating element module includes two output terminals branched from an input terminal of each RF chain.
  • the antenna subarray is connected to one output terminal, and an additional antenna subarray corresponding to the antenna subarray is further arranged to the other output terminal.
  • the phase shifter shifts and radiates the phase values of the plurality of antenna subarrays and the additional antenna subarray differently in a transmission line constituting one of the input end of each RF chain and the two branched output ends, thereby implementing a linear phase distribution according to the predetermined ratio with respect to the same reference phase plane.
  • the plurality of antenna subarrays are arranged spaced apart in the V-direction (vertical direction) for each RF chain, and the additional antenna subarrays may be arranged spaced apart in the V-direction so as to diverge from the input end of each of the two RF chains together with the antenna subarray.
  • phase shifter may change the physical length of each transmission line connected to the plurality of antenna subarrays and the additional antenna subarray corresponding to each RF chain for power feeding.
  • the phase shifter may include a variable switch panel including a first conduction pattern terminal and a second conduction pattern terminal
  • the radiating element module may include an antenna board assembly in which the antenna sub-array and the plurality of additional antenna sub-arrays are disposed, and transmission lines contacting the first conduction pattern terminal and the second conduction pattern terminal are coupled in the form of a plurality of power supply striplines made of a conductive material.
  • the plurality of power supply striplines of the antenna board assembly may include a variable circuit board having a first and second disconnection points respectively energized by the first conduction pattern terminal and the second conduction pattern terminal of the variable switch panel. It may be provided as a pattern-printed variable circuit board.
  • variable circuit board may be provided in the form of a printed circuit board made of FR-4 material.
  • the plurality of power feeding striplines may include a rear power feeding stripline energized and connected to the variable circuit of the variable circuit board having two input terminals so as to supply power at at least two points, and a front power feeding stripline energized and connected to the rear power supply stripline, branched and extended to have at least two output terminals, and connected to the plurality of antenna subarrays and the plurality of additional antenna subarrays.
  • phase shifter may implement a phase shift value at the predetermined ratio according to positions at which the variable switch panel is rotated and the first and second conduction pattern terminals contact the transmission line.
  • the radiating element module includes a reflecting panel provided to forwardly reflect antenna beams radiated from the plurality of antenna subarrays and the additional antenna subarrays, an antenna board assembly including a rear panel and a front panel stacked and coupled to the rear and front surfaces of the reflecting panel, and a plurality of conductor materials disposed in any one of a stripline installation slit that passes through the reflecting panel or is processed into a slit shape in the rear panel and the front panel, and is disposed for electrical connection between the RF filter
  • the material of the front panel and the rear panel is made of a plastic resin material, which is a different material from that of the reflecting panel, and the antenna board assembly is based on the reflecting panel.
  • the rear panel and the front panel may be integrally manufactured by a double injection method.
  • variable circuit board having at least two disconnection points may be formed as a pattern-printed variable circuit board so as to constitute a part of a physical transmission line changed by the phase shifter on the front surface of the front panel.
  • an additional antenna sub-array is built, and beamforming is implemented by shifting to a phase value having a linear phase distribution using a phase shifter at a plurality of points of a transmission line constituting an output end branched into two from an input end of the RF chain, so that beam forming can be implemented so that performance according to various specifications of the antenna device is possible, and cost and process are advantageous compared to existing high-spec antenna devices. advantage can be created.
  • 1 is a conceptual diagram showing the construction of a transmission signal channel of a 64T64R by high-spec array antenna elements
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of an antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a state in which the radome panel is separated from the configuration of FIG. 2;
  • Figures 4a and 4b is an exploded perspective view of the front and rear parts disassembled radiating element module
  • FIG. 5 is an exploded perspective view in which an antenna board assembly and a power supply stripline coupled thereto are disassembled during the configuration of the radiating element module of FIGS. 4A and 4B;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an operating relationship of a phase shifter among configurations of an antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a cutaway perspective view showing part “A” of FIG. 6;
  • FIG. 8 is a plan view for explaining the principle of power supply and phase value shift of the phase shifter according to a variable circuit board and a variable switch panel among the configurations of the phase shifter of FIG. 6;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing an antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a front view of Figure 9;
  • 11A and 11B are exploded perspective views of a front part and a rear part showing a phase shifter among configurations of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • 12a and 12b are exploded perspective views of the front and rear parts showing the specific coupling relationship of the phase shift drive motor among the configuration of the phase shifter,
  • FIG. 13 is a circuit diagram and a phase difference diagram for explaining the principle of phase conversion performed in an RF terminal using a phase shifter of an antenna device according to embodiments of the present invention
  • FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining a transmission signal channel and phase shift of 32T32R of an antenna device according to embodiments of the present invention.
  • RF filter 211 unit RF filter body
  • antenna board assembly 310A reflecting panel
  • 311B rear feed strip line
  • 311C front feed strip line
  • antenna sub-array 350' additional antenna sub-array
  • phase shifter 510 phase shift drive motor
  • variable switch panel 590 front horizontal moving bar
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of an antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a radome panel in a state in which the radome panel is separated during the configuration of FIG. 2
  • FIGS. 4A and 4B are exploded perspective views of the front and rear parts in which the radiating element module is disassembled
  • FIG. 7 is a cut-away perspective view showing part “A” of FIG. 6
  • FIG. 8 is a plan view for explaining the principle of power supply and phase value shift of the phase shifter according to the variable circuit board and the variable switch panel among the configurations of the phase shifter of FIG.
  • An antenna device may be an antenna device in which Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology is reflected.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • MIMO technology is a technology that dramatically increases data transmission capacity by using multiple antenna subarrays. It is a spatial multiplexing technique in which a transmitter transmits different data through each transmission antenna and a receiver distinguishes transmission data through appropriate signal processing. Therefore, as the number of transmit/receive antennas is simultaneously increased, the channel capacity increases, allowing more data to be transmitted. For example, if the number of antennas is increased to 10, about 10 times the channel capacity is secured using the same frequency band compared to a single antenna system.
  • the antenna device arranges TRx modules (not shown) that perform transmitter and receiver functions in vertical and horizontal directions (V (Vertical)-H (Horizontal)), and a plurality of electrically connected antenna elements 350 may be arranged for each TRx module.
  • the channel capacity established for each TRx module can be redefined as “RF chain”, and as a group unit of antenna elements 350 in which a plurality of antenna elements 350 are arranged for antenna beamforming, it can be redefined as “antenna subarray 350”.
  • 'TRx module' can be used interchangeably with the same meaning as 'RF chain', and the definition of the arrangement of antenna elements 350 that establishes RF communication for each RF chain is basically "Antenna subarray" It is revealed that it can be used interchangeably.
  • two RF chains may be constructed in the V-direction.
  • three antenna subarrays 350 may be arranged in the V-direction for each RF chain.
  • additional antenna subarrays 350' with the same specifications and the same number as the antenna subarrays 350 described above may be further arranged in each RF chain.
  • each RF chain is constructed through transmission lines (feeding striplines 311B and 311C to be described later) so as to branch from one input terminal to two output terminals, and the above-described antenna subarray 350 is connected to one of the two output terminals, and the above-described additional antenna subarray 350′ may be further arranged on the other one of the two output terminals.
  • a total of 24 antenna subarrays 350 and additional antenna subarrays 350' may be arranged in the V-direction.
  • a transmission channel of 64T64R is established. It can be.
  • the antenna subarray 350 and the additional antenna subarray 350′ regardless of their names, have a total of 24 antenna elements 350 arranged in the V-direction and the phase shifter 500 described later is not provided, as already described with reference to FIG.
  • an antenna subarray 350 and an additional antenna subarray 350′ are provided at portions corresponding to each output terminal, respectively, and two RF chains can be implemented by phase shifting at two of the transmission lines by the phase shifter 500.
  • the antenna device 1 is provided to be electrically connected to the front of the RF filter 210 and includes a radiating element module 300 including a plurality of antenna subarrays 350 and an additional antenna subarray 350' arranged to implement antenna beamforming, and a length of a physical transmission line for the plurality of antenna subarrays 350 and the additional antenna subarray 350'.
  • a phase shifter 500 shifts the phase value by changing the ratio at a predetermined ratio.
  • the radiation beams of the antenna subarray 350 and the additional antenna subarray 350′ radiating with the phase value shifted by the phase shifter 500 can be implemented with a gain of +3 dB, which is improved compared to the conventional case in which beams are radiated through antenna subarrays for each RF chain without branching from the input terminal of each RF chain to two output terminals.
  • the radiation beams of the antenna subarray 350 and the additional antenna subarray 350′ radiating with the phase value shifted by the phase shifter 500 can implement the performance of the antenna device having an improved gain of +3 dB compared to the antenna device having the same number of RF chains.
  • a plurality of antenna subarrays arranged to implement a predetermined antenna beamforming for each of a predetermined number of RF chains provided in the radiating element module 300 to implement a transmission signal channel of 32T32R Additional antenna subarrays may be further arranged in the V-direction to branch together.
  • the phase shifter 500 shifts and radiates the phase values of the plurality of array antenna elements 350 and the additional array antenna element 350 of each RF chain differently, thereby improving the gain as described above. It can be interpreted as having.
  • the transmission signal channel of 32T32R is implemented by applying the unique phase shift method of the present invention by adding the phase shifter 500 to a high-spec antenna device generally prepared to implement the transmission signal channel of 64T64R without the phase shifter 500, but it is the same as enabling radiation of an antenna beam with improved gain.
  • the transmission line should be constructed so as to branch into two output terminals compared to the input terminal of each RF chain, and phase shift 1 in the transmission line before being branched into two output terminals by the phase shifter 500.
  • the phase shift value should implement a linear distribution with respect to the same reference phase plane.
  • the plurality of antenna subarrays 350 are generally designed as a plurality of dual polarized antenna module arrays in order to reduce the fading effect due to multipath and perform a polarization diversity function.
  • the antenna device 1 includes the antenna housing portion 10 forming the left and right sides and the rear exterior of the antenna device, forming the front exterior of the antenna device, and shielding the open front surface of the antenna housing portion 10 and provided in the internal space of the antenna housing portion 10 (including an RF filter 210 and an antenna board assembly 310 to be described later) It may include a radome panel 20 that protects from the outside.
  • the radome panel 20 may be detachably fixed to the front end of the antenna housing 10 by a plurality of coupling clips 21 provided along the end.
  • the functions and detailed features of the antenna housing unit 10 and the radome panel 20 have very little correlation with the technical features of an embodiment of the present invention, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the RF filter 210 may be stacked on the front surface of a main board (not shown) disposed in the inner space of the antenna housing unit 10, and may be provided as a plurality of unit RF filter bodies (reference numerals not shown).
  • a plurality of unit RF filter bodies may be arranged to correspond to the number of antenna subarrays 350 and additional antenna subarrays 350' arranged in the H-direction, which will be described later.
  • the antenna device 1 may further include a radiating element module 300 including a plurality of antenna sub-arrays 350 and an additional antenna sub-array 350′ provided to be electrically connected to the front of the RF filter 210 configured as described above and arranged to implement antenna beamforming.
  • a radiating element module 300 including a plurality of antenna sub-arrays 350 and an additional antenna sub-array 350′ provided to be electrically connected to the front of the RF filter 210 configured as described above and arranged to implement antenna beamforming.
  • the radiating element module 300 may include an antenna board assembly 310 fixed so that a plurality of antenna sub-arrays 350 and additional antenna sub-arrays 350' are arranged V-H on the front surface.
  • the antenna board assembly 310 may include a reflecting panel 310A provided to forwardly reflect antenna beams emitted from the plurality of antenna subarrays 350 and the additional antenna subarrays 350′, and a rear panel 310B and a front panel 310C stacked and coupled to the rear and front surfaces of the reflecting panel 310A.
  • the reflecting panel 310A is preferably made of an electromagnetic wave shielding material through which antenna beams are not transmitted, and the rear panel 310B and the front panel 310C provided on the back and front of the reflecting panel 310A are made of a non-conductive material and are preferably made of a plastic resin material that can be easily manufactured integrally with the reflecting panel 310A by a molding method.
  • the reflecting panel 310A is made of a different material from the material constituting the rear panel 310B and the front panel 310C, and based on the reflecting panel 310A, the rear panel 310B and the front panel 310C may be made of a plastic resin material that is easy to be integrally manufactured by a double injection method.
  • the antenna board assembly 310 is provided in the form of a printed circuit board using a normal PCB material, and a power feeding line (a transmission line, a configuration corresponding to the power feeding stripline of the present invention described later) is printed on the front or rear surface of the printed circuit board by a pattern printing method.
  • a power feeding line (a transmission line, a configuration corresponding to the power feeding stripline of the present invention described later) is printed on the front or rear surface of the printed circuit board by a pattern printing method.
  • the power supply and feeding lines are printed on the front or rear surface of such a printed circuit board by a pattern printing method, the power supply and feeding lines are formed directly on a dielectric layer having a predetermined permittivity, resulting in increased insertion loss.
  • the antenna board assembly 310 excludes a printed circuit board made of a normal PCB material, and integrally molds the rear panel 310B and the front panel 310C made of a plastic resin material on the back and front surfaces of the reflecting panel 310A, and the power supply striplines 311B and 311C serving as transmission lines are accommodated in the air dielectric layer. You can create an advantage that can minimize your losses.
  • the radiating element module 300 includes a plurality of rear feeding striplines 311B disposed in a stripline installation slit (312B, hereinafter referred to as a 'rear installation slit') processed in a slit shape on the rear panel 310B and a stripline installation slit (312C, hereinafter, hereinafter, A front feed stripline 311C disposed in the 'front installation slit') may be further included.
  • a plurality of pin fixing holes 311B-1 and 311C-1 are formed in the rear feed stripline 311B and the front feed stripline 311C, respectively, and inside the rear installation slit 312B and the front installation slit 312C, respective pin fixing holes 311B-1 and 311C-1 of the rear feed stripline 311B and the front feed stripline 311C
  • a plurality of fixing pins 312B-1 and 312C-1 that are press-fitted and fixed may be formed.
  • the rear installation slit 312B and the front installation slit 312C may be formed to penetrate in the front and rear directions so that the rear feed stripline 311B and the front feed stripline 311C are accommodated using an air layer as a medium, or may be processed into a groove shape having a thickness greater than at least the rear feed stripline 311B and the front feed stripline 311C.
  • the front power supply stripline 311C may be disposed on upper and lower sides of one variable circuit board 505, respectively.
  • the variable circuit board 505 plays a role of configuring a part of a physical transmission line changed by the phase shifter 500 to be described later.
  • the front feed stripline 311C is electrically connected to the variable circuit board 505 by a rear feed stripline 311B connected to an extension end extending from the two input ends 507a and 507b of the variable circuit board 505, and has at least two output terminals. and a right front feed strip line 311C- ⁇ .
  • the rear power supply stripline 311B has one end connected to each extension extending from the two input terminals 507a and 507b of the variable circuit board 505, and the other end connected to the left front power supply stripline 311C- ⁇ and the right front power supply stripline 311C- ⁇ disposed on the upper and lower sides of the variable circuit board 505, respectively. It serves to branch and transmit the feed signal through the low-pass filter 330.
  • the antenna device 1 may further include a phase shifter 500 that implements a desired phase shift value by physically changing the transmission line lengths of the feed striplines 311B and 311C connected from the RF filter 210 to the plurality of antenna subarrays 350 and the additional antenna subarray 350' to vary the phase by a predetermined value with respect to the same plane of the reference phase.
  • a phase shifter 500 that implements a desired phase shift value by physically changing the transmission line lengths of the feed striplines 311B and 311C connected from the RF filter 210 to the plurality of antenna subarrays 350 and the additional antenna subarray 350' to vary the phase by a predetermined value with respect to the same plane of the reference phase.
  • the phase shifter 500 is a rear side of the antenna board assembly 310, a phase shift drive motor 510 fixed between unit RF filter bodies, a horizontal mounting bar 520 that moves horizontally in the vertical direction on the rear and front sides of the antenna board assembly 310 according to the rotation direction of the motor shaft of the phase shift drive motor 510, one end connected to the horizontal mounting bar 520, and the other end connected to a variable switch panel ( A plurality of vertical mounting bars 530 hinged with respect to 540 and the aforementioned variable switch panel 540 provided rotatably on the front surface of the variable circuit board 505 fixed to the front surface of the front panel 310C among the antenna board assembly 310.
  • the horizontal mounting bar 520 is connected to the rear horizontal mounting bar 520A moving in the up and down direction while maintaining left and right horizontality on the rear side of the antenna board assembly 310 and the left and right ends of the rear horizontal mounting bar 520A through the outer parts of the left and right side ends of the antenna board assembly 310, and interlocks with the rear horizontal mounting bar 520A.
  • the front side of the antenna board assembly 310 may include a front horizontal mounting bar 520B that moves in an up and down direction while maintaining horizontal horizontality.
  • the rear horizontal mounting bar 520A performs a function of supporting up and down movement at the left and right inner ends of the antenna housing 10, and the front horizontal mounting bar 520B is connected to the rear horizontal mounting bar 520A to receive up and down moving force and simultaneously provide a connection point to which the other ends of the plurality of vertical mounting bars 530 are connected.
  • a phase shift drive motor 510 is disposed to have a motor rotation shaft in a vertical direction, and a rotation screw rod 511 is axially coupled to the motor rotation shaft of the phase shift drive motor 510, and may be rotatably provided to one side or the other side.
  • phase shift drive motor 510 is fixed inside the antenna housing unit 10, and when the rotating screw rod 511 engages with and rotates the female thread of the screw rod through hole 526h provided in the screw guide mounting block 526, the screw guide mounting block 526 moves in the vertical direction and moves the rear horizontal mounting bar 520A in the vertical direction.
  • connection structure between the rear horizontal mounting bar 520A and the front horizontal mounting bar 520B and the connection structure between the front horizontal mounting bar 520B and the plurality of vertical mounting bars 530 is replaced with a description of the configuration of the antenna device 1A according to another embodiment of the present invention.
  • the variable circuit board 505 is a type of printed circuit board made of FR-4 material, etc., and a variable circuit 506 having at least one power-off point capable of varying the phase of a frequency through a transmission line is pattern-printed on the front surface thereof, and at least one conductive terminal pattern 546 for energizing the power-off point of the variable circuit board 505 may be printed on the rear surface of the variable switch panel 540.
  • variable circuit 506 pattern-printed on the variable circuit board 505 receives a power supply signal from two input terminals 507a and 507b, as referred to in FIG.
  • variable switch panel 540 is provided so as to be always elastically supported toward the front side of the variable circuit board 505 via an elastic member 541 provided as a plate spring, and the elastic member 541 is hinged by a hinge screw 542, so that it can be elastically supported toward the variable switch panel 540.
  • the elastic member 541 rotates the conductive terminal pattern 546 of the variable switch panel 540 without being spaced apart from the variable circuit 506 of the variable circuit board 505, thereby preventing errors due to contact separation.
  • the front surface of the reflecting panel 310A is provided in the form of a panel made of a material capable of shielding electromagnetic waves as described above, and a variable circuit board 505 among the configurations of the above-described phase shifter 500 may be fixed on the front surface.
  • variable circuit board 505 may be press-fitted into the board installation boss 508 fixed to penetrate the antenna board assembly 310 in the front and rear directions, and the variable switch panel 540 may also be screwed to the front end of the board installation boss 508 using a hinge screw 542.
  • the antenna apparatus 1 is connected to the output port (not shown) of the unit RF filter body and connected to each input terminal 507a and 507b of the variable circuit board 505 provided for feeding to a plurality of feed lines 311b and 311c. It may further include a filter (330, Low Pass Filter, LPF).
  • a filter 330, Low Pass Filter, LPF
  • the low-pass filter (LPF) 330 is a filter for removing high-frequency noise, and is provided in a kind of tube shape, so that upper and lower ends are connected to the input terminals 507a and 507b of the upper and lower variable circuit boards 505. It may be provided.
  • a plurality of ground washers 315 may be disposed in pairs on the front surface of the reflecting panel 310A corresponding to the input ends 507a and 507b of the variable circuit board 505 among the upper and lower ends of the low-pass filter 300 to perform a ground (GND, Ground) function.
  • washer installation grooves 310A-h may be formed to be recessed backward on the front surface of the reflecting panel 310A.
  • the phase shifter 500 is moved upward or downward according to the direction of rotation of the screw guide mounting block 526 when the rotating screw rod 511 is rotated to one side or the other side while the phase shift drive motor 510 is electrically operated.
  • the mounting bar 520B is moved upwards or downwards horizontally, and the plurality of vertical mounting bars 530 are simultaneously moved upwards and downwards, and the variable switch panel 540 coupled to its end is rotated, thereby realizing a phase shift value through a change in the physical transmission length of the variable circuit board 505 and the front power supply stripline 311C.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing an antenna device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a front view of FIG. 9
  • FIGS. 11A and 11B are exploded perspective views of front and rear parts showing a phase shifter among configurations of an antenna apparatus according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 11A and 11B are exploded perspective views of front and rear parts showing a phase shifter among configurations of an antenna apparatus according to another embodiment of the present invention
  • the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 2 to 8 is an embodiment in which a transmission channel of 32T32R simultaneously implementing a predetermined phase shift value is constructed by two phase shifters 500.
  • another embodiment of the present invention (1A) can be defined as an embodiment in which a transmission channel of 16T16R is constructed by one phase shifter 500.
  • the arrangement of the antenna subarray 350 and the additional antenna subarray 350′ is arranged so that two RF chains are substantially constructed in the V-direction, but when the antenna beam is radiated by changing the phase shift value to a desired phase shift value by the phase shifter 500, one RF chain is implemented.
  • This is an embodiment that achieves the same effect as implementing the transmission signal channel of 16T16R.
  • a low-pass filter (not shown) is installed inside the RF filter 210 adjacent to the output port.
  • the low-pass filter does not necessarily have to be installed inside the RF filter 210, and the front feed stripline 311C is provided so as to be directly electrically connected to the variable circuit board 505. It would also be possible to have the pass filter integrally formed.
  • the antenna device 1A according to another embodiment of the present invention is provided with only a single phase shifter 500, so that the phase values of two RF chains (RF Chain 1 and RF Chain 2) can be shifted simultaneously. This is different from simultaneous shifting of phase values of two RF chains by using two phase shifters 500 in the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal mounting bar 520 of the configuration of the phase shifter 500 may include a rear horizontal mounting bar 520A and a front horizontal mounting bar 520B.
  • the rear horizontal mounting bar 520a is coupled to the support mounting bar 521a provided for supporting both ends of the left and right side walls in the inner space of the antenna housing part 10, and a plurality of screw fastening holes for fixing with the front horizontal mounting bar 520b for the front surface of the support mounting bar 521a, and for fixing with the front horizontal mounting bar 520b 1) It may include a fixed mounting bar 522a formed at both ends of this left and right.
  • a plurality of screw through-holes 522B-2 may be formed for screw fastening by the fixing screws 522B-3 of the fixing mounting bar 522A among the rear horizontal mounting bars 520A.
  • one end of a plurality of vertical mounting bars 530 is coupled to the front horizontal mounting bar 520B, and a variable switch panel 540 may be coupled to the other end of the plurality of vertical mounting bars 530 via predetermined hinge members 543 and 544, respectively.
  • the predetermined hinge members 543 and 544 include a hinge bolt 543 and a hinge nut 544 fastened thereto, and a bolt through hole 533 through which the hinge bolt 543 passes may be formed at the other end of the variable switch panel 540 and the vertical mounting bar 530.
  • variable switch panel 540 is hinged to the other end of the plurality of vertical mounting bars 530 by the hinge bolts 543 and the hinge nuts 544, when the plurality of vertical mounting bars 530 are moved up and down, the variable switch panel 540 rotates freely at a predetermined angle based on the rotation center, so that the physical length of the transmission line can be varied.
  • phase shift driving motor 510 may be coupled to the screw guide mounting block 526 provided in the support mounting bar 521A of the rear horizontal mounting bar 520A via the motor installation bracket 515.
  • the screw guide mounting block 526 further includes a lower coupling end 523a integrally formed at a lower portion around the screw rod through hole 526h and an upper coupling end 523b integrally formed at an upper portion around the screw rod through hole 526h, and the lower coupling end 523a and the upper coupling end 523b communicate with or connect to the screw rod through hole 526h and lower screw rod through holes 523a-h And upper screw rod through-holes 523b-h may be formed.
  • a fixing screw through hole 515h-1 may be formed so that the fixing screw 515s passes through and is fastened to the fixing screw fastening hole 525h-2 formed at the lower coupling end 523a of the screw guide mounting block 526.
  • the upper end of the rotary screw rod 511 exposed upward through the upper screw rod through-hole 523b-h of the upper coupling end 523b of the screw guide mounting block 526 is hinge bush 524 and C- It can be fixed through the ring 525.
  • FIG. 13 is a circuit diagram and a phase difference diagram for explaining the principle of phase conversion performed in an RF terminal using the phase shifter 500 of the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining the transmission signal channel and phase shift of the 32T32R of the antenna device according to embodiments of the present invention.
  • the phases of signals supplied to at least two antenna subarrays 350 among four antenna subarrays 350 require support at the digital stage.
  • the phase shifter 500 is for omitting the above-described digital stage support operation, and as shown in FIG. 14, the power feeding signal input from one TRx module (meaning transmission/reception elements mounted on a main board or amplification element unit) is variable at a first disconnection point (not shown) before branching from each input terminal to two output terminals and a second disconnection point (not shown) after branching.
  • the length of one transmission line and the other transmission line may be rotated so that the lengths of one transmission line and the other transmission line are varied at a predetermined ratio by the first conduction pattern terminal (reference numeral not indicated) and the second conduction pattern terminal (reference numeral not indicated) of the switch panel 540. Can be provided.
  • the first disconnection point before branching from one input terminal to two output terminals changes the physical length of one transmission line and the other transmission line by the first conduction pattern terminal of the variable switch panel 540 to change the phase by ⁇ and - ⁇ to realize a desired phase shift value
  • the second disconnection point which is the transmission line of the output terminal after branching to two output terminals, is the other transmission line by the second conduction pattern terminal of the variable switch panel 540.
  • a desired phase shift value can be implemented by varying the phase by 2 ⁇ and -2 ⁇ by changing the physical length of the furnace.
  • phase shift values of the two antenna subarrays 350 and the two additional antenna subarrays 350′ based on the same phase plane can form a linear phase distribution, so that a Mirror Symmetry structure with the most efficient beamforming performance as referred to in FIG. 13 can be implemented.
  • the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, as referred to in FIG. 14 , among the antenna subarray 350 and the additional antenna subarray 350′ prepared to implement a total of 32T32R transmission line channels, one transmission line before branching from the input terminal of the RF chain to two output terminals and one transmission line connecting any one output terminal of the two output terminals after the branching has a physical ratio of a predetermined ratio.
  • Beamforming is implemented by phase shifting to have a length ratio of .
  • a gain of +6 dB is improved compared to an antenna device having a transmission line channel of 32T32R having two RF chains but not having a phase shifter 500
  • a gain of +3 dB is improved compared to an antenna device having a transmission line channel of 32T32R having two RF chains and having a phase shifter but not branching into two output terminals, so the beam width is narrow and the antenna gain is large.
  • the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 13 and 14 can change the phase of four antenna sub-arrays per each RF chain, beamforming with the same effect as that of the 64T64R antenna device can be implemented, and since it has two RF chains, it has advantages over the 64T64R antenna device having four RF chains in terms of cost and process.
  • the present invention provides an antenna device capable of realizing beamforming with a greater gain than an antenna device without an additional antenna subarray, by further constructing additional antenna subarrays to be branched off from the input end of each RF chain together with a plurality of antenna subarrays arranged to build a predetermined number of RF chains, shifting the antenna subarray and the additional antenna subarray to have different phase values using a phase shifter, and radiating.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히, RF 필터의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 소정 개수의 RF 체인을 구축하여 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이를 포함하는 방사소자 모듈 및 상기 다수의 안테나 서브 어레이에 대한 물리적인 전송 선로의 길이비를 소정 비율로 변경시켜 위상값을 천이시키는 위상 쉬프터를 포함하고, 상기 방사소자 모듈의 각 RF 체인에는, 상기 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기된 2개의 출력단 중 어느 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이가 연결되고 다른 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이에 대응되는 추가 안테나 서브 어레이가 연결되도록 더 배열되도록 구현하여 빔폭이 좁고 안테나 이득이 큰 빔을 방사하여 원가 및 공정이 유리한 이점을 제공한다.

Description

안테나 장치
본 발명은 안테나 장치(ANTENNA APPARATUS)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 개수의 RF 체인(Chain)을 갖는 안테나 장치에 있어서, 다수의 안테나 서브 어레이와 함께 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기되는 추가 안테나 서브 어레이를 더 포함하고, 위상 쉬프터를 이용하여 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 위상값이 상이하도록 천이시켜 방사함으로써 안테나 이득(gain)을 향상시킬 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.
무선 통신 기술, 예를 들어, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은, 다수의 안테나를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 Spatial multiplexing 기법이다.
따라서, 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어 안테나 수를 10개로 증가시키면 현재의 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.
4G LTE-advanced에서는 8개의 안테나까지 사용하고 있으며, 현재 pre-5G 단계에서 64개 또는 128개의 안테나를 장착한 제품이 개발되고 있고, 5G에서는 훨씬 더 많은 수의 안테나를 갖는 기지국 장비가 사용될 것으로 예상되며, 이를 Massive MIMO 기술이라고 한다. 현재의 Cell 운영이 2-Dimension인데 반해 Massive MIMO 기술이 도입되면 3D-Beamforming이 가능해지므로 FD-MIMO(Full Dimension)라고도 부른다.
특히, 다수의 어레이 안테나 소자는, 지역별 및 시간대별로 가입자들의 사용밀도 변화에 대응하여 최적의 서비스를 제공하도록 안테나 복사빔을 통한 빔 포밍을 구현할 수 있다.
도 1은 고사양 어레이 안테나 소자들에 의해 64T64R의 전송 신호 채널 구축 모습을 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 안테나 서브 어레이가 V-방향(수직 방향, Vertical direction)으로 4개의 RF 체인(chain)을 구현하도록 배열됨과 아울러 H-방향(수평 방향, Horizontal direction)으로 여러 줄 배열됨으로써, 4개의 V-방향 RF 체인(V1, V2, V3, V4)을 구축하여 64T64R의 전송 신호 채널을 구현한다.
그러나, 이론적으로는 RF 체인의 개수(즉, 다수의 안테나 서브 어레이의 개수)를 배로 늘려 배열하면, 상술한 바와 같이 늘어난 안테나 서브 어레이의 비율만큼 채널 용량을 추가 확보할 수 있지만, 전력 증폭기(PA;Power Amplifier) 및 필터가 동일 비율로 증가하여 무게 및 부피가 급격히 증가한다. 또한, 증가된 RF 체인으로 인해 발열이 증가하므로 방열을 위한 함체의 사이즈 또한 추가적으로 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소정 개수의 RF 체인(Chain) 구축을 위해 배열된 다수의 안테나 서브 어레이와 함께 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기되도록 추가 안테나 서브 어레이를 더 구축하고, 위상 쉬프터를 이용하여 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 위상값이 상이하도록 천이시켜 방사함으로써 추가 안테나 서브 어레이가 마련되지 않은 안테나 장치 대비 보다 큰 이득(gain)을 가진 빔 포밍의 구현이 가능한 안테나 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은, 다수의 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 안테나 빔을 위상 쉬프터를 이용하여 위상 천이한 후 방사함에 있어서 선형적인 위상 분포의 빔 포밍의 구현이 가능한 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, RF 필터의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 소정 개수의 RF 체인(Chain)을 구축하여 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이를 포함하는 방사소자 모듈 및 상기 다수의 안테나 서브 어레이에 대한 물리적인 전송 선로의 길이비를 소정 비율로 변경시켜 위상값을 천이시키는 위상 쉬프터를 포함하고, 상기 방사소자 모듈의 각 RF 체인에는, 상기 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기된 2개의 출력단 중 어느 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이가 연결되고 다른 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이에 대응되는 추가 안테나 서브 어레이가 더 배열된다.
여기서, 상기 위상 쉬프터는, 상기 각 RF 체인의 입력단 및 분기된 상기 2개의 출력단 중 어느 하나를 구성하는 전송 선로에서 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 위상값을 상이하게 천이시켜 방사하여, 동일 기준 위상면에 대하여 상기 소정 비율에 따른 선형적인 위상 분포를 구현할 수 있다.
또한, 32T32R의 전송 신호 채널을 통한 안테나 빔 포밍을 구현할 때, 상기 다수의 안테나 서브 어레이는, 2개의 RF 체인을 구축하되, 각 체인 당 V-방향(Vertical direction)으로 이격되게 배열되고, 상기 추가 안테나 서브 어레이는, 상기 2개의 RF 체인 각각의 입력단으로부터 상기 안테나 서브 어레이와 함께 분기되도록 V-방향으로 이격되게 배열될 수 있다.
또한, 상기 위상 쉬프터는, 급전 피딩을 위하여 상기 각 RF 체인에 해당하는 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 추가 안테나 서브 어레이에 연결되는 각 전송 선로의 물리적인 길이를 변경시킬 수 있다.
또한, 상기 위상 쉬프터는, 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자를 포함하는 가변 스위치 패널을 포함하고, 상기 방사소자 모듈은, 상기 안테나 서브 어레이 및 상기 다수의 추가 안테나 서브 어레이가 배치되고, 상기 제1통전 패턴 단자와 상기 제2통전 패턴 단자가 접점되는 전송 선로가 도체 재질의 다수의 급전 스트립라인 형태로 결합된 안테나 보드 어셈블리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안테나 보드 어셈블리 중 상기 다수의 급전 스트립라인은, 상기 가변 스위치 패널의 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자에 의하여 각각 통전되는 제1단전 지점 및 제2단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드로 구비될 수 있다.
또한, 상기 가변 회로 보드는, FR-4 재질의 인쇄 회로 기판 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 다수의 급전 스트립라인은, 적어도 2개소에서 급전되도록 2개의 입력단이 구비된 상기 가변 회로 보드의 가변 회로와 통전되게 연결된 리어 급전 스트립라인 및 상기 리어 급전 스트립라인과 통전되게 연결되고, 적어도 2개의 출력단을 가지도록 분기되어 연장되며, 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 다수의 추가 안테나 서브 어레이에 연결되는 프론트 급전 스트립라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 위상 쉬프터는, 상기 가변 스위치 패널이 회전되어 상기 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자가 상기 전송 선로에 접점되는 위치에 따라 상기 소정의 비율로 위상 천이값을 구현할 수 있다.
또한, 상기 방사소자 모듈은, 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 추가 안테나 서브 어레이들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면 및 전면에 적층 결합되는 리어 패널 및 프론트 패널을 포함하는 안테나 보드 어셈블리 및 상기 리플렉팅 패널을 관통하거나, 상기 리어 패널 및 프론트 패널에 슬릿 형태로 가공된 스트립라인 설치 슬릿 중 어느 하나에 배설되고, 상기 RF 필터와의 사이에 전기적인 연결을 위하여 배설된 도체 재질의 다수의 급전 스트립라인을 포함하며, 상기 프론트 패널과 상기 리어 패널의 재질은, 상기 리플렉팅 패널의 재질과 상이한 이종 재질인 플라스틱 수지 재질로 이루어지고, 상기 안테나 보드 어셈블리는, 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 리어 패널 및 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 제조될 수 있다.
또한, 상기 프론트 패널의 전면에는, 상기 위상 쉬프터에 의하여 변경되는 물리적인 전송 선로의 일부를 구성하도록 적어도 2개의 단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 따르면, 기본적인 RF 체인을 구축하도록 마련된 안테나 서브 어레이에 더하여 추가 안테나 서브 어레이를 구축하고, RF 체인의 입력단으로부터 2개로 분기된 출력단을 구성하는 전송 선로의 복수 개소에서 위상 쉬프터를 이용한 선형 위상 분포를 가진 위상값으로 천이시켜 빔 포밍을 구현함에 따라, 안테나 장치의 제사양에 따른 퍼포먼스가 가능하도록 빔 포밍을 구현할 수 있음은 물론, 기존 고사양의 안테나 장치 대비 원가 및 공정이 유리한 이점을 창출할 수 있다.
도 1은 고사양 어레이 안테나 소자들에 의해 64T64R의 전송 신호 채널 구축 모습을 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 외관을 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 구성 중 레이돔 패널이 분리된 상태의 분해 사시도이고,
도 4a 및 도 4b는 방사소자 모듈을 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이며,
도 5는 도 4a 및 도 4b의 방사소자 모듈의 구성 중 안테나 보드 어셈블리 및 이에 결합된 급전 스트립라인을 분해한 분해 사시도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 중 위상 쉬프터의 작동 관계를 설명하기 위한 단면도이며,
도 7은 도 6의 "A" 부분을 나타낸 절개 사시도이고,
도 8은 도 6의 위상 쉬프터의 구성 중 가변 회로 보드와 가변 스위치 패널에 따른 급전 및 위상 쉬프터의 위상값 천이 원리를 설명하기 위한 평면도이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도이고,
도 10은 도 9의 정면도이며,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 중 위상 쉬프터를 나타낸 전방부 및 후방부 분해 사시도이고,
도 12a 및 도 12b는 위상 쉬프터의 구성 중 위상천이 구동모터의 구체적인 결합 관계를 나타낸 전방부 및 후방부 분해 사시도이며,
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치의 위상 쉬프터를 이용한 RF 단에서 수행되는 위상 변환 모습의 원리를 설명하기 위한 회로도 및 위상차도이고,
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치의 32T32R의 전송 신호 채널 및 위상 천이 모습을 설명하기 위한 개념도이다.
<부호의 설명>
210: RF 필터 211: 단위 RF 필터 바디
310: 안테나 보드 어셈블리 310A: 리플렉팅 패널
310B: 리어 패널 310C: 프론트 패널
311B: 리어 급전 스트립 라인 311C: 프론트 급전 스트립라인
350: 안테나 서브 어레이 350': 추가 안테나 서브 어레이
500: 위상 쉬프터 510: 위상천이 구동모터
520: 수평 마운팅 바 530: 수직 마운팅 바
540: 가변 스위치 패널 590: 전면 수평 무빙 바
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 구성 중 레이돔 패널이 분리된 상태의 분해 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 방사소자 모듈을 분해한 전방부 및 후방부 분해 사시도이고, 도 5는 도 4a 및 도 4b의 방사소자 모듈의 구성 중 안테나 보드 어셈블리 및 이에 결합된 급전 스트립라인을 분해한 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 중 위상 쉬프터의 작동 관계를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 도 6의 "A" 부분을 나타낸 절개 사시도이며, 도 8은 도 6의 위상 쉬프터의 구성 중 가변 회로 보드와 가변 스위치 패널에 따른 급전 및 위상 쉬프터의 위상값 천이 원리를 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 반영된 안테나 장치일 수 있다.
MIMO 기술은, 다수의 안테나 서브 어레이를 사용하여 데이터 전송용량을 획기적으로 늘리는 기술로서, 송신기에서는 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송하고, 수신기에서는 적절한 신호처리를 통해 송신 데이터들을 구분해 내는 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기법이다. 따라서, 송수신 안테나의 개수를 동시에 증가시킴에 따라 채널 용량이 증가하여 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 한다. 예를 들어 안테나 수를 10개로 증가시키면 단일 안테나 시스템에 비해 같은 주파수 대역을 사용하여 약 10배의 채널 용량을 확보하게 된다.
특히, 안테나 장치는, 송신기 및 수신기 기능을 수행하는 TRx 모듈(미도시)을 상하 수직 방향 및 좌우 수평 방향으로 V(Vertical)-H(Horizontal) 배열시키고, 각 TRx 모듈에 대하여 전기적으로 연결된 다수의 안테나 소자(350)가 배열될 수 있다. 여기서, 각 TRx 모듈 당 구축되는 채널 용량은 "RF 체인"으로 재 정의 가능하고, 다수의 안테나 소자(350)가 안테나 빔 포밍을 위해 배열된 안테나 소자(350)의 그룹 단위로서 "안테나 서브 어레이(350)"로 재정의 가능하다. 이하에서는, 'TRx 모듈'이라는 용어는 "RF 체인"과 동일한 의미로 혼용 사용 가능할 수 있고, 각 RF 체인 별로 RF 통신을 구축하는 안테나 소자(350)들의 배열의 정의를 기본적으로 "안테나 서브 어레이"라는 용어와 혼용하여 사용할 수 있음을 밝혀둔다.
도 3에 참조된 바와 같이, V-방향으로 RF 체인이 2개가 구축될 수 있다. 여기서, 안테나 서브 어레이(350)는, 각 RF 체인 별로 3개가 V-방향으로 배열될 수 있다.
또한, 각 RF 체인에는 상술한 안테나 서브 어레이(350)와 동일한 사양 및 동일한 개수의 추가 안테나 서브 어레이(350')가 더 배열될 수 있다.
여기서, 각 RF 체인은 하나의 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되도록 전송 라인(후술하는 급전 스트립라인(311B,311C))을 통해 구축되되, 2개의 출력단 중 어느 하나에는 상술한 안테나 서브 어레이(350)가 연결되고, 2개의 출력단 중 다른 하나에는 상술한 추가 안테나 서브 어레이(350')가 더 배열될 수 있다.
따라서, 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')는, V-방향으로 총 24개가 배열될 수 있다. 일반적으로, V-방향으로 배열된 3개의 안테나 서브 어레이(350 또는 350')가 하나의 TRx와 관련된 경우, H-방향으로 총 8개가 배열된 경우, 64T64R의 전송 채널이 구축되나, 본 발명의 일 실시예에서는 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')가 하나의 TRx와 관련되는 점에서, H-방향으로 총 8개가 배열된 경우, 32T32R의 전송 채널이 구축될 수 있다.
즉, 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')는, 그 명칭의 구분 없이 안테나 소자(350)들이 V-방향으로 총 24개가 배열되고, 후술하는 위상 쉬프터(500)가 구비되지 않은 경우에는, 도 1을 통해 이미 설명한 바와 같이, 일반적으로 64T64R의 전송 신호 채널(즉, 총 4개의 RF 체인)을 구현하는 안테나 장치로서의 의미가 있다. 그런데, 본 발명의 일 실시예에서는, 하나의 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되도록 전송 선로를 구축한 후 각 출력단에 대응되는 부위에 각각 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')를 마련하고, 위상 쉬프터(500)에 의한 전송 선로 중 2개소에서의 위상 천이를 통해 2개의 RF 체인을 구현할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 3 내지 도 6에 참조된 바와 같이, RF 필터(210)의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')를 포함하는 방사소자 모듈(300)과, 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')에 대한 물리적인 전송 선로의 길이비를 소정 비율로 변경시켜 위상값을 천이시키는 위상 쉬프터(500)를 포함한다.
여기서, 위상 쉬프터(500)에 의해 천이된 위상값으로 방사하는 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')의 방사 빔은, 종래의 각 RF 체인의 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되지 않고 각 RF 체인별로 안테나 서브 어레이를 통해 빔을 방사하는 경우에 비해 +3dB의 이득(gain)이 향상되는 빔 포밍 구현이 가능하다.
즉, 위상 쉬프터(500)에 의해 천이된 위상값으로 방사하는 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')의 방사 빔은, 동일한 수의 RF 체인을 갖는 안테나 장치 대비 +3dB의 향상된 이득(gain)을 가지는 안테나 장치의 퍼포먼스를 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 방사소자 모듈(300)에, 32T32R의 전송 신호 채널을 구현하기 위하여 구비된 소정 개수의 RF 체인 별로 소정의 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이와 함께 분기되도록 추가 안테나 서브 어레이가 V-방향으로 더 배열될 수 있다.
이 경우, 위상 쉬프터(500)는, 각 RF 체인의 다수의 어레이 안테나 소자(350) 및 추가 어레이 안테나 소자(350)의 위상값을 상이하게 천이시켜 방사함으로써 상술한 바와 같은 향상된 이득을 가질 수 있는 것으로 해석할 수 있다.
이는, 마치 위상 쉬프터(500)의 구비 없이 일반적으로 64T64R의 전송 신호 채널을 구현하도록 마련된 고사양의 안테나 장치를, 위상 쉬프터(500)를 추가하여 본 발명의 특유한 위상 천이 방식을 적용함으로써 32T32R의 전송 신호 채널을 구현하되, 이득이 향상된 안테나 빔의 방사가 가능하도록 하는 것과 같다. 다만, 이 경우, 각 RF 체인의 입력단 대비 2개의 출력단으로 분기되도록 전송 선로를 구축하여야 함은 물론, 위상 쉬프터(500)에 의하여 2개의 출력단으로 분기되기 전의 전송 선로에서 1번 위상을 천이하고, 분기된 후의 2개의 출력단으로 연결되는 전송 선로 중 어느 하나의 전송 선로에서 1번 위상을 천이하도록 설계함으로써, 위상 천이값이 기준 동일 위상면에 대하여 선형 분포를 구현하도록 하여야 할 것이다.
여기서, 이동통신의 MIMO 안테나 장치에 있어서 다수의 안테나 서브 어레이(350)들은, 다중 경로에 의한 페이딩(fading) 영향을 감소시키고 편파 다이버시티(diversity) 기능을 수행하기 위해, 복수 개의 이중 편파 안테나 모듈 어레이로 설계되는 것이 일반적이다.
보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 2 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 안테나 장치의 좌우 측방 및 후방 외관을 형성하는 안테나 하우징부(10)와, 안테나 장치의 전방 외관을 형성하고, 안테나 하우징부(10)의 개구된 전면을 차폐하도록 구비되어 안테나 하우징부(10)의 내부 공간에 구비된 내부 부품들(후술하는, RF 필터(210) 및 안테나 보드 어셈블리(310)를 포함함)를 외부로부터 보호하는 레이돔 패널(20)을 포함할 수 있다.
레이돔 패널(20)은, 단부를 따라 구비된 다수의 결합용 클립(21)에 의해 안테나 하우징부(10)의 전단부에 착탈 가능하게 고정될 수 있다.
여기서, 안테나 하우징부(10) 및 레이돔 패널(20)의 기능 및 세부적인 특징은 본 발명의 일 실시예의 기술적 특징과는 연관성이 매우 적으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
RF 필터(210)는, 안테나 하우징부(10)의 내부 공간에 배치된 메인 보드(미도시)의 전면에 적층 배치될 수 있고, 다수의 단위 RF 필터 바디(도면부호 미표기)로 구비될 수 있다. 여기서, 다수의 단위 RF 필터 바디는, 후술하는 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')의 H-방향으로 배열된 개수에 대응되게 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 상기와 같이 구성된 RF 필터(210)의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')를 포함하는 방사소자 모듈(300)을 더 포함할 수 있다.
방사소자 모듈(300)은, 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')들이 전면에 V-H 배열되도록 고정되는 안테나 보드 어셈블리(310)를 포함할 수 있다.
여기서, 안테나 보드 어셈블리(310)는, 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널(310A)과, 리플렉팅 패널(310A)의 배면 및 전면에 적층 결합되는 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)을 포함할 수 있다.
리플렉팅 패널(310A)은, 안테나 빔이 투과되지 않은 전자파 차폐 재질로 구비됨이 바람직하고, 리플렉팅 패널(310A)의 배면 및 전면에 구비된 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)은 부도체 재질로써 리플렉팅 패널(310A)과 몰딩 공법에 의하여 일체로 제조가 용이한 플라스틱 수지 재질로 구비됨이 바람직하다.
보다 상세하게는, 리플렉팅 패널(310A)은 리어 패널(310B)과 프론트 패널(310C)을 구성하는 재질과는 상이한 이종 재질로 구비된 것으로서, 리플렉팅 패널(310A)을 기준으로 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)이 이중 사출 방식으로 일체로 제조되기에 용이한 플라스틱 수지 재질로 구비될 수 있다.
참고로, 종래에는 안테나 보드 어셈블리(310)가 통상의 PCB 재질로써 인쇄회로기판 형태로 구비되고, 급전 피딩 라인(전송 라인, 후술하는 본 발명의 급전 스트립라인과 대응되는 구성임)이 인쇄회로기판의 전면 또는 배면에 패턴 인쇄 공법으로 인쇄 형성된다.
이와 같은 인쇄회로기판의 전면 또는 배면에 급전 피딩 라인을 패턴 인쇄 공법으로 인쇄 형성하는 경우에는, 소정의 유전율을 가진 유전체층에 직접 급전 피딩 라인이 형성됨으로써 삽입 손실을 증가시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 종래와 대비하여, 안테나 보드 어셈블리(310)를 통상의 PCB 재질로 이루어진 인쇄회로기판을 배제하고, 리플렉팅 패널(310A)을 기준으로 배면과 전면에 플라스틱 수지 재질로 이루어진 리어 패널(310B) 및 프론트 패널(310C)로 일체 성형하되, 전송 선로의 기능을 수행하는 급전 스트립라인(311B,311C)이 공기 유전체층에 수용되도록 함으로써 삽입 손실을 최소화시킬 수 있는 이점을 창출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 있어서, 방사소자 모듈(300)은, 도 5에 참조된 바와 같이, 리어 패널(310B)에 슬릿 형태로 가공된 스트립라인 설치 슬릿(312B, 이하, '리어 설치 슬릿'이라 칭한다)에 배설되는 다수의 리어 급전 스트립라인(311B) 및 프론트 패널(310C)에 슬릿 형태로 가공된 스트립라인 설치 슬릿(312C, 이하, '프론트 설치 슬릿'이라 칭한다) 에 배설되는 프론트 급전 스트립라인(311C)을 더 포함할 수 있다.
리어 급전 스트립라인(311B) 및 프론트 급전 스트립라인(311C)에는, 각각 다수의 핀 고정홀(311B-1,311C-1)이 형성되고, 리어 설치 슬릿(312B) 및 프론트 설치 슬릿(312C)의 내부에는 각각 리어 급전 스트립라인(311B) 및 프론트 급전 스트립라인(311C)의 각 핀 고정홀(311B-1,311C-1)에 압입되어 고정되는 다수의 고정핀(312B-1,312C-1)이 형성될 수 있다.
여기서, 리어 설치 슬릿(312B) 및 프론트 설치 슬릿(312C)은, 리어 급전 스트립라인(311B) 및 프론트 급전 스트립라인(311C)이 공기층을 매질로 하여 수용되도록 전후 방향으로 관통되게 형성되거나, 적어도 리어 급전 스트립라인(311B) 및 프론트 급전 스트립라인(311C)의 두께보다 더 큰 홈 형태로 가공 형성될 수 있다.
프론트 급전 스트립라인(311C)은, 도 8에 참조된 바와 같이, 하나의 가변 회로 보드(505)를 기준으로 각각 상측과 하측에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)에서는, 1개의 RF 채널 당 2개의 가변 회로 보드(505)가 구비되는 바, V-방향으로 이격되게 배치된 2개의 가변 회로 보드(505)의 각 상측 및 하측에 프론트 급전 스트립라인(311C)이 4개 배치될 수 있다. 여기서, 가변 회로 보드(505)는, 후술하는 위상 쉬프터(500)에 의하여 변경되는 물리적인 전송 선로의 일부를 구성하는 역할을 수행한다.
아울러, 프론트 급전 스트립라인(311C)은, 가변 회로 보드(505)의 2개의 입력단(507a,507b)으로부터 연장된 연장단에 접속된 리어 급전 스트립라인(311B)에 의하여 가변 회로 보드(505)와 통전되게 연결되고, 적어도 2개의 출력단을 가지도록 가변 회로 보드(505)를 중심으로 상측과 하측으로 분기되어 연장되는 좌측 프론트 급전스트립라인(311C-α) 및 우측 프론트 급전스트립라인(311C-β)을 포함할 수 있다.
리어 급전 스트립라인(311B)는, 도면에 상세하게 도시되지 않았으나, 일단은 가변 회로 보드(505)의 2개의 입력단(507a,507b)으로부터 연장된 각 연장단에 접속되고, 타단은 가변 회로 보드(505)의 상측 및 하측에 각각 배치된 좌측 프론트 급전스트립라인(311C-α) 및 우측 프론트 급전스트립라인(311C-β)에 통전되도록 접속되어, 후술하는 저대역통과 필터(330)를 통한 급전 신호를 분기하여 전송하도록 하는 역할을 수행한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 2 내지 도 6에 참조된 바와 같이, RF 필터(210)로부터 다수의 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')로 연결되는 급전 스트립라인(311B,311C)의 전송 선로 길이를 물리적으로 변경시켜 위상을 기준 위상 동일면에 대하여 소정값만큼 가변하여 원하는 위상 천이값을 구현하는 위상 쉬프터(500)를 더 포함할 수 있다.
위상 쉬프터(500)는, 안테나 보드 어셈블리(310)의 배면 측으로서, 단위 RF 필터 바디 사이에 고정된 위상천이 구동모터(510)와, 위상천이 구동모터(510)의 모터축 회전 방향에 따라 안테나 보드 어셈블리(310)의 배면 및 전면측에서 상하 방향으로 수평 이동하는 수평 마운팅 바(520)와, 일단은 수평 마운팅 바(520)에 연결되고, 타단은 후술하는 가변 스위치 패널(540)에 대하여 힌지 연결된 다수의 수직 마운팅 바(530) 및 안테나 보드 어셈블리(310) 중 프론트 패널(310C)의 전면에 고정된 가변 회로 보드(505)의 전면에서 회동 가능하게 구비된 상술한 가변 스위치 패널(540)을 포함할 수 있다.
여기서, 수평 마운팅 바(520)는, 도 4a 및 도 4b에 참조된 바와 같이, 안테나 보드 어셈블리(310)의 배면 측에서 좌우 수평을 유지하면서 상하 방향으로 무빙되는 리어 수평 마운팅바(520A)와, 안테나 보드 어셈블리(310)의 좌우 측단 외측부를 통해 리어 수평 마운팅바(520A)의 좌우 단부에 각각 연결되고, 리어 수평 마운팅바(520A)와 연동하여 안테나 보드 어셈블리(310)의 전면 측에서 좌우 수평을 유지하면서 상하 방향으로 무빙되는 프론트 수평 마운팅바(520B)를 포함할 수 있다.
리어 수평 마운팅바(520A)는, 안테나 하우징부(10)의 좌우 내측 단부에 상하 무빙이 지지되도록 하는 기능을 수행하고, 프론트 수평 마운팅바(520B)는, 리어 수평 마운팅바(520A)와 연결되어 상하 무빙력을 제공받음과 동시에 다수의 수직 마운팅 바(530)의 각 타단이 연결되는 연결 지점을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
리어 수평 마운팅바(520A)에는, 도 6에 참조된 바와 같이, 위상천이 구동모터(510)가 상하 방향으로의 모터 회전축을 가지도록 배치되고, 위상천이 구동모터(510)의 모터 회전축에는 회전 스크류 봉(511)이 축 결합되어 일측 또는 타측으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.
여기서, 위상천이 구동모터(510)는, 안테나 하우징부(10)의 내부에 고정된 상태로서, 회전 스크류 봉(511)이 스크류 가이드 마운팅 블록(526)에 구비된 스크류봉 관통홀(526h)의 암나사산과 치합되어 회전될 때, 스크류 가이드 마운팅 블록(526)이 상하 방향으로 무빙되면서, 리어 수평 마운팅바(520A)를 상하 방향으로 무빙시키게 되는 것이다.
리어 수평 마운팅바(520A)와 프론트 수평 마운팅바(520B)의 연결 구조 및 프론트 수평 마운팅바(520B)와 다수의 수직 마운팅 바(530)의 연결 구조에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)의 구성의 설명으로 대체한다.
가변 회로 보드(505)는 FR-4 재질 등으로 이루어진 일종의 인쇄회로기판으로써, 그 전면에는 전송 선로를 통한 주파수의 위상을 가변할 수 있는 적어도 하나 이상의 단전 지점을 가지는 가변 회로(506)가 패턴 인쇄되고, 가변 스위치 패널(540)의 배면에는, 가변 회로 보드(505)의 단전 지점을 통전시키는 적어도 하나의 통전 단자 패턴(546)이 인쇄 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 가변 회로 보드(505)에 패턴 인쇄된 가변 회로(506)는, 도 8에 참조된 바와 같이, 2개의 입력단(507a,507b)으로부터 급전 신호를 입력받고, 각 입력단(507a,507b)으로부터 패턴 인쇄되어 연장된 부위에는 상술한 단전 지점이 2개소에 형성될 수 있다.
여기서, 가변 스위치 패널(540)은, 판 스프링으로 구비된 탄성부재(541)를 매개로 가변 회로 보드(505)의 전면 측으로 상시 탄성 지지되도록 구비되며, 탄성부재(541)는 힌지 스크류(542)에 의하여 힌지 고정됨으로써 가변 스위치 패널(540)을 향하여 탄성 지지될 수 있다.
이와 같이, 탄성부재(541)는, 가변 스위치 패널(540)의 통전 단자 패턴(546)이 가변 회로 보드(505)의 가변 회로(506)에 대해 이격됨이 없이 회전됨으로써, 접점 분리에 의한 오류를 방지할 수 있다.
리플렉팅 패널(310A)의 전면에는, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상술한 바와 같이 전자파를 차폐할 수 있는 재질로 구비된 패널 타입으로 구비된 것으로서, 전면에는 상술한 위상 쉬프터(500)의 구성 중 가변 회로 보드(505)가 고정될 수 있다.
가변 회로 보드(505)는, 도 7에 참조된 바와 같이, 안테나 보드 어셈블리(310)를 전후 방향으로 관통하도록 고정된 보드 설치 보스(508)에 압입되도록 고정될 수 있고, 가변 스위치 패널(540) 또한 힌지 스크류(542)를 이용하여 보드 설치 보스(508)의 선단부에 스크류 체결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 4a 및 도 4b에 참조된 바와 같이, 단위 RF 필터 바디의 출력 포트(미도시)에 연결되고, 다수의 급전 스트립라인(311B,311C)에의 급전을 위해 마련된 가변 회로 보드(505)의 각 입력단(507a,507b)에 연결된 저대역통과 필터(330, Low Pass Filter, LPF)를 더 포함할 수 있다.
저대역통과 필터(LPF)(330)는, 고주파 노이즈를 제거하기 위한 필터로써, 일종의 관 형태로 구비되어, 상단 및 하단부가 각 상/하측의 가변 회로 보드(505)의 입력단(507a,507b) 부위에 연결되도록 구비될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 7을 참조하면, 저대역통과 필터(300)의 각 상단부 및 하단부 중 가변 회로 보드(505)의 입력단(507a,507b)에 대응되는 리플렉팅 패널(310A)의 전면에는 다수의 접지 와셔(315)가 한 쌍 단위로 배치되어 접지(GND, Ground) 기능을 수행할 수 있다. 다수의 접지 와셔(315)의 설치를 위하여, 리플렉팅 패널(310A)의 전면에는 와셔 설치홈(310A-h)이 후방으로 함몰되게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 위상 쉬프터(500)는, 도 6 및 도 8에 참조된 바와 같이, 위상천이 구동모터(510)가 전기적으로 작동되면서 회전 스크류봉(511)이 일측 또는 타측으로 회전되면, 스크류 가이드 마운팅 블록(526)의 회전 방향에 따라 상측 또는 하측으로 무빙되고, 스크류 가이드 마운팅 블록(526)이 고정된 리어 수평 마운팅바(520A) 및 이에 고정된 프론트 수평 마운팅바(520B)가 상측 또는 하측으로 좌우 수평을 유지하면서 무빙되며, 다수의 수직 마운팅 바(530)가 동시에 상하 방향으로 무빙되면서 그 단부에 결합된 가변 스위치 패널(540)이 회전되고, 이로써 가변 회로 보드(505) 및 프론트 급전 스트립라인(311C)의 물리적인 전송 길이의 변화를 통한 위상 천이값을 구현할 수 있는 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 10은 도 9의 정면도이며, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 중 위상 쉬프터를 나타낸 전방부 및 후방부 분해 사시도이고, 도 12a 및 도 12b는 위상 쉬프터의 구성 중 위상천이 구동모터의 구체적인 결합 관계를 나타낸 전방부 및 후방부 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 2개의 위상 쉬프터(500)에 의하여 동시에 소정의 위상 천이값을 구현하는 32T32R의 전송 채널을 구축하는 실시예인 것에 반하여, 본 발명의 다른 실시예(1A)는, 1개의 위상 쉬프터(500)에 의하여 16T16R의 전송 채널을 구축하는 실시예로 정의될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)는, 도 2 내지 도 8에 참조된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)와 비교하면, 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')의 배열이, 실질적으로는 V-방향으로 2개의 RF 체인이 구축되도록 배열되되, 위상 쉬프터(500)에 의한 원하는 위상 천이값으로 변화시켜 안테나 빔을 방사하는 경우에는 1개의 RF 체인을 구현함으로써 마치 16T16R의 전송 신호 채널을 구현하는 것과 같은 효과를 달성하는 실시예이다.
이하, 본 발명의 일 실시예(1)와 비교하여 상술한 차이점 외의 다른 차이점이 있거나, 본 발명의 일 실시예(1)의 설명 부분에서 미흡한 기술에 대한 추가적인 설명을 하는 형태로 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)를 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)는, 도 9 내지 도 12b에 참조된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예(1)와는 달리, 저대역통과 필터(미도시)가 RF 필터(210)의 출력 포트와 인접하는 내부에 내장 설치되는 차이점을 가질 수 있다.
그러나, 반드시 저대역통과 필터가 RF 필터(210)의 내부에 내장 설치되어야 하는 것은 아니고, 프론트 급전 스트립라인(311C)이 직접 가변 회로 보드(505)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 본 발명의 일 실시예(1)에서 리어 패널(310B)과 리플렉팅 패널(310A) 사이에 구비된 리어 급전 스트립라인(311B)을 삭제하거나, 리어 급전 스트립라인(311B) 상에 저대역통과 필터가 일체로 형성되도록 구비하는 것도 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)는, 도 10에 참조된 바와 같이, 단일의 위상 쉬프터(500)만이 구비되어 2개의 RF 체인(RF Chain 1, RF Chain 2)의 위상값을 동시에 천이할 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)가 2개의 위상 쉬프터(500)를 이용하여 2개의 RF 체인의 위상값을 동시에 천이하는 것과 상이하다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치(1A)에 있어서, 위상 쉬프터(500)의 구성 중 수평 마운팅 바(520)는, 도 11a 내지 도 12b에 참조된 바와 같이, 리어 수평 마운팅바(520A)와 프론트 수평 마운팅바(520B)를 포함할 수 있다.
리어 수평 마운팅바(520A)는, 안테나 하우징부(10)의 내부 공간 중 좌우 측벽에 대하여 각각 양단부가 지지되도록 구비된 지지 마운팅바(521A)와, 지지 마운팅바(521A)의 전면에 결합되고, 프론트 수평 마운팅바(520B)와의 고정을 위한 다수의 스크류 체결홀(522A-1)이 좌우 양단부에 형성된 고정용 마운팅바(522A)를 포함할 수 있다.
여기서, 프론트 수평 마운팅 바(520B)의 좌우 양단부에는, 리어 수평 마운팅바(520A) 중 고정용 마운팅바(522A)의 고정 스크류(522B-3)에 의한 스크류 체결을 위해 다수의 스크류 관통홀(522B-2)이 형성될 수 있다.
한편, 프론트 수평 마운팅 바(520B)에는, 도 11a 및 도 11b에 참조된 바와 같이, 다수의 수직 마운팅 바(530)의 일단이 결합되고, 다수의 수직 마운팅 바(530)의 타단에는 가변 스위치 패널(540)이 각각 소정의 힌지 부재(543,544)를 매개로 결합될 수 있다.
여기서, 소정의 힌지 부재(543,544)는, 힌지 볼트(543)와 이에 체결되는 힌지 너트(544)를 포함하고, 가변 스위치 패널(540) 및 수직 마운팅 바(530)의 타단에는 힌지 볼트(543)이 관통되는 볼트 관통홀(533)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 다수의 수직 마운팅 바(530)의 타단에 가변 스위치 패널(540)이 힌지 볼트(543) 및 힌지 너트(544)에 의하여 힌지 결합됨으로써, 다수의 수직 마운팅 바(530)의 상하 무빙 시 가변 스위치 패널(540)이 회전 중심을 기준으로 소정 각도 자유 회전되는 동작으로, 전송 선로의 물리적인 길이가 가변될 수 있다.
한편, 위상천이 구동모터(510)는, 모터 설치 브라켓(515)을 매개로 리어 수평 마운팅바(520A)의 지지 마운팅바(521A)에 구비된 스크류 가이드 마운팅 블록(526)에 결합될 수 있다.
스크류 가이드 마운팅 블록(526)은, 스크류봉 관통홀(526h)을 중심으로 하부에 일체로 형성된 하부 결합단(523a) 및 스크류봉 관통홀(526h)을 중심으로 상부에 일체로 형성된 상부 결합단(523b)을 더 포함하고, 하부 결합단(523a)과 상부 결합단(523b)에는 스크류봉 관통홀(526h)과 연통 또는 연결되는 하부 스크류봉 관통홀(523a-h) 및 상부 스크류봉 관통홀(523b-h)이 형성될 수 있다.
모터 설치 브라켓(515)에는, 고정스크류(515s)가 관통하여 스크류 가이드 마운팅 블록(526)의 하부 결합단(523a)에 형성된 고정스크류 체결홀(525h-2)에 체결되도록 고정스크류 관통홀(515h-1)이 형성될 수 있다.
아울러, 스크류 가이드 마운팅 블록(526) 중 상부 결합단(523b)의 상부 스크류봉 관통홀(523b-h)을 관통하여 상부로 노출된 회전 스크류봉(511)의 상단부는 힌지 부시(524) 및 C-링(525)을 매개로 고정시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)의 위상 쉬프터(500)를 이용한 RF 단에서 수행되는 위상 변환 모습의 원리를 설명하기 위한 회로도 및 위상차도이고, 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치의 32T32R의 전송 신호 채널 및 위상 천이 모습을 설명하기 위한 개념도이다.
일반적으로, 각 RF 체인에서 전송 선로의 길이를 변화시키는 경우 Mirror Symmetry 구조의 구현을 위해서는 4개의 안테나 서브 어레이(350) 중 적어도 2개의 안테나 서브 어레이(350)로 급전되는 신호의 위상은 Digital 단에서의 서포트(Support) 작업을 요한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)에 있어서, 위상 쉬프터(500)는 상술한 Digital 단에서의 서포트 작업을 생략하기 위한 것으로서, 도 14에 참조된 바와 같이, 한 개의 TRx 모듈(메인 보드 또는 증폭 소자부에 각각 실장된 송수신 소자들을 의미함)로부터 입력된 급전 신호는 각 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되기 전의 제1단전 지점(미도시) 및 분기된 후의 제2단전 지점(미도시)에서 가변 스위치 패널(540)의 제1통전 패턴 단자(도면부호 미표기) 및 제2통전 패턴 단자(도면부호 미표기)에 의해 일측 전송 선로 및 타측 전송 선로의 길이가 소정 비율로 가변되도록 회동되게 구비될 수 있다.
그러므로, 하나의 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되기 전의 제1단전 지점은 가변 스위치 패널(540)의 제1통전 패턴 단자에 의해 일측 전송 선로 및 타측 전송 선로의 물리적인 길이를 변화시켜 위상을 △Φ 및 -△Φ만큼 가변하여 원하는 위상 천이값을 구현하고, 2개의 출력단으로 분기된 후의 출력단의 전송 선로인 제2단전 지점은 가변 스위치 패널(540)의 제2통전 패턴 단자에 의해 타측 전송 선로의 물리적인 길이를 변화시켜 위상을 2△Φ 및 -2△Φ만큼 가변하여 원하는 위상 천이값을 구현할 수 있다.
이 경우, 동일 위상면을 기준으로 2개의 안테나 서브 어레이(350) 및 2개의 추가 안테나 서브 어레이(350')에 대한 위상 천이값은 선형 위상 분포를 이룰 수 있어, 도 13에 참조된 바와 같은 가장 효율적인 빔 포밍 성능을 갖는 Mirror Symmetry 구조를 구현할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는, 도 14에 참조된 바와 같이, 총 32T32R의 전송 선로 채널을 구현하도록 마련된 안테나 서브 어레이(350) 및 추가 안테나 서브 어레이(350')들 중 RF 체인의 입력단으로부터 2개의 출력단으로 분기되기 전의 전송 선로의 1개소 및 분기된 후의 2개의 출력단 중 어느 하나의 출력단을 연결하는 전송 선로의 1개소에서 소정 비율의 물리적인 길이비를 갖도록 위상 천이하여 빔 포밍을 구현한다.
이에 따라, 2개의 RF 체인을 갖되 위상 쉬프터(500)가 구비되지 않는 32T32R의 전송 선로 채널을 갖는 안테나 장치에 비하여 +6dB의 이득(gain)이 향상되고, 2개의 RF 체인을 갖고 위상 쉬프터를 구비하지만 2개의 출력단으로 분기되지 않는 32T32R의 전송 선로 채널을 가지는 안테나 장치에 비하여 +3dB의 이득(gain)이 향상되기 때문에, 빔 폭이 좁고 안테나 이득이 큰 빔을 방사할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 도 13 및 도 14에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(1)는 각 RF 체인 당 4개의 안테나 서브 어레이에 대해 위상 변화를 줄 수 있기 때문에 64T64R 안테나 장치와 같은 효과의 빔 포밍을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 2개의 RF 체인을 갖기에 4개의 RF 체인을 갖는 64T64R 안테나 장치 대비 원가와 공정면에서 유리한 이점을 갖는다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
본 발명은, 소정 개수의 RF 체인(Chain) 구축을 위해 배열된 다수의 안테나 서브 어레이와 함께 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기되도록 추가 안테나 서브 어레이를 더 구축하고, 위상 쉬프터를 이용하여 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 위상값이 상이하도록 천이시켜 방사함으로써 추가 안테나 서브 어레이가 마련되지 않은 안테나 장치 대비 보다 큰 이득(gain)을 가진 빔 포밍의 구현이 가능한 안테나 장치를 제공한다.

Claims (11)

  1. RF 필터의 전방에 전기적으로 연결되도록 구비되고, 소정 개수의 RF 체인(Chain)을 구축하여 안테나 빔포밍을 구현하도록 배열된 다수의 안테나 서브 어레이를 포함하는 방사소자 모듈; 및
    상기 다수의 안테나 서브 어레이에 대한 물리적인 전송 선로의 길이비를 소정 비율로 변경시켜 위상값을 천이시키는 위상 쉬프터; 를 포함하고,
    상기 방사소자 모듈의 각 RF 체인에는, 상기 각 RF 체인의 입력단으로부터 분기된 2개의 출력단 중 어느 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이가 연결되고 다른 하나의 출력단에는 상기 안테나 서브 어레이에 대응되는 추가 안테나 서브 어레이가 연결되도록 더 배열된, 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 쉬프터는, 상기 각 RF 체인의 입력단 및 분기된 상기 2개의 출력단 중 어느 하나를 구성하는 전송 선로에서 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 추가 안테나 서브 어레이의 위상값을 상이하게 천이시켜 방사하여, 동일 기준 위상면에 대하여 상기 소정 비율에 따른 선형적인 위상 분포를 구현하는, 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    32T32R의 전송 신호 채널을 통한 안테나 빔 포밍을 구현할 때,
    상기 다수의 안테나 서브 어레이는, 2개의 RF 체인을 구축하되, 각 체인 당 V-방향(Vertical direction)으로 이격되게 배열되고,
    상기 추가 안테나 서브 어레이는, 상기 2개의 RF 체인 각각의 입력단으로부터 상기 안테나 서브 어레이와 함께 분기되도록 V-방향으로 이격되게 배열되는, 안테나 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 위상 쉬프터는,
    급전 피딩을 위하여 상기 각 RF 체인에 해당하는 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 추가 안테나 서브 어레이에 연결되는 각 전송 선로의 물리적인 길이를 변경시키는, 안테나 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 쉬프터는, 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자를 포함하는 가변 스위치 패널; 을 포함하고,
    상기 방사소자 모듈은, 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 다수의 추가 안테나 서브 어레이가 배치되고, 상기 제1통전 패턴 단자와 상기 제2통전 패턴 단자가 접점되는 전송 선로가 도체 재질의 다수의 급전 스트립라인 형태로 결합된 안테나 보드 어셈블리; 를 포함하는, 안테나 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 안테나 보드 어셈블리 중 상기 다수의 급전 스트립라인은, 상기 가변 스위치 패널의 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자에 의하여 각각 통전되는 제1단전 지점 및 제2단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드로 구비된, 안테나 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가변 회로 보드는, FR-4 재질의 인쇄 회로 기판 형태로 구비된, 안테나 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 다수의 급전 스트립라인은,
    적어도 2개소에서 급전되도록 2개의 입력단이 구비된 상기 가변 회로 보드의 가변 회로와 통전되게 연결된 리어 급전 스트립라인; 및
    상기 리어 급전 스트립라인과 통전되게 연결되고, 적어도 2개의 출력단을 가지도록 분기되어 연장되며, 상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 다수의 추가 안테나 서브 어레이에 연결되는 프론트 급전 스트립라인; 을 포함하는, 안테나 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상 쉬프터는, 상기 가변 스위치 패널이 회전되어 상기 제1통전 패턴 단자 및 제2통전 패턴 단자가 상기 전송 선로에 접점되는 위치에 따라 상기 소정 비율로 위상 천이값을 구현하는, 안테나 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사소자 모듈은,
    상기 다수의 안테나 서브 어레이 및 상기 추가 안테나 서브 어레이들로부터 방사된 안테나 빔을 전방으로 반사시키도록 구비된 리플렉팅 패널, 상기 리플렉팅 패널의 배면 및 전면에 적층 결합되는 리어 패널 및 프론트 패널, 을 포함하는 안테나 보드 어셈블리; 및
    상기 리플렉팅 패널을 관통하거나, 상기 리어 패널 및 프론트 패널에 슬릿 형태로 가공된 스트립라인 설치 슬릿 중 어느 하나에 배설되고, 상기 RF 필터와의 사이에 전기적인 연결을 위하여 배설된 도체 재질의 다수의 급전 스트립라인; 을 포함하며,
    상기 프론트 패널과 상기 리어 패널의 재질은, 상기 리플렉팅 패널의 재질과 상이한 이종 재질인 플라스틱 수지 재질로 이루어지고,
    상기 안테나 보드 어셈블리는, 상기 리플렉팅 패널을 기준으로 상기 리어 패널 및 프론트 패널이 이중 사출 방식으로 일체로 제조된, 안테나 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프론트 패널의 전면에는, 상기 위상 쉬프터에 의하여 변경되는 물리적인 전송 선로의 일부를 구성하도록 적어도 2개의 단전 지점을 가지는 가변 회로가 패턴 인쇄된 가변 회로 보드로 구성된, 안테나 장치.
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