KR100849703B1

KR100849703B1 - 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나

Info

Publication number: KR100849703B1
Application number: KR1020060094951A
Authority: KR
Inventors: 이돈신
Original assignee: 이돈신
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-08-01
Also published as: KR20080029199A

Abstract

본 발명은 고층 빌딩이 밀집된 도심에서 빌딩 차폐에 의한 투과손실을 보상하여 통신장애를 해결하고 원거리의 타 서비스지역으로의 전파전송을 억제하여 전파간섭을 줄일 수 있는 이동통신망용 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나를 개시한다. 본 발명의 안테나는 상,하 수평 복사기와 좌,우 수직 복사기가 직사각형태로 배열된 N개의 복사기; 상기 복사기의 방사출력을 전방으로 반사시키기 위한 저대역 반사판; 상기 N개의 수직배열된 복사기들에 차등 병렬 급전하기 위한 병렬 급전수단; 및 상기 복사기와 반사판과 급전수단들을 지지하기 위한 기구적인 구성물로 이루어진 안테나 지지수단을 구비한 원편파 안테나에서, 상기 병렬 급전수단이, 하이브리드와, 하이브리드의 수직/수평 고주파 급전신호를 상,하 2개의 수직/수평 급전신호로 차등 혹은 균등 분배하는 수직/수평편파용 고주파 상하단 분배 및 임피던스변성기와, 상기 상,하로 분배된 수직/수평 고주파 급전신호를 N/2개의 수직/수평편파 복사소자들에 각각 병렬 급전하기 위한 상,하 수직/수평편파용 차등전력분배기를 포함한다.

안테나, 기지국, 복사소자, 복사패턴, 차등 병렬 급전

Description

병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나{ CIRCULAR POLARIZATION ANTENNA }

도 1은 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 급전 결선도,

도 5는 본 발명에 따른 원편파 안테나의 수직 복사 패턴도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

102: 금속반사판 104: 방설커버

106-1~106-N: 복사기 110: 철탑

H1~HN: 수평 복사소자 V1~VN: 수직 복사소자

VC1~VCN: 수직소자 급전커 넥터 HC1~HCN: 수평소자 급전 커넥터

CL: 클램프 J: 복사소자 급전 금속편

CRHCP: 우회전 편파 커넥터 CLHCP: 좌회전편파 커넥터

Tr: 고주파급전선 Hy: 하이브리드

TV1,TV2: 수직 분배 임피던스변성기

TH1,TH2: 수평 분배 임피던스변성기

DV1,DV2: 다단 수직 병렬 차등분배기

DH1,DH2: 다단 수평 병렬 차등분배기

T1~TN: 병렬 분배 임피던스 변성기

본 발명은 이동통신망용 원편파 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주로 고층 빌딩이 밀집된 도심에서 빌딩 차폐에 의한 투과손실을 보상하여 통신장애를 해결하고 원거리의 타 서비스지역으로의 전파전송을 억제하여 전파간섭을 줄일 수 있는 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 안테나는 본 출원인이 특2006-46069호로 선출원한 원편파 안테나에서 수평수직 복사소자에 대한 급전 방식을 병렬 급전 방식으로 개선한 것이다.

일반적으로, 안테나란 송신시에는 송신기의 고대역 에너지를 전파에너지로 바꾸어 공간에 방사하고, 수신시에는 공간의 전파 에너지를 흡수하여 전력으로 바꾸어 수신기에 공급하는 에너지 변환장치라 할 수 있다. 이때 전파에서 전계, 자계 어느 쪽도 전파의 진행방향에 대해서 직각인 방향으로 진동하고 있으며, 전파는 횡파이고 전계 자계도 서로 수직의 면 위에서 같은 상으로 진동하고 있다. 이와 같이 전계와 자계란 언제나 정해진 관계에 있고, 통상 전계의 진동하는 면을 전파의 편파면이라 부른다. 편파면은 안테나 도체의 배치(방향)와 관계가 있는데, 전계의 진동방향이 지표면에 대해 수직/수평인 수직/수평 편파를 직선 편파라 하고, 전계의 진행에 따라 전계의 방향이 변화하여 원을 그리는 것과 같은 전파를 원편파라 한다.

한편, 이동통신시스템의 기지국(혹은 중계국)에 사용되는 안테나는 해당 셀의 커버리지를 결정하는 주요한 파라메터로서, 고층건물의 옥상이나 철탑 등의 구조물에 장착된다. 이러한 기지국용 안테나는 통상 셀 커버리지를 크게 하기 위하여 안테나 주 빔이 지평선쪽이나 지평선으로부터 지면쪽으로 약간 경사지게 향하도록 설치된다.

그런데 종래의 기지국 안테나는 복사기가 대략 45°기울기를 갖는 마름모 형태로 되어 직선편파를 방사하기 때문에 전파가 건물에 부딪쳐 지연되면 단말기로 수신시 잡음이 발생되어 디지털 에러가 발생되는 문제점이 있고, 수평방향의 전파가 원거리까지 전달되어 이웃하는 기지국의 커버리지 영역에서 전파 간섭을 일으키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전파가 건물에 부딪히더라도 수신시 디지털 데이터의 에러발생을 줄일 수 있는 원편파를 이용한 병렬 급전형 저앙각 고이득 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 상,하 수평 복사소자와 좌,우 수직 복사소자가 직사각형태로 수직으로 배열된 N개의 복사기들과, 상기 수직으로 배열된 N개의 복사기들의 방사출력을 전방으로 반사시키기 위한 반사판과, 상기 N개의 수직으로 배열된 복사기들에 차등 병렬 급전하기 위한 병렬 급전수단과, 상기 N개의 수직으로 배열된 복사기들과 반사판과 급전수단을 지지하기 위한 안테나 지지수단으로 이루어진 원편파 안테나에 있어서,
상기 병렬 급전수단은 우회전 편파 커넥터 혹은 좌회전 편파 커넥터로부터 입력된 고주파신호를 수직 고주파신호와 수평 고주파신호로 각각 분기하는 하이브리드와, 상기 하이브리드의 수직 고주파신호를 상,하 2개의 수직 고주파신호로 차등 혹은 균등 분배하는 수직 분배 임피던스변성기와, 상기 상,하로 분배된 수직 고주파신호를 N/2개의 수직 복사소자들에 각각 병렬 급전하기 위한 상,하 다단 수직 병렬 차등분배기와, 상기 하이브리드의 수평 고주파신호를 상,하 2개의 수평 고주파신호로 차등 혹은 균등 분배하는 수평 분배 임피던스변성기와, 상기 상,하로 분배된 수평 고주파신호를 N/2개의 수평 복사소자들에 각각 병렬 급전하기 위한 상,하 다단 수평 병렬 차등분배기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 원편파 안테나는 이동통신, DMB, 셀룰러, PCS, GSM, WIBRO 등 800MHz~6000MHz 주파수대를 필요에 따라 적당한 주파수대로 구분하여 동시에 다수의 주파수대역을 서비스할 수 있는 멀티 밴드 안테나에도 적용할 수 있으나 설명의 편의를 위하여 현재 널리 사용되고 있는 800MHz 대역의 안테나를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 병렬 급전형 저앙각 고이득 원편파 안테나의 평면도다.

본 발명에 따른 병렬 급전형 원편파 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 상,하 수평 복사소자(H1~HN)와 좌,우 수직 복사소자(V1~VN)가 직사각형태로 수직 배열된 N개의 복사기(106-1~106-N)와, 복사기(106-1~106-N)의 방사출력을 전방으로 반사시키기 위한 반사판(102), N개의 수직 배열된 복사기들에 병렬 급전하기 위한 병렬 급전수단, 안테나 소자들을 지지하여 설치하기 위한 지지수단으로 구성된다.

제1 복사기(106-1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상측 수평 복사소자와 하측 수평 복사소자(H1), 좌측 수직 복사소자와 우측 수직 복사소자(V1)가 사각형(□) 형태로 배열되어 있고, 각 변의 중앙부분에서 2로 나뉘어져 복사소자 급전 금속편(J)으로 연결되어 있다. 제2 내지 제N 복사기(106-2~106-N)도 동일한 형상으로 되어 있으며, 제1 내지 제N 복사기(106-2~106-N)가 약 1~1/2 파장 간격으로 수직 배열되어 있다.

반사판(102)은 미도시된 지지대의 일면에 고정된 평판 반사판로 되어 있고, 복사기(106-1~106-N)와 소정 거리 떨어져 복사기(106-1~106-N)의 후방 방사전파를 전방으로 반사시켜 지향성을 갖게 한다. 반사판(102)의 함체 외측에는 각 복사기들의 수직 복사소자들(V1~VN)에 급전하기 위한 수직소자 급전커넥터와 수평 복사소자들(H1~HN)에 급전하기 위한 수평소자 급전커넥터가 형성되어 있다.

안테나 함체는 클램프(CL)에 의해 안테나 설치봉에 고정되어 설치되고, 함체의 하측에는 급전 하이브리드가 설치되어 있다.

도 3a는 도 1의 평면도에 복수의 주파수 사용시 추가 평면도이고, 도 3b는 도 1의 정면도에 복수의 주파수 사용시 추가 정면도이다. 즉, 도 1과 같은 안테나를 근접주파수에 PCS 주파수대와 IMT2000주파수대를 동시에 동일 반사판 1개에 복수로 부착할 경우에는 도 3b의 PCS 수직배열, 단과 단 사이 공백간격에 우측옆에 IMT2000 주파수대의 복사기를 직렬로 지그재그로 배열한 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 안테나의 병렬 급전과정은 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4를 참조하면, 송신기로부터 급전선으로 전송된 고주파(RF)신호는 하이브리드 입력커넥터(CRHCP 혹은 CLHCP)로 입력되어 하이브리드(Hy)에서 수직 고주파신호와 수평 고주파신호로 분리되어 출력 커넥터(CV,CH)를 통해 각각 수직 급전선(TrV)과 수평 급전선(TrH)으로 전송된다. 수직 급전선(TrV)으로 전송된 수직 고주파신호는 수직 분배 임피던스 변성기(TV1,TV2)에서 둘로 균등 혹은 차등 분배된 후 상측으로 분배된 수직 고주파신호는 제1 다단 수직 병렬 차등분배기(DV1)를 거쳐 상측 수직소자 급전 커넥터(VC1~VC_n/2)를 통해 해당 수직 복사소자들(V1~VN/2)로 급전된다. 제1 다단 병렬 차등분배기(DV1)는 N/2개의 병렬 분배 임피던스 변성기들(T1~TN/2)이 병렬로 연결되어 구성된다.

또한 하측으로 분배된 수직 고주파신호는 제2 다단 수직 병렬 차등분배기(DV2)를 거쳐 하측 수직소자 급전 커넥터(VC_{n/2 +1}~VC_n)를 통해 해당 수직 복사소자들(V N/2+1~V N)로 급전된다. 제2 다단 수직 병렬 차등분배기(DV2)는 N/2개의 병렬 분배 임피던스 변성기들(T_{n/2 +1} ~ T_n)이 병렬로 연결되어 구성된다.

그리고 수평 급전선(TrH)으로 전송된 수평 고주파신호는 수평 분배 임피던스 변성기(TH1,TH2)에서 둘로 균등 혹은 차등 분배된 후 상측으로 분배된 수평 고주파신호는 제1 다단 수평 병렬 차등분배기(DH1)를 거쳐 상측 수평소자 급전 커넥터(HC1~HC_n/2)를 통해 해당 수평 복사소자들(H1~HN/2)로 급전된다. 제1 다단 수평 병렬 차등분배기(DH1)는 N/2개의 병렬 분배 임피던스 변성기들(T1~T_n/2)이 병렬로 연결되어 구성된다.

또한 하측으로 분배된 수평 고주파신호는 제2 다단 수평 병렬 차등분배기(DH2)를 거쳐 하측 수평소자 급전 커넥터(HC_{n/2 +1}~ H_n)를 통해 해당 수평 복사소자들(H N/2+1~H N)로 급전된다. 제2 다단 수평 병렬 차등분배기(DH2)는 N/2개의 병렬 분배 임피던스 변성기들(T_{n/2 +1} ~ T_n)이 병렬로 연결되어 구성된다.

이와 같이 본 발명에 따르면 각 복사기의 수직 복사소자와 수평 복사소자에 다단 병렬 차등 분배기를 통해 차등전력 및 차등위상으로 급전하여 원거리 지역과 수평 앙각 상향은 복사를 억제하고, 수평 앙각 이하 근거리 서비스 지역의 전파복사를 강하게 함과 동시에 원편파( 또는 수직 혹은 수평 직선편파도 가능함)로 구성하여 통화품질을 개선할 수 있다. 직선편파로 사용시는 하이브리드를 제거하고 직접 안테나 커넥터를 연결하여 수직 편파 혹은 수평 편파로 사용할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 사각형(□) 형태로 배열된 수직 복사소자와 수평 복사소자를 예로 들어 설명하였으나 본 발명은 경우에 따라 마름모(◇)와 같이 ±45°혹은 ±40°, ±60°, ±70°,±30° 등 다양한 각도로 경사진 형태로 배열된 복사기에도 그대로 적용될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 안테나는 복사기를 보호하기 위하여 방설 커버(104)를 절연체로 부착하고 있고, 설치하기 용이하도록 클램프(CL)가 부착되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 원편파 안테나의 수직 복사 패턴도이다.

도 5를 참조하면, 이동통신을 위한 기지국 안테나가 철탑에 설치되어 있고, 통상 수평선으로부터 지면측으로 β각을 갖도록 기울어져 전파를 방사하고 있다. 도 5의 수직 복사패턴에서 (A)는 본 발명에 따른 안테나의 수직 복사패턴도이고, (B)는 종래의 안테나에 따른 수직 복사 패턴도이다. 종래 안테나에 의한 복사패턴과 본 발명에 따른 안테나의 복사패턴을 비교해 보면, 본 발명의 복사패턴은 복사 기들에 차등 급전함으로써 종래의 복사패턴보다 지면을 향해서는 더욱 강해지고, 수평측으로는 억제된 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 안테나를 사용할 경우에는 도심지역 등에서도 자신의 셀 커버리지 영역에 대해서는 보다 강한 전파를 제공하여 통화품질을 향상시키고, 타 셀의 커버리지에는 약한 전파 복사하여 간섭 영향을 최소화시켜 전파 간섭을 일으키지 않는 효과를 제공한다.

즉, γ지역에서의 전파세기를 살펴보면 종래의 경우γ₀이나 본 발명은 γ₁으로 10dB 이상 크게 증가하고, α지역에서의 전파세기를 살펴보면 종래의 경우α₀이나 본 발명은 α₁으로 약 10dB 이상 크게 증가하고, θ지역에서의 전파세기를 살펴보면 종래의 경우 θ₀이나 본 발명은 θ₁으로 약 10dB 이상 크게 증가하고, ω지역에서의 전파세기를 살펴보면 종래의 경우 ω₀이나 본 발명은 ω₁으로 약 5dB 이상 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이에 반해 수평방향의 경우 p₀에서 p₁으로 약 10dB 이상 줄어든 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신용 안테나는 원편파를 복사하여 도심과 같은 전파장애가 심한 지역에서도 수신시 디지털 에러가 발생되는 것을 방지하고, 수직 배열된 복사기들에 차등 병렬 급전함으로써 관할하는 서비스 영역에서는 전파를 강하게 하여 특성을 향상시키고, 이웃하는 셀로 넘어가는 전파를 최소화하여 전파장애를 유발시키지 않는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

삭제
상,하 수평 복사소자와 좌,우 수직 복사소자가 직사각형태로 수직으로 배열된 N개의 복사기들과, 상기 수직으로 배열된 N개의 복사기들의 방사출력을 전방으로 반사시키기 위한 반사판과, 상기 N개의 수직으로 배열된 복사기들에 차등 병렬 급전하기 위한 병렬 급전수단과, 상기 N개의 수직으로 배열된 복사기들과 반사판과 급전수단을 지지하기 위한 안테나 지지수단으로 이루어진 원편파 안테나에 있어서,

상기 병렬 급전수단은

우회전 편파 커넥터 혹은 좌회전 편파 커넥터로부터 입력된 고주파신호를 수직 고주파신호와 수평 고주파신호로 각각 분기하는 하이브리드와,

상기 하이브리드의 수직 고주파신호를 상,하 2개의 수직 고주파신호로 차등 혹은 균등 분배하는 수직 분배 임피던스변성기와,

상기 상,하로 분배된 수직 고주파신호를 N/2개의 수직 복사소자들에 각각 병렬 급전하기 위한 상,하 다단 수직 병렬 차등분배기와,

상기 하이브리드의 수평 고주파신호를 상,하 2개의 수평 고주파신호로 차등 혹은 균등 분배하는 수평 분배 임피던스변성기와,

상기 상,하로 분배된 수평 고주파신호를 N/2개의 수평 복사소자들에 각각 병렬 급전하기 위한 상,하 다단 수평 병렬 차등분배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원편파 안테나.
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