KR20140109708A - 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신용 기지국 안테나에 관한 것으로서, 기지국 시스템과 연결된 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 있어서, 상기 안테나 내부에 설치된 반사판과 상기 반사판의 평면에 설치된 복수 개의 방사소자들 및 상기 복수 개의 방사소자들을 상기 반사판의 평면 범위 내에서 상하 방향으로 이동시키는 이동부를 포함하는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나.
Description
본 발명은 이동통신용 기지국 안테나에 관한 것으로서, 안테나의 방사소자들의 수직 배열이 조절 가능한 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 관한 것이다.
근래 이동 통신 안테나 시장에서는 각 이동 통신 공급자들은 이동통신 가입자들에게 다중 서비스 대역을 제공하게 됨에 따라서 넓은 주파수 범위를 가지는 광대역 안테나 개발을 요구하고 있다.
상기 요구에 따라 개발된 종래의 광대역 안테나는 넓은 대역에서 작동 가능하도록 설계되었다. 하지만, 수직 배열된 방사소자들이 최적이 아닌 적당한 간격으로 배열되어 있어서 실제 주파수에 최적으로 동작하지 못한다.
예를 들어, CDMA(Code Division Multiple Access)방식의 모든 기지국이 동일한 FA(Frequency Assignment)를 사용함에 따라 인접한 망(Cell)간 PN(Pseudo-Nosie) 간섭을 줄이기 위하여 최소 4~5개 기지국을 클러스터(Cluster) 단위로 조정하는 최적화가 지속적으로 필요하다.
또한, 이동통신 사용 주파수 대역이 800Mhz에서 2Ghz로 높아짐에 따라 동일한 구조에서 안테나의 이득이 약 3dB(2배) 증가함을 감안하여도 자유공간 손실이 약 8dB 감소함에 따라 실질적으로 서비스 지원범위(Coverage)는 절반 정도로 줄어들게 된다.
또한, 회절특성 감소, 대기감소, 강우감소, 수풀감소 등 송실 증가 문제를 해결하기 위한 안테나 최적화 기술이 요구된다.
따라서 상기 기술된 어려움을 해결하기 위하여 광대역 안테나가 설치된 지역의 주파수 환경의 정보를 기지국으로부터 받아 안테나 스스로 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 조절하여 설치된 주파수 환경에서 최적화된 안테나 성능을 낼 수 있는 기술 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 제어할 수 있는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나를 제공함에 있다.
또한, 상기 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 제어함에 있어서, 각각의 방사소자 모듈을 열 단위로 그룹화하고, 일률적으로 수직 배열을 제어할 수 있는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나를 제공함에 있다.
또한, 상기 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 제어함에 있어서, 각각의 방사소자 모듈을 개별적으로 수직 배열을 제어할 수 있는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기지국 시스템과 연결된 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 있어서, 상기 안테나 내부에 설치된 반사판과 상기 반사판의 평면에 설치된 복수 개의 방사소자들 및 상기 복수 개의 방사소자들을 상기 반사판의 평면 범위 내에서 상하 방향으로 이동시키는 이동부를 포함한다.
또한, 상기 안테나는, 상기 기지국 시스템과 연결 상태 및 상기 안테나의 동작 상태를 감지하여 상기 안테나 정보를 생성하는 안테나 상태 감지기와 상기 안테나가 현재 설치된 지역에서 서비스 중인 무선 주파수 신호의 세기를 계측하고, 무선 주파수 신호 정보와 주파수 대역 정보를 생성하는 무선 주파수 신호 감지기와 간격 제어 정보를 생성하는 제어부 및 상기 간격 제어 정보에 따라 상기 복수 개의 방사소자들의 상하방향 간격을 조정하는 간격 조정 구동부를 포함한다.
또한, 상기 간격 제어 정보는, 상기 기지국 시스템으로부터 서비스 대역의 정보를 수신받아 생성되거나, 상기 주파수 대역 정보를 전달받아 생성되는 것을 포함한다.
또한, 상기 이동부는, 상기 복수 개의 방사소자들 중 적어도 어느 하나의 방사소자를 기준으로 나머지 방사소자들을 상하방향으로 이동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 기지국 안테나는, 상기 반사판의 길이방향 길이의 중심을 기준으로 상기 복수 개의 방사소자들을 상하방향으로 이동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 복수 개의 방사 소자 중 최 상측 또는 최 하측에 위치한 방사 소자를 제외한, 나머지 방사소자들을 상하방향 중 한 방향으로 위치 이동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 복수 개에 방사소자는 적어도 두 개 이상이 동시에 상하방향으로 이동되거나 각각 상하방향으로 이동되는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나는 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 제어함으로써 안테나의 빔 특성 중 사이드 로브를 조정하여 큰 매크로 기지국과 작은 소형 기지국들이 혼재된 상황에서 양측의 간섭을 최소화시키는 빔 효율을 낼 수 있다.
또한, 상기 안테나의 방사소자들의 수직 배열을 제어함으로써 안테나가 설치된 주변 주파수 환경이 변화하여도 변화된 주파수 환경에서 안테나가 최적의 성능을 낼 수 있도록 대응이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 대한 블록 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 이동부의 일 예시 구조에 대한 개략도.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 일 예시 동작에 대한 개략도.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 이동부의 일 예시 구조에 대한 개략도.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 일 예시 동작에 대한 개략도.
이하, 본 발명의 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 아니라 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
또한, 첨부 도면들 및 하기 설명에서는 동일한 구성에 대해서는 가능한 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 대한 블록 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나는 기지국 안테나(20)로서, 광대역의 통신 장비들이 구비된 기지국 시스템(10)과 연결된다.
기지국 시스템(10)은 이동 통신 사업자의 무선통신 기지국을 의미하며, 다양한 대역의 통신 장비들을 구비할 수 있다. 여기서 다양한 대역으로는 비교적 저주파 대역인 800MHz 대역 또는 900MHz 대역(예를 들어, 698~960MHz), 비교적 고주파 대역인 1.8MHz 대역 또는 2.1GHz 대역(예를 들어, 1.7~2.17GHz), 또는 2.3GHz 대역(예를 들어, 2.3~2.7GHz)등이 있다.
또한, 기지국 시스템(10)은 기지국 안테나(20)가 설치된 지역의 서비스 대역의 정보를 하기 설명될 기지국 안테나(20)에 구비된 제어부(220)로 제공한다.
또한, 기지국 시스템(10)은 기지국 안테나(20)가 기지국 시스템(10)과 유선 선로 또는 무선 선로 또는 유무선 혼합선로를 통해 정상 연결되었는지 확인할 수 있는 정보를 포함하는 안테나 상태 정보를 기지국 안테나(20)로부터 제공받는다.
또한, 기지국 시스템(10)은 정상 연결 중인 기지국 안테나(20)가 설치된 지역에서 서비스 지역에 해당하는 서비스 대역으로서 정상 동작하는지 여부를 확인할 수 있는 정보를 포함하는 안테나 상태 정보를 기지국 안테나(20)로부터 제공받을 수 있다.
기지국 안테나(20)는 광대역 안테나이며 기지국 시스템(10)과 유선 선로 또는 무선 선로 또는 유무선 혼합 선로를 통해 항시 연결되어 있다.
기지국 안테나(20)는 설치된 지역의 서비스 대역 정보를 기지국 시스템(10)으로부터 제공받는다.
또한, 설치된 지역의 서비스 대역 정보를 기지국 시스템(10)으로부터 수신받을 수 없는 경우, 하기 설명될 감지부(210)에 구비된 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 신호 감지기(212)를 통해 현재 설치된 지역의 서비스 대역 정보를 기지국 안테나(20) 스스로 획득한다.
기지국 안테나(20)는 안테나의 상태를 감지하는 감지부(210), 안테나가 최적의 성능으로 동작할 수 있도록 제어하는 제어부(220), 광대역 안테나에 수직 배열된 복수 개의 방사소자들의 간격을 조정하는 간격 조정 구동부(230)를 포함한다.
감지부(210)는 안테나 상태 감지기(211)와 무선 주파수 신호 감지기(212)를 포함한다.
안테나 상태 감지기(211)는 기지국 안테나(20)의 전반적인 연결 상태 및 동작 상태를 감지하고, 그 결과를 제어부(20)로 전달하는 하는 기능을 수행한다. 여기서 연결 상태 및 동작 상태를 감지하는 기능은 다음과 같이 정의될 수 있다.
연결 상태를 감시하는 기능으로는 기지국 안테나(20)와 기지국 시스템(10)이 정상 연결되었는지 감지하고, 해당 정보를 하기 설명될 제어부(220)로 제공한다.
동작 상태를 감지하는 기능으로는 기지국 안테나(20)를 구성하는 각 구성부들의 정상 동작 상태를 감지하고, 해당 정보를 하기 설명될 제어부(220)로 제공한다.
무선 주파수 신호 감지기(212)는 기지국 안테나(20)가 현재 설치된 지역에서 서비스 중인 서비스 대역 정보를 감지하여 하기 설명될 제어부(220)로 제공한다.
또한, 기지국 안테나(20)가 현재 서비스 중인 서비스 대역의 RF(무선 주파수, Radio Frequency) 신호를 계측하고, 계측된 무선 주파수의 신호 세기를 제어부(220)로 제공한다.
제어부(220)는 기지국 안테나(20)가 설치된 지역에 해당하는 서비스 대역으로 최적의 성능으로 서비스할 수 있도록 각종 정보들을 처리한다.
또한, 상기 최적의 성능으로 서비스할 수 있도록 기지국 시스템(10)으로부터 설치된 지역에 해당하는 서비스 대역의 정보를 제공받고, 제공받은 정보로부터 추출된 해당 서비스 대역으로 최적화된 간격 조정 제어 정보를 간격 조정 구동부(230)로 제공한다.
또한, 상기 기지국 시스템(10)으로부터 상기 서비스 대역의 정보를 제공받지 못하는 경우는 감지부(210)에 구비된 무선 주파수 신호 감지기(212)에 현재 기지국 안테나(20)를 통해 서비스되고 있는 서비스 대역의 정보를 요청하여 제공받고, 제공받은 정보로부터 해당 서비스 대역으로 최적화된 간격 조정 제어 정보를 산출하여 간격 조정 구동부(230)로 제공한다.
간격 조정 구동부(230)는 상기 제어부(220)로부터 제공받은 간격 조정 제어 정보에 따라서 광대역 안테나에 수직 배열된 복수 개의 방사소자들의 간격을 조정한다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 이동부의 일 예시 구조에 대한 개략도이며, 도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나의 일 예시 동작에 대한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 이동부(30)는 반사판(340), 반사판(340)에 수직 배열되는 복수 개의 방사소자들(310:310a, 310b, 310c, 310d, 310e), 간격 조정 시 기준이 되는 방사소자(310c)를 제외한 나머지 방사소자들(310a, 310b, 310d, 310e)의 양 측면(예를 들어 좌우측면)에 각각 구비되는 이동지지부(320: 320a, 320b, 320d, 320e), 간격 조정을 위한 동력을 제공하는 동력발생부(예를 들어 모터)(330), 간격 조정 제어 정보에 따라 동력발생부(330)를 제어하는 간격 조정 구동부(230)를 포함한다.
이동지지부(320)는 복수 개의 방사소자들(310)이 수직 방향으로 용이하게 이동할 수 있도록 해주고, 간격 조정 완료 시에는 반사판(340)에 복수 개의 방사소자들(310)을 고정한다.
동력발생부(330)는 복수 개의 방사소자들(310) 또는 이동지지부(320)와 랙과 피니언 기어, 링크 구조, 다양한 기어 연결 구조, 가이드형상과 슬라이드 형상 등의 구조로 서로 연결되어 간격 조정을 위한 동력을 제공한다.
간격 조정 구동부(230)는 간격 조정 제어 정보에 따라서 광대역 안테나의 반사판(340)에 수평면 대비 수직 배열로 설치된 복수 개의 방사소자들(310)의 간격을 조정한다.
여기서 간격 조정은 도 2에 도시된 바와 같이 방사소자들(310)의 간격 넓히거나 반대로 좁히는 경우가 있을 수 있다.
간격 조정 시 복수 개의 방사소자들(310) 중 어느 하나를 기준으로 선택하고, 기준을 제외한 나머지 방사소자들을 상하 이동시켜서 방사소자들(310)의 간격을 조정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 간격 조정 시 기준으로 반사판(340)의 중앙에 설치된 방사소자(310c)를 선택하고, 방사소자(310c)를 기준으로 상부에 위치한 방사소자들(301a, 310b)과 하부에 위치한 방사소자들(310d, 310e)로 분류하여 간격이 조정된다. 예컨대, 방사소자들(310)의 간격을 넓히는 경우는, 반사판(340)의 중앙에 설치된 방사소자(310c)를 기준으로 상부에 위치한 방사소자들(301a, 310b)은 상부 방향으로 이동시키며, 하부에 위치한 하부에 위치한 방사소자(310d, 310e)들은 하부 방향으로 이동시켜서 간격을 넓힐 수 있다. 여기서 각 방사소자들의 간격(la, lb, lc, ld)는 간격 조정 후에 종전보다 각 방사소자들의 간격(la’, lb’, lc’, ld’)이 더 넓어진 것을 확인할 수 있다.
반대로 방사소자들(310)의 간격을 좁히는 경우는, 반사판(340)의 중앙에 설치된 방사소자(310c)를 기준으로 상부에 위치한 방사소자(301a, 310b)들은 하부 방향으로 이동시키며, 하부에 위치한 하부에 위치한 방사소자(310d, 310e)들은 상부 방향으로 이동시켜서 간격을 좁힐 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에서는 반사판(340)의 길이방향 길이의 중심을 기준으로 수평면으로부터 수직 배열된 복수 개의 방사소자들(310)이 설치된 모습을 나타내었지만 이에 한정되지 않고 복수 개의 방사소자들(310)이 반사판(340)의 어느 곳에 수직 배열되어도 복수 개의 방사소자들(310) 중 어느 하나를 기준으로 선택하여 방사소자들(310)의 간격을 조정할 수 있다. 예를 들어 반사판(340)에 설치된 방사소자들(310) 중 최상부에 위치하는 방사소자(310a)를 기준으로 방사소자들(310)의 간격을 넓히는 경우에는, 기준이 되는 방사소자(310a)를 제외한 나머지 방사소자들(310b, 310c, 310d, 310e)을 하부방향(지표면 방향)으로 위치 이동시키면서 방사소자들(310)의 간격을 넓힐 수 있다. 또는 반대로 방사소자(310a)를 기준으로 방사소자들(310)의 간격을 좁히는 경우는 기준이 되는 방사소자(310a)를 제외한 나머지 방사소자들(310b, 310c, 310d, 310e)을 상부방향으로 위치 이동시키면서 방사소자들(310)의 간격을 좁힐 수 있다.
또한, 반사판(340)에 설치된 복수 개의 방사소자들(310) 중 최하부에 위치하는 방사소자(310e)를 기준으로 복수 개의 방사소자들(310)의 간격을 넓히는 경우에는, 기준이 되는 방사소자(310e)를 제외한 나머지 방사소자들(310a, 310b, 310c, 310d)을 상부방향으로 위치 이동시키면서 방사소자들(310)의 간격을 넓힐 수 있다. 또는 반대로 방사소자(310e)를 기준으로 복수 개의 방사소자들(310)의 간격을 좁히는 경우는 기준이 되는 방사소자(310e)를 제외한 나머지 방사소자들(310a, 310b, 310c, 310d)을 하부방향으로 위치 이동시키면서 복수 개의 방사소자들(310)의 간격을 좁힐 수 있다.
또한, 반사판(340)의 길이방향 길이의 중심뿐만 아니라 반사판(340)의 면적 내에 위치하는 길이방향의 길이를 기준으로 복수 개의 방사소자들(310)을 상측에 위치한 방사소자들과 하측에 위치한 방사소자들을 상하방향 중 한 방향으로 위치 이동시켜서 간격을 조정할 수 있다. 즉, 기준은 길이방향 길이의 중심으로 한정되지 않는다.
상기 자세히 설명된 방사소자들(310)의 간격을 조정 방법은 수직 배열된 복수 개의 방사소자들(310)을 일률적으로 한번에 제어하는 방법을 일 예로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 각각의 하나씩 조정하는 방법과 복수 개의 방사소자들(310) 중 하나 이상의 방사소자들을 선택하여 동시에 상하 이동시키면서 방사소자들(310)의 간격을 조정하는 것이 가능하다. 이는 일률적인 간격 조정 후에 기지국 시스템 또는 안테나에 구비된 제어부의 선택에 따라 각 방사소자를 정밀하게 제어할 수 있기 때문이다.
상기 설명된 봐와 같은 간격 조정을 통해 광대역 안테나는 현재 설치된 지역에서 서비스되는 주파수 대역으로 최상의 성능을 낼 수 있다. 이는 광대역 안테나에 수직 배열 형태로 설치된 복수 개의 방사소자들(310) 간의 간격이 넓어지거나 혹은 좁아져서 특정 대역의 서비스 주파수에 특화된 성능을 낼 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나는 상기 설명된 방사소자들(310)의 간격 조정을 통해 결과적으로 해당 광대역 안테나의 빔 특성 중 사이드 로브(Side-lobe)가 조정된다.
따라서 큰 매크로 기지국과 작은 소형 기지국들이 혼재된 주파수 환경을 갖는 지역에 종래의 광대역 안테나가 설치되면 최적의 서비스를 제공할 수 없지만, 본 발명에 따른 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나는 상기와 같은 주파수 환경을 갖는 지역에 설치되더라도 각각의 기지국 간의 간섭 현상을 최소화시키면서 동시에 광대역 안테나의 빔 효율도 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 기술은 ICIC(Inter-Cell Interference Coordination) 주파수 간섭 제어 기술 실현에도 적용 가능하다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 한정되는 것이 아니며 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
10: 기지국 시스템 20: 기지국 안테나
30: 이동부 210: 감지부
211: 안테나 상태 감지기 212: 무선 주파수 신호 감지기
220: 제어부 230: 간격 조정 구동부
310: 방사소자 320: 이동지지부
330: 동력발생부 340: 반사판
30: 이동부 210: 감지부
211: 안테나 상태 감지기 212: 무선 주파수 신호 감지기
220: 제어부 230: 간격 조정 구동부
310: 방사소자 320: 이동지지부
330: 동력발생부 340: 반사판
Claims (7)
- 기지국 시스템과 연결된 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나에 있어서,
상기 안테나 내부에 설치된 반사판:
상기 반사판의 평면에 설치된 복수 개의 방사소자들 및
상기 복수 개의 방사소자들을 상기 반사판의 평면 범위 내에서 상하 방향으로 이동시키는 이동부
를 포함하는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 1항에 있어서, 상기 안테나는,
상기 기지국 시스템과 연결 상태 및 상기 안테나의 동작 상태를 감지하여 상기 안테나 정보를 생성하는 안테나 상태 감지기;
상기 안테나가 현재 설치된 지역에서 서비스 중인 무선 주파수 신호의 세기를 계측하고, 무선 주파수 신호 정보와 주파수 대역 정보를 생성하는 무선 주파수 신호 감지기;
간격 제어 정보를 생성하는 제어부 및
상기 간격 제어 정보에 따라 상기 복수 개의 방사소자들의 상하방향 간격을 조정하는 간격 조정 구동부
를 포함하는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 2항에 있어서, 상기 간격 제어 정보는,
상기 기지국 시스템으로부터 서비스 대역의 정보를 수신받아 생성되거나, 상기 주파수 대역 정보를 전달받아 생성되는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 1항에 있어서, 상기 이동부는,
상기 복수 개의 방사소자들 중 적어도 어느 하나의 방사소자를 기준으로 나머지 방사소자들을 상하방향으로 이동시키는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 1항에 있어서, 상기 기지국 안테나는,
상기 반사판의 길이방향 길이의 중심을 기준으로 상기 복수 개의 방사소자들을 상하방향으로 이동시키는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 4항에 있어서,
상기 복수 개의 방사 소자 중 최 상측 또는 최 하측에 위치한 방사 소자를 제외한, 나머지 방사소자들을 상하방향 중 한 방향으로 위치 이동시키는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나. - 제 4에 있어서,
상기 복수 개에 방사소자는 적어도 두 개 이상이 동시에 상하방향으로 이동되거나 각각 상하방향으로 이동되는 수직 배열 방사소자들을 구비한 안테나.
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