JP2015536626A

JP2015536626A - 移動通信基地局アンテナ

Info

Publication number: JP2015536626A
Application number: JP2015545366A
Authority: JP
Inventors: ヨン−チャン・ムン; オ−ソグ・チェ; スン−モク・ハン; ジェ−ファン・リム
Original assignee: ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-12-21
Also published as: EP2928020A4; EP2928020A1; US20150263431A1; CN104798257A; WO2014084655A1; KR20140069968A

Abstract

本発明は、移動通信基地局アンテナであって、反射板と、前記反射板上に形成される第１の周波数帯域の第１の放射素子と、を含み、上記第１の放射素子は、上記反射板自体に全体的にＸ字の穴形態で直接的に形成され、相互直交するＸ字形態の二重偏波の送信信号を発生するためのスロット構造と、上記スロット構造の上面で上記反射板から絶縁されるように設置される金属材質のパッチ板とを含む。

Description

本発明は、移動通信システムに使用される移動通信基地局アンテナに関し、特に、二重帯域（ｄｕａｌｂａｎｄ）二重偏波構造のアンテナに採用されるのに適合した移動通信基地局アンテナに関する。

移動通信システムに使用される中継器をはじめとする基地局アンテナは、多様な形態及び構造を有し、通常、長さ方向に直立する少なくとも一つの反射板上に複数の放射素子が適切に配置される構造を有する。

最近、基地局アンテナに対する小型化及び軽量化要求を満足させるために、多様な研究がなされており、この中で、二重帯域二重偏波アンテナの場合には、例えば、７００／８００ＭＨｚ帯域の低周波数帯域の第１の放射素子に、例えば、次世代無線サービス帯域（ＡｄｖａｎｃｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅｂａｎｄ：ＡＷＳ帯域）または２ＧＨｚ帯域の高周波数帯域の第２の放射素子を積層した（ｓｔａｃｋ）構造のアンテナが開発されている。

このようなアンテナは、例えば、パッチ（ｐａｔｃｈ）タイプの第１の放射素子上にパッチタイプまたはダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）タイプの第２の放射素子が設置された積層構造の第１及び第２の放射素子を有することができるが、このような積層構造の第１及び第２の放射素子は、第１の周波数帯域の放射素子配列を満足させるための間隔で複数個が反射板上に配置された構造を有することができる。

また、このように複数個設置された積層構造の第１及び第２の放射素子の間には、該当第２の周波数帯域の放射素子配列を満足させるために、第２の放射素子が反射板上に追加的に設置される構造を有する。このような配置方式により、全体的に小型化を満足させながらアンテナ利得を得ることができるようになる。

図１は、従来の二重帯域二重偏波移動通信基地局アンテナの一例示平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’部分の一部透過切断面図である。図１及び図２を参照して第１の放射素子に第２の放射素子が積層された構造を具備したアンテナを説明すると、第１の周波数帯域（例えば、７００／８００ＭＨｚ帯域）のパッチタイプの第１の放射素子１１、１２が反射板１の上面に一定間隔で配置されている。また、第２の周波数帯域（例えば、ＡＷＳ帯域）のダイポールタイプの第２の放射素子２１、２２、２３、２４は、第１の放射素子１１、１２に積層されるかまたは第１の放射素子１１、１２の間で反射板１の上面に直接設置される。

第１の放射素子１１、１２の各々は、上部パッチ板１１−２、１２−２及び下部パッチ板１１−１、１２−１で構成される。下部パッチ板１１−１、１２−１は、反射板１を貫通する給電ケーブル１１２を介して反射板１の裏面に付着される給電用導体パターンが形成された回路基板１１１と接続される。また、第１の放射素子１１、１２に積層された第２の放射素子２１、２２は、反射板１及び該当設置された第１の放射素子１１、１２の上部及び下部パッチ板１１−１、１１−２を貫通する給電ケーブル２１２を介して給電網と接続される。

一方、図３は、図１の第１の放射素子の給電構造を示した図として、図３の（ａ）は、平面図であり、図３の（ｂ）は、背面図である。図３では、説明の便宜のために第１の放射素子のうち一つの下部パッチ板１１−１及び給電用導体パターンが形成された回路基板１１１を示し、それ以外の構成に対しては省略する。図１乃至図３を参照すると、第１の放射素子１１の下部パッチ板１１−１は、反射板１を貫通する給電ケーブル１１２を介して反射板１の裏面に付着される回路基板１１１と接続される。すなわち、第１の放射素子の給電用導体パターンは、回路基板１１１上でプリント方式で形成され、プリント回路基板１１１で給電ポイント（ａ〜ｄ）と、下部パッチ板１１−１の給電ポイント（ａ〜ｄ）は、給電ケーブル１１２を介して接続される構造を有する。

この時、例えば、ａ給電ポイントに比べてこれと対角線に位置するｃ給電ポイントでの送信信号は、１８０度位相遅延され、同様に、ｂ給電ポイントに比べてこれと対角線に位置するｄ給電ポイントでの送信信号も１８０度位相遅延されるように回路基板１１１で給電用導体パターンが形成される。これによって、第１の放射素子の下部パッチ板１１−１でａ、ｃ給電ポイント及びｂ、ｄ給電ポイントで相互直交する二重偏波が発生するようになる。一方、第１の放射素子の上部パッチ板１１−２は、放射特性最適化のために設置されるものとして、下部パッチ板１１−１から絶縁されるようにプラスチック素材などの支持台を利用して設置される。

上記の構造を有する基地局アンテナに関する技術としては、例えば、本願出願人により先出願された韓国特許出願番号第１０−２００９−０１１０６９６号（名称：相異なる平面に配置される放射素子の設置方法及びこれを利用したアンテナ、出願日：２００９年１１月１７日）に開示されたことがある。

ところが、このような第１及び第２の放射素子の配置方式では、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子と、単独で設置される第２の放射素子が相異なる平面に設置されることによって、第２の周波数帯域の信号が放射される場合に位相差が発生する問題点があった。例えば、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子と、単独で設置される第２の放射素子との間の高さ差は、約５０ｍｍであり得る。高さ差を有する第２の放射素子間により発生される位相遅延（ｐｈａｓｅｄｅｌａｙ）により、アンテナダウンチルトの時、水平ビーム幅減少量が増加するようになる。

また、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子は、パッチタイプの第１の放射素子の上部パッチ板を接地端として使用するようになる。ところが、第１の放射素子の上部パッチ板は、放射特性を満足するために下部パッチ板に比べて小さなサイズで設計されるので、ダイポールタイプの第２の放射素子で要求される接地面積を満足させ難い。このように、接地面積の不充分により第２の放射素子で無線周波数のパターン特性劣化が発生することがある。

韓国特許出願番号第１０−２００９−０１１０６９６号

したがって、本発明の目的は、全体アンテナのサイズを縮めることができ、特に、第１の周波数帯域の第１の放射素子に積層され設置される第２の周波数帯域の第２の放射素子と、単独で設置される第２の周波数帯域の第２の放射素子とを具備した二重帯域アンテナで、第２の放射素子間の高さ差を減らすことができ、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子で要求される接地面積を十分に確保することができ、放射特性を向上させることができる移動通信基地局アンテナを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、移動通信基地局アンテナであって、反射板と、上記反射板上に形成される第１の周波数帯域の第１の放射素子と、を含み、上記第１の放射素子は、上記反射板自体に全体的にＸ字の穴形態で直接的に形成され、相互直交するＸ字形態の二重偏波の送信信号を発生するためのスロット構造と、上記スロット構造の上面で上記反射板から絶縁されるように設置される金属材質のパッチ板と、を含むことを特徴とする。

上述したように、本発明による移動通信基地局アンテナは、全体アンテナのサイズを縮めることができ、特に、第１の周波数帯域の第１の放射素子に積層され設置される第２の周波数帯域の第２の放射素子と、単独で設置される第２の周波数帯域の第２の放射素子とを具備した二重帯域アンテナで、相互間の高さ差を減らすことができ、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子で要求される接地面積を十分に確保することができ、放射特性を向上させることができる効果を有する。

従来の二重帯域二重偏波移動通信基地局アンテナの一例示の平面図である。図１のＡ−Ａ’部分の一部透過切断面図である。図１の第１の放射素子の給電構造を示した平面及び背面図である。本発明の一実施形態による二重帯域二重偏波移動通信基地局アンテナの平面図である。図４のＡ−Ａ’部分の一部透過切断面図である。図４の第１の放射素子の給電構造を示した平面及び背面図である。図６の斜視図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。下記の説明では、具体的な構成素子などのような特定の事項が示されているが、これは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供するものであり、唯一つの実施形態に過ぎない。従って、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、ここに説明する実施形態の様々な変更及び修正が可能あるということは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。

図４は、本発明の一実施形態による二重帯域二重偏波移動通信基地局アンテナの平面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ’部分の一部透過切断面図である。図６は、図４の第１の放射素子の給電構造を示した平面及び背面図であり、図７は、図６の斜視図として、図６及び図７では、説明の便宜のために、第１の放射素子スロット構造及び給電用導体パターンが形成された回路基板を示し、それ以外の構成に対しては省略する。

図４乃至図７を参照すると、本発明の一実施形態によるアンテナは、第１の周波数帯域（例えば、７００／８００ＭＨｚ帯域）のいわゆる、スロットタイプの第１の放射素子３１、３２が反射板１の上面に一定間隔で配置されている。また、第２の周波数帯域（例えば、１．８／２ＧＨｚ帯域）のダイポールタイプの第２の放射素子２１、２２、２３、２４は、第１の放射素子３１、３２に積層されるかまたは第１の放射素子３１、３２間で反射板１の上面に直接設置される。

第１の放射素子３１、３２の各々は、本発明の特徴によって反射板１自体に全体的にＸ字の穴形態で直接的に形成され、相互直交するＸ字形態の二重偏波の送信信号を発生するためのスロット構造３１−１と、スロット構造３１−１の上面で設置されるアルミニウム（銀メッキ）または銅（銀メッキ）のような金属材質のパッチ板３１−２、３２−２で構成される。パッチ板３１−２、３２−２は、スロット構造３１−１の放射特性を最適化するために適切な形態及びサイズを有し、下部の反射板１から絶縁されるようにプラスチック素材などの支持台を利用して設置される。すなわち、本発明では、反射板１自体がスロット構造を形成する金属板の役割をするようになる。

スロット構造３１−１は、反射板１の裏面に付着される回路基板３１１に予め適切な導体パターンで形成される給電用ストリップ線路（図６の３１１１）とカップリング方式で給電信号の提供を受ける。回路基板３１１は、通常的なＰＣＢ基板形態で形成され得る。

Ｘ字形態のスロット構造３１−１で、Ｘ字形態の二重偏波のうち一偏波を各々発生する‘／’字または‘＼’字スロットは、各々該当第１の周波数帯域（２ＧＨｚ）の周波数波長を考慮し、例えば２／λに対応するようにその長さが形成されることができる。この場合に、それぞれのスロットの長さは、例えば、約１６０ｍｍ、それぞれのスロットの幅は、例えば、約２ｍｍに設計されることができる。

Ｘ字形態で形成される二重偏波でそれぞれの偏波を発生するストリップ線路３１１１を回路基板３１１に形成する場合に、相互交差するように（しかし、電気的に接続されないように）導体パターンを形成しなければならない部位があるが、図６の（ｂ）でＡ部分にその側面構造を拡大して示したように、相互交差する部位に導体パターンのうち一つの導体パターンをエアブリッジ構造で形成する。

一方、このように形成される第１の放射素子３１、３２に積層される第２の放射素子２１、２２は、第１の放射素子３１、３２のパッチ板３１−２、３２−２上に設置され、パッチ板３１−２、３２−２を接地端として使用するようになる。すなわち、第２の放射素子２１、２２は、パッチ板３１−２、３２−２により接地される。第１の放射素子３１、３２に積層される第２の放射素子２１、２２は、第１の放射素子３１、３２のパッチ板３１−２、３２−２及び反射板１を貫通する給電ケーブル２１２を介して給電網と接続される。

上記のような構造によって、本発明によるアンテナで、回路基板３１１の給電用ストリップ線路３１１１に印加される送信信号は、回路基板３１１自体の誘電層を経てスロット構造３１−１にカップリングされ、これによってスロット構造３１−１には、送信信号の電気場（Ｅｆｉｅｌｄ）が形成される。スロット構造３１−１に形成される送信信号の電気場は、以後、適正な間隔をおいて離隔されるように固定されたパッチ板３１−２、３２−２を経て放射される。

上記の構造を有する本発明による第１及び第２の放射素子の積層配置方式では、従来の上部及び下部パッチ板を有する構造と比較して、一つパッチ板のみを具備するので、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子と、単独で設置される第２の放射素子との高さ差が減るようになる。例えば、本発明で第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子と、単独で設置される第２の放射素子との間の高さ差は、約２５ｍｍであり得る。このように、高さ差が減るようになるので、高さ差を有する第２の放射素子の間により発生される位相遅延（ｐｈａｓｅｄｅｌａｙ）が従来と比較して減るようになり、アンテナダウンチルトの時、水平ビーム幅の減少量が減るようになる。

また、この場合に、本発明によるアンテナは、従来と比較して第１の放射素子及びこれに積層され設置される第２の放射素子の高さが低くなるので、全体的なアンテナの高さを低めるようになって、従来と比較してより小型、軽量化を満足させるようになる。

また、第１の放射素子に積層され設置される第２の放射素子は、第１の放射素子のパッチ板を接地端として使用するようになるが、本発明では、第１の放射素子のパッチ板は、スロット構造の部位より大きく形成されるので、従来と比較して大きなサイズで設計することが可能になる。したがって、本発明によるパッチ板は、その上に積層されるダイポールタイプの第２の放射素子で要求される接地面積を満足させるようになり、第２の放射素子で無線周波数のパターン特性劣化を防止することができるようになる。

上記のように、本発明の一実施形態による移動通信基地局アンテナの構成及び動作がなされることができ、一方、本発明の説明では、具体的な実施形態に関して説明したが、添付した特許請求の範囲により規定されるような本発明の精神及び範囲を外れることなく、形式や細部の様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

例えば、上記の説明では、第１の放射素子に積層されるように設置される第２の放射素子がダイポールタイプであることを例に上げて説明したが、この他にも本発明の他の実施形態では、第１の放射素子に積層される第２の放射素子が通常的なパッチタイプの構造で構成することもできる。

また、上記の説明では、第１の放射素子に第２の放射素子が積層される場合を一例として説明したが、この他にも本発明の他の実施形態では、第２の放射素子が積層されなく、本発明による構造を有する第１の放射素子が別途に設置されるようにする構成も可能である。

１反射板
１１第１の放射素子
１１−１下部パッチ板
１１−２上部パッチ板
１２第１の放射素子
１２−１下部パッチ板
１２−２上部パッチ板
２１、２２、２３、２４第２の放射素子
３１第１の放射素子
３１−１スロット構造
３１−２パッチ板
３２第１の放射素子
３２−２パッチ板
１１１回路基板
１１２給電ケーブル
２１２給電ケーブル
３１１回路基板
３１１１ストリップ線路

Claims

移動通信基地局アンテナであって、
反射板と、
前記反射板上に形成される第１の周波数帯域の第１の放射素子と、を含み、
前記第１の放射素子は、
前記反射板自体に全体的にＸ字の穴形態で直接的に形成され、相互直交するＸ字形態の二重偏波の送信信号を発生するためのスロット構造と、
前記スロット構造の上面で前記反射板から絶縁されるように設置される金属材質のパッチ板と、を含むことを特徴とする移動通信基地局アンテナ。
前記第１の放射素子に積層される構造で設置される第２の周波数帯域の第２の放射素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動通信基地局アンテナ。
前記第２の放射素子は、ダイポールタイプであり、前記第１の放射素子の前記パッチ板を接地端として使用することを特徴とする請求項２に記載の移動通信基地局アンテナ。
前記第１の放射素子の前記スロット構造は、前記反射板の裏面に付着される回路基板に形成される給電用ストリップ線路とカップリング方式で接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動通信基地局アンテナ。