[논문]이동 통신 기지국 안테나의 수동 상호 변조 왜곡에 진동이 미치는 영향 분석 및 개선 방안

박진성; 정순영; 이용식

doi:10.5515/kjkiees.2008.19.12.1394

문제 정의

4 dBc로 측정되어 역시 진동 가속 노출 시간에 비례하는 결과를 보여주었다. 다음으로 안테나의 부식에 따른 수동 상호 변조 왜곡 특성을 보기 위한 실험을 수행하였다. 우리나라의 사계절 특성을 감안하여 온 습도에 의한 수동 상호 변조 왜곡 특성과 산성비, 습도, 먼지 등으로 인하여 안테나 부식이 특성에 어느 정도 영향을 끼치는지를 실험하였다.
있었다. 따라서 이를 개선하기 위해 안테나 구조를 진동에 강한 구조로 재설계하여 실험으로써 그 효과를 입증하였다. 진동가속열화 시험 결과, 36.
본 논문에서는 그림 1어서와 같이 사용기간에 따라 수동 상호변조 왜곡이 점점 심해지는 현상과 이동 통신안테나의 주변 환경을 고려하여 두 가지 요소, 즉 진동과 부식이 기지국 안테나의 수동 상호 변조 왜곡에 미치는 영향을 실험을 통하여 검증해 보았다.
본 논문에서는 이동통신 무선 액세스 기술의 핵심이라고 할 수 있는 이동통신 기지국 용 안테나의 수동 상호변조 왜곡 특성을 분석하여 실험을 통해가장 큰 열화 요인을 찾아내고, 이를 해결할 수 있는 개선 방안을 제시하였다. 특히, 운용필드에서 많이 나타나고 있는 현상을 토대로 현실감 있는 접근 방법을 택함으로써 연구결과의 신뢰성과 정확성을 더하고자 하였다.
본 논문에서는 이동통신 안테나에서 많이 발생되고 있는 수동 상호변조 왜곡 열화 문제의 원인을 실험적으로 분석하고 그 개선방안을 제시한다. 안테나의 수동 상호변조 왜곡의 원인과 핵심 요소로 진동과 부식이라는 두 가지가설을 제안하였으며, 실제 실험을 통하여 제안된 가설의 타당성을 입증함으로써 원인 규명뿐 아니라 개선방안까지 제시하였다.
방안을 제시하였다. 특히, 운용필드에서 많이 나타나고 있는 현상을 토대로 현실감 있는 접근 방법을 택함으로써 연구결과의 신뢰성과 정확성을 더하고자 하였다.

제안 방법

수동 상호변조 왜곡 특성 측정 장비로는 가장 널리 사용되고 있는 SUMMITEK 社의 SI- 800A를 이용하였고, 인가한 주파수는 800 MHz CD- MA 의 Tx단의 시작과 끝에 해당하는 870 MHz와 893 MHz를 사용하였으며, 신호세기는 각각 43 dBm으로 안 테나 입력 포트에서 반사된 신호중 3차 상호변조 왜곡 성분인 847 MHz 신호의 세기를 측정, dBc 단위를 사용하여 인가한 신호의 크기인 43 dBm과상대적 세기를 나타내었다. 각 안테나에 대해서 3회씩 실험을 반복하였으며, 표 1에는 그 평균값을 정리 하였다.
마지막으로 커넥터 라인 고정 여부에 따라 진동의 의한 영향을 받는 정도가 달라지므로 급전 선 구조는 진동에 강한 동축 선로를 적용하였고, 커넥터 접속 라인도 고정시키는 구조를 적용하였다. 이를 그림 6에 나타내었다.
인가 하였다. 부식에 의한 가설을 증명하기 위해서는 IEC 60068267冋 규격을 적용하여 인공적으로 온도와 습도를 높인 상태인 85 ℃의 온도와 85 % 습도 상태로 96시간과 168시간을 지속시켰다. 이 두 가지 테스트를 거치기 전후 안테나의 수동 상호 변조 왜곡 특성을 측정하여 비교 분석하였다.
세 가지 안테나에 대한 온습도 실험 전후의 3차 상호 변조 왜곡 특성을 3회씩 측정하여 그 평균을 표 2에 정리하였다. 그 결과에 근거하면 장시간 고온/고습 상태에서 부식이 발생하기는 하였지만 안테나 수동 상호변조 왜곡 특성에는 거의 영향이 없음을 알 수 있다.
안테나의 수동 상호변조 왜곡의 원인과 핵심 요소로 진동과 부식이라는 두 가지가설을 제안하였으며, 실제 실험을 통하여 제안된 가설의 타당성을 입증함으로써 원인 규명뿐 아니라 개선방안까지 제시하였다. 또한, 제시된 개선방안을 샘플 안테나에 적용하여 실험을 통해 개선 수준을 입증해 보였다.
우리나라의 사계절 특성을 감안하여 온 습도에 의한 수동 상호 변조 왜곡 특성과 산성비, 습도, 먼지 등으로 인하여 안테나 부식이 특성에 어느 정도 영향을 끼치는지를 실험하였다. 앞서 밝힌 바와 같이 모든 실험 규격은 IEC 규계皿的을 따랐으며, 85 ℃ 온도에서 85 % 습도 상태로 96시간과 168시간 동안 지속시킨 후 수동 상호변조 왜곡 특성을 측정하여 보았다 본래 IEC 규곅‘岫에는 i, ooo시간 동안 온습도 상태를 유지하도록 권고하고 있으나, 이는 너무 오랜 시간이 소요되기 때문에 국내 이동통신회사가 적용하고 있는 96시간 시험방식을 적용하였고, 3일을 더 연장하여 7일 동안 고온/고습상태를 지속시켜 본 후 부식의 상태를 지켜보았다.
다음으로 안테나의 부식에 따른 수동 상호 변조 왜곡 특성을 보기 위한 실험을 수행하였다. 우리나라의 사계절 특성을 감안하여 온 습도에 의한 수동 상호 변조 왜곡 특성과 산성비, 습도, 먼지 등으로 인하여 안테나 부식이 특성에 어느 정도 영향을 끼치는지를 실험하였다. 앞서 밝힌 바와 같이 모든 실험 규격은 IEC 규계皿的을 따랐으며, 85 ℃ 온도에서 85 % 습도 상태로 96시간과 168시간 동안 지속시킨 후 수동 상호변조 왜곡 특성을 측정하여 보았다 본래 IEC 규곅‘岫에는 i, ooo시간 동안 온습도 상태를 유지하도록 권고하고 있으나, 이는 너무 오랜 시간이 소요되기 때문에 국내 이동통신회사가 적용하고 있는 96시간 시험방식을 적용하였고, 3일을 더 연장하여 7일 동안 고온/고습상태를 지속시켜 본 후 부식의 상태를 지켜보았다.
부식에 의한 가설을 증명하기 위해서는 IEC 60068267冋 규격을 적용하여 인공적으로 온도와 습도를 높인 상태인 85 ℃의 온도와 85 % 습도 상태로 96시간과 168시간을 지속시켰다. 이 두 가지 테스트를 거치기 전후 안테나의 수동 상호 변조 왜곡 특성을 측정하여 비교 분석하였다.
이러한 구조는 진동이 발생될 때마다 반사판과 소자를 고정하는 나사못 사이에 미세한 이격이 생기기 때문에 접속 상태가 불량해져서 진동의 영향을 많이 받는 구조였다. 이런 취약점을 없애기 위해 소자를 별도의 볼트와 너트를 사용하여 반사판에 고정시키는 체결 방식을 적용하였다. 물론 정도의 차이는 있겠지만 볼트와 너트 역시 진동에 의한 이격에 무관한 구조는 아니므로 그 수를 최소화시키는 형태를 택하였다.
진동에 의한 영향 검증을 위해서 진동 가속 열화 시험 (vibration accelerated degradation test)을 IEC 600- 68-2-64叫의 규격에 따라 테스트 주파수 범위 20~ 2, 000 Hz, 테스트 시간 축당 30분씩 X, Y축 두 방향으로 인가 하였다. 부식에 의한 가설을 증명하기 위해서는 IEC 60068267冋 규격을 적용하여 인공적으로 온도와 습도를 높인 상태인 85 ℃의 온도와 85 % 습도 상태로 96시간과 168시간을 지속시켰다.
진동의 영향을 최소화하기 위한 방법으로써 다음과 같이 안테나 구조 개선 방안을 제시하였다. 첫째, 안테나 구조를 개선하여 급전선과 소자 간 등 납땜지점을 최소화함으로써 금속 간의 접촉 효과를 줄였다.
안테나에 송신주파수 대역인 869-894 MHz 대역에서 모든 조합 가능한 2개의 반송파(two-tone)를 인가시켰을 때 반사된 신호를 824-849 MHz의 수신 대역 통과 여파기와 저잡음증폭기를 통과시킨 뒤 Agilent 社의 E4445A 스펙트럼 분석기를 이용하여 측정한 결과이다. 측정에 사용된 안테나는 실제로 수동 상호 변조 왜곡 문제가 발생한 기지국 안테나를 확보하여 2회 반복 측정하였다. 반복 측정에 따른 결과, 차이는 미미하여서 그 중 한 결과만을 그림 3에 나타내었다.
안테나를 선정하여 실험하였다. 특히 안테나 제조업체별로 동일 모델을 선정하여 실험의 객관성을 확보하였다. 수동 상호변조 왜곡 특성 측정 장비로는 가장 널리 사용되고 있는 SUMMITEK 社의 SI- 800A를 이용하였고, 인가한 주파수는 800 MHz CD- MA 의 Tx단의 시작과 끝에 해당하는 870 MHz와 893 MHz를 사용하였으며, 신호세기는 각각 43 dBm으로 안 테나 입력 포트에서 반사된 신호중 3차 상호변조 왜곡 성분인 847 MHz 신호의 세기를 측정, dBc 단위를 사용하여 인가한 신호의 크기인 43 dBm과상대적 세기를 나타내었다.

대상 데이터

특히 안테나 제조업체별로 동일 모델을 선정하여 실험의 객관성을 확보하였다. 수동 상호변조 왜곡 특성 측정 장비로는 가장 널리 사용되고 있는 SUMMITEK 社의 SI- 800A를 이용하였고, 인가한 주파수는 800 MHz CD- MA 의 Tx단의 시작과 끝에 해당하는 870 MHz와 893 MHz를 사용하였으며, 신호세기는 각각 43 dBm으로 안 테나 입력 포트에서 반사된 신호중 3차 상호변조 왜곡 성분인 847 MHz 신호의 세기를 측정, dBc 단위를 사용하여 인가한 신호의 크기인 43 dBm과상대적 세기를 나타내었다. 각 안테나에 대해서 3회씩 실험을 반복하였으며, 표 1에는 그 평균값을 정리 하였다.
실험의 객관성을 확보하기 위해 실험 대상 안테나는 운용필드에서 보편적으로 사용되고 있는 CDP- 13-65(CDMA Dual Pole Antenna, 출력 13 dBi, 빔 폭 65。) 안테나를 선정하여 실험하였다. 특히 안테나 제조업체별로 동일 모델을 선정하여 실험의 객관성을 확보하였다.

성능/효과

5차 상호변조 왜곡 성분의 평균 세기는 구조가 개선된 안테나에서는 모든 경우 계측기의 신뢰 한계치인 -163 dBc 이하로 측정된 반면 기존의 안테나에서는 표 1에 정리된 실험과 유사한 경향을 보였다.
구조개선에 따른 진동가속 열화시험 3차 상호변조 왜곡 특성의 평균 열화는 초기값에서 1 dB 미만으로 기존의 안테나에 비해서 열화 정도가 최대 35 dB 이상 개선되었다. 즉, 개선된 구조는 진동에 의한 수동 상호변조 왜곡 열화현상을 최소화 시키는 데 매우 효과적인 구조였음을 실험적으로 검증할 수 있었다.
둘째, 그림 4와 같이나사못을 이용한 소자간 연결을 볼트와 너트로 대체함으로써 진동에 의한 영향을 최소화시켰다. 반사판에 소자를 고정하는 방식이 안테나마다 다르지만, 반사판에 소자를 나사못으로 고정하는 것이 일반적이었다.
안테나의 수동 상호변조 왜곡의 원인과 핵심 요소로 진동과 부식이라는 두 가지가설을 제안하였으며, 실제 실험을 통하여 제안된 가설의 타당성을 입증함으로써 원인 규명뿐 아니라 개선방안까지 제시하였다. 또한, 제시된 개선방안을 샘플 안테나에 적용하여 실험을 통해 개선 수준을 입증해 보였다.
셋째, 급전선구조를 변경하였고 커넥터 라인 또한 최대한 고정시킴으로써 진동에 의한 영향이 최소화되도록 하였다. 현재 가장 보편화되어 사용되고 있는 급전선구조는 스트립라인 형태의 급전 방식이었다.
즉, 진동환경이 안테나의 수동 상호변조 왜곡 열화에 직접적인 원인이 됨을 알 수 있다. 실제 800 MHz CDMA 시스템 운용상에 더 큰 문제를 일으킬 수 있는 5차 상호변조 왜곡 성분의 세기는 평균적으로 진동가속 열화 실험이전에 계측기의 신뢰한계치인 -163 dBc 이하, 50 (m/s2)2/Hz 진동 가속 열화실험 후 T59 dBc, 100 (m/s2)2/Hz 진동 가속열화 실험 후-156.4 dBc로 측정되어 역시 진동 가속 노출 시간에 비례하는 결과를 보여주었다. 다음으로 안테나의 부식에 따른 수동 상호 변조 왜곡 특성을 보기 위한 실험을 수행하였다.
이동 통신기지국 안테나가 설치된 고층 옥상 같은 환경은 바람과 자동차 등 주변 환경에 의한 진동과 비, 눈 같은 기상 여건에 따른 부식에 항상 노출되어 있기 때문에 수동 상호변조 왜곡이 일어날 가능성이 매우 높다. 실제 이동통신 무선 액세스망 유지 보수용역회사를 대상으로 한 조사 결과, 그림 1 에서처럼 안테나가 오래될수록 수동 상호변조 왜곡 특성이 나빠져서 2년 된 안테나의 평균 수동 상호 변조 왜곡 특성이 이미 이동통신회사 자체 최대 기준치인 -140 dBc를 초과하고 있으며冋, 사용 기간이 오래된 안테나일수록 더욱 나빠짐을 알 수 있다. 즉, 좋지 않은 환경에 오래 노출될수록 수동 상호 변조 왜곡 특성 열화가 더 많이 일어나고 있음을 알 수 있다.
실험 대상 안테나는 제조회사별로 동일한 형태의 모델로 실험하였으므로 표 1에서 알 수 있듯이 진동 가속 스트레스를 가하고 난 이후에는 가하지 않았을 때보다 모든 제품에서 수동 상호변조 왜곡 특성이 급격히 나빠지는 것을 알 수 있다. 특히 진동가속도 스트레스 정도가 클수록 열화 정도가 더 커짐을 알 수 있다.
dB 이상 개선되었다. 즉, 개선된 구조는 진동에 의한 수동 상호변조 왜곡 열화현상을 최소화 시키는 데 매우 효과적인 구조였음을 실험적으로 검증할 수 있었다.
따라서 이를 개선하기 위해 안테나 구조를 진동에 강한 구조로 재설계하여 실험으로써 그 효과를 입증하였다. 진동가속열화 시험 결과, 36.4 dB까지 관찰된 안테나의 평균 수동 상호변조 왜곡 특성 열화가 구조 개선을 통해 동일 실험 후에도 1 dB 미만으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 진동이 수동 상호변조 왜곡 특성의 열화로 이어지는 물리적 현상에 대한정확한 분석은 과제로 남아 있다.
제시하였다. 첫째, 안테나 구조를 개선하여 급전선과 소자 간 등 납땜지점을 최소화함으로써 금속 간의 접촉 효과를 줄였다.

후속연구

하지만 진동이 수동 상호변조 왜곡 특성의 열화로 이어지는 물리적 현상에 대한정확한 분석은 과제로 남아 있다. 이 연구결과를 실제 운용필드에 적용한다면 기존 안테나의 운용기한을 늘리는 데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

이동 통신 기지국 안테나의 수동 상호 변조 왜곡에 진동이 미치는 영향 분석 및 개선 방안
Effects of Vibration on Passive Intermodulation Distortion in Mobile Base Station Antennas 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

이동 통신 기지국 안테나의 수동 상호 변조 왜곡에 진동이 미치는 영향 분석 및 개선 방안 Effects of Vibration on Passive Intermodulation Distortion in Mobile Base Station Antennas 원문보기

초록 AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이용식 (17)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

이동 통신 기지국 안테나의 수동 상호 변조 왜곡에 진동이 미치는 영향 분석 및 개선 방안
Effects of Vibration on Passive Intermodulation Distortion in Mobile Base Station Antennas 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper