기지국 및 중계기를 통한 다양한 무선 통신 서비스 및 통화품질 개선을 위해서는 사용 환경과 계절 및 시간대에 따른 전파의 특성과 차량 및 고객의 유동 특성 등을 감안한 기지국 안테나의 셀 영역 제어가 필요하다. 본 논문은 사용 환경 조건에 따라 특정 방향으로 지향 이득을 제어하여 빔 스캔 특성을 얻을 수 있는 이중 대역 기지국 안테나 시스템을 제안하고 이를 구현하였다. 제작된 안테나의 방사부는 5.8GHz 대역의 ITS용 $1\times3$ Sub-Array 2개와 2.3GHz 대역의 WiBro용으로 Single 방사소자 2개로 구성된다. 각각은 ITS용 13dBi, WiBro용 12dBi의 이득을 얻었다. RF Mdodule은 스위치, 증폭기, PAD, 3-Bit 위상천이기, Power Divider로 구성했다. 위상은 $45^{\circ},\;90^{\circ},\;180^{\circ}$의 3-Bit 위상 천이기를 사용함으로써, 빔 스캔 범위는 ITS용으로 $0^{\circ}$에서 최대 $19^{\circ}$까지, WiBro용으로 $0^{\circ}$에서 최대 $45^{\circ}$까지 전자식 제어가 가능하도록 설계하였고, 제작 측정하여 설계치와 비교 분석하였다.
기지국 및 중계기를 통한 다양한 무선 통신 서비스 및 통화품질 개선을 위해서는 사용 환경과 계절 및 시간대에 따른 전파의 특성과 차량 및 고객의 유동 특성 등을 감안한 기지국 안테나의 셀 영역 제어가 필요하다. 본 논문은 사용 환경 조건에 따라 특정 방향으로 지향 이득을 제어하여 빔 스캔 특성을 얻을 수 있는 이중 대역 기지국 안테나 시스템을 제안하고 이를 구현하였다. 제작된 안테나의 방사부는 5.8GHz 대역의 ITS용 $1\times3$ Sub-Array 2개와 2.3GHz 대역의 WiBro용으로 Single 방사소자 2개로 구성된다. 각각은 ITS용 13dBi, WiBro용 12dBi의 이득을 얻었다. RF Mdodule은 스위치, 증폭기, PAD, 3-Bit 위상천이기, Power Divider로 구성했다. 위상은 $45^{\circ},\;90^{\circ},\;180^{\circ}$의 3-Bit 위상 천이기를 사용함으로써, 빔 스캔 범위는 ITS용으로 $0^{\circ}$에서 최대 $19^{\circ}$까지, WiBro용으로 $0^{\circ}$에서 최대 $45^{\circ}$까지 전자식 제어가 가능하도록 설계하였고, 제작 측정하여 설계치와 비교 분석하였다.
It is needed to use the beam scanning to control the cell coverage of the base station considering operation conditions, season, time period, radiation character and mobility of customers and vehicles for varied wireless communication service and quality improvement. This paper proposes a mobile ant...
It is needed to use the beam scanning to control the cell coverage of the base station considering operation conditions, season, time period, radiation character and mobility of customers and vehicles for varied wireless communication service and quality improvement. This paper proposes a mobile antenna system which can obtain the characteristics of the beam scanning by controlling the directivity depending on the operation condition. Radiation block is made of 2 sub-array of $1\times3$ patched antennas for ITS of 5.8GHZ bandwidth with the gain of 13dBi, and of 2 sub-array of single patched antenna for WiBro of 2.3GHZ bandwidth with the gain of 12dBi. RF module is made of a switch, an amplifier, a PAD, a 3-Bit phase shifter, and a power divider. The system is able to control the beam tilting with electronic methode by using 3-bit phase shifter$(45^{\circ},\;90^{\circ},\;180^{\circ})$.
It is needed to use the beam scanning to control the cell coverage of the base station considering operation conditions, season, time period, radiation character and mobility of customers and vehicles for varied wireless communication service and quality improvement. This paper proposes a mobile antenna system which can obtain the characteristics of the beam scanning by controlling the directivity depending on the operation condition. Radiation block is made of 2 sub-array of $1\times3$ patched antennas for ITS of 5.8GHZ bandwidth with the gain of 13dBi, and of 2 sub-array of single patched antenna for WiBro of 2.3GHZ bandwidth with the gain of 12dBi. RF module is made of a switch, an amplifier, a PAD, a 3-Bit phase shifter, and a power divider. The system is able to control the beam tilting with electronic methode by using 3-bit phase shifter$(45^{\circ},\;90^{\circ},\;180^{\circ})$.
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문제 정의
본 논문에서는 전자식 빔 제어에 의하여 사용환경에 따른 Cell Coverage 영역을 조정할 수 있는 이중대역 기지국용 빔 스캔 안테나의 안테나 및 RF Module을 제안하고 설계, 제작 측정하였다. RF 모듈은 송수신 스위치, 증폭기, PAD, 위상천이기/ Power Divider 로 구성되어 있고, 3-Bit 위상천이기(45。, 90。, 180。)를 단계적으로 구동함으로써 안테나의 빔을 각각 ITS의 경우 0。~ 21。까지, WiBro의 경우 0°~ 45。까지 수직 방향 빔 제어가 가능하며, RF Interface Module(본 논문에서는 설명되지 않음)을 사용함으로써 기지국의 사용 환경과 조건에 따른 통신영역 제어를 빔 스캔을 통하여 원격조정이 가능하고, 중앙 집중관리가 가능함을 실험을 통하여 확인하였다.
제안 방법
ITS용 안테나는 유전체 기판(TACONIC 사-의 TLX-9, 6r=2.5, h=0.5mm)에 설계된 단일안테나를 기본으로 직렬 급전 형태의 급전 부를 추가하여 단일 안테나 3개를 연결 하였다. 따라서 각 안테나로 전송되는 신호는 크기와 위상이 모두 동일한 형태로 전송되어진다.
본 논문에서는 다양한 사용 환경 조건에 따라 전 전자적인 제어에 의하여 특정 방향으로 지향 이득이 서로 다르거나, 4 섹터 안테나로 전체 서비스 환경에 따른 유연한 빔 커버리지 영역을 담당할 수 있고, 중앙 집중 운용 및 유지보수가 가능한 안테나 및 RF Module을 설계, 제작 및 측정하였다.
성능/효과
각 RF Module의 특성을 측정한 결과는 ITS RF 모듈의 경우 송신 모드 입력 반사 손실 특성 -9.6 dB 이하, 출력 반사 손실 특성 -18.6 dB 이하, 전달 이득 특성 0.1 dB 이상으로 두 채널 간 이득 차는 약 1.2 dB이하임을 알 수 있다. 또한 격리 특성은 동작 대역 내에서 -54.
WiBro의 경우 0°~ 45。까지 수직 방향 빔 제어가 가능하며, RF Interface Module(본 논문에서는 설명되지 않음)을 사용함으로써 기지국의 사용 환경과 조건에 따른 통신영역 제어를 빔 스캔을 통하여 원격조정이 가능하고, 중앙 집중관리가 가능함을 실험을 통하여 확인하였다.
안테나의 정방향(빔 제어하지 않았을 경우) 에서의방사 패턴은<그림U-10그과 같으며, 측정 결과로부터 ITS용 안테나의 경우 이득은 13.1 dBi 이상이고, 사이드 로브 레벨은 13 dBc 이상임을 알 수 있으며, WiBro 의 경우 이득은 11.6 dBi 이상이고, 사이드로브 레벨은 12 dBc 이상임을 알 수 있다. 이 결과는 시뮬레이션 결과와 비교하여 거의 일치함을 알 수 있다.
제작된 RF Module을 통하여 측정된 위상 변위 결과는<표11-5>와 V표11-6>에서 표로 정리 하였다. 표의 결과를 살펴보면, 위상 제어 오차량은 45도 위상 비트의 경우 27도와 29도 이하이고, 90도 위상 비트의 경우 5.6도와 1U도 이하이며, 180도 위상 비트의 경우에는 4도와 8도 이하이다.
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