KR100457180B1 - 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다수의 배열 안테나가 제 1 내지 제 4부배열에 배치되어 신호를 제공하는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치는, 상기 다수의 배열 안테나 중에서 상기 제 1 내지 제 4부배열의 경계선 상에 위치한 배열 안테나로부터 신호를 수신하여 이를 인접한 부배열에 분배하기 위한 적어도 하나 이상의 분배 수단; 상기 제 1내지 제 4부배열에 각각 위치한 적어도 하나 이상의 배열 안테나로부터 수신한 신호와 분배된 신호를 결합하기 위한 제 1 내지 제 4결합 수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 부배열의 경계선상에 위치하는 배열 안테나의 신호를 인접하는 부배열에 공동으로 제공함으로써, 수신된 추적신호의 급격한 위상 변화에 따른 성능 감쇄를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 배열 안테나의 수가 4의 정수배가 아닌 경우에도 부배열간의 대칭을 이루게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치{Apparatus for Coupling Signal in Active Phase Array Antenna System}

본 발명은 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치에 관한 것으로서, 특히 이동체에 탑재되어, 위성 신호를 이동 중에 수신하기 위한 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 위성 신호 추적을 위한 방법으로는 스텝 트렉, 모노 펄스, 고차모드 방식 등이 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 방식은 실시간으로 최적의 위성 위치를 찾는 데 많은 단점을 가지고 있어서, 최근 능동 위상 배열 안테나 시스템에서는 위성으로부터의 전파를 동위상으로 합성한 후 4방향으로 출력하는 부배열을 이용한 전자적인 추적 방식의 기술이 개발되어 사용되고 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 능동 위상 배열 안테나 시스템은, 부배열1 내지 부배열4(101~104), 수신기1 내지 수신기4(111~114), 위상변환기(Phase Shifter; PS)1 내지 위상변환기4(121~124), 수신신호 처리부(130), 추적신호 변환기(140) 및 빔조향 제어 및 위상추적부(150)로 구성되어 있다.

본 발명이 적용되는 능동 위상 배열 안테나 시스템은, 배열 안테나의 개수가 4의 정수배가 되었을 때, 이를 4개의 부배열로 결합한 후에 이를 수신대역 필터와 저잡음 증폭기, 가변 위상 변환기 등으로 구성된 상기 수신기(111~114)를 거쳐서 두개의 경로의 신호로 분배시킨다.

이렇게 분배된 신호 중 하나는 상기 수신 신호 처리부(130)에 입력되어 처리되고, 다른 하나의 경로의 신호는 각각의 상기 위상변환기(121~124)를 통해 상기 추적신호 변환기(140)에 입력되어 위성의 위치를 추적하게 된다.

이하, 도 2를 참조하여 상기 도 1의 기본적인 동작을 설명하기로 한다.

도 2는 상기 도 1의 부배열의 위상을 설명하기 위한 그래프이다.

상기 도 1에서, 배열 안테나의 수가 32개로 대칭적으로 존재하는 형태로 4개의 부배열(하나의 부배열은 8개의 배열 안테나로 구성됨)을 이룰 경우를 상정하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 위상변환기(121~124)로부터 알 수 있는 상기 부배열1(101)과 상기 부배열3(103)의 상대적인 위상이 45도이고, 상기 부배열2(102)와 상기 부배열4(104)의 상대적인 위상이 -45도인 경우, 즉 A의 경우 및 상기 부배열1(101)과 상기 부배열3(103)의 상대적인 위상이 -45이고, 상기 부배열2(102)와 상기 부배열4(104)의 상대적인 위상이 45도인 경우, 즉 C의 경우에는, 현재 능동 배열 안테나가 지향하는 지점의 좌우 대칭의 안테나 수신 값을 가지게 된다.

이와 마찬가지로, 상기 부배열1(101)과 상기 부배열2(102)의 위상이 -45도이고, 상기 부배열3(103)과 상기 부배열4(104)의 위상이 45도인 경우, 즉 B의 경우 및 상기 부배열1(101)과 상기 부배열2(102)의 위상이 45도이고, 상기 부배열3(103)과 상기 부배열4(104)의 위상이 -45도인 경우, 즉 D의 경우에는, 상기 A 및 상기 C에 대하여 90도 방향의 또 다른 현재 능동 배열 안테나가 지향하는 지점의 좌우 대칭의 안테나 수신 값을 가지게 된다.

따라서, 상기 A 및 상기 C에서 얻은 값이 같고, 상기 B 및 상기 D에서 얻은 값이 서로 같으면, 현재 지향하고 있는 안테나의 수신 방향에서 최적의 입력 신호를 얻을 수 있다.

그러나, 상기와 같은 능동 위상 배열 안테나 시스템에서 배열 안테나의 수가 4의 정수배가 되지 않는 경우에는, 추적 환경의 좌우 대칭을 고려하여 추적 신호 검출시에 각각의 부배열에 4의 정수배에 해당하는 배열 안테나만을 결합시키거나, 추적 환경의 좌우 대칭을 포기하고 추적 신호의 값의 각각의 경우에 가중치를 부여해야 한다.

그러나, 추적 환경의 좌우 대칭을 포기하면 추적 신호의 좌우 대칭값의 상황에 따른 정확한 가중치를 부여하는 것은 하드웨어적으로 매우 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 배열 안테나의 좌우 대칭을 위해 배열 안테나를 4의 정수배에 해당하는 것만 이용하여 추적 신호 변환기에 신호를 입력하게 되면, 4의 정수배보다 높은 배열 안테나의 신호는 위성 추적 신호 검출시에 제외시키는 형태로 구성되어야 하므로, 신호를 비효율적으로 이용하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 부배열의 경계선 상에 위치하는 배열 안테나의 신호를 인접한 배열에 분배함으로써, 입력되는 신호를 효율적으로 이용하고, 배열 안테나의 수가 4의 정수배가 아닐 경우에도 각각의 부배열에 입력하는 신호의 세기의 균형을 맞춤으로써, 시스템을 단순화하기 위한 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 구성도,

도 2는 상기 도 1의 부배열의 위상을 설명하기 위한 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치의 일실시예 구조도,

도 4는 상기 도 3의 부배열의 위상을 설명하기 위한 일실시예 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101, 102, 103, 104 : 부배열 111, 112, 113, 114 : 수신기

121, 122, 123, 124 : 위상변환기 130 : 수신신호 처리부

140 : 추적신호 변환부 150 : 빔조향제어 및 위상추적부

301, 302 : 분배기 311, 312, 313, 314 : 결합기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 배열 안테나가 제 1 내지 제 4부배열에 배치되어 신호를 제공하는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치에 있어서, 상기 다수의 배열 안테나 중에서 상기 제 1 내지 제 4부배열의 경계선 상에 위치한 배열 안테나로부터 신호를 수신하여 이를 인접한 부배열에 분배하기 위한 적어도 하나 이상의 분배 수단; 상기 제 1내지 제 4부배열에 각각 위치한 적어도 하나 이상의 배열 안테나로부터 수신한 신호와 분배된 신호를 결합하기 위한 제 1 내지 제 4결합 수단을 포함한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치의 일실시예 구조도로서, 능동 위상 배열 안테나 시스템의 배열 안테나의 수가 10개인 경우를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신호 결합 장치는, 분배기1(301), 분배기2(302) 및 결합기1 내지 결합기4(311~314)를 포함하고 있다.

상기 분배기1(301) 및 상기 분배기2(302)는 각각 배열 안테나4와 배열 안테나7의 신호를 분배하는 기능을 담당한다.

상기 결합기1(311)은 상기 분배기1(301), 배열 안테나1 및 배열 안테나3으로부터 신호를 수신하여 이를 결합하고, 상기 수신기1(111)에 이를 전달하는 기능을 담당한다.

마찬가지로, 상기 결합기2(312)는 상기 분배기1(301), 배열 안테나2 및 배열 안테나5로부터 신호를 수신하여 이를 결합하고, 상기 수신기2(112)에 이를 전달하는 기능을 담당한다.

또한, 상기 결합기3(313)은 상기 분배기2(302), 배열 안테나6 및 배열 안테나9로부터 신호를 수신하여 이를 결합하고, 상기 수신기3(113)에 이를 전달하는 기능을 담당한다.

마지막으로, 상기 결합기4(314)는 상기 분배기2(302), 배열 안테나8 및 배열 안테나10으로부터 신호를 수신하여 이를 결합하고 상기 수신기4(114)에 이를 전달하는 기능을 담당한다.

즉, 본 발명의 결합 장치는, 상기 부배열1(101)과 부배열2(102)의 경계선에 있는 배열 안테나4와. 부배열3(103)과 부배열4(104)의 경계선에 있는 배열 안테나7의 신호를 인접한 부배열에 공동으로 제공할 수 있다.

이와 같이, 배열 안테나4의 신호를 상기 부배열1(101)과 상기 부배열2(102)에 공동으로 제공하고, 배열 안테나7의 신호를 상기 부배열3(103)과 상기 부배열4(104)에 공동으로 제공하면, 4개의 부배열(101~104)에 대하여 좌우 대칭인 구조를 얻을 수 있고, 또한 능동 위상 배열 안테나 시스템의 보다 정교한 위상 특성을 얻을 수 있다.

도 4는 상기 도 3의 부배열의 위상을 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 부배열1(101)과 상기 부배열2(102)의 위상이 -45도이고, 상기 부배열3(103)과 상기 부배열4(104)의 위상이 45도인 경우, 즉 F의 경우 및 상기 부배열1(101)과 상기 부배열2(102)의 위상이 45도이고, 상기 부배열3(103)과 상기 부배열4(104)의 위상이 -45도인 경우, 즉 H의 경우에는, 현재 능동 배열 안테나가 지향하는 지점의 좌우 대칭의 안테나 수신 값을 가지게 된다.

또한, E 및 G의 경우에는, 위상의 급격한 변화에 따른 위상 배열 안테나의 수신 특성이 중간단의 완충지역을 가지게 된다. 즉, 위상이 45도에서 -45도로 급격하게 변하는 지점에 0도의 중간 위상이 위치하여 수신 특성이 향상되어, 신호의 위치 추적에 보다 섬세한 정보를 제공할 수 있게 되므로, 보다 정확한 데이터를 얻을 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따라, 각각의 부배열간의 급격한 위상 차이를 감소시키기 위하여, 배열 안테나의 수가 4의 배수인 경우에도, 부배열의 중간단에 존재하는 배열 안테나의 신호를 인접한 부배열에 같이 제공하게 되면 부배열간의 급격한 위상 변화 특성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 배열 안테나의 수가 10개인 경우로 한정하여 설명하였으나, 배열 안테나의 수가 임의일 경우에도 상기와 같은 동작을 하게 됨은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 부배열의 경계선상에 위치하는 배열 안테나의 신호를 인접하는 부배열에 공동으로 제공함으로써, 수신된 추적신호의 급격한 위상 변화에 따른 성능 감쇄를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 부배열의 경계선상에 위치하는 배열 안테나의 신호를 인접하는 부배열에 공동으로 제공함으로써, 배열 안테나의 수가 4의 정수배가 아닌 경우에도 부배열간의 대칭을 이루게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 다수의 배열 안테나가 제 1 내지 제 4부배열에 배치되어 신호를 제공하는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치에 있어서,

   상기 다수의 배열 안테나 중에서 상기 제 1 내지 제 4부배열의 경계선 상에 위치한 배열 안테나로부터 신호를 수신하여 이를 인접한 부배열에 분배하기 위한 적어도 하나 이상의 분배 수단;

   상기 제 1내지 제 4부배열에 각각 위치한 적어도 하나 이상의 배열 안테나로부터 수신한 신호와 분배된 신호를 결합하기 위한 제 1 내지 제 4결합 수단

   을 포함하는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분배 수단은,

   상기 제 1 내지 제 4 부배열의 경계선 상에 위치한 배열 안테나의 수와 동일한 수 만큼 존재하는 것

   을 특징으로 하는 능동 위상 배열 안테나 시스템의 신호 결합 장치.