KR100523068B1 - Integrated active antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통합형 능동 안테나에 관한 것으로서, AM/FM, TV, GPS, PCS, 위성방송등 여러가지의 전파를 수신하는 기능의 주파수 대역을 갖는 통합된 안테나에 빔을 3차원으로 트랙킹하여 수신하도록 한 통합형의 능동 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated active antenna, an integrated type antenna for tracking and receiving a beam three-dimensionally to an integrated antenna having a frequency band of a function of receiving various kinds of radio waves such as AM / FM, TV, GPS, PCS, satellite broadcasting, etc. Relates to an active antenna.
보다 상세하게, 본 발명에 따른 통합형 안테나는 2차원 평판(B)에 배열되어 이루어지는 배열 안테나로서 AM/FM용 안테나(2)와, GPS/PCS용 안테나(3), TV/위성방송용 안테나(4)가 2차원 평판(B)에 동시에 배열되어 빔을 3차원적으로 트랙킹할 수 있도록 이루어지며,More specifically, the integrated antenna according to the present invention is an array antenna that is arranged on a two-dimensional flat plate (B) AM / FM antenna (2), GPS / PCS antenna (3), TV / satellite broadcasting antenna (4) ) Is simultaneously arranged on a two-dimensional plate (B) to be able to track the beam three-dimensionally,
본 발명에 따른 통합형 능동 안테나 시스템은 위성신호 또는 공중파를 수신하는 배열 안테나(10)와, 상기 배열 안테나(10)와 각각 연결되며 수신된 신호를 저잡음으로 증폭시키는 저잡음증폭기(20a)와 상기 저잡음증폭기(20a)를 통과한 신호에 대한 위상 변위기(20b)가 하나의 원칩(1 chip) 또는 모듈로 이루어진 다수개의 위상변위 증폭부(20)와, 상기 배열 안테나(10)에서 수신된 신호의 크기와 위상을 비교 감지하여 상기 위상 변위기(20b)를 제어하는 제어부(30)와, 상기 각 위상변위 증폭부(20)로부터 전송된 신호를 합하여 전력증폭기로 신호를 전달하는 N-Way 전력합성기(40)로 구성된 것을 특징으로 한다.An integrated active antenna system according to the present invention includes an array antenna 10 for receiving satellite signals or airwaves, a low noise amplifier 20a and a low noise amplifier connected to the array antenna 10 to amplify the received signal with low noise. The phase shifter 20b for the signal passing through 20a includes a plurality of phase shift amplifiers 20 consisting of one chip or module, and the magnitude of the signal received by the array antenna 10. N-Way power synthesizer for comparing the phase with the control unit 30 for controlling the phase shifter 20b and the signals transmitted from each of the phase shift amplifiers 20 to transfer the signal to the power amplifier ( It characterized in that composed of 40).
Description
본 발명은 통합형 안테나 및 통합형 능동 안테나에 관한 것으로서, AM/FM, TV, GPS, PCS, 위성방송등 여러가지 전파를 수신하는 기능의 주파수 대역을 갖는 통합된 안테나에 빔을 3차원으로 트랙킹하여 송수신할 수 있도록 한 통합형의 능동 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated antenna and an integrated active antenna, wherein a beam can be tracked and transmitted in three dimensions by an integrated antenna having a frequency band of a function of receiving various kinds of radio waves such as AM / FM, TV, GPS, PCS, and satellite broadcasting. An integrated active antenna is provided.
일반적으로 위성통신용 능동 안테나 시스템은 선박이나 기차 등의 이동체에 탑재하여 이동 중에도 지역에 관계없이 실시간으로 깨끗하고 완벽한 위성수신이 가능하도록 안테나의 지향 방향이 이동되어 위성을 추적하는 기능을 수행하는 것이다.In general, the active antenna system for satellite communication is mounted on a moving object such as a ship or a train to track a satellite by moving the direction of the antenna so that a clean and perfect satellite reception can be performed in real time regardless of the region during the movement.
종래의 능동 안테나는 기계식 트랙킹 방식을 사용하고 있으며, 기계식 트랙킹 방식은 모터로서 제어되기 때문에 소음과 내구성에서 많은 문제점을 가지고 있을 뿐만아니라, 또한 기계 장치들이 안테나와 함께 패키징되므로 부피가 커져서 여러분야에 응용하여 적용되는데 한계가 있다.Conventional active antenna uses a mechanical tracking method, and the mechanical tracking method has a lot of problems in noise and durability because it is controlled as a motor, and also because the mechanical devices are packaged together with the antenna, it becomes bulky and applied to you. There is a limit to the application.
특히, 이러한 능동 안테나는 주로 위성방송 수신용으로 사용되며, AM/FM, TV, GPS, PCS, 위성방송등 여러가지를 수신하는 기능의 주파수 대역을 갖는 통합된 안테나의 형태는 없는 실정이다.In particular, such an active antenna is mainly used for satellite broadcasting reception, and there is no form of an integrated antenna having a frequency band capable of receiving various functions such as AM / FM, TV, GPS, PCS, and satellite broadcasting.
이로 인하여, 여러가지 정보통신서비스를 이용하려면 다양한 안테나가 필요하게 되며, 위성통신용 능동 안테나와 AM/FM, TV, GPS, PCS 방송을 수신할 수 있는 안테나 등을 동시에 구비하기 위해서는 설치장소 및 설치공간에 많은 제약이 따르게 될 뿐만아니라 중복설치에 따른 비용이 상승되는 문제점이 있다.For this reason, various antennas are required to use various information communication services, and in order to simultaneously provide an active antenna for satellite communication and an antenna capable of receiving AM / FM, TV, GPS, and PCS broadcasts, In addition to many restrictions, there is a problem in that the cost of redundant installation is increased.
또한, 종래의 단일 안테나는 잡음특성이 우수하지 못하고 많은 위상 변위기의 사용으로 비용이 상승되는 문제점이 있다.In addition, the conventional single antenna has a problem that the noise is not excellent and the cost is increased by the use of many phase shifters.
상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나는 AM/FM, TV, GPS, PCS, 위성방송등을 통합하여 수신할 수 있으며, 2차원 평판 배열 안테나를 이용하여 빔을 3차원적으로 트랙킹하여 송수신할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems as described above, the integrated active antenna according to the present invention can receive AM / FM, TV, GPS, PCS, satellite broadcasting and the like integrated, using a two-dimensional flat array antenna 3 beam It aims to be able to transmit and receive by tracking dimensionally.
상기된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 외주를 따라 설치되는 AM/FM용 안테나와, 평판의 일측에 설치되는 GPS/PCS용 안테나와, 일정간격으로 다수 개가 배열되는 TV/위성방송용 안테나가 2차원 평판에 동시에 배열되어 구성된 위성신호 또는 공중파 수신용 배열 안테나와, 상기 배열 안테나와 각각 연결되며 수신된 신호를 저잡음으로 증폭시키는 저잡음증폭기와 상기 저잡음증폭기를 통과한 신호에 대한 위상 변위기가 하나의 원칩(1 chip) 또는 모듈로 이루어진 다수개의 위상변위 증폭부와, 상기 배열 안테나에서 수신된 신호의 크기와 위상을 비교 감지하여 상기 위상 변위기를 제어하는 제어부와, 상기 각 위상변위 증폭부로부터 전송된 신호를 합하여 전력증폭기로 신호를 전달하는 N-Way 전력합성기로 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention, the antenna for AM / FM is installed along the outer periphery, the antenna for GPS / PCS is installed on one side of the plate, and the TV / satellite broadcasting antenna arranged in a plurality at regular intervals An array antenna for receiving satellite signals or airwaves arranged and arranged on a two-dimensional flat plate, a low noise amplifier connected to the array antenna and amplifying the received signal with low noise, and a phase shifter for the signal passing through the low noise amplifier A plurality of phase shift amplifiers comprising one chip or a module, a control unit for controlling the phase shifter by comparing the magnitude and the phase of the signal received from the array antenna, and transmitted from each of the phase shift amplifiers It consists of an N-Way power synthesizer that combines the signals and delivers them to the power amplifier.
이하, 본 발명에 따른 능동형 통합 안테나의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an active integrated antenna according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 통합형 안테나의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an integrated antenna of an integrated active antenna according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통합형 안테나(1)는 2차원 평판(B)에 배열되어 이루어지는 배열 안테나로서, AM/FM용 안테나(2)와, GPS/PCS용 안테나(3)와, 다수개의 TV/위성방송용 안테나(4)가 2차원 평판(B)에 동시에 배열되어 이루어진 안테나이다.As shown, the integrated antenna 1 according to the present invention is an array antenna arranged on a two-dimensional flat plate B, and includes an AM / FM antenna 2, a GPS / PCS antenna 3, and a plurality of antennas. Four antennas for TV / satellite broadcasting are arranged on the two-dimensional flat plate B at the same time.
상기 AM/FM용 안테나(2)는 2차원 평판(B)의 외주에 둘러 구성된다.The AM / FM antenna 2 is configured around the outer periphery of the two-dimensional flat plate B. As shown in FIG.
또한, 상기 GPS/PCS용 안테나(3)는 상기 2차원 평판(B)의 일측에 설치되는데, 상기 2차원 평판(B)의 중심에 설치구성되는 것이 바람직하다.In addition, the antenna for GPS / PCS (3) is installed on one side of the two-dimensional flat plate (B), preferably installed in the center of the two-dimensional flat plate (B).
상기 TV/위성방송용 안테나(4)는 여러가지 방법으로 배열될 수 있으며, 각 안테나의 배열이 직각으로 이루어져 바둑판 모양으로 구성되는 것이 바람직하다.The antenna for TV / satellite broadcasting 4 may be arranged in various ways, and it is preferable that each antenna is arranged at right angles to form a checkerboard shape.
이와 같이 2차원 평판(B)에 구성된 안테나는 하나의 2차원 평판(B)에 각각 AM/FM 및 GPS/PCS, TV/위성방송등의 다른 전파를 수신하는 안테나가 각각 다른 형태와 방법으로 배열되어 이루어진 것이다.In this way, the antenna configured in the two-dimensional flat plate (B) is arranged in a different shape and method, each antenna receiving a different radio wave such as AM / FM, GPS / PCS, TV / satellite broadcasting in one two-dimensional flat plate (B) It is done.
특히, 상기 통합형 안테나(1)는 통합형 안테나이면서 능동 안테나로 구현되기 위하여 아래와 같이 구성된 구동회로와 결합된다.In particular, the integrated antenna 1 is combined with a drive circuit configured as follows to be implemented as an integrated antenna and an active antenna.
도 2는 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 통합형 안테나 시스템 구성도이다.2 is a block diagram of an integrated antenna system of an integrated active antenna according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나 시스템(100)은 전파를 수신하는 배열 안테나(10)와, 상기 배열 안테나(10)로부터 원하는 신호를 송수신하여 증폭시키는 위상변위 증폭부(20)와, 수신된 신호를 제어하는 제어부(30)와, 상기 각 위상변위 증폭부(20)와 연결되는 N-Way 전력합성기(40)로 구성되며, 상기 위상변위 증폭부(20)와 제어부(30) 및 전력합성기(40)는 상기 배열 안테나(10)로부터 수신된 신호를 처리하는 구동회로가 된다.Referring to the drawings, the integrated active antenna system 100 according to the present invention includes an array antenna 10 for receiving radio waves, a phase shift amplifier 20 for transmitting and receiving and amplifying a desired signal from the array antenna 10; The N-Way power synthesizer 40 is connected to each of the phase shift amplifiers 20 and the phase shift amplifier 20 and the controller 30. And the power synthesizer 40 is a driving circuit for processing the signal received from the array antenna 10.
상기 배열 안테나(10)는 상기 통합형 안테나(1)에 다수개 배열되어 있는 안테나로서 2차원 평판(B)에 설치되어 구성된 것이다.The array antenna 10 is installed in a two-dimensional flat plate (B) as an antenna arranged in a plurality of the integrated antenna (1).
상기 위상변위 증폭부(20)는 신호를 수신하는 저잡음증폭기(20a)에 위상 변위기(20b)가 직렬로 연결되어 이루어지며, 특히 상기 저잡음증폭기(20a)와 위상 변위기(20b)는 하나의 칩에 일체로 이루어진 원칩(1 chip) 또는 모듈 형태로 구성되며, 특히 상기 위상변위 증폭부(20)는 안테나의 초단에 설치되는 것으로서 상기 저잡음증폭기(20a)가 초단에 설치될 수 있도록 하여 우수한 잡음 특성을 나타내도록 한다.The phase shift amplifier 20 has a phase shifter 20b connected in series to a low noise amplifier 20a for receiving a signal, and in particular, the low noise amplifier 20a and the phase shifter 20b have a single It consists of a single chip (1 chip) or a module integrally formed in the chip, in particular the phase shift amplifier 20 is installed in the first stage of the antenna, so that the low noise amplifier 20a can be installed in the first stage, excellent noise Show characteristics.
상기 위상 변위기(20b)는 전파의 송수신시에 전자적으로 전파 빔(Beam)을 원하는 방향으로 순간 조향할 수 있도록 하는 구성요소이며, 제어부(30)에 의하여 제어된다.The phase shifter 20b is a component that enables electronic steering of the radio wave beam in a desired direction at the time of transmission and reception of radio waves, and is controlled by the controller 30.
상기 제어부(30)는 수신된 신호의 세기를 감지하여 일정크기 이하가 되면, 위상 변위기(20b)를 제어하여 위상을 바꾸면서 원하는 신호가 수신되는 방향으로 안테나의 빔이 맞춰지도록 한다.The control unit 30 senses the intensity of the received signal to be less than a certain size, and controls the phase shifter 20b to change the phase so that the beam of the antenna is aligned in the direction in which the desired signal is received.
도 3은 도 2의 위상변위 증폭부의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating another embodiment of the phase shift amplifier of FIG. 2.
도시된 바와 같이, 다른 실시예로서 위상변위 증폭부(20)는 저잡음증폭기(20a)와 위상 변위기(20b)의 다음 위치에 저잡음증폭기(20a)가 하나 더 추가되어 구성된 것이다.As shown, in another embodiment, the phase shift amplifier 20 is configured by adding one low noise amplifier 20a to a next position of the low noise amplifier 20a and the phase shifter 20b.
이러한 구성은 상기 위상 변위기(20b)가 신호 손실이 큰 디바이스일 경우에 손실된 신호를 보상하기 위하여 저잡음증폭기(20a)가 추가된 것이며, 위상 변위기(20b)에서의 신호 손실이 크지 않을 경우에는 위상변위 증폭부(20)를 도 2와 같이 구성하여도 무방하다.This configuration is such that when the phase shifter 20b is a device with a large signal loss, a low noise amplifier 20a is added to compensate for the lost signal, and when the signal loss in the phase shifter 20b is not large. The phase shift amplifier 20 may be configured as shown in FIG. 2.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operating state of the integrated active antenna according to the present invention configured as described above are as follows.
위성신호 또는 공중파가 안테나에서 수신되어 저잡음증폭기(20a)와 위상 변위기(20b)로 구성된 위상변위 증폭부(20)로 신호가 전달된다.Satellite signals or airwaves are received by the antenna and the signal is transmitted to the phase shift amplifier 20 composed of a low noise amplifier 20a and a phase shifter 20b.
이때, 제어부(30)는 배열된 안테나 각각에 수신된 신호에서 그 신호의 크기와 위상을 비교 감지하여 위상 변위기(20b)를 제어하며, 위상변위 증폭부(20)로부터 출력된 신호는 N-Way 전력합성기(40)에서 같은 위상으로 합하여져 전력증폭기로 전달된다.At this time, the control unit 30 controls the phase shifter 20b by comparing and detecting the magnitude and phase of the signal received from each of the arrayed antennas, and the signal output from the phase shift amplifier 20 is N−. In the way power synthesizer 40, the same phase is summed and delivered to the power amplifier.
수신된 신호는 제어부(30)에 의해서 저잡음증폭기(20a)에서 증폭된 후 위상 변위기(20b)에서 제어되는데, 상기 저잡음증폭기(20a)와 상기 위상 변위기(20b)가 원칩의 위상변위 증폭부(20)로 구성된 것으로 인하여 잡음 특성이 우수할 뿐만아니라 높은 이득을 갖는 안테나를 설계할 수 있도록 한다.The received signal is amplified by the low noise amplifier 20a by the controller 30 and then controlled by the phase shifter 20b, wherein the low noise amplifier 20a and the phase shifter 20b are one-phase phase shift amplifiers. Because of the configuration of (20), it is possible to design an antenna having not only excellent noise characteristics but also high gain.
상기와 같은 이득 특성은 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 안테나 수신이득 측정 비교도를 나타낸 도 4를 참조한다.For the gain characteristics as described above, refer to FIG. 4 showing a comparison diagram of antenna reception gain measurement of an integrated active antenna according to the present invention.
도면을 참조하면, A부는 단일 안테나의 수신이득이고, B부는 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나에서 위상 변위기(20b)와 저잡음증폭기(20a)가 원칩 또는 모듈로 구성된 위상변위 증폭부(20)가 부착된 안테나의 수신이득이다.Referring to the drawings, part A is a reception gain of a single antenna, part B is a phase shift amplifier 20 in which the phase shifter 20b and the low noise amplifier 20a are composed of one chip or module in an integrated active antenna according to the present invention. The reception gain of the attached antenna.
도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 위상변위 증폭부(20)가 안테나의 초단에 부착된 안테나의 수신이득을 측정한 결과로, 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 수신이득은 단일 안테나의 수신이득보다 약 12㏈ 정도 성능이 우수한 것으로 측정되었다.As shown in the figure, as a result of measuring the reception gain of the antenna attached to the first stage of the antenna by the phase shift amplifier 20 of the present invention, the reception gain of the integrated active antenna according to the present invention is better than that of a single antenna. The performance was measured to be about 12 mW.
한편, 저잡음증폭기(20a)와 위상변위기(20b)의 원칩(또는 모듈) 구성은 상기된 바와 같이 안테나가 높은 이득을 갖도록 하여 안테나의 배열 수를 획기적으로 줄일 수 있도록 하며, 안테나의 배열 수를 줄이므로서 안테나의 빔폭이 넓어져서 트랙킹에도 상당히 유리하게 된다.On the other hand, the one-chip (or module) configuration of the low noise amplifier 20a and the phase shifter 20b enables the antenna to have a high gain as described above, thereby significantly reducing the number of antenna arrays and reducing the number of antenna arrays. By reducing, the beam width of the antenna is widened, which is very advantageous for tracking.
본 발명에 따른 통합형 능동 안테나는 기계식 능동 안테나를 대체할 뿐만아니라 통합된 하나의 안테나로 여러 종류의 통신 서비스를 받을 수 있도록 하여 설치장소 및 설치공간의 제약 뿐만아니라 중복설치에 따르는 문제점을 해결하는데 효과가 있다.The integrated active antenna according to the present invention not only replaces a mechanical active antenna, but also can receive various types of communication services by using a single integrated antenna. There is.
또한, 통합형 능동 안테나를 구현하고 안테나의 수신 이득을 높이기 위하여 안테나의 배열 수가 많아져야 하며 트랙킹을 위해서는 안테나 수 만큼 위상 변위기(20b)도 구비되어야 하기 때문에 시스템의 비용이 상승되는데, 본 발명에서 저잡음증폭기(20a)와 위상 변위기(20b)가 원칩(또는 모듈)으로 구성된 위상변위 증폭기(20)로 인하여 잡음 특성이 우수하며 높은 이득을 갖는 안테나를 설계할 수 있도록 하는데 효과가 있다.In addition, in order to implement an integrated active antenna and to increase the reception gain of the antenna, the number of antenna arrays must be increased, and the phase shifter 20b must also be provided for tracking to increase the cost of the system. Due to the phase shift amplifier 20 in which the amplifier 20a and the phase shifter 20b are composed of one chip (or module), the antenna 20a and the phase shifter 20b are effective in designing an antenna having excellent noise characteristics and high gain.
뿐만아니라, 안테나의 높은 이득으로 인하여 안테나의 배열 수를 획기적으로 줄이므로서 위상 변위기(20b)의 사용개수를 줄일 수 있게 되어 시스템의 가격을 낮추고 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 하는데 효과가 있다.In addition, due to the high gain of the antenna, it is possible to reduce the number of use of the phase shifter 20b by drastically reducing the number of antenna arrays, thereby reducing the price of the system and securing price competitiveness.
도 1. 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 통합형 안테나의 구성도.1 is a configuration diagram of an integrated antenna of an integrated active antenna according to the present invention.
도 2. 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 통합형 안테나 시스템 구성도.Figure 2. Integrated antenna system configuration of the integrated active antenna according to the present invention.
도 3. 도 2의 위상변위 증폭부의 다른 실시예는 나타낸 도면.3. Another embodiment of the phase shift amplifier of FIG.
도 4. 본 발명에 따른 통합형 능동 안테나의 안테나 수신이득 측정 비교도.4. Comparison of antenna reception gain measurement of an integrated active antenna according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1: 통합 안테나 2: AM/FM용 안테나1: integrated antenna 2: antenna for AM / FM
3: GPS/PCS용 안테나 4: TV/위성방송용 안테나3: antenna for GPS / PCS 4: antenna for TV / satellite broadcasting
100: 통합 안테나 시스템 10: 배열 안테나100: integrated antenna system 10: array antenna
20: 위상변위 증폭부 20a: 저잡음증폭기20: phase shift amplifier 20a: low noise amplifier
20b: 위상 변위기 30: 제어부20b: phase shifter 30: control unit
40: N-Way 전력합성기40: N-Way Power Synthesizer
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