KR102614394B1 - Method for arranging array plane of phase array antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로브로부터 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정과, 상기 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정과, 상기 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정과, 상기 프로브의 패턴에 의한 복사 소자가 받는 전계값을 보상하는 과정과, 상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계값과 각각의 복사 소자에서 받는 전계값을 이용하여 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정을 포함하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 제시한다.The present invention includes a process of radiating an electric field from a probe to an area of an active phased array antenna in which a plurality of radiation elements are arranged, a process of calculating a digital input of the radiation element, and the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element. A process of compensating, a process of compensating for an electric field value received by a radiation element due to the pattern of the probe, and a radiation element using the electric field value radiated from the probe and received by the array antenna and the electric field value received from each radiation element. We present a method for aligning the array surface of an active phased array antenna that includes a process to exclude mutual interference.
Description
본 발명은 능동위상배열 안테나에 관한 것으로, 특히 근접 전계 데이터를 이용한 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active phased array antenna, and particularly to a method for aligning the array surface of an active phased array antenna using proximity electric field data.
최근의 레이더는 다양한 복수의 표적을 동시에 탐색 및 추적할 수 있는 다기능 레이더 형태로 개발되고 있다. 다기능 레이더에 필요한 기능을 수행하기 위해 안테나는 능동위상배열 안테나 형태로 구현된다. 능동위상배열 안테나는 실시간 빔조향 뿐만 아니라 동시에 다중 빔을 형성하고, 특정 방향에 대해 수신빔 제거 등 디지털 빔 형성이 가능한 특징을 가지고 있다.Recent radars are being developed in the form of multi-function radars that can simultaneously search and track multiple targets. To perform the functions required for a multi-function radar, the antenna is implemented in the form of an active phased array antenna. The active phased array antenna has features that enable digital beam formation, such as real-time beam steering, forming multiple beams at the same time, and removing received beams in a specific direction.
능동위상배열 안테나는 상대적으로 적은 수의 송수신 채널 처리에서 복수의 다채널 처리가 요구됨에 따라 다양한 형태로 발전되고 있다. 이러한 능동위상배열 안테나는 근접 전계 또는 원전계에서 각 채널간 이득 및 위상을 보정하여 부정합이 발생되지 않도록 하는 것이 중요하다. 또한, 레이더의 발전에 따라 기계식 빔조향에서 전자식 빔조향(Active Electronically Scanned Array; AESA)으로 발전하고 있고, 운용 개념에 맞춰 다양한 빔형성, 빔조향이 요구된다. 이를 위해 모든 소자의 진폭과 위상을 정렬하는 배열면 정렬이 필수적이다.Active phased array antennas are being developed into various forms as processing of a relatively small number of transmission and reception channels is required to process multiple multi-channels. For these active phased array antennas, it is important to prevent mismatch by correcting the gain and phase between each channel in a close electric field or a nuclear electric field. In addition, with the development of radar, it is evolving from mechanical beam steering to electronic beam steering (Active Electronically Scanned Array; AESA), and various beam formation and beam steering are required according to the operating concept. For this purpose, alignment of the array surface to align the amplitude and phase of all elements is essential.
배열면 정렬은 배열 안테나 및 이를 이용한 레이더 운용에 필수적인 과정으로, 레이더 운용 전 안테나의 성능 확보를 위해 수행한다. 근접 전계 데이터를 이용한 종래의 배열면 정렬은 백 프로젝션(Back Projection) 방식과 포인트 투 포인트(Point to Point; P2P) 방식을 많이 이용한다. 백 프로젝션 방식은 근접 전계 측정 후 각 복사 소자의 진폭과 위상을 구하는 방식이며, 포인트 투 포인트 방식은 프로브를 이용하여 모든 복사 소자를 순차적으로 측정하여 모든 복사 소자의 진폭과 위상을 구하는 방식이다.Array plane alignment is an essential process for the operation of array antennas and radars using them, and is performed to secure the performance of the antenna before radar operation. Conventional array plane alignment using proximity electric field data often uses the back projection method and the point to point (P2P) method. The back projection method is a method of measuring the proximity electric field and then measuring the amplitude and phase of each radiation element, while the point-to-point method is a method of measuring all radiation elements sequentially using a probe to obtain the amplitude and phase of all radiation elements.
그런데, 종래의 백 프로젝션 및 포인트 투 포인트 방식은 측정 시간이 매우 길다는 단점이 있다. 또한, 백 프로젝션의 경우 측정하고자 하는 안테나 배열면의 4∼5배 면적에 대하여 전계값을 측정하여야 하며, 뮤추얼 커플링(Mutual Coupling)으로 인해 계산된 소자의 위상이 오차를 가질 수 있다는 단점이 있다. 그리고, 포인트 투 포인트 방식은 근접 전계 측정 영역에서 복사 소자별 중심 위치의 전계값을 측정하는 방법으로, 백 프로젝션에 비해 위상 오차는 적지만, 복사 소자 수만큼 측정 횟수를 요구하므로 포인트 투 포인트 방식 역시 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.However, the conventional back projection and point-to-point methods have the disadvantage that the measurement time is very long. In addition, in the case of back projection, the electric field value must be measured for an
본 발명은 배열면 정렬 시간을 단축시킬 수 있는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 제시한다.The present invention proposes a method for aligning the array plane of an active phased array antenna that can shorten the array plane alignment time.
본 발명은 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하고 진폭 및 위상의 보상 등의 과정을 통해 배열면 정렬 시간을 단축시킬 수 있는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 제시한다.The present invention proposes a method for aligning the array surface of an active phased array antenna, which can radiate an electric field to one area of the active phased array antenna and shorten the array plane alignment time through processes such as amplitude and phase compensation.
본 발명의 실시 예들에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법은 프로브로부터 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정과, 상기 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정과, 상기 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정과, 상기 프로브의 패턴에 의한 복사 소자가 받는 전계값을 보상하는 과정과, 상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계값과 각각의 복사 소자에서 받는 전계값을 이용하여 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정을 포함한다.The method of aligning the array surface of an active phased array antenna according to embodiments of the present invention includes a process of radiating an electric field from a probe to an area of an active phased array antenna where a plurality of radiation elements are arranged, and calculating a digital input of the radiation elements. A process of compensating the amplitude and phase of an electric field input to the radiation element, a process of compensating an electric field value received by the radiation element due to the pattern of the probe, and an electric field value radiated from the probe and received by the array antenna. and a process of excluding mutual interference of the radiation elements using the electric field value received from each radiation element.
상기 배열 안테나는 복수의 복사 소자가 x 방향 및 이와 직교하는 y 방향으로 각각 배열되고, 상기 프로브가 xy 평면의 배열 안테나로부터 z 방향으로 소정 거리 이격되어 상기 배열 안테나의 일 영역을 향해 전계를 방사한다.The array antenna has a plurality of radiation elements arranged in the .
상기 프로브는 상기 능동위상배열 안테나와 대향하여 전계를 방사하는 방사면이 반구형의 패턴을 갖는다.The probe has a hemispherical pattern on a radiation surface that radiates an electric field opposite the active phased array antenna.
상기 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정은, 상기 프로브로부터 방사된 아날로그 전계를 상기 배열 안테나와 연결된 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여 복사 소자로 입력되는 전계를 디지털 값으로 변환한다.The process of calculating the digital input of the radiation element converts the analog electric field radiated from the probe into a digital value using an analog-to-digital converter connected to the array antenna.
상기 배열 안테나에서의 복사 소자의 위치에 따라 발생하는 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭(amplitude)과 위상(phase) 차이를 [수학식 1]을 이용하여 보상하고, [수학식 2]와 같이 행렬로 표시한다.The difference in amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, which occurs depending on the position of the radiation element in the array antenna, is compensated using [Equation 1], and a matrix as in [Equation 2] It is displayed as
상기 프로브의 패턴에 의한 복사 소자가 받는 전계값을 보상하는 과정은, 상기 프로브의 원전계 E 평면값 및 H 평면값을 계산하는 과정과, 상기 프로브의 원전계 E 평면값 및 H 평면값을 이용하여 프로브 패턴을 고려한 구면 좌표계에서의 프로브의 전계값 을 계산하는 과정을 포함한다.The process of compensating the electric field value received by the radiation element due to the pattern of the probe includes calculating the raw electric field E plane value and H plane value of the probe, and using the raw electric field E plane value and H plane value of the probe. spherical coordinate system considering the probe pattern The electric field value of the probe at It includes the process of calculating .
상기 프로브의 원전계 E 평면값 및 H 평면값은 [수학식 3] 및 [수학식 4]을 이용하여 계산한다.The probe's E-plane value and H-plane value are calculated using [Equation 3] and [Equation 4].
상기 프로브 패턴을 고려한 구면 좌표계에서의 프로브의 전계값 은 [수학식 5]와 같이 계산되어 각각의 복사 소자가 받는 프로브의 전계값을 계산한다.Spherical coordinate system considering the probe pattern The electric field value of the probe at is calculated as in [Equation 5] to calculate the electric field value of the probe received by each radiation element.
상기 [수학식 5]를 이용하여 계산된 배열 안테나에서 각각의 복사 소자가 받는 프로브의 전계값을 [수학식 6]와 같이 전계값 행렬(Eprobe)로 나타낸다.The electric field value of the probe received by each radiation element in the array antenna calculated using [Equation 5] is expressed as an electric field value matrix (E probe ) as shown in [Equation 6].
상기 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정은, 상기 복사 소자 각각의 상호 결합값을 행렬(M)을 계산하는 제 1 과정과, 상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계 값 행렬(ERX)을 계산하는 제 2 과정과, 상기 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계값 행렬(ER)을 계산하는 제 3 과정과, 상기 배열 안테나로 수신된 전계 값 행렬(ERX), 프로브와 복사 소자간 거리에 따른 전계값 켤레 행렬(ER*), 상기 [수학식 6]의 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*) 및 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 이용하여 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 제 4 과정을 포함한다.The process of excluding mutual interference of the radiation elements includes a first process of calculating a matrix (M) of the mutual combination value of each of the radiation elements, and an electric field value matrix (E RX ) radiated from the probe and received by the array antenna. A second process of calculating, a third process of calculating an electric field value matrix (E R ) according to the distance between the probe and the radiation element, an electric field value matrix (E RX ) received by the array antenna, the probe and the radiation element Copy using the electric field value conjugate matrix (E R *) according to the distance between the two, the electric field value conjugate matrix (E probe *) received from the radiation elements in [Equation 6], and the mutual coupling value matrix (M) of each radiation element. It includes a fourth process to exclude mutual interference of elements.
상기 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 계산하는 제 1 과정은, 네트워크 어날라이저와 연결된 복수의 복사 소자 중 임의의 제 1 복사 소자로 신호를 공급하는 과정과, 상기 제 1 복사 소자로부터 되돌아오는 신호와 제 1 복사 소자로부터 복수의 복사 소자로 방사된 후 제 1 복사 소자를 제외한 나머지 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저로 되돌아오는 신호의 합을 [수학식 7]과 같이 구하는 과정과, 상기 [수학식 7]을 상기 [수학식 1]로부터 계산되는 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상의 보상으로부터 [수학식 8]과 같이 표현하는 과정과, 상기 [수학식 7] 또는 [수학식 8]을 이용한 복사 소자 각각의 상호 결합값을 [수학식 9]과 같이 행렬로 표시하는 과정을 포함한다.The first process of calculating the mutual combination value matrix (M) of each of the radiation elements includes supplying a signal to any first radiation element among a plurality of radiation elements connected to the network analyzer, and A process of calculating the sum of the returning signal and the signal radiated from the first radiation element to a plurality of radiation elements and then returned to the network analyzer from the remaining radiation elements except the first radiation element as in [Equation 7], and the [ A process of expressing Equation 7] as [Equation 8] from compensation of the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element calculated from [Equation 1], and [Equation 7] or [Equation 8] It includes the process of displaying the mutual combination value of each radiation element using ] as a matrix as shown in [Equation 9].
상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계 값 행렬(ERX)은 [수학식 10]와 같이 계산된다.The electric field value matrix (E RX ) radiated from the probe and received by the array antenna is calculated as [Equation 10].
상기 배열 안테나로 수신된 전계값 행렬(ERX)과 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계값의 켤레 행렬(ER*)을 요소곱하고 [수학식 6]의 각각의 복사 소자 위치의 프로브 전계값의 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 뺌으로서 [수학식 11]과 같이 복사 소자의 상호 간섭을 배제한다.Multiply the electric field value matrix (E R By multiplying the conjugate matrix (E probe *) by elements and subtracting the mutual coupling value matrix (M) of each radiating element, mutual interference of the radiating elements is excluded as shown in [Equation 11].
본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법은 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정과, 모든 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정과, 배열 안테나의 복수의 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정과, 측정 프로브 패턴을 보상하는 과정과, 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 능동위상배열 안테나의 일 영역, 예를 들어 중심 영역에 전계를 방사한 후 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상 보상과 측정 프로브 패턴을 보상한 후 복사 소자의 상호 결합을 배제함으로써 구현될 수 있다.A method of aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention includes a process of radiating an electric field to one area of the active phased array antenna, a process of calculating digital inputs of all radiation elements, and a plurality of array antennas. It may include a process of compensating the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, a process of compensating a measurement probe pattern, and a process of excluding mutual interference of the radiation elements. That is, the present invention radiates an electric field to one area, for example, the center area, of an active phased array antenna, compensates for the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, and compensates for the measurement probe pattern, and excludes mutual coupling of the radiation elements. It can be implemented by doing.
따라서, 본 발명은 여러 채널을 가지는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬을 한번의 측정으로 효율적으로 수행할 수 있으며, 시간 단축 및 비용 절감의 효과가 있다.Therefore, the present invention can efficiently align the array surface of an active phased array antenna with multiple channels with a single measurement, and has the effect of reducing time and cost.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 구현하기 위한 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나로 방사되는 전계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 전계 방사 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브로부터 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계가 방사될 때의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복사 소자의 상호 간섭 배제를 설명하기 위한 개략도이다.1 is a flowchart illustrating a method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram of a device for implementing a method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram for explaining an electric field radiated by an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a conceptual diagram for explaining the field radiation method of a probe according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram when an electric field is radiated from a probe to an area of an active phased array antenna in which a plurality of radiation elements are arranged according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram explaining the structure of a probe according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram illustrating mutual interference exclusion of radiation elements according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 구현하기 위한 장치의 구성도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 일 영역로 방사되는 전계를 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 프로브의 전계 방사 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 그리고, 도 5는 프로브로부터 복수의 복사 소자가 배열된 안테나의 일 영역으로 전계가 방사될 때의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 구조를 설명하기 위한 개략도이며, 도 7은 복사 소자의 상호 간섭 배제를 설명하기 위한 개략도이다.Figure 1 is a flowchart for explaining a method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a flowchart for implementing a method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention. This is the configuration diagram of the device. In addition, FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an electric field radiated to one area of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an electric field radiation method of a probe. And, FIG. 5 is a conceptual diagram when an electric field is radiated from a probe to an area of an antenna where a plurality of radiation elements are arranged, and FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the structure of a probe according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic diagram to explain the exclusion of mutual interference of radiation elements.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법은 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정(S100)과, 복수의 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정(S200)과, 복수의 복사 소자로 동시에 들어오는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정(S300)과, 프로브 패턴을 보상하는 과정(S400)과, 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정(S500)을 포함할 수 있다. 이러한 배열면 정렬 방법을 구현하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나(100)와, 배열 안테나(100)와 소정 간격 이격되어 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계를 방사하는 프로브(200)와, 프로브(100)로부터 방사되어 복수의 복사 소자에 입력되는 전계 에너지를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(Anolog-Digital Converter; ADC)(300)와, 복수의 복수 소자로 동시에 들어오는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 제 1 보상부(400)와, 프로브 패턴을 보상하는 제 2 보상부(500)와, 복사 소자 상호 간섭을 배제하는 간섭 배제부(600)를 포함할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법을 각 과정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 1, the method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention includes a process (S100) of radiating an electric field to one area of the active phased array antenna where a plurality of radiation elements are arranged, and a plurality of A process of calculating the digital input of the radiation element (S200), a process of compensating the amplitude and phase of the electric field simultaneously input to a plurality of radiation elements (S300), a process of compensating the probe pattern (S400), and A process for excluding mutual interference (S500) may be included. In order to implement this array plane alignment method, as shown in FIG. 2, an active
S100 : 복수의 복사 소자가 배열된 능동위상배열 안테나(100)와 소정 간격 이격된 프로브(200)로부터 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계를 방사한다. 이때, 프로브(200)는 예를 들어 배열 안테나(100)의 중심을 향해 전계를 방사할 수 있다. 물론, 프로브(200)는 배열 안테나(100)의 중심으로부터 벗어난 영역에 전계를 방사할 수도 있는데, 본 발명은 종래와 다르게 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계를 방사하는 것이 중요하다. 이때, 전계가 방사되는 영역은 복사 소자일 수도 있고, 복사 소자와 복사 소자 사이의 간격에 해당하는 영역일 수도 있다.S100: An electric field is radiated from the active
배열 안테나(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 일 방향 및 이와 직교하는 타 방향으로 각각 복수의 복사 소자가 배열된다. 예를 들어, 가로 방향(y 방향)으로 N개의 복사 소자가 배열되고 세로 방향(x 방향)으로 M개의 복사 소자가 배열된 대략 사각형으로 배열 안테나(100)가 구현된다. 또한, 프로브(200)로부터 배열 안테나(100)의 정중앙으로 전계가 방사될 수 있다. 여기서, 가로 방향 및 세로 방향의 복사 소자의 수를 나타내는 N과 M은 각각 1 이상의 정수이고, N과 M은 서로 동일한 수일 수도 있고 다른 수일 수도 있다. 이때, 가로 방향의 N개 복사 소자는 동일 간격으로 배열될 수 있고, 세로 방향의 M개 복사 소자 또한 동일 간격으로 배열될 수 있으며, 가로 방향으로 배열된 복사 소자와 세로 방향으로 배열된 복사 소자가 동일 간격을 유지할 수 있다. 즉, 복수의 복사 소자가 동일 간격을 유지하여 가로 방향 및 세로 방향으로 배열될 수 있다. 그러나, 가로 방향의 복사 소자와 세로 방향의 복사 소자는 서로 다른 간격으로 배열될 수도 있다. 따라서, N과 M이 동일 수이고 복사 소자가 동일 간격을 유지하면 배열 안테나(100)는 정사각형으로 구현될 수 있고, N과 M이 다른 수이고 복사 소자가 다른 간격을 유지하면 배열 안테나(100)는 직사각형으로 구현될 수 있다. As shown in FIG. 3, the
한편, 전계를 방사하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 프로브(200)를 이용할 수 있다. 즉, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 신호 발생기(Signal Generator)(210)를 프로브(200)에 연결하여 배열 안테나(100)의 중심으로 전계를 방사할 수도 있고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 배열 안테나(100)와 프로브(200)를 연결할 수도 있다. 도 4(b)와 같이 신호 발생기(210)를 이용하지 않는 경우 배열 안테나(100)의 디지털 송수신 장치를 이용하여 신호 발생기(210)의 역할을 대신할 수 있다. 즉, 복수의 복사 소자의 전계값을 구하기 위해 프로브(200)와 복사 소자를 연결하는 것이 아니고 프로브(200)는 전계 에너지만 방사한다. 한편, 프로브(200)는 소정의 패턴을 가질 수 있다. 즉, 배열 안테나(100)와 대면하여 전계가 방사되는 프로브(200)의 일면, 즉 프로브(200)의 전계 방사면은 소정의 패턴을 가질 수 있다. 이때, 프로브(200)의 방사면은 반구형, 즉 라운드하게 형성될 수 있다.Meanwhile, the
상기한 바와 같이 본 발명은 복수의 복사 소자가 일 방향 및 타 방향으로 각각 소정 간격 이격되어 배열된 배열 안테나(100)의 일 영역, 예를 들어 중심 영역에 프로브(200)를 이용하여 전계를 방사할 수 있다.As described above, the present invention radiates an electric field using a
S200 : 복수의 복사 소자가 배열된 배열 안테나(100)의 일 영역을 향해 전계를 방사하면, 프로브(200)에서 방사된 전계 에너지는 프로브(200)와 배열 안테나(100) 사이의 공간을 통해 모든 복사 소자로 입력된다. 복사 소자로 입력되는 전계 에너지는 RF(Analog)이며, 배열 안테나(100)와 연결된 디지털 송수신 장치의 아날로그-디지털 컨버터(Anolog-Digital Converter; ADC)(300)를 통해 디지털값으로 변환된다. 이러한 과정을 통해 복사 소자에 입력되는 디지털 전계값을 구할 수 있다. 즉, 프로브(200)를 통해 배열 안테나(100)의 N×M개의 복사 소자에 아날로그 전계 에너지가 방사되고, 복수의 복사 소자에 입력된 전계 값은 ADC(300)를 통해 디지털 값으로 변환되는데, 복수의 복사 소자의 디지털 값을 각 복사 소자 별로 구하게 된다. 즉, N×M 복사 소자의 프로브(200)로부터 입력된 전계의 디지털 입력 x[n, m]을 산출한다. S200: When an electric field is radiated toward an area of the
S300 : 도 5는 프로브(200)로부터 x 방향 및 y 방향으로 복수의 복사 소자가 배열된 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계가 방사될 때의 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 x 방향으로 M개의 복사 소자가 배열되고 y 방향으로 N개의 복사 소자가 배열되어 배열 안테나(100)가 구성된다. 이러한 복사 소자를 (x, y, z) 좌표로 표시하면, x 방향으로 M개의 복사 소자가 배열되므로 x축으로 배열된 복사 소자는 (x1, y1, z1)으로부터 (xM, y1, z1)의 좌표로 표시되고, y 방향으로 N개의 복사 소자가 배열되므로 y축으로 배열된 복사 소자는 (x1, y1, z1)으로부터 (xM, yN, z1)의 좌표로 표시된다. 이러한 배열 안테나(100)로부터 z 방향으로 이격된 프로브(200)로부터 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계가 방사된다. 여기서, 프로브(200)와 전계가 방사되는 배열 안테나(100) 일 영역 사이의 거리를 B라 표시하고, 프로브(200)와 배열 안테나(100) 사이의 가장 가까운 거리를 C라 표시하며, B와 C 사이의 각도가 θ이다. 또한, (x1, y1, z1) 좌표로부터 전계가 방사된 배열 안테나(100)의 일 영역 사이의 거리를 로 표시하고, (x1, y1, z1) 좌표로부터 프로브(200)까지의 거리를 로 표시하였다.S300: FIG. 5 is a conceptual diagram when an electric field is radiated from the
그런데, 배열 안테나(100)에서의 복사 소자의 위치에 따라 전계의 진폭(amplitude)과 위상(phase) 차이가 발생하고, 이를 위한 보상이 필요하다. 즉, 프로브(200)로부터 전계가 방사되는 배열 안테나(100)의 일 영역으로부터 복사 소자의 위치에 따라 복사 소자로 들어오는 전계의 진폭 및 위상 차이가 발생된다. 이는 배열 안테나(100)의 복수의 복사 소자가 전계 방사 영역으로부터 서로 다른 거리를 가지고 있으므로 모든 복사 소자가 동일한 전계 에너지를 받지 못하기 때문이다. 복사 소자가 받는 전계 에너지가 복사 소자마다 다르기 때문에 뮤추얼(Mutual) 값도 달라지게 된다. 전계가 방사되는 배열 안테나(100)의 중심에서 멀어질수록 복사 소자의 전계값이 적어지게 되고, 중심에서의 거리에 따라 전계의 진폭과 위상 차이가 발생하게 된다. 이때, 전계의 진폭은 거리의 제곱에 반비례하므로 이를 이용하여 거리에 따른 진폭 변화를 보상한다. 또한, 위상(Phase)은 파장을 이용하여 거리에 따른 위상값을 구할 수 있으므로 이를 이용하여 위상을 보상한다. 즉, 제 1 보상부(400)는 아래 [수학식 1]을 이용하여 배열 안테나(100)를 구성하는 복수의 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭과 위상을 보상한다. However, differences in the amplitude and phase of the electric field occur depending on the location of the radiation element in the
여기서, A0는 프로브로부터 방사되는 전계의 진폭(Amplitude of probe)이고, 은 (x1, y1, z1) 좌표의 복사 소자로부터 전계가 방사된 배열 안테나의 일 영역 사이의 거리이며, 은 (x1, y1, z1) 좌표의 복사 소자로부터 프로브까지의 거리이고, λ는 프로브로부터 방사되는 전계의 파장(wavelength)이다. λ는 c/f로 정의되며, c는 광속(speed of light)이고, f는 주파수(operating frequency)이다.Here, A 0 is the amplitude of the electric field radiating from the probe, is the distance between an area of the array antenna from which the electric field is radiated from the radiation element at the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ), is the distance from the radiation element at coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) to the probe, and λ is the wavelength of the electric field radiated from the probe. λ is defined as c/f, where c is the speed of light and f is the operating frequency.
[수학식 1]에 따른 복사 소자의 위상과 진폭의 보상은 [수학식 2]와 같이 행렬로 나타낼 수 있다. 즉, [수학식 2]는 [수학식 1]에 의해 계산된 프로브와 복사 소자 사이의 거리에 따른 전계값의 행렬(ER)이다. 여기서, 예를 들어 는 (1,1) 위치의 복사 소자의 프로브와의 거리에 따른 전계값이다. 즉, 는 x 방향 및 y 방향으로 첫번째 복사 소자의 프로브와의 거리에 따른 전계 값이다.Compensation of the phase and amplitude of the radiation element according to [Equation 1] can be expressed as a matrix as in [Equation 2]. That is, [Equation 2] is a matrix (E R ) of electric field values according to the distance between the probe and the radiation element calculated by [Equation 1]. Here, for example is the electric field value according to the distance from the probe of the radiation element at the (1,1) position. in other words, is the electric field value according to the distance from the probe of the first radiation element in the x and y directions.
S400 : 프로브(200)로부터 배열 안테나(100)의 일 영역으로 전계가 방사되면, 프로브(200)로부터 방사된 전계 에너지가 복수의 복사 소자로 이루어지는 배열 안테나(100)로 수신된다. 이때, 복사 소자에 입력되는 디지털 전계값의 정확한 보상을 위해 프로브(200) 패턴의 보상이 필요하다. 즉, 프로브 패턴은 배열 안테나(100)와 대면하여 전계가 방사되는 프로브(200)의 일면, 즉 프로브(200)의 전계 방사면이 소정의 패턴을 가질 수 있는데, 반구형, 즉 라운드한 패턴을 가질 수 있다. 프로브(200)가 반구형의 패턴으로 형성됨으로써 배열 안테나(100)의 모든 영역에 전계를 도달시킬 수 있다. 이때, 프로브(200)가 반구형의 패턴을 가지게 됨으로써 프로브(200)로부터 가까운 복사 소자는 전계가 빨리 도달하게 되지만, 프로브(200)로부터 먼 복사 소자는 전계가 늦게 도달하게 된다. 따라서, 프로브(200) 패턴의 보상이 필요하며, 이를 위해 프로브 패턴의 원전계 값을 계산하여야 한다. 프로브 패턴의 원전계 값은 각각 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 이용하여 계산할 수 있다. 즉, 제 2 보상부(500)는 [수학식 3] 및 [수학식 4]을 이용하여 프로브 패턴의 원전계 E 평면(E-plane) 값 및 H 평면(H-plane) 값을 각각 계산할 수 있다. 일반적인 프로브는 도파관으로 되어 있으며, 도파관 모드에 따른 원전계 값 및 원자계 값을 계산한다. 한편, [수학식 3] 및 [수학식 4]을 도출하기 위한 프로브 패턴의 구조를 설명하기 프로브의 구조가 도 6에 도시되어 있다. 즉, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 구조를 설명하기 위한 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 프로브는 서로 대향되는 두 장변과, 장변과 직교하여 서로 대향되는 두 단변으로 이루어진 대략 직사각형의 형상을 갖는다. 이때, 프로브의 방사면은 반구형의 패턴을 가지게 된다. 또한, 장변의 길이를 a, 단변의 길이를 b라 하고, 프로브 방사면의 일 점으로부터 장변 방향으로 x축, 일 점으로부터 단변 방향으로 y축, 수직 방향으로 z축이라 할 수 있다. 또한, 프로브로부터 배열 안테나로의 전계 방사 방향을 , z축과 방사 방향()과의 각도를 θ, 방사 방향()과 90°의 각도를 이루는 x축과 y축 사이의 선분에서 x축과 선분이 이루는 각도를 φ라 한다.S400: When an electric field is radiated from the
는 각도에서 프로브의 원전계 E 평면값이고, 는 프로브의 원전계 H 평면값이다. 여기서, 는 정규화 전파 상수(normalized propagation constant), 는 TE10 모드의 반사 계수(reflection coefficient of TE10 mode), 는 입사 TE10 모드의 임의 진폭(arbitrary amplitude of the incident TE10 mode)이다. 또한, 이고 이다. Is It is the E plane value of the probe's original electric field at an angle, is the probe's original field H plane value. here, is the normalized propagation constant, is the reflection coefficient of TE 10 mode , is the arbitrary amplitude of the incident TE 10 mode . also, ego am.
프로브 패턴을 고려하지 않고 배열 안테나(100)에 전계 에너지를 전달할 때 프로브(200)에서 배열 안테나(100)의 거리는 직선 거리가 된다. 그런데, 프로브 패턴을 고려하면, 배열 안테나(100)의 위치에 따라 시간 지연(time delay)를 발생시키며 이는 거리에 따른 진폭과 위상(Phase)에 변화를 가져오며, 이를 고려하여 프로브 패턴의 진폭과 위상을 보상한다.When electric field energy is transmitted to the
따라서, 반구형을 갖는 프로브(200)의 패턴을 고려한 구면 좌표계(spherical coorinate system)에서의 프로브(200)의 전계값 는 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다. 즉, 제 2 보상부(500)는 [수학식 3] 및 [수학식 4]을 이용하여 프로브 패턴의 원전계 E-평면값 및 H-평면값을 각각 계산한 후 이를 이용하여 [수학식 5]의 프로브(200)의 패턴을 고려한 구면 좌표계(spherical coodinate system)에서의 프로브(200)의 전계값 을 계산할 수 있다.Therefore, a spherical coordinate system considering the pattern of the
여기서, r은 프로브의 방사 방향으로 프로브와 배열 안테나의 거리, θ는 z와 방사 방향(r)과의 각도, φ는 방사 방향(r)과 90°의 각도를 이루는 x와 y 사이의 선분에서 x축과 선분이 이루는 각도, 는 θ 방향의 단위 벡터(unit vector in the direction of the θ), 는 φ 방향의 단위 벡터(unit vector in the direction of the φ) 이다.Here, r is the distance between the probe and the array antenna in the radiation direction of the probe, θ is the angle between z and the radiation direction (r), and ϕ is the line segment between x and y forming an angle of 90° with the radiation direction (r). The angle formed by the x-axis and the line segment, is a unit vector in the direction of the θ, is a unit vector in the direction of the ϕ.
이러한 [수학식 5]를 이용하여 배열 안테나(100)의 복수의 복사 소자 각각의 전계값을 구할 수 있다. 즉, 배열 안테나(100)에서 각각의 복사 소자가 받는 프로브(200)의 전계값을 [수학식 5]를 이용하여 계산할 수 있다. 이렇게 각각의 복사 소자에서 받는 전계값을 행렬로 나타낼 수 있는데, 이는 [수학식 6]과 같다. [수학식 6]에서 예를 들어 는 (1,1) 위치의 복사 소자에서의 프로브의 전계 값이다. 즉, 는 x 방향 및 y 방향으로 첫번째 복사 소자가 받는 프로브의 전계 값이다.Using
S500 : 간섭 배제부(600)를 이용하여 복사 소자 상호 간섭을 배제한다. 간섭 배제부(600)는 복사 소자의 상호 간섭 배제 행렬(Ecomp)을 계산할 수 있다. 복사 소자의 상호 간섭 배제 행렬(Ecomp)은 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 프로브와 복사 소자 사이의 거리에 따른 전계값의 켤레(conjugate) 행렬(ER*)을 요소곱하고, 각각의 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 뺌으로써 계산될 수 있다. 즉, 간섭 배제부(600)는 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과, 프로브와 복사 소자 거리에 따른 전계 값 행렬(ER)과, 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 각각 계산하고, 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 [수학식 1]의 거리에 따른 전계값의 켤레 행렬(ER*)을 요소곱하고 [수학식 6]의 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 뺌으로써 복사 소자의 상호 간섭 배제 행렬(Ecomp)을 계산할 수 있다. 따라서, 복사 소자 상호 간섭 배제 과정은 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 계산하는 제 1 과정과, 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)을 계산하는 제 2 과정과, 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계 값 행렬(ER)을 계산하는 제 3 과정과, 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 [수학식 1]의 복사 소자와 프로브간 거리에 따른 전계값 켤레 행렬(ER*)을 요소곱하고 [수학식 6]의 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 빼는 제 4 과정을 포함할 수 있다.S500: Mutual interference between radiation elements is excluded using the
도 7은 복사 소자의 상호 간섭 배제를 설명하기 위한 개략도로서, 복수의 복사 소자가 일 방향 및 타 방향으로 배열된다. 즉, 제 1 복사 소자(#11)로부터 일 방향으로 N개의 복사 소자가 배열되어 제 1N 복사 소자(#1N)이 배열되고, 제 1 복사 소자(#11)로부터 타 방향으로 M개의 복사 소자가 배열되어 제 MN 복사 소자(#MN)이 배열된다. 다시 말하면, 일 방향으로 N개의 복사 소자와 타 방향으로 M개의 복사 소자가 각각 소정 간격 이격되어 2차원 배열된다. 복수의 복사 소자는 네트워크 어날라이저(610)와 연결되고, 네트워크 어날라이저(610)는 제 1 복사 소자(#11)로 신호(S11)을 송신한다. 제 1 복사 소자(#11)가 신호(S11)를 수신하면 제 1 복사 소자(#11)는 신호(S11)를 네트워크 어날라이저(610)로 송신한다. 이때, 제 1 복사 소자(#11)가 신호(S11)를 송신할 때 다른 복수의 복사 소자에 신호(S11)를 방사하게 된다. 복수의 복사 소자는 방사된 신호를 수신하게 되면 네트워크 어날라이저(610)로 신호를 송신하게 된다. 도 7에서 네트워크 어날라이저(610)로부터 제 1 복사 소자(#11)에서 수신하고 방사하는 신호를 S11으로 표시하였고, 나머지 복수의 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저(610)로 송신하는 신호를 M12, M13, …,M1N, MM1, MM2,…,MMN으로 표시하였다. 이렇게 하나의 복사 소자로 전계 에너지를 송신하고 공간을 통해 나머지 복사 소자들이 주고받아 네트워크 어날라이저(610)로 들어가는 신호가 뮤추얼이다. 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호는 네트워크 어날라이저(610)로부터 제 1 복사 소자(#11)으로부터 되돌아오는 신호와 복수의 복사 소자로 방사된 후 되돌아오는 신호의 합으로 표시되어 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.Figure 7 is a schematic diagram for explaining mutual interference exclusion of radiation elements, in which a plurality of radiation elements are arranged in one direction and the other direction. That is, N radiation elements are arranged in one direction from the first radiation element (#11) to form a 1N radiation element (#1N), and M radiation elements are arranged in the other direction from the first radiation element (#11). The first MN radiation element (#MN) is arranged. In other words, N radiation elements in one direction and M radiation elements in the other direction are arranged two-dimensionally, each spaced at a predetermined distance. A plurality of radiation elements are connected to the
여기서, S11,A는 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호, S11,P는 제 1 방사 소자로부터 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호, M12, M13, ??,M1N, MM1, MM2,?? MMN은 제 1 복사 소자(#11) 이외의 나머지 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호이다. 즉, 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호는 제 1 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호와, 제 1 복사 소자를 제외한 나머지 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저(610)로 입력되는 신호의 총합일 수 있다.Here, S 11,A is a signal input to the
한편, [수학식 7]은 다시 [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다. 즉, [수학식 7]은 [수학식 1]로부터 계산할 수 있는 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상의 보상으로부터 [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, [Equation 7] can be expressed again as [Equation 8]. That is, [Equation 7] can be expressed as [Equation 8] from the compensation of the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, which can be calculated from [Equation 1].
상기한 바와 같이 [수학식 7] 또는 [수학식 8]을 이용하여 복사 소자 각각의 상호 결합값을 계산할 수 있다. 또한, 복사 소자 각각의 상호 결합값은 [수학식 9]과 같이 행렬로 표시할 수 있다.As described above, the mutual coupling value of each radiation element can be calculated using [Equation 7] or [Equation 8]. Additionally, the mutual coupling value of each radiation element can be expressed as a matrix as shown in [Equation 9].
여기서, M은 복사 소자간 상호 결합값의 행렬이고, EM11, EM12 및 EM1N는 각각 (1,1), (1,2) 및 (1,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이다. 마찬가지로, EM21, EM22 및 EM2N는 각각 (1,2), (2,2) 및 (2,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이고, EMM1, EMM2 및 EMMN는 각각 (M,1), (M,2) 및 (M,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이다.Here, M is a matrix of mutual coupling values between radiating elements, and EM 11 , EM 12 and EM 1N are the mutual couplings received from radiating elements at positions (1,1), (1,2) and (1,N), respectively. It is the sum of values. Similarly, EM 21, EM 22 and EM 2N are the sum of the mutual coupling values received from the radiating elements at positions (1,2), (2,2) and (2,N) respectively, EM M1, EM M2 and EM MN is the sum of the mutual coupling values received from the radiation elements at (M,1), (M,2), and (M,N) positions, respectively.
한편, 프로브가 방사했을 때 받은 데이터, 즉, 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나(100)로 수신된 전계(E-field) 값(ERX)은 [수학식 10]와 같이 행렬로 나타낼 수 있다.Meanwhile, the data received when the probe radiates, that is, the electric field (E-field) value (E RX ) transmitted once from the probe and received by the
여기서, ERX은 프로브가 방사 했을 때 받은 데이터, 즉 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬이고, ER1,1, ER1,2 및 ER1,N은 각각 (1,1), (1,2) 및 (1,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이다. 마찬가지로, ER2,1, ER2,2 및 ER2,N은 각각 (2,1), (2,2) 및 (2,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이고, ERM,1, ERM,2 및 ERM,N은 각각 (M,1), (M,2) 및 (M,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이다. Here , E R This is the electric field value received from the radiation elements at (1,1), (1,2), and (1,N) positions. Similarly, E R2,1 , E R2,2 and E R2,N are the electric field values received at the radiating elements at positions (2,1), (2,2) and (2,N), respectively, and E RM,1 , E RM,2 and E RM,N are the electric field values received from the radiation elements at the (M,1), (M,2) and (M,N) positions, respectively.
따라서, 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과, 각각의 복사 소자에서 받는 전계값 행렬(Eprobe), 그리고 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 이용하여 [수학식 10]과 같이 복사 소자의 상호 간섭을 배제할 수 있다.Therefore, the electric field (E-field) value matrix (E RX ) transmitted once from the probe and received by the array antenna, the electric field value matrix (E probe ) received from each radiation element, and the mutual coupling value matrix of each radiation element ( Using M), mutual interference of radiation elements can be excluded as shown in [Equation 10].
여기서, X는 요소곱으로서, 복사 소자의 상호 간섭 배제 행렬(Ecomp)는 [수학식 10]의 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 프로브와 복사 소자 거리에 따른 전계값의 켤레(conjugate) 행렬(ER*)을 요소곱하고, 각각의 복사 소자 위치의 프로브 전계값의 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱(conjugate)한 후 [수학식 9]의 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 뺌으로써 계산될 수 있다. 요소곱은 [수학식 12]과 같이 정의될 수 있다. 즉, A 행렬과 B 행렬의 요소곱하여 AXB로 나타낼 수 있다. Here , and element-multiply the conjugate matrix (E R *) of the electric field value according to the radiation element distance, and element-multiply the conjugate matrix (E probe *) of the probe electric field value at each radiation element location, then [mathematics It can be calculated by subtracting the mutual coupling value matrix (M) of each radiation element in [Equation 9]. The element product can be defined as [Equation 12]. In other words, it can be expressed as AXB by multiplying the elements of matrix A and matrix B.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법은 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정(S100)과, 모든 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정(S200)과, 배열 안테나의 복수의 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정(S300)과, 측정 프로브 패턴을 보상하는 과정(S400)과, 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정(S500)을 포함할 수 있다. As described above, the method for aligning the array surface of an active phased array antenna according to an embodiment of the present invention includes a process of radiating an electric field to one area of the active phased array antenna (S100) and a process of calculating digital inputs of all radiation elements. (S200), a process of compensating the amplitude and phase of the electric field input to the plurality of radiation elements of the array antenna (S300), a process of compensating the measurement probe pattern (S400), and a process of excluding mutual interference of the radiation elements. (S500) may be included.
또한, 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정(S500)은 복사 소자 상호 간섭 배제 과정은 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 계산하는 제 1 과정과, 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)을 계산하는 제 2 과정과, 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계 값 행렬(ER)을 계산하는 제 3 과정과, 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 [수학식 1]의 복사소자와 프로브간 거리에 따른 전계값 켤레 행렬(ER*)의 요소곱하고 [수학식 6]의 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 빼는 제 4 과정을 포함할 수 있다. 결국, 본 발명은 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법은 능동위상배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 과정(S100)과, 모든 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정(S200)과, 배열 안테나의 복수의 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정(S300)과, 측정 프로브 패턴을 보상하는 과정(S400)과, 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 계산하는 과정과, 프로브에서 한번 송신하여 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)을 계산하는 과정과, 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계 값 행렬(ER)을 계산하는 과정과, 배열 안테나로 수신된 전계(E-field) 값 행렬(ERX)과 [수학식 1]의 복사소자와 프로브간 거리에 따른 전계값 켤레 행렬(ER*)의 요소곱하고 [수학식 6]의 복사 소자에서 받는 전계값의 켤레 행렬(Eprobe*)을 요소곱한 후 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 뺌으로서 복사 소자 상호 간섭 배제 과정을 포함할 수 있다.In addition, the process of excluding mutual interference of the radiation elements (S500) includes the first process of calculating the mutual combination value matrix (M) of each radiation element, and transmitting once from the probe and receiving it with the array antenna. A second process of calculating the electric field (E-field) value matrix (E RX ), a third process of calculating the electric field value matrix (E R ) according to the distance between the probe and the radiation element, and the electric field received by the array antenna ( E-field) Value matrix (E R It may include a fourth process of element multiplying the conjugate matrix (E probe *) and then subtracting the mutual coupling value matrix (M) of each radiation element. Ultimately, the present invention is a method of aligning the array surface of an active phased array antenna, which includes a process of radiating an electric field to one area of the active phased array antenna (S100), a process of calculating digital inputs of all radiation elements (S200), and an array antenna. A process of compensating the amplitude and phase of the electric field input to a plurality of radiation elements (S300), a process of compensating the measurement probe pattern (S400), and a process of calculating the mutual coupling value matrix (M) of each radiation element. , a process of calculating an electric field ( E-field) value matrix (E R Multiply the electric field (E-field) value matrix (E R A process of excluding mutual interference between radiating elements can be included by element multiplying the conjugate matrix (E probe *) of the electric field values received from the radiating elements and then subtracting the mutual coupling value matrix (M) of each radiating element.
즉, 본 발명은 능동위상배열 안테나의 일 영역, 예를 들어 중심 영역에 전계를 방사한 후 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상 보상과 측정 프로브 패턴을 보상한 후 복사 소자의 상호 결합을 배제함으로써 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여러 채널을 가지는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬을 한번의 측정으로 효율적으로 수행할 수 있으며, 시간 단축 및 비용 절감의 효과가 있다.That is, the present invention radiates an electric field to one area, for example, the center area, of an active phased array antenna, compensates for the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, and compensates for the measurement probe pattern, and excludes mutual coupling of the radiation elements. It can be implemented by doing. Therefore, the present invention can efficiently align the array surface of an active phased array antenna with multiple channels with a single measurement, and has the effect of reducing time and cost.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.The technical idea of the present invention as described above has been described in detail according to the above-mentioned embodiments, but it should be noted that the above-described embodiments are for explanation and not limitation. Additionally, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
100 : 능동위상배열 안테나 200 : 프로브
300 : ADC 400 : 제 1 보상부
500 : 제 2 보상부 600 : 간섭 배제부100: Active phased array antenna 200: Probe
300: ADC 400: First compensation unit
500: second compensation unit 600: interference exclusion unit
Claims (14)
상기 복사 소자의 디지털 입력을 산출하는 과정과,
상기 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 과정과,
상기 프로브의 패턴에 의한 복사 소자가 받는 전계값을 보상하는 과정과,
상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계값과 각각의 복사 소자에서 받는 전계값을 이용하여 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 과정을 포함하고,
상기 배열 안테나에서의 복사 소자의 위치에 따라 발생하는 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭(amplitude)과 위상(phase) 차이를 [수학식 1]을 이용하여 보상하고, [수학식 2]와 같이 행렬(ER)로 나타내는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법.
[수학식 1]
여기서, A0는 프로브로부터 방사되는 전계의 진폭(Amplitude of probe)이고, 은 (x1, y1, z1) 좌표의 복사 소자로부터 전계가 방사된 배열 안테나의 일 영역 사이의 거리이며, 은 (x1, y1, z1) 좌표의 복사 소자로부터 프로브까지의 거리이고, λ는 프로브로부터 방사되는 전계의 파장(wavelength)이다. λ는 c/f로 정의되며, c는 광속(speed of light)이고, f는 주파수(operating frequency)이다.
[수학식 2]
여기서, 예를 들어 ,,…는 복사 소자 각각의 위치에서 프로브와의 거리에 따른 전계값이다.
A process of radiating an electric field from a probe to an area of an active phased array antenna in which a plurality of radiation elements are arranged,
A process of calculating a digital input of the radiation element,
A process of compensating the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element,
A process of compensating the electric field value received by the radiation element due to the pattern of the probe,
A process of excluding mutual interference of radiation elements using the electric field value radiated from the probe and received by the array antenna and the electric field value received from each radiation element,
The difference in amplitude and phase of the electric field input to the radiation element, which occurs depending on the position of the radiation element in the array antenna, is compensated using [Equation 1], and a matrix as in [Equation 2] Method for aligning the array surface of an active phased array antenna, represented by (E R ).
[Equation 1]
Here, A 0 is the amplitude of the electric field radiating from the probe, is the distance between an area of the array antenna from which the electric field is radiated from the radiation element at the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ), is the distance from the radiation element at coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) to the probe, and λ is the wavelength of the electric field radiated from the probe. λ is defined as c/f, where c is the speed of light and f is the operating frequency.
[Equation 2]
Here, for example , ,… is the electric field value according to the distance from the probe at each location of the radiation element.
The method according to claim 1, wherein the array antenna has a plurality of radiation elements arranged in the A method of aligning the array surface of an active phased array antenna that radiates an electric field toward the target.
The method of claim 2, wherein the probe has a radiation surface that radiates an electric field opposite the active phased array antenna and has a hemispherical pattern.
상기 프로브로부터 방사된 아날로그 전계를 상기 배열 안테나와 연결된 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여 복사 소자로 입력되는 전계를 디지털 값으로 변환하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법.
The method of claim 3, wherein the process of calculating the digital input of the radiation element includes,
A method of aligning the array surface of an active phased array antenna that converts the analog electric field radiated from the probe into a digital value by using an analog-to-digital converter connected to the array antenna.
상기 프로브의 원전계 E 평면값 및 H 평면값을 계산하는 과정과,
상기 프로브의 원전계 E 평면값 및 H 평면값을 이용하여 프로브 패턴을 고려한 구면 좌표계에서의 프로브의 전계값 을 계산하는 과정을 포함하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법.
The method of claim 4, wherein the process of compensating for the electric field value received by the radiation element due to the pattern of the probe includes,
A process of calculating the raw field E plane value and H plane value of the probe,
A spherical coordinate system considering the probe pattern using the original E plane value and H plane value of the probe The electric field value of the probe at Array plane alignment method of an active phased array antenna including the process of calculating .
[수학식 3]
[수학식 4]
는 θ 각도에서 프로브의 전계(E-field) 값이고, 는 프로브의 자계(H-field) 값이다. 여기서, 는 정규화 전파 상수(normalized propagation constant), 는 TE10 모드의 반사 계수(reflection coefficient of TE10 mode), 는 입사 TE10 모드의 임의 진폭(arbitrary amplitude of the incident TE10 mode), 는 입사 TE10 모드의 임의 진폭(arbitrary amplitude of the incident TE10 mode)이다. 또한, 이고 이다.
The method of claim 6, wherein the raw field E plane value and H plane value of the probe are calculated using [Equation 3] and [Equation 4].
[Equation 3]
[Equation 4]
is the electric field (E-field) value of the probe at the θ angle, is the magnetic field (H-field) value of the probe. here, is the normalized propagation constant, is the reflection coefficient of TE 10 mode , is the arbitrary amplitude of the incident TE 10 mode , is the arbitrary amplitude of the incident TE 10 mode . also, ego am.
[수학식 5]
여기서, r은 프로브의 방사 방향으로 프로브와 배열 안테나의 거리, θ는 프로브와 수직 방향(z축)과 방사 방향(r)과의 각도, φ는 방사 방향(r)과 90°의 각도를 이루는 프로브의 장변 방향(x축)과 단변 방향(y축) 사이의 선분에서 x축과 선분이 이루는 각도, 는 θ 방향의 단위 벡터(unit vector in the direction of the θ), 는 φ 방향의 단위 벡터(unit vector in the direction of the φ) 이다.
The method of claim 7, wherein a spherical coordinate system considering the probe pattern The electric field value of the probe at is a method of aligning the array surface of an active phased array antenna that calculates the electric field value of the probe received by each radiation element by calculating as in [Equation 5].
[Equation 5]
Here, r is the distance between the probe and the array antenna in the radiation direction of the probe, θ is the angle between the probe and the vertical direction (z-axis) and the radiation direction (r), and ϕ forms an angle of 90° with the radiation direction (r). The angle formed between the x-axis and the line segment between the long side direction (x-axis) and the short side direction (y-axis) of the probe, is a unit vector in the direction of the θ, is a unit vector in the direction of the ϕ.
[수학식 6]
여기서, 는 (1,1) 위치의 복사 소자에서의 프로브의 전계 값이다.
The method of claim 8, wherein the electric field value of the probe received by each radiation element in the array antenna calculated using [Equation 5] is expressed as an electric field value matrix (E probe ) as in [Equation 6]. Active phased array antenna. Array surface sorting method.
[Equation 6]
here, is the electric field value of the probe at the radiation element at the (1,1) position.
상기 복사 소자 각각의 상호 결합값을 계산하여 행렬(M)로 표시하는 제 1 과정과,
상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계 값을 계산하여 행렬(ERX)로 표시하는 제 2 과정과,
상기 프로브와 복사 소자간의 거리에 따른 전계 값 행렬(ER)을 계산하는 제 3 과정과,
상기 배열 안테나로 수신된 전계 값 행렬(ERX), 복사 소자와 프로브간 거리에 따른 전계값 켤레 행렬(ER*), 복사 소자에서 받는 전계값 켤레 행렬(Eprobe*) 및 복사 소자 각각의 상호 결합값 행렬(M)을 이용하여 복사 소자의 상호 간섭을 배제하는 제 4 과정을 포함하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법.
The method of claim 9, wherein the process of excluding mutual interference of the radiation elements includes,
A first process of calculating the mutual coupling value of each of the radiation elements and displaying it as a matrix (M),
A second process of calculating the electric field value radiated from the probe and received by the array antenna and displaying it as a matrix (E RX );
A third process of calculating an electric field value matrix (E R ) according to the distance between the probe and the radiation element,
The electric field value matrix ( E R A method of aligning the array surface of an active phased array antenna including a fourth process of excluding mutual interference of radiation elements using a mutual coupling value matrix (M).
네트워크 어날라이저와 연결된 복수의 복사 소자 중 임의의 제 1 복사 소자로 신호를 공급하는 과정과,
상기 제 1 복사 소자로부터 되돌아오는 신호와 제 1 복사 소자로부터 복수의 복사 소자로 방사된 후 제 1 복사 소자를 제외한 나머지 복사 소자로부터 네트워크 어날라이저로 되돌아오는 신호의 합을 [수학식 7]과 같이 구하는 과정과,
상기 [수학식 7]을 상기 [수학식 1]로부터 계산할 수 있는 복사 소자로 입력되는 전계의 진폭 및 위상의 보상으로부터 [수학식 8]과 같이 표현하는 과정과,
상기 [수학식 7] 또는 [수학식 8]을 이용한 복사 소자 각각의 상호 결합값을 [수학식 9]과 같이 행렬로 표시하는 과정을 포함하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 방법.
[수학식 7]
여기서, S11,A는 네트워크 어날라이저로 입력되는 신호, S11,P는 제 1 방사 소자로부터 입력되는 신호, M12, M13, …,M1N, MM1, MM2,… MMN은 제 1 복사 소자(#11) 이외의 나머지 복사 소자로부터 입력되는 신호이다.
[수학식 8]
[수학식 9]
여기서, M은 복사 소자간 상호 결합값의 행렬이고, EM11, EM12 및 EM1N는 각각 (1,1), (1,2) 및 (1,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이다. 마찬가지로, EM21 , EM22 및 EM2N는 각각 (1,2), (2,2) 및 (2,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이고, EMM1 , EMM2 및 EMMN는 각각 (M,1), (M,2) 및 (M,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 상호 결합값의 합이다.
The method of claim 10, wherein the first process of calculating the mutual combination value matrix (M) of each of the radiation elements includes,
A process of supplying a signal to any first radiation element among a plurality of radiation elements connected to a network analyzer;
The sum of the signal returning from the first radiation element and the signal radiated from the first radiation element to a plurality of radiation elements and then returning to the network analyzer from the remaining radiation elements excluding the first radiation element is expressed as [Equation 7] The process of seeking,
A process of expressing [Equation 7] as [Equation 8] from compensation of the amplitude and phase of the electric field input to the radiation element that can be calculated from [Equation 1],
A method of aligning the array surface of an active phased array antenna, including the process of displaying the mutual coupling value of each radiation element using [Equation 7] or [Equation 8] as a matrix as in [Equation 9].
[Equation 7]
Here, S 11,A is a signal input to the network analyzer, S 11,P is a signal input from the first radiating element, M 12 , M 13 , … ,M 1N , M M1 , M M2 ,… M MN is a signal input from the remaining radiation elements other than the first radiation element (#11).
[Equation 8]
[Equation 9]
Here, M is a matrix of mutual coupling values between radiating elements, and EM 11 , EM 12 and EM 1N are the mutual couplings received from radiating elements at positions (1,1), (1,2) and (1,N), respectively. It is the sum of values. Similarly, EM 21 , EM 22 and EM 2N are the sum of the mutual coupling values received from the radiating elements at positions (1,2), (2,2) and (2,N) respectively, EM M1 , EM M2 and EM MN is the sum of the mutual coupling values received from the radiation elements at (M,1), (M,2), and (M,N) positions, respectively.
[수학식 10]
여기서, ERX은 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계값 행렬이고, ER1,1, ER1,2 및 ER1,N은 각각 (1,1), (1,2) 및 (1,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이며, ER2,1, ER2,2 및 ER2,N은 각각 (2,1), (2,2) 및 (2,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이고, ERM,1, ERM,2 및 ERM,N은 각각 (M,1), (M,2) 및 (M,N) 위치의 복사 소자에서 수신한 전계값이다.
The method of claim 11, wherein the electric field value matrix (E RX ) radiated from the probe and received by the array antenna is expressed as [Equation 10].
[Equation 10]
Here, E RX is the electric field value matrix radiated from the probe and received by the array antenna, and E R1,1 , E R1,2 and E R1,N are (1,1), (1,2) and (1, N) is the electric field value received from the radiating element at the position, and E R2,1 , E R2,2 and E R2,N are the radiating element at the (2,1), (2,2) and (2,N) positions, respectively. is the electric field value received at, and E RM,1 , E RM,2 and E RM,N are the electric field values received at the radiation elements at (M,1), (M,2) and (M,N) positions, respectively. .
[수학식 11]
여기서, X는 요소곱(conjugate)이다.
The method of claim 12, wherein the electric field value matrix ( E R A method of aligning the array surface of an active phased array antenna that excludes mutual interference of radiating elements as shown in [Equation 11] by multiplying *) by elements and then subtracting the mutual coupling value matrix (M) of each radiating element.
[Equation 11]
Here, X is the conjugate.
일 방향 및 이와 직교하는 타 방향으로 복수의 복사 소자가 배열된 배열 안테나;
상기 배열 안테나와 이격되어 상기 배열 안테나의 일 영역으로 전계를 방사하는 프로브;
상기 프로브로부터 방사되어 복수의 복사 소자에 입력되는 전계 에너지를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
복수의 복수 소자로 들어오는 전계의 진폭 및 위상을 보상하는 제 1 보상부;
상기 프로브의 패턴에 의한 복사 소자가 받는 전계값을 보상하는 제 2 보상부;
상기 프로브에서 방사하여 배열 안테나로 수신된 전계값과 각각의 복사 소자에서 받는 전계값을 이용하여 복사 소자 상호 간섭을 배제하는 간섭 배제부를 포함하는 능동위상배열 안테나의 배열면 정렬 장치.A device for aligning the array surface of the active phased array antenna according to any one of claims 1 to 4 and claims 6 to 13, comprising:
an array antenna in which a plurality of radiation elements are arranged in one direction and another direction perpendicular thereto;
a probe spaced apart from the array antenna and radiating an electric field to an area of the array antenna;
an analog-to-digital converter that converts electric field energy radiated from the probe and input to a plurality of radiation elements into digital values;
a first compensation unit that compensates for the amplitude and phase of an electric field coming into a plurality of elements;
a second compensation unit that compensates for an electric field value received by the radiation element due to the pattern of the probe;
An array plane alignment device for an active phased array antenna, including an interference exclusion unit that excludes mutual interference between radiation elements using the electric field value radiated from the probe and received by the array antenna and the electric field value received from each radiation element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230122173A KR102614394B1 (en) | 2023-09-14 | 2023-09-14 | Method for arranging array plane of phase array antenna |
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---|---|---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020230122173A KR102614394B1 (en) | 2023-09-14 | 2023-09-14 | Method for arranging array plane of phase array antenna |
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---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101543242B1 (en) * | 2007-12-31 | 2015-08-10 | 엘타 시스템즈 리미티드 | Phased array antenna having integral calibration network and method for measuring calibration ratio thereof |
KR101564730B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-10-30 | 한화탈레스 주식회사 | Method for arranging array plane of phase array antenna |
KR101564729B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-11-02 | 한화탈레스 주식회사 | Method for arranging array plane of phase array antenna and method for operating the same |
KR101901101B1 (en) * | 2018-07-02 | 2018-09-20 | 국방과학연구소 | Print type dipole antenna and electric device using the same |
KR102151073B1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-09-02 | 한화시스템 주식회사 | Phase correction method, phase correction apparatus and all digital radar |
-
2023
- 2023-09-14 KR KR1020230122173A patent/KR102614394B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101543242B1 (en) * | 2007-12-31 | 2015-08-10 | 엘타 시스템즈 리미티드 | Phased array antenna having integral calibration network and method for measuring calibration ratio thereof |
KR101564730B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-10-30 | 한화탈레스 주식회사 | Method for arranging array plane of phase array antenna |
KR101564729B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-11-02 | 한화탈레스 주식회사 | Method for arranging array plane of phase array antenna and method for operating the same |
KR101901101B1 (en) * | 2018-07-02 | 2018-09-20 | 국방과학연구소 | Print type dipole antenna and electric device using the same |
KR102151073B1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-09-02 | 한화시스템 주식회사 | Phase correction method, phase correction apparatus and all digital radar |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
이희민, 김도훈, 한일탁 "능동위상배열 레이더 부배열 수신기 설계" 한국정보통신학회논문지 Vol. 23, No. 5: 568~573, May 2019. |
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