KR20190085250A - Rf lens apparatus for improving directivity of antenna array and transmitting-receiving antenna system including the same - Google Patents

Rf lens apparatus for improving directivity of antenna array and transmitting-receiving antenna system including the same Download PDF

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Abstract

Disclosed are an RF lens device improving the directivity of an antenna array, a transmitting and receiving antenna system including the RF lens device, and a beamforming method performed in the transmitting and receiving antenna system. According to an embodiment, a transmitting and receiving antenna system comprises: an antenna array including a plurality of antennas; antenna RF lenses provided on an upper portion of the antenna array wherein the antenna RF lenses are disposed to correspond to the antennas, respectively; and an array RF lens provided on an upper portion of the antenna RF lenses.

Description

안테나 어레이의 지향성을 개선하는 RF 렌즈 장치 및 그를 포함하는 송수신 안테나 시스템{RF LENS APPARATUS FOR IMPROVING DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAY AND TRANSMITTING-RECEIVING ANTENNA SYSTEM INCLUDING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an RF lens apparatus for improving directivity of an antenna array, and a transmitting / receiving antenna system including the RF lens apparatus.

아래의 설명은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 RF 렌즈를 이용함으로써 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템에 대한 것이다.The following description relates to a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas, and more particularly to a transmitting and receiving antenna system that improves the directivity of an antenna array by using an RF lens.

본 성과는 미래창조과학부의 공공기술기반 시장연계 창업탐색 지원사업(과제고유번호: 1711047948, 부처명: 미래창조과학부, 연구관리전문기관: 한국연구재단, 연구사업명: 공공기술기반 시장연계 창업탐색 지원사업, 연구과제명: 자율주행자동차를 위한 고감도 근거리 레이더(High Performance Short Range Radar for Self-Driving Cars), 기여율: 1/1, 주관기관: 한국과학기술원, 연구기간: 2016.09.05 ~ 2017.02.28)을 통해 얻어진 특허이다.This achievement is supported by the future creation science division's public technology-based market linkage entrepreneurship search support project (project number: 1711047948, name: Future Creation Science Department, Research Management Agency: Korea Research Foundation, Research Project Name: , Research Subject: High Performance Short Range Radar for Self-Driving Cars, Contribution Rate: 1/1, Organized by Korea Advanced Institute of Science and Technology, Research Period: 2016.09.05 ~ 2017.02.28) .

무선 통신 시스템 또는 레이더 등은 무선 신호를 송수신하는 송수신 안테나 시스템을 포함한다. 현대의 송수신 안테나 시스템은 다중 안테나를 이용하는 경우가 많으며, 다중 안테나 기반의 송수신 안테나 시스템의 경우, MIMO(Multiple-input multiple-output) 기술 또는 빔포빙(beamforming) 기술을 사용하면 데이터의 전송 속도를 높이거나, 장치 간의 간섭을 줄이거나, 신호의 전송 거리를 늘리거나, 신호대잡음비를 높이는 등의 많은 장점을 갖는다.A wireless communication system or radar includes a transmitting and receiving antenna system for transmitting and receiving wireless signals. Modern transmission and reception antenna systems often use multiple antennas. In a multi-antenna transmission and reception antenna system, the use of multiple-input multiple-output (MIMO) technology or beamforming technology increases the data transmission rate Reducing the interference between the devices, increasing the transmission distance of the signal, and increasing the signal-to-noise ratio.

여기서, 송신 빔포밍(beamforming) 기술은 다중 안테나 각각에서 전송되는 신호의 위상(phase)과 크기(amplitude)를 조절하여 각기 다른 안테나에서 전송된 신호들이 방향에 따라 서로 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)을 일으키면서 송신 신호가 지향성을 가지고 전송되도록 하는 기술이다. 수신 빔포밍(beamforming) 기술은 다중 안테나 각각에서 수신된 신호의 위상(phase)과 크기(amplitude)를 조절하고 결합(combine)하여 특정 방향에 대해 수신 감도를 높여 지향성을 가지고 수신하도록 하는 기술로 기본 원리는 송신 빔포밍과 동일하다. 송신 또는 수신 빔포밍은 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호가 서로 상관 관계가 높은 경우(stochastically highly correlated) 적용할 수 있는 기술이다.The transmission beamforming technique adjusts the phase and amplitude of a signal transmitted from each of the multiple antennas so that signals transmitted from the different antennas are subjected to constructive interference or offset This is a technique for causing a transmission signal to be transmitted in a directional manner while causing destructive interference. The receive beamforming technique adjusts the phases and amplitudes of the received signals in each of the multiple antennas and combines them to increase reception sensitivity in a specific direction and receive the signals in a directional manner. The principle is the same as transmit beamforming. Transmit or receive beamforming is a technique that can be applied when signals transmitted or received at each antenna are stochastically highly correlated.

반면에, MIMO 기술은 빔포밍 기술과는 달리 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호 간에 이상적으로는 서로 상관 관계가 없는 경우(stochastically uncorrelated) 사용하는 기술로, MIMO 기술은 다중 안테나를 이용하여 동시에 여러 개의 데이터 스트림을 송수신 하거나, 다중화 이득(diversity gain)을 이용하여 채널 환경 변화에도 강인한(robust) 성능을 얻을 수 있게 해준다. MIMO 기술은 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호 간에 상관 관계가 높아짐에 따라 성능이 저하되는 경향이 있다.On the other hand, unlike the beamforming technique, the MIMO technique uses a stochastically uncorrelated technique in which signals transmitted or received from each antenna are ideally not correlated with each other. The MIMO technique uses multiple antennas Data streams can be transmitted or received, or a robust performance can be obtained even when a channel environment is changed by using a diversity gain. The MIMO technique tends to degrade as the correlation between the signals transmitted or received at each antenna increases.

최근 무선 통신 분야에서는 주파수 자원의 고갈과 함께 주파수 자원의 효율적 사용을 위한 방법들로서, 상술된 MIMO 및 빔포밍 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 MIMO 및 빔포밍 기술은 5세대(5G) 이동 통신의 핵심 기술이 될 전망이다. 또한, 첨단 운전자 보조시스템(Advanced Drier Assistance System; ADAS) 및 자율주행 자동차(self-driving cars)에 대한 관심이 높아짐에 따라 보다 성능이 우수한 자동차용 레이더 개발 경쟁이 치열해지면서 자동차용 레이더에도 점차 다중 안테나가 기본적으로 도입되고 있는 추세이다.2. Description of the Related Art [0002] Recently, in the field of wireless communication, studies on MIMO and beamforming techniques described above have been actively conducted as methods for efficient use of frequency resources along with depletion of frequency resources. Such MIMO and beamforming technology is expected to become a core technology of 5G (5G) mobile communication. In addition, as the interest in Advanced Drier Assistance System (ADAS) and self-driving cars increases, competition for development of more efficient radars for automobiles is intensifying, Antenna is basically being introduced.

이에, 아래의 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, MIMO 및 빔포밍의 문제를 해결하고 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제안한다.Therefore, the following embodiments propose a technique for solving the problem of MIMO and beamforming and improving performance in a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas.

일 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 기술을 제공한다.In one embodiment, in a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas, a technique of solving the directivity-induced performance degradation of an antenna array caused by nonlinearity between the spatial frequency and the incident angle and directivity of the antenna, and covering a wide angle with a single antenna array .

구체적으로, 일 실시예들은 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 RF 렌즈 장치를 이용하는 송수신 안테나 시스템 및 빔포밍 방법을 제공한다.More specifically, in one embodiment, the RF lens apparatus includes an RF lens for an antenna arranged to correspond to a plurality of antennas constituting an antenna array, and an RF lens for an array provided on an RF lens for an antenna, An antenna system and a beam forming method are provided.

일 실시예에 따르면, 안테나 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템은, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이; 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함한다.According to one embodiment, a transmitting and receiving antenna system for improving antenna directivity includes an antenna array composed of a plurality of antennas; The RF lenses for the antenna provided on the antenna array, the RF lenses for the antenna are arranged to correspond to the plurality of antennas, respectively; And an array RF lens provided on top of the RF lenses for the antenna.

일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하고, 상기 안테나 어레이는, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하며, 상기 어레이용 RF 렌즈는, 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, each of the RF lenses for the antenna changes a beam shape of each of the plurality of antennas, and the antenna array forms a beam within a first angle range, And refract the directivity angle of the beam of the antenna array such that the directivity angle range of the beam of the antenna array changes from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range.

다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나 어레이는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정할 수 있다.According to another aspect, the antenna array can determine the first angular range that satisfies the constraint by the modified beam shape of each of the plurality of antennas.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경할 수 있다.According to another aspect, each of the RF lenses for an antenna refracts rays forming a beam of each of the plurality of antennas to change a beam shape of each of the plurality of antennas to a specific angle range .

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.According to another aspect of the present invention, each of the RF lenses for the antenna is provided to be capable of controlling the focal length of the lens, so that the specific angle range can be adaptively adjusted.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시킬 수 있다.According to another aspect, each of the RF lenses for the antenna may refract each of the plurality of antennas so that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold value only within the specific angular range.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들은, 상기 복수의 안테나들과 각각 일대일 대응하도록 배치될 수 있다.According to another aspect, the RF lenses for the antenna may be arranged so as to correspond one-to-one with the plurality of antennas, respectively.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 어레이용 RF 렌즈는, 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the array RF lens is provided so as to be able to control the focal length of the lens so as to adaptively adjust the second angular range.

일 실시예에 따르면, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이의 상부에 구비되어 상기 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 RF 렌즈 장치는, 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되어, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되어, 상기 안테나 어레이가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위를 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an RF lens apparatus provided on an antenna array composed of a plurality of antennas to improve directivity of the antenna array is provided on an upper portion of the antenna array, RF lenses for an antenna for changing shape; RF lenses for the antenna are arranged corresponding to the plurality of antennas; And refracting a directivity angle of the beam formed within the first angular range so that the directivity angle range of the beam of the antenna array is shifted from the first angular range to the first angular range, And a second angular range that is wider or narrower than the angular range.

일 측면에 따르면, 상기 제1 각도 범위는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 값으로 결정될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the first angle range may be determined as a value satisfying a constraint by a modified beam shape of each of the plurality of antennas.

일 실시예에 따르면, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이; 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨- 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 송수신 안테나 시스템에서 수행되는 빔포밍 방법은, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각에서, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계; 상기 안테나 어레이가, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계; 및 상기 어레이용 RF 렌즈에서, 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시키는 단계를 포함한다.According to one embodiment, there is provided an antenna array comprising a plurality of antennas; Wherein the RF lens for the antenna provided on the upper part of the antenna array, the RF lenses for the antenna are arranged to correspond to the plurality of antennas, and the transmitting and receiving part including the RF lens for array, A beamforming method performed in an antenna system includes: changing, in each of RF lenses for the antenna, a beam shape of each of the plurality of antennas; The antenna array forming a beam within a first angular range; And refracting a directivity angle of the beam of the antenna array such that the directivity angle range of the beam of the antenna array changes from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range, .

일 측면에 따르면, 상기 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect, forming the beam within the first angular range may include determining the first angular range that satisfies the constraint by the modified beam shape of each of the plurality of antennas .

다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, modifying the beam shape of each of the plurality of antennas includes refracting rays forming a beam of each of the plurality of antennas, Within a certain angular range.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는 단계일 수 있다.According to another aspect, the step of changing the beam shape of each of the plurality of antennas to a specific angular range may include changing the beam shape of each of the plurality of antennas so that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold value only within the specific angular range. And refracting each of the lasers.

일 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.In one embodiment, in a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas, a technique of solving the directivity-induced performance degradation of an antenna array caused by nonlinearity between the spatial frequency and the incident angle and directivity of the antenna, and covering a wide angle with a single antenna array Can be provided.

구체적으로, 일 실시예들은 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 RF 렌즈 장치를 이용하는 송수신 안테나 시스템 및 빔포밍 방법을 제공할 수 있다.More specifically, in one embodiment, the RF lens apparatus includes an RF lens for an antenna arranged to correspond to a plurality of antennas constituting an antenna array, and an RF lens for an array provided on an RF lens for an antenna, An antenna system and a beam forming method.

도 1은 종래의 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 공간 주파수와 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
1 is a diagram illustrating a conventional transmission / reception antenna system.
2 is a diagram showing a relationship between a spatial frequency and an incident angle.
3 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to angles of an antenna in an ideal transmission and reception antenna system of the conventional structure.
FIG. 4 is a diagram for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in the 0 ° direction in an ideal transmission / reception antenna system of the conventional structure.
FIG. 5 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 30 ° direction in an ideal transmission / reception antenna system of the conventional structure.
FIG. 6 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is oriented in a 60 direction in an ideal transmission / reception antenna system of a conventional structure.
FIG. 7 is a diagram for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is oriented in the 90-degree direction in the ideal transmission and reception antenna system of the conventional structure.
FIG. 8 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to angles of an antenna in a realistic transmitting and receiving antenna system of a conventional structure.
9 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is oriented in a 0 direction in a realistic transmitting and receiving antenna system of a conventional structure.
FIG. 10 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 30 ° direction in a realistic transmitting / receiving antenna system of a conventional structure.
11 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is oriented in a 60 占 direction in a realistic transmitting and receiving antenna system of a conventional structure.
FIG. 12 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 90 ° direction in a realistic transmitting and receiving antenna system of a conventional structure.
13 is a diagram illustrating a transmitting / receiving antenna system according to an embodiment.
FIG. 14 is a view for explaining an RF lens for an antenna included in the transmission / reception antenna system shown in FIG.
15 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to angles of an antenna in a transmitting and receiving antenna system according to an embodiment.
FIG. 16 is a view for explaining an embodiment of an RF lens for an array included in the transmission and reception antenna system shown in FIG.
FIG. 17 is a view for explaining another embodiment of an RF lens for an array included in the transmission and reception antenna system shown in FIG.
18 is a flowchart showing a beam forming method in the transmitting and receiving antenna system according to the embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Also, terms used in this specification are terms used to appropriately express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the audience, the intention of the operator, or the custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

본 명세서에서 설명되는 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에 관한 것으로, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되어 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되어 안테나 어레이가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈를 포함하도록 송수신 안테나 시스템을 구성함으로써, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있도록 한다.The embodiments described herein relate to a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas, and are configured to correspond to a plurality of antennas constituting the antenna array, And an RF lens for an antenna to refract the directivity angle of the beam formed in the first angle range so that the directivity angle range of the beam of the antenna array is changed from the first angle range to a range narrower or narrower than the first angle range The antenna performance of the antenna array generated due to the nonlinearity between the spatial frequency and the incident angle and the directivity of the antenna can be solved by forming the transmitting / receiving antenna system so as to include the RF lens for the array changing into the second angle range, Allows wide angle coverage.

이하, 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템은 다중 안테나로서 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이를 포함하여, 신호를 송수신하는 시스템을 의미한다. 또한, 본 발명은 설명의 편의를 위하여, 송수신 안테나 시스템에서의 수신 빔포밍 기술을 예를 들어 설명되지만, 이에 제한되거나 한정되지 않고 송신 빔포밍 기술뿐만 아니라, MIMO 송수신 기술에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이하, 안테나 어레이가 1차원 선형 어레이인 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 2차원 어레이에도 확장되어 적용될 수 있다.Hereinafter, a transmitting and receiving antenna system having multiple antennas means a system for transmitting and receiving signals, including an antenna array composed of a plurality of antennas as multiple antennas. Also, for convenience of description, the present invention will be described by taking a reception beamforming technique in the transmission / reception antenna system as an example. However, the present invention can be applied to not only the transmission beamforming technique but also the MIMO transmission / reception technique . In the following, the antenna array is described as being a one-dimensional linear array, but it is not limited thereto and can be extended to a two-dimensional array.

도 1은 종래의 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a conventional transmission / reception antenna system.

도 1을 참조하면, 종래의 송수신 안테나 시스템은 복수의 안테나들(A0, A1, A2, A3, A4, A5)로 구성되는 선형 안테나 어레이(100)를 포함하는 구조를 갖는다. 이 때, 선형 안테나 어레이(100)에서 복수의 안테나들(A0, A1, A2, A3, A4, A5)의 간격은 반송파 주파수의 반파장(λ/2)인 것으로 가정하나, 이에 제한되거나 한정되지는 않는다. 이하, 도 2 내지 12를 참조하여 후술되는 이상적인 송수신 안테나 시스템 및 현실적인 송수신 안테나 시스템은 도 1과 같은 구조를 갖는 것을 전제로 한다.Referring to FIG. 1, a conventional transmitting / receiving antenna system has a structure including a linear antenna array 100 composed of a plurality of antennas A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , and A 5 . At this time, it is assumed that the spacing of the plurality of antennas A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , and A 5 in the linear antenna array 100 is a half wavelength (λ / 2) , But are not limited thereto. Hereinafter, the ideal transmission / reception antenna system and the realistic transmission / reception antenna system described below with reference to FIGS. 2 to 12 are assumed to have the structure as shown in FIG.

도 2는 공간 주파수와 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a relationship between a spatial frequency and an incident angle.

도 1을 참조하여 상술된 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 선형 안테나 어레이에 신호가 수신되면, 선형 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들 각각에 수신되는 신호는 입사각에 따라 서로 다른 위상 값을 갖게 된다. 이렇게 공간에 따른 위상의 변화율을 공간 주파수라 하며, 공간 주파수는 신호의 입사각과 도 2의 그래프(200)와 같이 비선형 관계를 갖게 된다.When a signal is received in the linear antenna array in the conventional transmission / reception antenna system described with reference to FIG. 1, the signals received by the plurality of antennas constituting the linear antenna array have different phase values according to the incident angle. The rate of change of the phase according to the space is referred to as a spatial frequency, and the spatial frequency has a non-linear relationship with the incident angle of the signal and the graph 200 shown in FIG.

도 3은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining gain characteristics and directivity according to angles of an antenna in an ideal transmission and reception antenna system of a conventional structure. FIG. 4 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to angles of an antenna, FIG. 5 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is oriented in the 30 ° direction in the ideal transmission and reception antenna system of the conventional structure. FIG. FIG. 6 is a view for explaining gain of the antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 60 direction in an ideal transmission and reception antenna system of a conventional structure, and FIG. 7 is a diagram for explaining the gain of the antenna array in an ideal transmission and reception antenna system , An antenna array according to the angle when the antenna array is oriented in the 90 占 direction A diagram for explaining the gain thereof.

도 3을 참조하면, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 안테나의 각도에 따른 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계(cartesian coordinate system)에서 나타내었을 때 310과 같이 -90° 내지 90° 방향 범위에 대해서 항상 1인 특성을 갖는다면, 310을 극좌표계(polar coordinate system)에서 그래프로 그리면 320과 같이 나타난다. 이처럼 이상적인 경우의 송수신 안테나 시스템(종래 구조의 송수신 안테나 시스템)에서 선형 안테나 어레이가 특정 방향으로 지향(steering)되었을 때 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴은 도 4 내지 7과 같이 나타난다.Referring to FIG. 3, when a gain according to an angle of an antenna, that is, a beam pattern in a cartesian coordinate system in a conventional transmission / reception antenna system, is always 1 for a range of -90 to 90 degrees, , Then 310 is plotted in a polar coordinate system and appears as 320. In this ideal case of the transmission and reception antenna system (transmission / reception antenna system of the conventional structure), the gain of the antenna array, that is, the beam pattern, when the linear antenna array is steered in a specific direction, appears as shown in FIGS.

이하, 빔 패턴은 안테나의 방사 패턴 또는 다중 안테나로 이루어진 안테나 어레이의 방사 패턴을 의미하고, 지향성(directivity)은 안테나 또는 안테나 어레이의 빔 패턴이 특정 방향에 집중되는 정도 또는 성질을 의미한다. 예컨대, 빔 모양(빔의 모양; beam shape)으로 나타낼 수 있는 지향성은 높다, 크다, 낮다 등의 표현으로 사용될 수 있다. 이 때, 지향성이 높으면 빔 모양은 좁고, 지향성이 낮으면 빔 모양이 좁은 관계를 갖는다. 이하, 빔 모양은 빔의 폭(beam width)을 포함하는 개념으로서, "빔 모양을 변경하는 것"은 일정 각도 범위 외의 에너지 방사를 제거하여 빔의 폭이 일정 각도 범위 내에 위치하도록 하는 동시에, 일정 각도 범위 내에서 안테나 이득을 유지시키는 것을 의미한다.Hereinafter, the beam pattern means a radiation pattern of an antenna or a radiation pattern of an antenna array made up of multiple antennas, and a directivity means a degree or property that a beam pattern of an antenna or an antenna array is concentrated in a specific direction. For example, the directivity that can be expressed by a beam shape (beam shape) can be used in expressions of high, large, low, and the like. At this time, if the directivity is high, the beam shape is narrow, and if the directivity is low, the beam shape is narrow. Hereinafter, the beam shape is a concept including the beam width. By "changing the beam shape ", it is possible to remove the energy radiation outside the predetermined angle range so that the width of the beam is positioned within a certain angle range, This means maintaining the antenna gain within the angular range.

또한, 지향(steering)은 지향성 안테나 또는 지향성 안테나 어레이의 지향 각도가 원하는 방향으로 향하도록 하는 것을 의미한다.In addition, steering refers to directing the directional angle of the directional antenna or directional antenna array toward a desired direction.

도 4를 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 0° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일(linear scale)의 그래프로 그리면 410과 같이 나타나며, 410의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 420과 같이 나타난다.Referring to FIG. 4, in the ideal transmission and reception antenna system, when the antenna array is oriented in the 0 direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern is plotted on a linear scale graph in a rectangular coordinate system, And a beam pattern of 410 is plotted on a linear scale graph in the polar coordinate system.

이 때, 안테나 어레이의 빔 패턴은 안테나 어레이를 구성하는 안테나의 개수가 많을수록 지향성이 커지며, 날카롭게 형성될 수 있다. 그러나 안테나의 개수가 동일하다 하더라도 어레이가 0° 방향으로 지향(steering)되었을 때의 빔 패턴이 가장 지향성이 크며, 지향 각도가 90° 방향 또는 -90° 방향으로 갈수록 빔 패턴의 지향성이 떨어지는 특성을 가진다. 이러한 문제는 도 2에 도시된 바와 같이 신호의 입사각 및 공간 주파수 사이의 관계가 비선형 관계이기 때문에 발생될 수 있다.At this time, the beam pattern of the antenna array increases in directivity as the number of the antennas constituting the antenna array increases, and can be formed in a sharp manner. However, even if the number of antennas is the same, the beam pattern when the array is oriented in the 0 ° direction has the greatest directivity, and the directivity of the beam pattern decreases as the directivity angle approaches 90 ° or -90 ° I have. This problem can be caused because the relationship between the incident angle of the signal and the spatial frequency is a nonlinear relationship as shown in Fig.

이하, 지향 각도(steering angle)는 지향성을 가진 안테나 또는 지향성을 가진 안테나 어레이의 에너지 방사가 집중된 각도 또는 방향을 의미한다. 이 때, 지향 각도는 빔의 방향과 동일한 의미를 갖는다.Hereinafter, the steering angle means an angle or direction in which the energy radiation of the antenna having directivity or the antenna array having directivity is concentrated. At this time, the directivity angle has the same meaning as the direction of the beam.

도 5를 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 510과 같이 나타나며, 510의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 520과 같이 나타난다.Referring to FIG. 5, in an ideal transmission and reception antenna system, when an antenna array is oriented in a 30-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is shown as 510 in a linear scale graph in a rectangular coordinate system, Of the beam pattern is plotted on a linear scale graph in the polar coordinate system.

여기서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴에 비해서 지향성이 조금 떨어졌으나, 비교적 양호한 지향성을 유지하고 있음이 확인된다.Here, it is confirmed that the beam pattern when the antenna array is oriented in the direction of 30 degrees has a slightly lower directivity than the beam pattern described with reference to FIG. 4, but maintains a relatively good directivity.

도 6을 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 은 610과 같이 나타나며, 610의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 620과 같이 나타난다.Referring to FIG. 6, in the ideal transmission and reception antenna system, when the antenna array is oriented in a 60-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is plotted as a linear scale graph in a rectangular coordinate system, 610 beam pattern is plotted on a linear scale graph in the polar coordinate system.

이 때, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴 및 도 5 를 참조하여 상술된 빔 패턴에 비해 지향성이 눈에 띄게 저하되었으며, -90° 방향에 대한 안테나 어레이의 이득이 4.5 이상이기 때문에, 원하지 않는 방향인 -90° 방향으로부터의 신호에 의한 간섭이 크게 발생될 수 있는 문제를 갖는다.At this time, the beam pattern when the antenna array is oriented in the 60 占 direction has a markedly lowered directivity than the beam pattern described above with reference to Fig. 4 and the beam pattern described above with reference to Fig. 5, The antenna array has a gain of 4.5 or more, so that there is a problem that interference due to a signal from an undesired direction, that is, an angle of -90 [deg.], Can be largely generated.

도 7을 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 710과 같이 나타나며, 710의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 720과 같이 나타난다.Referring to FIG. 7, in an ideal transmission and reception antenna system, when an antenna array is oriented in a 90-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is plotted as a linear scale graph in a rectangular coordinate system, 720 < / RTI > of a beam pattern of a linear scale in a polar coordinate system.

여기서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 지향성이 크게 떨어진 것이 확인되며, 90° 방향으로부터 수신되는 신호와 -90° 방향으로부터 수신되는 신호를 구분하지 못하는 문제를 갖는다.Here, it is confirmed that the directivity of the beam pattern when the antenna array is oriented in the 90 占 direction is greatly deteriorated, and there is a problem that the signal received from the 90 占 direction can not be distinguished from the signal received from the 90 占 direction.

이상, 안테나의 지향 각도에 따른 이득이 -90° 내지 90° 방향 범위에 대해서 항상 1인 특성을 갖는 이상적인 경우의 송수신 안테나 시스템이 설명되었으나, 실제 무선 송수신 환경에서는 안테나 자체의 이득 특성 또한 지향성을 갖게 됨에 따라, 안테나의 각도에 따른 이득과 지향성은 도 3과 다르게 나타난다. 이에 대한 상세한 설명은 도 8을 참조하여 기재하기로 한다.In the ideal transmission / reception antenna system having the characteristic that the gain according to the direction angle of the antenna is always 1 for the range of -90 to 90 degrees, the gain characteristic of the antenna itself is also directed As a result, the gain and the directivity according to the angle of the antenna are different from those in FIG. A detailed description thereof will be described with reference to Fig.

도 8은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining a gain characteristic and a directivity according to an angle of an antenna in a realistic transmission and reception antenna system of a conventional structure. FIG. FIG. 10 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 30 ° direction in a realistic transmitting / receiving antenna system of a conventional structure. FIG. FIG. 11 is a view for explaining gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in a 60 ° direction in a realistic transmitting / receiving antenna system of a conventional structure, and FIG. 12 is a diagram illustrating a gain / , And the angle of the antenna array in the direction of 90 DEG A diagram illustrating the gain of the X-rays.

도 8을 참조하면, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 안테나의 지향 각도에 따른 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 나타내었을 때 810과 같이 0° 방향에 대해서 1이고, -90° 방향 또는 90° 방향으로 각도가 이동됨에 따라 점차 감소되는 특성을 갖는다면, 810을 극좌표계에서 그래프로 그리면 820과 같이 나타난다. 이처럼 현실적인 경우의 송수신 안테나 시스템(종래 구조의 송수신 안테나 시스템)에서 선형 안테나 어레이가 특정 방향으로 지향되었을 때 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴은 도 9 내지 12와 같이 나타난다.Referring to FIG. 8, in a conventional transmission / reception antenna system, when a gain according to a direction angle of an antenna, that is, a beam pattern is expressed in a rectangular coordinate system, it is 1 for 0 ° direction as in 810, 820 is displayed as 820 when it is plotted in the polar coordinate system. In such a realistic transmission / reception antenna system (transmission / reception antenna system of the conventional structure), the gain of the antenna array according to the angle when the linear antenna array is oriented in a specific direction, that is, the beam pattern, is shown in FIGS.

도 9를 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 0° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 910과 같이 나타나며, 910의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 920과 같이 나타난다.Referring to FIG. 9, in a realistic transmission and reception antenna system, when the antenna array is oriented in the 0 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern is expressed by a graph of a linear scale in a rectangular coordinate system, The beam pattern of the light beam is plotted in a linear scale graph in the polar coordinate system.

이 때, 920과 같은 안테나 어레이의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴보다 더 큰 지향성을 갖고 있음이 확인되는데, 이는 안테나 자체의 지향 각도와 안테나 어레이의 지향 각도가 일치하기 때문이다.At this time, it is confirmed that the beam pattern of the antenna array 920 has a greater directivity than the beam pattern described above with reference to FIG. 4 because the directivity angle of the antenna itself and the directivity angle of the antenna array coincide with each other.

도 10을 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1010과 같이 나타나며, 1010의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1020과 같이 나타난다.Referring to FIG. 10, in a realistic transmission and reception antenna system, when the antenna array is oriented in a 30-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is expressed by a graph of a linear scale in a rectangular coordinate system, 1020 < / RTI > < RTI ID = 0.0 >. ≪ / RTI >

여기서, 30° 방향으로 지향되었을 때 안테나 어레이의 이득은 도 5를 참조하여 상술된 안테나 어레이의 이득보다 약간 왼쪽으로 이동된 경향을 보이는 것이 확인된다. 즉, 현실적인 송수신 안테나 시스템과 같이 안테나 자체의 지향성이 있는 경우 안테나 자체의 지향 각도와 안테나 어레이의 지향 각도가 일치하지 않으면, 안테나 어레이의 지향 방향을 조절하는데 나쁜 영향을 미칠 수 있다.Here, it is confirmed that the gain of the antenna array tends to be shifted slightly to the left from the gain of the antenna array described above with reference to Fig. 5 when it is oriented in the direction of 30 [deg.]. That is, if the directional angle of the antenna itself and the directivity angle of the antenna array do not match, directivity of the antenna array may be adversely affected.

도 11을 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1110과 같이 나타나며, 1110의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1120과 같이 나타난다.Referring to FIG. 11, in a realistic transmission and reception antenna system, when the antenna array is oriented in a 60-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is expressed by a graph of a linear scale in a rectangular coordinate system, 1120 < / RTI > as shown in FIG.

이 때, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 안테나 자체의 지향성에 의해서 제대로 형성되지 못하는 것이 확인된다.At this time, it is confirmed that the beam pattern when the antenna array is oriented in the 60 占 direction is not properly formed due to the directivity of the antenna itself.

도 12를 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1210과 같이 나타나며, 1210의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1220과 같이 나타난다.Referring to FIG. 12, in an actual transmitting and receiving antenna system, when the antenna array is oriented in a 90-degree direction, a gain of an antenna array according to an angle, that is, a beam pattern is expressed by a graph of a linear scale in a rectangular coordinate system, 1220 < / RTI > < RTI ID = 0.0 >. ≪ / RTI >

이와 같이 현실적인 송수신 안테나 시스템에서 빔포밍이 수행되는 경우, 안테나 자체의 지향성으로 인해, 안테나 어레이의 빔 지향 각도가 커지는 경우, 빔포밍 성능이 심하게 열하되는 문제가 발생된다. 또한, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템은 상기 문제를 해결하지 못하였기 때문에, 안테나 어레이의 빔 패턴의 지향 각도가 120°보다 훨씬 좁은 각도 범위로 제한되는 단점을 갖는다.When beamforming is performed in such a realistic transmission / reception antenna system, there arises a problem that the beam forming performance is seriously degraded when the beam directing angle of the antenna array is increased due to the directivity of the antenna itself. In addition, the conventional transmission / reception antenna system has the disadvantage that the directivity angle of the beam pattern of the antenna array is limited to an angle range which is much narrower than 120 degrees.

그러나 이동 통신에서 섹터 안테나의 경우 120°를 커버하여야 하는 경우가 많으며, 최근 연구가 활발히 이루어지고 있는 자율주행 자동차용 근거리 레이더의 경우에도 약 120°를 커버해야 한다. 하지만 종래 구조의 송수신 안테나 시스템으로는 도 8 내지 12에서 설명된 바와 같이 단일 안테나 어레이로는 120°를 커버하는 것이 불가능하다.However, in the case of mobile communication, sector antennas are often required to cover 120 °, and even in the case of a near-field radar for an autonomous vehicle in which recent research is actively conducted, it should cover about 120 °. However, in the conventional transmission / reception antenna system, it is impossible to cover 120 [deg.] With the single antenna array as described in Figs.

이에, 아래의 실시예들은 RF 렌즈 장치를 포함함으로써, 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 송수신 안테나 시스템을 제안한다.Thus, the following embodiments propose a transmitting / receiving antenna system that includes an RF lens device to solve the directing performance deterioration of the antenna array and cover a wide angle with a single antenna array.

도 13은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.13 is a diagram illustrating a transmitting / receiving antenna system according to an embodiment.

도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템(1300)은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)로 구성되는 안테나 어레이(1310) 및 RF 렌즈 장치(1320)를 포함한다. 이하, 안테나 어레이(1310)에서 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)의 간격은 반송파 주파수의 반파장(λ/2)인 것으로 가정하나, 이에 제한되거나 한정되지는 않는다. 또한, 안테나 어레이(1310)가 도면과 같이 1차원 선형 어레이인 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)이 2차원으로 배치되는 2차원 어레이일 수도 있다. 이러한 경우에도 후술되는 RF 렌즈 장치(1320)는 동일하게 적용될 수 있다.13, a transmitting and receiving antenna system 1300 according to an embodiment includes an antenna array 1310 and a RF lens unit 1320 including a plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, ). The spacing of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 in the antenna array 1310 is assumed to be a half wavelength (? / 2) of the carrier frequency, . In addition, although the antenna array 1310 is described as being a one-dimensional linear array as shown in the drawing, the present invention is not limited thereto, and the antenna array 1310 may be a two-dimensional array antenna in which a plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, Dimensional array. Even in this case, the RF lens apparatus 1320 described later can be similarly applied.

RF 렌즈 장치(1320)는 안테나 어레이(1310)의 상부에 구비되어 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 및 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈(1330)를 포함한다.The RF lens apparatus 1320 includes antenna RF lenses 1321, 1322, 1313, 1313, 1314, 1315, 1316 disposed on the upper portion of the antenna array 1310 and corresponding to the plurality of antennas 1311, 1312, 1323, 1324, 1325 and 1326 and an RF lens 1330 for an array provided on the RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325 and 1326 for antennas.

여기서, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)은 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)과 각각 일대일 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, A0 안테나용 RF 렌즈(1321)는 A0 안테나(1311)의 상부에 배치되고, A1 안테나용 RF 렌즈(1322)는 A1 안테나(1312)의 상부에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 나머지 안테나용 RF 렌즈들(1323, 1324, 1325, 1326)은 각각 나머지 안테나들(1313, 1314, 1315, 1316)에 일대일 대응하도록 배치될 수 있다.Here, the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 may be disposed so as to correspond one to one to the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316, respectively. For example, A 0 antenna RF lens 1321 is arranged on the upper portion of the A 0 antenna (1311), A 1 antenna RF lens 1322 for may be placed on top of the A 1 antenna 1312. Similarly, the RF lenses 1323, 1324, 1325, and 1326 for the remaining antennas may be disposed so as to correspond one-to-one to the remaining antennas 1313, 1314, 1315, and 1316, respectively.

안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경할 수 있다. 예를 들어, A0 안테나용 RF 렌즈(1321)는 A0 안테나(1311)의 빔 모양을, A1 안테나용 RF 렌즈(1322)는 A1 안테나(1312)의 빔 모양을, A2 안테나용 RF 렌즈(1323)는 A2 안테나(1313)의 빔 모양을, A3 안테나용 RF 렌즈(1324)는 A3 안테나(1314)의 빔 모양을, A4 안테나용 RF 렌즈(1325)는 A4 안테나(1315)의 빔 모양을, A5 안테나용 RF 렌즈(1326)는 A5 안테나(1316)의 빔 모양을 각각 -θ11으로 변경할 수 있다. 이하, 2*θ1은 안테나용 RF 렌즈(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)에 의해 변경된 안테나 빔 패턴의 빔 모양(폭)을 나타내는 양으로, θ1은 변경된 안테나 빔 패턴과 관련된 파라미터를 의미한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 14를 참조하여 기재하기로 한다.Each of the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325 and 1326 can change the beam shape of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315 and 1316. For example, A 0 antenna RF lens 1321 is a beam shape of the A 1 antenna 1312, a beam shape of the A 0 antenna (1311), A 1 antenna RF lens (1322) for, A 2 antenna for The RF lens 1323 has a beam shape of the A 2 antenna 1313 and the A 3 antenna RF lens 1324 has the beam shape of the A 3 antenna 1314 and the A 4 antenna RF lens 1325 has the beam shape of A 4 the beam shape of the antenna (1315), for RF lens a 5 antenna 1326 is capable of changing the beam shape of the antenna a 5 (1316), each with 1 ~ θ 1 -θ. Or less, 2 * θ 1 is in an amount that represents the beam shape (width) of the antenna beam pattern is changed by an RF lens with an antenna (1321, 1322, 1323, 1324 , 1325, 1326), θ 1 is related to the changed antenna beam pattern Parameter. A detailed description thereof will be described with reference to FIG.

이 때, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각이 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경한다는 것은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 지향성(안테나 자체가 갖는 지향성)을 변경하는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각은 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 자체 지향성을 고려하여 설계될 수 있다(일례로, 비구면 렌즈 등이 사용될 수 있으며, 1개 이상의 렌즈 요소(element)가 사용될 수 있음).In this case, changing the beam shape of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 for the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, (The directivity of the antenna itself) of each of the antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316 of the base station apparatus. Therefore, each of the RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 for the antenna can be designed in consideration of the self-directionality of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, (For example, an aspherical lens or the like may be used, and one or more lens elements may be used).

안테나 어레이(1310)는 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성한다. 이 때, 안테나 어레이(1310)는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각에 의해 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 제1 각도 범위를 결정함으로써, 결정된 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이(1310)는 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양인 -θ11 내에 제1 각도 범위인 -φ11가 위치하도록(φ11) 제1 각도 범위인 -φ11의 값을 결정할 수 있다. 더 구체적인 예를 들면, 안테나 어레이(1310)는 빔을 형성하는 제1 각도 범위의 파라미터 φ1을 결정함에 있어, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양의 파라미터 θ1에 의한 제약 조건으로서, φ11-(안테나 어레이(1310)의 빔 너비)/2의 식을 이용할 수 있다. 이하, 제1 각도 범위인 -φ11는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도의 범위를 나타내는 값을 의미한다.The antenna array 1310 forms a beam within a first angular range. 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 of each of the antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 is changed by the RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, The beam can be formed within the determined first angular range by determining the first angular range satisfying the constraint by the beam shape. For example, the antenna array 1310 includes a plurality of antennas (1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) of ~ φ 1 -φ each of the first angular range in the beam shape changed in 1 ~ θ 11 to the position (φ 1 1) may first determine the angle -φ range of values of φ 1 ~ 1. For example, the antenna array 1310 may be configured to determine a first angle range parameter? 1 that forms a beam, by determining whether the changed beam? Of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, As a constraint by the shape parameter? 1 , an equation of? 1 =? 1 - (beam width of the antenna array 1310) / 2 can be used. Herein, the first angular range of -φ 1 to φ 1 means a value indicating the range of the directivity angle of the beam of the antenna array 1310.

어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위가 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시킨다. 다시 말해, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경할 수 있다.The array-use RF lens 1330 is arranged such that the directivity angle of the beam of the antenna array 1310 changes from a first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range, . In other words, the array-use RF lens 1330 can change the directing angle range of the beam of the antenna array 1310 from the first angle range to the second angle range.

예를 들어, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 -φ11의 제1 각도 범위를 갖는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이(1310)의 빔이 -φ22의 제2 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 이에, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시킴으로써, 안테나 어레이(1310)의 커버리지를 좁히거나 넓힐 수 있다. 이하, 제2 각도 범위인 -φ22는 안테나 어레이(1310)의 빔이 어레이용 RF 렌즈(1330)를 통과한 후 굴절에 의해 변경된 지향 각도의 범위를 나타내는 값을 의미한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 16 내지 17을 참조하여 기재하기로 한다.For example, the array-use RF lens 1330 refracts the directivity angle of the beam of the antenna array 1310 having the first angular range of-phi 1 to phi 1 so that the beam of the antenna array 1310 becomes -φ 2 and a second angle range of? 2 . Thus, the array-use RF lens 1330 can narrow or broaden the coverage of the antenna array 1310 by refracting the beam-directing angle of the antenna array 1310. Hereinafter, the second angular range of -φ 2 to φ 2 is a value indicating the range of the directivity angle changed by the refraction after the beam of the antenna array 1310 passes through the array RF lens 1330. A detailed description thereof will be described with reference to Figs. 16 to 17.

이처럼, 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템(1300)은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 및 안테나 어레이(1310)가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈(1330)를 포함함으로써, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있다.As described above, the transmitting and receiving antenna system 1300 according to one embodiment includes the RF lenses 1321, 1322, and 1323 for antennas that change the beam shapes of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1324, 1325, 1326) and the antenna array 1310 refract the directivity angle of the beam formed within the first angular range, so that the directivity angle range of the beam of the antenna array 1310 from the first angular range to the second angular range , It is possible to solve the directivity deterioration of the antenna array caused by the nonlinearity between the spatial frequency and the incident angle and the directivity of the antenna and cover a wide angle with a single antenna array .

도 14는 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 14를 참조하여 설명되는 안테나용 RF 렌즈(1400)는 도 13을 참조하여 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈들 각각을 나타낸다.FIG. 14 is a view for explaining an RF lens for an antenna included in the transmission and reception antenna system shown in FIG. 13, and FIG. 15 is a view for explaining a gain characteristic and a directivity according to an angle of an antenna in the transmission and reception antenna system according to an embodiment FIG. Hereinafter, the RF lens 1400 for an antenna described with reference to FIG. 14 represents each RF lens for an antenna included in the transmission and reception antenna system described above with reference to FIG.

도 14를 참조하면, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 실제 무선 송수신 환경에서 안테나의 지향성이 도 15와 같은 특성을 갖도록 한다. 보다 상세하게, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜 안테나의 빔 모양을 특정 각도 범위(일례로, -θ11) 내로 변경할 수 있다.Referring to FIG. 14, the RF lens 1400 for an antenna has characteristics such that the directivity of the antenna is as shown in FIG. 15 in an actual wireless transmission / reception environment. More specifically, the RF antenna lens 1400 is for the shape of the antenna beam by refraction of rays (ray) to form the beam of the antenna (for example, θ 11 ~) an angle range can be changed into.

예를 들어, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나의 빔을 형성하는 레이들 중 0°에 가까운 방향의 레이들(1410)은 굴절을 통해 분산시켜 안테나 이득을 줄여주고, 안테나의 빔을 형성하는 레이들 중 90°에 가까운 방향의 레이들(1420)은 굴절을 통해 집중시킴으로써, 안테나의 빔 모양을 -θ11 내로 변경하고, 안테나의 이득이 특정 각도 범위(-θ11)에서만 임계값을 갖도록 할 수 있다.For example, the RF lens 1400 for an antenna can reduce the gain of the antenna by dispersing the ladle 1410 in the direction near 0 ° of the ladle forming the beam of the antenna through refraction, the ladle of the ray direction close to 90 ° of 1420 by focusing through a refractive, and change the shape of the antenna beam into -θ 1 ~ θ 1, the gain of the antenna range of an angle (-θ 1 ~ θ 1 ) Can only have a threshold value.

도 15는 안테나용 RF 렌즈(1400)에 의해 안테나에서 방사되는 레이(ray)들이 굴절되면서 안테나의 빔 모양이 변경되는 도 14의 과정을 다른 방법으로 설명하고 결과적으로 변경된 안테나의 빔 패턴을 도시하고 있다. 이러한 경우, 안테나의 이득은 1510과 같이 -θ11 내에서 방향에 상관없이 항상 일정한 임계값을 가지며, -θ1보다 작은 방향 또는 θ1보다 큰 방향에 대해서는 0의 값을 갖는 특성을 보이며, 1510을 극좌표계에서 그리면 1520과 같이 나타난다. 따라서, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나에서 원치 않는 방향으로부터의 간섭을 방지할 수 있다.FIG. 15 illustrates the beam pattern of the modified antenna by another method, in which the beam shape of the antenna is changed while the rays emitted from the antenna are refracted by the RF lens 1400 for an antenna, have. In this case, the gain characteristic always having a value of 0 for large direction has a constant threshold value, smaller than the direction or θ 11, regardless of the direction in the -θ 1 ~ θ 1 as shown in 1510 of the antenna If you draw 1510 in the polar coordinate system, it will look like 1520. Therefore, the RF lens 1400 for an antenna can prevent interference from unwanted directions in the antenna.

이상 설명된 안테나의 빔 모양이 변경된 -θ11의 특정 각도 범위(안테나의 빔 패턴의 빔이 커버하는 각도 범위)는 상술된 안테나용 RF 렌즈(1400)의 구조 및 동작이 적용된 송수신 안테나 시스템(도 13을 참조로 설명된 송수신 안테나 시스템)에 포함되는 안테나 어레이가 빔을 형성하고자 하는 각도 범위(제1 각도 범위)를 결정하는 제약 조건에 영향을 줄 수 있다.The specific angular range (the angle range covered by the beam pattern of the antenna) of -θ 1 to θ 1 in which the beam shape of the antenna described above is changed is determined by the structure of the RF lens 1400 for the antenna and the transmission / The antenna array included in the system (the transmitting and receiving antenna system described with reference to FIG. 13) can influence the constraint condition that determines the angle range (first angle range) in which the beam is to be formed.

이에, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있고, 안테나용 RF 렌즈(1400)가 적용된 송수신 안테나 시스템은 복수의 안테나들 각각의 조절된 빔 모양에 의한 제약 조건에 따라, 안테나 어레이의 빔이 형성되는 제1 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다Therefore, the RF lens 1400 for an antenna can be adjusted to have a lens focal length (implemented to have a zooming function) and can adaptively adjust a specific angle range, and a transmission / reception antenna system May adaptively adjust the first angular range at which the beam of the antenna array is formed, according to the constrained condition of the adjusted beam shape of each of the plurality of antennas

도 16은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 16 is a view for explaining an embodiment of an RF lens for an array included in the transmission and reception antenna system shown in FIG.

도 16을 참조하면, 도 13에서 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈(1600)는, φ112인 상황에서, 제1 각도 범위인 -φ11의 지향 각도 범위를 갖는 안테나 어레이의 빔(1610)의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이의 빔(1620)이 -φ11보다 넓은 제2 각도 범위인 -φ22의 지향 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 어레이용 RF 렌즈(1600)를 거치기 이전에 안테나 어레이의 빔(1610)의 지향 각도는 -θ11 내에 포함되지만, 어레이용 RF 렌즈(1600)를 거친 이후의 안테나 어레이의 빔(1620)의 지향 각도는 -θ11보다 더 넓은 각도 범위를 커버하면서도 기존의 빔포밍에서 발생되는 지향 성능 열하의 문제가 발생되지 않도록 할 수 있다.Referring to Figure 16, the RF lens arrays 1600 included in the transmitting and receiving antenna systems described above in Fig. 13, in the φ 1 12 situation, the first angle range in the -φ 1 ~ φ 1 Refracting the directivity angle of the beam 1610 of the antenna array having the directivity angle range so that the beam 1620 of the antenna array has a directivity angle range of -φ 2 to φ 2 that is a second angle range wider than -φ 1 to φ 1 . Thus, the arrays oriented angle of the beam 1610 of the previous antenna array to go through the RF lens 1600, but included in the -θ 1 ~ θ 1, the beam of the antenna array after passed through the RF Lens Arrays (1600) ( 1620 can cover an angular range wider than -θ 1 to θ 1 , but can prevent the problem of the directing performance deterioration caused in the conventional beam forming.

이러한 어레이용 RF 렌즈(1600)의 동작은, 어레이용 RF 렌즈(1600)가 렌즈 초점 거리를 짧게 제어하여 수행될 수 있다. 즉, 어레이용 RF 렌즈(1600)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 제1 각도 범위가 변경되는 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.The operation of the array-use RF lens 1600 can be performed by controlling the lens focal length of the array-use RF lens 1600 to be short. That is, the array RF lens 1600 can adaptively adjust the second angular range in which the first angular range is changed (implemented to have a zooming function) so as to be able to control the lens focal length.

도 17은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 17 is a view for explaining another embodiment of an RF lens for an array included in the transmission and reception antenna system shown in FIG.

도 17을 참조하면, 도 13에서 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈(1700)는, φ112인 상황에서, 제1 각도 범위인 -φ11의 지향 각도 범위를 갖는 안테나 어레이의 빔(1710)의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이의 빔(1720)이 -φ11보다 좁은 제2 각도 범위인 -φ22의 지향 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 어레이용 RF 렌즈(1700)를 거치기 이전의 안테나 어레이의 빔(1710)보다 어레이용 RF 렌즈(1700)를 거친 이후의 안테나 어레이의 빔(1720)이 날카로워짐에 따라, 더 높은 공간 분해능(spatial resolution)을 가지고 더 정교한 빔의 스티어링이 가능하게 될 수 있다. 이러한 특성은 이동 통신에서 셀 용량의 증가로 나타날 수 있으며 레이더 시스템에서는 대상 인식을 위한 개선된 공간 분해능으로 나타날 수 있다.17, the RF lens 1700 for an array included in the transmission and reception antenna system described with reference to FIG. 13 has a first angular range of -φ 1 to φ 1 in a situation where φ 112 Refracting the directivity angle of the beam 1710 of the antenna array having the directivity angle range so that the beam 1720 of the antenna array has a directivity angle range of -φ 2 to φ 2 that is a second angle range narrower than -φ 1 to φ 1 . Therefore, as the beam 1720 of the antenna array after passing through the RF lens 1700 for array is sharper than the beam 1710 of the antenna array before the array RF lens 1700, the more sophisticated beam steering can be enabled with spatial resolution. This characteristic can be caused by an increase in the cell capacity in mobile communication and in the radar system, it can appear as improved spatial resolution for object recognition.

이러한 어레이용 RF 렌즈(1700)의 동작은, 어레이용 RF 렌즈(1700)가 렌즈 초점 거리를 길게 제어하여 수행될 수 있다. 즉, 어레이용 RF 렌즈(1700)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 제1 각도 범위가 변경되는 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.The operation of the array-use RF lens 1700 can be performed by controlling the lens focal length of the array RF lens 1700 to be long. That is, the array-use RF lens 1700 can adaptively adjust the second angular range in which the first angular range is changed (implemented to have a zooming function) so as to control the lens focal length.

도 18은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법을 나타낸 플로우 차트이다.18 is a flowchart showing a beam forming method in the transmitting and receiving antenna system according to the embodiment.

도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 빔포밍 방법은 도 13내지 17에서 상술된 송수신 안테나 시스템(특히, RF 렌즈 장치)을 주체로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 18, the beam forming method according to one embodiment may be performed mainly on the transmitting and receiving antenna system (particularly, the RF lens apparatus) described in FIGS.

단계(S1810)에서 RF 렌즈 장치에 포함되는 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경할 수 있다.In step S1810, each of the RF lenses for an antenna included in the RF lens apparatus can change the beam shape of each of the plurality of antennas.

구체적으로, 단계(S1810)에서 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이들을 굴절시켜, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경할 수 있다.Specifically, in step S1810, each of the RF lenses for the antenna may refract the rays forming the beam of each of the plurality of antennas to change the beam shape of each of the plurality of antennas to within a specific angle range.

또한, 안테나용 RF 렌즈들 각각은 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.In addition, each of the RF lenses for the antenna is provided so as to be able to control the focal length of the lens, so that a specific angle range can be adaptively adjusted.

이 때, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 것은, 복수의 안테나들 각각의 이득이 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는 것을 의미할 수 있다.At this time, changing the beam shape of each of the plurality of antennas to a specific angle range means refracting each of the plurality of antennas so that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold value only within a certain angle range .

이어서, 단계(S1820)에서 RF 렌즈 장치가 구비되는 안테나 어레이는, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성한다. 특히, 안테나 어레이는 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 제1 각도 범위를 결정한 뒤, 결정된 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 단계(S1810)에서 복수의 안테나들 각각의 빔 모양이 -θ11로 변경되었다면, 단계(S1820)에서 안테나 어레이는 φ11의 제약 조건을 만족시키는 -φ11로 제1 각도 범위를 결정하고, -φ11의 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다.Subsequently, in step S1820, the antenna array provided with the RF lens apparatus forms a beam within the first angular range. In particular, the antenna array may form a beam within a first angle range determined after determining a first angular range that satisfies the constraint by the modified beam shape of each of the plurality of antennas. For example, a plurality of antennas, each beam shape has been changed by -θ 1 ~ θ 1 in the step (S1810), the antenna array at step (S1820) is -φ 1 that satisfy the constraints of the φ 1 1 - determining a first angle φ 1 to the range, and it is possible to form a beam in a first angle range of 1 - φ 1 -φ.

그 후, 단계(S1830)에서 RF 렌즈 장치에 포함되는 어레이용 RF 렌즈는, 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시킨다.Thereafter, in step S1830, the RF lens for an array included in the RF lens apparatus changes the angular range of the beam of the antenna array from the first angular range to a second angular range that is wider or narrower than the first angular range, Refracts the beam's directivity angle.

다시 말해, 단계(S1830)에서 어레이용 RF 렌즈는 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경할 수 있다.In other words, in step S1830, the RF lens for array can change the directivity angle of the beam of the antenna array from the first angle range to the second angle range.

이상, 빔포밍 방법이 3개의 단계들(S1810 및 S1830)을 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 다른 단계들을 추가적으로 더 포함할 수 있다.As described above, although the beamforming method is described as including three steps (S1810 and S1830), it is not limited thereto, and it may further include other steps.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (14)

안테나 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템에 있어서,
복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이;
상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및
상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈
를 포함하는 송수신 안테나 시스템.
A transmitting / receiving antenna system for improving antenna directivity, comprising:
An antenna array comprising a plurality of antennas;
The RF lenses for the antenna provided on the antenna array, the RF lenses for the antenna are arranged to correspond to the plurality of antennas, respectively; And
An RF lens for an array provided on top of the RF lenses for the antenna,
Receiving antenna system.
제1항에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은,
상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하고,
상기 안테나 어레이는,
제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하며,
상기 어레이용 RF 렌즈는,
상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시키는, 송수신 안테나 시스템.
The method according to claim 1,
Each of the RF lenses for the antenna comprises:
Changing a beam shape of each of the plurality of antennas,
The antenna array includes:
Forming a beam within a first angular range,
In the array RF lens,
And refracts a directivity angle of the beam of the antenna array such that a directivity angle range of the beam of the antenna array changes from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range.
제2항에 있어서,
상기 안테나 어레이는,
상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정하는, 송수신 안테나 시스템.
3. The method of claim 2,
The antenna array includes:
And determines the first angular range that satisfies constraint conditions based on a modified beam shape of each of the plurality of antennas.
제2항에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은,
상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는, 송수신 안테나 시스템.
3. The method of claim 2,
Each of the RF lenses for the antenna comprises:
And refracts rays that form a beam of each of the plurality of antennas to change the beam shape of each of the plurality of antennas to within a specified angle range.
제4항에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은,
렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 특정 각도 범위를 적응적으로 조절하는, 송수신 안테나 시스템.
5. The method of claim 4,
Each of the RF lenses for the antenna comprises:
And the lens focal length is adjustable so as to adaptively adjust the specific angular range.
제4항에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은,
상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는, 송수신 안테나 시스템.
5. The method of claim 4,
Each of the RF lenses for the antenna comprises:
And refracts each of the plurality of lanes so that a gain of each of the plurality of antennas has a threshold value only within the specific angular range.
제2항에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들은,
상기 복수의 안테나들과 각각 일대일 대응하도록 배치되는, 송수신 안테나 시스템,
3. The method of claim 2,
The RF lenses for an antenna,
A transmitting and receiving antenna system arranged to correspond one-to-one with the plurality of antennas,
제2항에 있어서,
상기 어레이용 RF 렌즈는,
렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 제2 각도 범위를 적응적으로 조절하는, 송수신 안테나 시스템.
3. The method of claim 2,
In the array RF lens,
And adjusts the second angular range adaptively so as to be able to control the lens focal distance.
복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이의 상부에 구비되어 상기 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 RF 렌즈 장치에 있어서,
상기 안테나 어레이의 상부에 구비되어, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및
상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되어, 상기 안테나 어레이가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위를 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈
를 포함하는 RF 렌즈 장치.
An RF lens apparatus provided on an antenna array composed of a plurality of antennas to improve directivity of the antenna array,
RF lenses for an antenna which are provided on the antenna array and change a beam shape of each of the plurality of antennas, the RF lenses for the antenna are arranged to correspond to the plurality of antennas; And
Wherein the antenna array is provided on the RF lenses for the antenna so as to refract the directivity angle of the beam formed in the first angle range to direct the beam directivity range of the antenna array from the first angle range to the first angle An RF lens for an array that changes to a second angular range that is wider or narrower than the range
And an RF lens.
제9항에 있어서,
상기 제1 각도 범위는,
상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 값으로 결정되는, 송수신 안테나 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the first angle range is a range
Wherein the antenna is determined as a value that satisfies a constraint condition by a modified beam shape of each of the plurality of antennas.
복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이; 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 송수신 안테나 시스템에서 수행되는 빔포밍 방법에 있어서,
상기 안테나용 RF 렌즈들 각각에서, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계;
상기 안테나 어레이가, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계; 및
상기 어레이용 RF 렌즈에서, 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시키는 단계
를 포함하는 빔포밍 방법.
An antenna array comprising a plurality of antennas; The RF lenses for the antenna provided on the antenna array, the RF lenses for the antenna are arranged to correspond to the plurality of antennas, respectively; And an RF lens for an array provided on top of the RF lenses for the antenna, the beam forming method comprising:
Changing the beam shape of each of the plurality of antennas in each of the RF lenses for the antenna;
The antenna array forming a beam within a first angular range; And
Refracting a directivity angle of the beam of the antenna array such that a direct angular range of the beam of the antenna array is changed from the first angular range to a second angular range that is wider or narrower than the first angular range step
≪ / RTI >
제11항에 있어서,
상기 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계는,
상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정하는 단계
를 포함하는 빔포밍 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein forming the beam within the first angular range comprises:
Determining a first angular range that satisfies a constraint on a modified beam shape of each of the plurality of antennas
≪ / RTI >
제11항에 있어서,
상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계는,
상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계
를 포함하는 빔포밍 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein changing the beam shape of each of the plurality of antennas comprises:
Refracting rays forming a beam of each of the plurality of antennas to change a beam shape of each of the plurality of antennas to within a specific angle range
≪ / RTI >
제13항에 있어서,
상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계는,
상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는 단계인, 빔포밍 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein changing the beam shape of each of the plurality of antennas to within a specific angle range comprises:
And refracting the lasers of each of the plurality of antennas such that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold only within the specified angular range.
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