JP2019505106A - Array antenna - Google Patents

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Abstract

複数の放射素子と、複数の放射素子を連結する給電線とを含む少なくとも一つの放射部、および、少なくとも一つの放射部に給電部から提供された電力を第１比率で分配する電力分配部を含むアレイアンテナ。【選択図】図１ａAt least one radiating unit including a plurality of radiating elements and a feed line connecting the plurality of radiating elements, and a power distributing unit that distributes the power provided from the power feeding unit to the at least one radiating unit at a first ratio. Including array antenna. [Selection] Figure 1a

Description

本発明は、放射素子が直列に配列されたアレイアンテナに関する。   The present invention relates to an array antenna in which radiating elements are arranged in series.

印刷型（ｐｒｉｎｔｅｄ）マイクロストリップ（ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｉｐ）形態のパッチアレイアンテナ（ｐａｔｃｈ ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ）は、２４ＧＨｚ ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ）帯域用レーダー感知器に主に用いられている。この時、アンテナの利得（ｇａｉｎ）を高めなければならないか、またはサイドローブレベル（ｓｉｄｅ ｌｏｂｅ ｌｅｖｅｌ、ＳＬＬ）を低める必要があるなど、アンテナの特別な特性のために、チェビシェフ（ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）、バイノミアル（ｂｉｎｏｍｉａｌ）、テイラー（ｔａｙｌｏｒ）など複雑な構造がアレイアンテナに適用される必要があるが、この時、各放射素子に対する給電のために複雑な給電回路が必要である。複雑な給電回路を有するアレイアンテナの設計および性能最適化には長い時間が掛かるという短所がある。   A printed array antenna in the form of a printed microstrip is mainly used in a radar sensor for a 24 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) band. At this time, due to special characteristics of the antenna, such as the gain of the antenna must be increased or the side lobe level (SLL) must be decreased, the Chebyshev, binomial ( A complicated structure such as binomial or Taylor needs to be applied to the array antenna. At this time, a complicated feeding circuit is necessary for feeding each radiating element. There is a disadvantage that it takes a long time to design and optimize the performance of an array antenna having a complicated feeding circuit.

２４ＧＨｚ帯域用パッチアレイアンテナは、設計の複雑性による前記のような問題点を解決するために、電流の大きさおよび位相が各パッチに均一に入力されるように設計されている。しかし、パッチに入力される電流の大きさおよび位相が均一なアレイアンテナは、高いサイドローブレベル特性を示しており、これによって感知領域が非常に不均一である。また、レーダー感知器の感知領域が非常に狭い場合、アレイアンテナで生成されるビームのサイドローブレベルが高いため、レーダーアルゴリズムだけで狭くかつ均一な幅のビームを生成し難い。   The patch array antenna for 24 GHz band is designed so that the current magnitude and phase are uniformly input to each patch in order to solve the above-mentioned problems due to the complexity of the design. However, an array antenna with a uniform magnitude and phase of the current input to the patch exhibits high sidelobe level characteristics, which results in a very non-uniform sensing area. In addition, when the detection area of the radar detector is very narrow, the side lobe level of the beam generated by the array antenna is high, so that it is difficult to generate a beam having a narrow and uniform width only by the radar algorithm.

高利得および低いサイドローブレベル特性を有するアレイアンテナが提供される。   An array antenna having high gain and low sidelobe level characteristics is provided.

一実施例によると、複数の放射素子と、複数の放射素子を連結する給電線とを含む少なくとも一つの放射部、および、少なくとも一つの放射部に、給電部から提供された電力を第１比率で分配する電力分配部を含むアレイアンテナが提供される。   According to one embodiment, at least one radiating unit including a plurality of radiating elements and a feed line connecting the plurality of radiating elements, and the power supplied from the feeding unit to the at least one radiating unit is a first ratio. An array antenna including a power distribution unit that distributes at the same time is provided.

前記アレイアンテナにおいて、第１比率は、複数の放射素子が配列された方向に対して直角方向である第１方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定されてもよい。   In the array antenna, the first ratio may be determined based on an array function associated with a side lobe level in a first direction that is perpendicular to a direction in which the plurality of radiating elements are arrayed.

前記アレイアンテナにおいて、複数の放射素子のうち放射部の中央に位置した第１放射素子のコンダクタンスは、複数の放射素子のうち放射部の端に位置した少なくとも一つの第２放射素子のコンダクタンスよりも大きく形成されてもよい。   In the array antenna, the conductance of the first radiating element located at the center of the radiating portion among the plurality of radiating elements is greater than the conductance of at least one second radiating element located at the end of the radiating portion among the plurality of radiating elements. It may be formed large.

前記アレイアンテナにおいて、複数の放射素子のコンダクタンスは、第１放射素子から少なくとも一つの第２放射素子に向かう第２方向に第２比率で減少してもよい。   In the array antenna, the conductances of the plurality of radiating elements may decrease at a second ratio in a second direction from the first radiating element toward at least one second radiating element.

前記アレイアンテナにおいて、第２比率は、第２方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定された比率であってもよい。   In the array antenna, the second ratio may be a ratio determined based on an array function associated with the side lobe level in the second direction.

前記アレイアンテナにおいて、配列関数は、チェビシェフ（ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）配列関数であってもよい。   In the array antenna, the array function may be a chebyshev array function.

前記アレイアンテナにおいて、複数の放射素子の大きさは、第１放射素子から少なくとも一つの第２放射素子に向かう第２方向に第２比率で減少してもよい。   In the array antenna, the size of the plurality of radiating elements may be decreased by a second ratio in a second direction from the first radiating element toward at least one second radiating element.

前記アレイアンテナにおいて、第２比率は、アレイアンテナのアレイファクター関数および第２方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定された給電係数の比率であってもよい。   In the array antenna, the second ratio may be a ratio of feeding coefficients determined based on an array factor function of the array antenna and an array function related to the side lobe level in the second direction.

前記アレイアンテナにおいて、給電係数は、アレイファクター関数および配列関数の係数比較を通じて決定された係数であってもよい。   In the array antenna, the feeding coefficient may be a coefficient determined through a coefficient comparison of an array factor function and an array function.

前記アレイアンテナにおいて、少なくとも一つの放射部がパッチ形態に印刷された誘電体基板をさらに含んでもよい。   The array antenna may further include a dielectric substrate having at least one radiating portion printed in a patch form.

前記アレイアンテナにおいて、給電線は、複数の放射素子に入力される電流の位相を制御してもよい。   In the array antenna, the feed line may control a phase of current input to the plurality of radiating elements.

前記アレイアンテナにおいて、給電線は、複数の放射素子を直列に連結してもよい。   In the array antenna, the feed line may connect a plurality of radiating elements in series.

前記アレイアンテナにおいて、電力分配部は、給電部に対して少なくとも一つの放射部のインピーダンスを整合させてもよい。   In the array antenna, the power distribution unit may match the impedance of at least one radiating unit with respect to the power feeding unit.

前記アレイアンテナにおいて、電力分配部は、少なくとも一つの放射部に、第１比率で分配された電力を提供する少なくとも一つの第１電力分配部、および、少なくとも一つの第１電力分配部に、給電部から提供された電力を同じ大きさで提供する第２電力分配部を含んでもよい。   In the array antenna, the power distribution unit feeds power to at least one first power distribution unit that provides power distributed at a first ratio to at least one radiating unit, and at least one first power distribution unit. A second power distribution unit that provides the same amount of power provided from the unit may be included.

前記アレイアンテナにおいて、第１電力分配部のインピーダンスは、第１比率および予め決定されたインピーダンス定数により決定されてもよい。   In the array antenna, the impedance of the first power distribution unit may be determined by a first ratio and a predetermined impedance constant.

一実施例によると、高い利得と狭い３ｄＢ放射角特性（ＨＰＢＷ３ｄＢ＝４．０゜）を通じてビームを鋭く形成して特定の感知領域に対する集中監視を行うことができる。また、チェビシェフ配列関数に基づいて水平方向および垂直方向において低いサイドローブレベル（−２０ｄＢ）以下の性能を実現することによって水平および垂直方向に対して均一な感知性能が確保され得る。一実施例によるアレイアンテナ１００において各放射素子に入力される電流の位相が調節されることによってボアサイト方向（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）に多様な傾きを有するビームが形成されることができ、放射素子の個数を調節することによってビームの幅も制御することができる。また、多様な関数に基づいて各放射素子に対する給電を容易にすることができ、印刷型構造であるため大量生産にも利点がある。 According to one embodiment, a sharp beam can be formed through high gain and narrow 3 dB radiation angle characteristics (HPBW 3 dB = 4.0 °) to provide centralized monitoring for a specific sensing area. Further, by realizing the performance below a low sidelobe level (−20 dB) in the horizontal and vertical directions based on the Chebyshev array function, uniform sensing performance can be ensured in the horizontal and vertical directions. In the array antenna 100 according to an exemplary embodiment, a beam having various inclinations in the boresight direction can be formed by adjusting a phase of a current input to each radiating element. By adjusting, the width of the beam can also be controlled. In addition, power supply to each radiating element can be facilitated based on various functions, and the printed structure is advantageous for mass production.

一実施例によるアレイアンテナの平面図を示した図面である。1 is a plan view of an array antenna according to an embodiment. 一実施例によるアレイアンテナの斜視図を示した図面である。1 is a perspective view of an array antenna according to an embodiment. 一実施例によるアレイアンテナに含まれている放射部を示した図面である。3 is a diagram illustrating a radiating unit included in an array antenna according to an embodiment. 一実施例による電力分配部を示した図面である。1 is a diagram illustrating a power distribution unit according to an embodiment.

以下、添付した図面を参照して実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面において本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似する部分については類似する図面符号を付した。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out the embodiments. However, the present invention can be implemented in a variety of different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, unnecessary parts for the description are omitted, and similar parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

図１ａは、一実施例によるアレイアンテナの平面図を示した図面であり、図１ｂは、斜視図を示した図面である。   FIG. 1A is a plan view of an array antenna according to an embodiment, and FIG. 1B is a perspective view.

図１ａおよび図１ｂを参照すると、一実施例によるアレイアンテナ１００は、放射部１１０、電力分配部１２０、および給電部１３０を含む。そして、アレイアンテナ１００の放射部１１０、電力分配部１２０、および給電部１３０は、誘電体基板２００および接地面３００の上に配列されてもよい。   Referring to FIGS. 1 a and 1 b, an array antenna 100 according to an embodiment includes a radiating unit 110, a power distributing unit 120, and a power feeding unit 130. The radiation unit 110, the power distribution unit 120, and the power feeding unit 130 of the array antenna 100 may be arranged on the dielectric substrate 200 and the ground plane 300.

放射部１１０は、複数の放射素子１１１および複数の放射素子を直列に連結する給電線１１２を含み、一実施例によるアレイアンテナ１００は、放射部１１０を複数個含んでもよい。放射部１１０は、マイクロストリップ形態に印刷されてもよく、利得およびサイドローブレベル特性などアンテナ設計に関する多様な要求事項に合わせて各放射素子１１１の放射コンダクタンス（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ、ＧＲ）が調節されてもよい。放射部１１０の給電線１１２は、各放射素子１１１に入力される電流の位相を調節して放射されるビームの傾きを制御することができる。給電線１１２は、予め決定された大きさのインピーダンスを有する線路になってもよく、一実施例による線路のインピーダンスは１００オーム（ｏｈｍ）になってもよい。 The radiating unit 110 includes a plurality of radiating elements 111 and a feed line 112 that connects the plurality of radiating elements in series. The array antenna 100 according to an embodiment may include a plurality of radiating units 110. The radiating unit 110 may be printed in a microstrip form, and the radiation conductance (G R ) of each radiating element 111 is adjusted according to various requirements regarding antenna design such as gain and sidelobe level characteristics. Also good. The feed line 112 of the radiating unit 110 can control the inclination of the radiated beam by adjusting the phase of the current input to each radiating element 111. The feeder 112 may be a line having a predetermined magnitude of impedance, and the impedance of the line according to one embodiment may be 100 ohms.

電力分配部１２０は、第１電力分配部１２１、第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３を含む。電力分配部１２０は、給電部１３０から提供された電力を放射部１１０に伝達することができる。この時、第１電力分配部１２１は、一定の出力電力比（例えば、−３ｄＢ）を有する均等電力分配器として動作し、第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３は、各放射部１１０に互いに異なる大きさの電力を分配する不均等電力分配器として動作することができる。また、第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３は、給電部１３０に対して放射部１１０のインピーダンスを整合（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）させてもよい。一実施例によると、第１電力分配部１２１として均等ウィルキンソン（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ）電力分配器が用いられてもよく、第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３として不均等ウィルキンソン電力分配器が用いられてもよい。   The power distribution unit 120 includes a first power distribution unit 121, a second power distribution unit 122, and a third power distribution unit 123. The power distribution unit 120 can transmit the power provided from the power supply unit 130 to the radiating unit 110. At this time, the first power distribution unit 121 operates as an equal power distributor having a constant output power ratio (eg, −3 dB), and the second power distribution unit 122 and the third power distribution unit 123 It is possible to operate as an unequal power distributor that distributes different amounts of power to 110. In addition, the second power distribution unit 122 and the third power distribution unit 123 may match the impedance of the radiating unit 110 with respect to the power supply unit 130. According to one embodiment, an equal Wilkinson power divider may be used as the first power distribution unit 121, and an unequal Wilkinson power divider is used as the second power distribution unit 122 and the third power distribution unit 123. May be.

給電部１３０は、電力分配部１２０に放射部に提供する電力を伝達することができる。一実施例において給電部１３０は、トランジション（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）構造を利用して同軸線路またはコプレーナ伝送線（ｃｏｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｑｕｉｄｅ、ＣＰＷ）のように多様な給電形態に変更されてもよい。   The power feeding unit 130 can transmit the power provided to the radiation unit to the power distribution unit 120. In an exemplary embodiment, the power supply unit 130 may be changed to various power supply configurations such as a coaxial line or a coplanar transmission line (CPW) using a transition structure.

図２は、一実施例によるアレイアンテナに含まれている放射部を示した図面である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a radiating unit included in an array antenna according to an embodiment.

一実施例による放射部１１０に含まれている複数の放射素子１１１は、ｙ方向に直列に配列されており、複数の放射素子１１１のうち中央に位置した放射素子の大きさが最も大きく、中央から両端に向かうほど放射素子の大きさが小さくなる。この時、各放射素子１１１の大きさは放射コンダクタンスによって決定されてもよい。つまり、大きさが大きい放射素子は大きさが小さい放射素子に比べて大きい放射コンダクタンスを有してもよい。一実施例によるアレイアンテナは、誘電体基板にプリントされる形で製作されてもよいため、各放射素子はｘ方向の長さ（幅）およびｙ方向の長さ（長さ）を有する面として大きさが定義されてもよい。図２を参照すると、一実施例による放射部１１０は、９個の放射素子（Ｅ１ないしＥ９）を含んでおり、放射素子の個数は一実施例によるアレイアンテナの使用目的により決定されてもよい。   The plurality of radiating elements 111 included in the radiating unit 110 according to the embodiment are arranged in series in the y direction, and the size of the radiating element located at the center of the plurality of radiating elements 111 is the largest, The size of the radiating element becomes smaller toward the both ends. At this time, the size of each radiation element 111 may be determined by the radiation conductance. That is, a large radiating element may have a larger radiative conductance than a small radiating element. Since the array antenna according to an embodiment may be manufactured by being printed on a dielectric substrate, each radiating element has a length (width) in the x direction and a length (length) in the y direction. A size may be defined. Referring to FIG. 2, the radiating unit 110 according to an embodiment includes nine radiating elements E1 to E9, and the number of radiating elements may be determined according to the purpose of using the array antenna according to the embodiment. .

一実施例による放射部１１０に含まれている複数の放射素子１１１の放射コンダクタンスは、低いサイドローブレベル特性を有する配列関数により決定されてもよい。一実施例では放射コンダクタンスを決定するためにｙ方向（垂直方向）サイドローブレベルが−２０ｄＢであるチェビシェフ配列関数が用いられた。この時、アレイアンテナ１００の前方（＋ｚ方向）指向特性のためにビームが傾いた角度はｚ軸に対して０度に設計されてもよい。   The radiation conductance of the plurality of radiation elements 111 included in the radiation unit 110 according to an embodiment may be determined by an array function having a low sidelobe level characteristic. In one example, a Chebyshev array function with a y-direction (vertical) sidelobe level of −20 dB was used to determine the radiative conductance. At this time, the angle at which the beam is tilted may be designed to be 0 degrees with respect to the z-axis for the front (+ z direction) directivity of the array antenna 100.

数式１は、一実施例によるアレイアンテナ１００のアレイファクター（ａｒｒａｙ ｆａｃｔｏｒ、ＡＦ）であり、数式１およびチェビシェフ配列関数を通じて各放射素子１１１に印加される電流の大きさが計算されてもよい。   Equation 1 is an array factor (AF) of the array antenna 100 according to an embodiment, and the magnitude of the current applied to each radiating element 111 may be calculated through Equation 1 and the Chebyshev array function.

Figure 2019505106
Figure 2019505106
 数式１で、ｉは各放射素子１１１に印加される電流であり、ＡＦはΨの関数である。数式２は、Ψを示す。数式１を展開すると下記数式３のように１５個項が計算されてもよい。
Figure 2019505106
Figure 2019505106
 In Equation 1, i is a current applied to each radiating element 111, and AF is a function of Ψ. Equation 2 represents Ψ. When Formula 1 is expanded, 15 terms may be calculated as Formula 3 below.

Figure 2019505106
数式２で、ｋはビームの波数（ｋ＝２π／λ）であり、ｄは放射素子１１１間の間隔であって、ビームの波長の１／２に定義されてもよい（ｄ＝λ／２）。したがって、各放射素子を連結する給電線（マイクロストリップ線路）１１２の長さは、ビームの半波長（λ／２）に設計されてもよい。この時、各放射素子に入力される電流の位相は０゜であるが、使用環境により要求されるビームの放射角度により各放射素子における電流の位相が調節されてもよい。また、放射素子の個数、利得またはビーム幅も適切に調節されてもよい。下記数式４は、数式１の展開式が整理された式であり、数式５は、８次チェビシェフ配列関数である。
Figure 2019505106
Figure 2019505106
 In Equation 2, k is the wave number of the beam (k = 2π / λ), and d is an interval between the radiating elements 111, and may be defined as ½ of the wavelength of the beam (d = λ / 2). ). Therefore, the length of the feed line (microstrip line) 112 connecting the radiating elements may be designed to be a half wavelength (λ / 2) of the beam. At this time, the phase of the current input to each radiating element is 0 °, but the phase of the current in each radiating element may be adjusted according to the radiation angle of the beam required by the use environment. Also, the number, gain, or beam width of the radiating elements may be adjusted appropriately. Expression 4 below is an expression in which the expansion expression of Expression 1 is arranged, and Expression 5 is an eighth-order Chebyshev array function.
Figure 2019505106

Figure 2019505106
数式４および５で、ｃｏｓ項の係数を比較すると、数式６を得ることができる。
Figure 2019505106
 Comparing the coefficients of the cos terms with Equations 4 and 5, Equation 6 can be obtained.

Figure 2019505106
この時、数式５でｘ０は、放射素子の個数Ｍ（Ｍ＝２Ｎ＋１、一実施例でＮ＝４）とサイドローブレベルにより決定され得る係数Ｒ（Ｒ＝１０−ＳＬＬ／２０、一実施例で垂直方向に適用されたサイドローブレベルは−２０ｄＢであるため、Ｒ＝１０−（−２０）／２０＝１０）により下記数式７により決定されてもよい。
Figure 2019505106
 In this case, x 0 in Equation 5 is a coefficient R (R = 10 −SLL / 20) , which can be determined by the number M of radiating elements M (M = 2N + 1, N = 4 in one embodiment) and the sidelobe level. Since the side lobe level applied in the vertical direction is −20 dB, R = 10 − (− 20) / 20 = 10) may be determined according to Equation 7 below.

Figure 2019505106
数式６を参照すると、一実施例でＭ＝９、Ｒ＝１０であるため、ｘ０は１．０７０８である。最後にｘ０を数式５に代入すると、各放射素子１１１に印加される電流の大きさが数式８のとおり計算されてもよい。
Figure 2019505106
 Referring to Equation 6, since it is M = 9, R = 10 in one embodiment, x 0 is 1.0708. Finally substituting x 0 in Equation 5, the magnitude of the current applied to each radiating element 111 may be calculated as Equation 8.

Figure 2019505106
数式８でｉ０ｎ、ｉ１ｎ、ｉ２ｎ、ｉ３ｎおよびｉ４ｎは、ｉ０の電流大きさを基準に正規化された電流大きさを示している。この時、一実施例で、各放射素子１１１に対して正規化された電流大きさは、垂直方向給電係数である。
Figure 2019505106
 In Equation 8, i 0n , i 1n , i 2n , i 3n, and i 4n indicate current magnitudes normalized with reference to the current magnitude of i 0 . At this time, in one embodiment, the current magnitude normalized for each radiating element 111 is a vertical feed coefficient.

下記表１は、数式１に定義されたアレイファクター関数に基づいて計算された一実施例による各放射素子１１１の給電係数と各放射素子１１１のコンダクタンスを示す。一実施例で各放射素子の給電係数は、数式１のアレイファクター関数のｃｏｓ項に対する係数とチェビシェフ配列関数の係数間の係数比較を通じて計算されてもよく、コンダクタンスは給電係数ａ−ｎに基づいて計算されてもよい。数式９は、放射部１１０に含まれているすべての放射素子のコンダクタンス合計を示す。 Table 1 below shows the feeding coefficient of each radiating element 111 and the conductance of each radiating element 111 according to an embodiment calculated based on the array factor function defined in Equation 1. Feeding coefficient of each radiating element in one embodiment, may be computed through coefficient comparison between the coefficient of the coefficient and the Chebyshev sequence function for cos term array factor function of Equation 1, conductance based on power supply coefficients a- n It may be calculated. Equation 9 shows the total conductance of all the radiating elements included in the radiating unit 110.

Figure 2019505106
数式９で、総放射コンダクタンス（Ｇｔ）は、各放射素子１１１の比例定数（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｔｙ、Ｋ）および給電係数ａｎに基づいて計算されてもよく、一実施例で、各放射素子１１１の比例定数および給電係数の合計は１である。数式１を通じて計算された各給電係数（ａｎ）に基づいて比例定数を求めると、下記数式１０のとおりである。
Figure 2019505106
 In Equation 9, the total radiation conductance (G t) is proportionality constant (constant of proportionality, K) of each radiating element 111 and the feed coefficients a n may be calculated based on, in one embodiment, each radiating element 111 The sum of the proportionality constant and the feeding coefficient is 1. When a proportionality constant is obtained based on each feeding coefficient (a n ) calculated through Expression 1, the following Expression 10 is obtained.

Figure 2019505106
そして、比例定数Ｋ（０．１７８４）を利用すると、各放射素子１１１の正規化された（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）放射コンダクタンスは下記数式１１のとおり定義されてもよい。
Figure 2019505106
 Then, using the proportionality constant K (0.1784), the normalized radiation conductance of each radiating element 111 may be defined as Equation 11 below.

Figure 2019505106
一実施例で、各給電線１１２の特性インピーダンスは、１００［Ω］に決定され、したがって給電線１１２の正規インピーダンス（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｉｍｐｅｄｅｎｃｅ）も１００［Ω］に設定される。
Figure 2019505106
 In one embodiment, the characteristic impedance of each feed line 112 is determined to be 100 [Ω], and thus the normal impedance of the feed line 112 is also set to 100 [Ω].

Figure 2019505106
表１を参照すると、一実施例による放射素子は、アレイアンテナの利得を高めるために、幅と長さが最適化された。
Figure 2019505106
 Referring to Table 1, the radiating element according to one embodiment was optimized in width and length to increase the gain of the array antenna.

図３は、一実施例による電力分配部を示した図面である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a power distribution unit according to an embodiment.

一実施例による電力分配部１２０は、各放射部１１０にそれぞれ異なる大きさの電力を分配することができる。電力分配部１２０の第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３で放射部１１０に分配する電力の大きさは、水平方向に−３０ｄＢのサイドローブレベルを有するチェビシェフ配列関数に基づいて計算されてもよい。この時、水平方向のサイドローブレベルは、水平方向の感知性能を向上させることができる大きさに決定されてもよい。   The power distribution unit 120 according to an embodiment may distribute different amounts of power to the radiation units 110. The magnitude of power distributed to the radiating unit 110 by the second power distribution unit 122 and the third power distribution unit 123 of the power distribution unit 120 is calculated based on a Chebyshev array function having a side lobe level of −30 dB in the horizontal direction. May be. At this time, the side lobe level in the horizontal direction may be determined to a size that can improve the sensing performance in the horizontal direction.

図３を参照すると、電力分配部１２０は、第１電力分配部１２１、第２電力分配部１２２および第３電力分配部１２３−１、１２３−２、１２３−３、１２３−４を含む。電力分配部１２０は、給電部１３０から提供された電力を分配してアレイアンテナ１００の各放射部１１０に電流（ｉｘ１ないしｉｘ８）を印加することができる。 Referring to FIG. 3, the power distribution unit 120 includes a first power distribution unit 121, a second power distribution unit 122, and third power distribution units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4. The power distribution unit 120 can distribute the power provided from the power supply unit 130 and apply a current (i x1 to i x8 ) to each radiation unit 110 of the array antenna 100.

第１電力分配部１２１の抵抗（Ｒ０）を利用して一定の電力を出力する均等電力分配器として動作することができる。 The resistor (R 0 ) of the first power distribution unit 121 can be used to operate as an equal power distributor that outputs constant power.

第２電力分配部１２２は、各第３電力分配部１２３−１、１２３−２、１２３−３、１２３−４に互いに異なる電力を出力することができる。   The second power distribution unit 122 can output different powers to the third power distribution units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4.

第３電力分配部１２３−１、１２３−２、１２３−３、１２３−４は、各放射部１１０に互いに異なる大きさの電力を分配する不均等電力分配器として動作することができる。この時、第３電力分配部１２３−１、１２３−２、１２３−３、１２３−４は、抵抗（Ｒ１ないしＲ４）および対称的に配置されたインピーダンス（Ｚ１Ｒ、Ｚ'１Ｒ、Ｚ１Ｌ、Ｚ'１Ｌ、Ｚ２Ｒ、Ｚ'２Ｒ、Ｚ２Ｌ、Ｚ'２Ｌ、Ｚ３Ｒ、Ｚ'３Ｒ、Ｚ３Ｌ、Ｚ'３Ｌ、Ｚ４Ｒ、Ｚ'４Ｒ、Ｚ４Ｌ、Ｚ'４Ｌ）を含む。つまり、第３電力分配部のｎ番目ユニット（１２３−ｎ）は、抵抗Ｒ−ｎとインピーダンスＺｎＲ、Ｚ'ｎＲ、ＺｎＬおよびＺ'ｎＬを利用してｎ番目ユニット（１２３−ｎ）に連結された放射部１１０に電力を提供することができる。 The third power distribution units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4 can operate as non-uniform power distributors that distribute different amounts of power to the radiating units 110. At this time, the third power distribution units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4 have resistors (R 1 to R 4 ) and symmetrically arranged impedances (Z 1R , Z ′ 1R , Z including 1L, Z '1L, Z 2R , Z' 2R, Z 2L, Z '2L, Z 3R, Z' 3R, Z 3L, Z '3L, Z 4R, Z' 4R, Z 4L, the Z '4L) . That, n-th unit of the third power distribution unit (123-n), the resistor R- n and the impedance Z nR, Z to n-th unit using the 'nR, Z nL and Z' nL (123-n) Power can be provided to the connected radiating units 110.

垂直方向に配列された各放射素子１１１に印加される電流の大きさを計算した方法と同様な方法で水平方向の各放射部１１０に印加される電流の大きさ（つまり、水平方向給電係数）を数式１２を利用して計算すると、数式１３のとおり水平方向給電係数を得ることができる。   The magnitude of the current applied to each radiation unit 110 in the horizontal direction (that is, the horizontal feed coefficient) in the same manner as the method of calculating the magnitude of the current applied to each radiation element 111 arranged in the vertical direction. Is calculated using Equation 12, the horizontal feed coefficient can be obtained as shown in Equation 13.

Figure 2019505106
Figure 2019505106

Figure 2019505106
そして、数式８の垂直方向給電係数と数式１３の水平方向給電係数を利用して計算された、一実施例によるアレイアンテナ１００に含まれている各放射素子に対する給電係数は下記表２のとおりである。
Figure 2019505106
 The feed coefficients for the radiating elements included in the array antenna 100 according to the embodiment, calculated using the vertical feed coefficient of Formula 8 and the horizontal feed coefficient of Formula 13, are shown in Table 2 below. is there.

Figure 2019505106
表２を参照すると、各放射素子１１１の給電係数が示されており、垂直方向に対しては数式８の正規化された垂直方向給電係数が適用され、水平方向に対しては数式１３の水平方向給電係数が適用された。例えば、３列のＥ１に該当する放射素子の給電係数０．５１９４は、３列のＥ５に該当する放射素子の給電係数０．８６３７の０．６０１４倍であり、各列のＥ５に該当する放射素子のうち８列の放射素子の給電係数０．２９１０は１列の放射素子の給電係数の０．１７５０／０．６０１４倍である。
Figure 2019505106
 Referring to Table 2, the feed coefficient of each radiating element 111 is shown. The normalized vertical feed coefficient of Formula 8 is applied to the vertical direction, and the horizontal feed of Formula 13 is applied to the horizontal direction. A directional feed factor was applied. For example, the feed coefficient 0.5194 of the radiating elements corresponding to E1 in the three rows is 0.6014 times the feed coefficient 0.8637 of the radiating elements corresponding to E5 in the three rows, and the radiation corresponding to E5 in each row. Of the elements, the feed coefficient 0.2910 of the 8 rows of radiating elements is 0.1750 / 0.6014 times the feed coefficient of the 1 row of radiating elements.

そして、第３電力分配部１２３は、数式１３により水平方向に互いに異なる大きさの電力を分配するが、第３電力分配部１２３に含まれている素子のインピーダンス（ＺｉＲ、ＺｉＬ、Ｚ'ｉＲ、Ｚ'ｉＬおよびＲ）は下記数式１４に基づいて計算されてもよい。 The third power distribution unit 123 distributes different amounts of power in the horizontal direction according to Equation 13, but the impedances of elements included in the third power distribution unit 123 (Z iR , Z iL , Z ′). iR , Z′iL and R) may be calculated based on Equation 14 below.

Figure 2019505106
数式１４を参照すると、Ｚ０は予め決定されたインピーダンス定数であり、ｋは不均等電力の比率（ｒａｔｉｏ）を示す。一実施例でＺ０は５０オームに設定された。一実施例による第３電力分配部１２３のｋおよびインピーダンスは、下記表３（第１の第３電力分配部１２３−１のｋおよびインピーダンス）、表４（第２の第３電力分配部１２３−２のｋおよびインピーダンス）、表５（第３の第３電力分配部１２３−３のｋおよびインピーダンス）そして、表６（第４の第３電力分配部１２３−４のｋおよびインピーダンス）に示されている。
Figure 2019505106
 Referring to Equation 14, Z 0 is a predetermined impedance constant, and k indicates a ratio of non-uniform power. In one example, Z 0 was set to 50 ohms. The k and impedance of the third power distribution unit 123 according to one embodiment are shown in Table 3 (k and impedance of the first third power distribution unit 123-1) and Table 4 (second third power distribution unit 123-). 2 and k and impedance), Table 5 (k and impedance of the third third power distribution unit 123-3) and Table 6 (k and impedance of the fourth third power distribution unit 123-4) ing.

Figure 2019505106
Figure 2019505106

Figure 2019505106
Figure 2019505106

Figure 2019505106
Figure 2019505106

Figure 2019505106
一実施例によるアレイアンテナ１００は、高い利得と狭い３ｄＢ放射角特性（ＨＰＢＷ３ｄＢ＝４．０゜）を通じてビームを鋭く形成することによって特定の感知領域に対する集中監視を行うことができる。また、一実施例によるアレイアンテナは、チェビシェフ配列関数に基づいて水平方向および垂直方向に対して低いサイドローブレベル（それぞれ−３０ｄＢおよび−２０ｄＢ）を達成することによって水平および垂直方向に対して均一な感知性能を確保することができる。一実施例によるアレイアンテナ１００において各放射素子に入力される電流の位相が調節されることによってボアサイト方向（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）に多様な傾きを有するビームが形成されることができ、放射素子の個数を調節することによってビームの幅も制御することができる。また、多様な関数に基づいて各放射素子に対する給電を容易にすることができ、印刷型構造であるため大量生産にも利点がある。
Figure 2019505106
 The array antenna 100 according to one embodiment can perform centralized monitoring on a specific sensing area by forming a beam sharply through high gain and narrow 3 dB radiation angle characteristics (HPBW 3 dB = 4.0 °). Also, an array antenna according to one embodiment is uniform in the horizontal and vertical directions by achieving low sidelobe levels (−30 dB and −20 dB, respectively) in the horizontal and vertical directions based on the Chebyshev array function. Sensing performance can be ensured. In the array antenna 100 according to an exemplary embodiment, a beam having various inclinations in the boresight direction can be formed by adjusting a phase of a current input to each radiating element. By adjusting, the width of the beam can also be controlled. In addition, power supply to each radiating element can be facilitated based on various functions, and the printed structure is advantageous for mass production.

以上で本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。   The embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the scope of the present invention is not limited to these, and various persons skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the claims. Various modifications and improvements are also within the scope of the present invention.

Claims (15)

複数の放射素子と、前記複数の放射素子を連結する給電線とを含む少なくとも一つの放射部、および
前記少なくとも一つの放射部に、給電部から提供された電力を第１比率で分配する電力分配部
を含むアレイアンテナ。 At least one radiating unit including a plurality of radiating elements and a feeder line connecting the plurality of radiating elements; and power distribution for distributing power provided from the power feeding unit to the at least one radiating unit at a first ratio An array antenna including a part. 前記第１比率は、前記複数の放射素子が配列された方向に対して直角方向である第１方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定される、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the first ratio is determined based on an array function associated with a side lobe level in a first direction that is perpendicular to a direction in which the plurality of radiating elements are arrayed. . 前記複数の放射素子のうち前記放射部の中央に位置した第１放射素子のコンダクタンスが前記複数の放射素子のうち前記放射部の端に位置した少なくとも一つの第２放射素子のコンダクタンスよりも大きい、請求項１に記載のアレイアンテナ。   Of the plurality of radiating elements, the conductance of the first radiating element located at the center of the radiating part is larger than the conductance of at least one second radiating element located at the end of the radiating part among the plurality of radiating elements. The array antenna according to claim 1. 前記複数の放射素子のコンダクタンスは、前記第１放射素子から前記少なくとも一つの第２放射素子に向かう第２方向に第２比率で減少する、請求項３に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 3, wherein conductances of the plurality of radiating elements decrease at a second ratio in a second direction from the first radiating element toward the at least one second radiating element. 前記第２比率は、前記第２方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定された比率である、請求項４に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 4, wherein the second ratio is a ratio determined based on an array function associated with a sidelobe level in the second direction. 前記配列関数は、チェビシェフ（ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）配列関数である、請求項２に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 2, wherein the array function is a chebyshev array function. 前記複数の放射素子の大きさは、前記第１放射素子から前記少なくとも一つの第２放射素子に向かう第２方向に第２比率で減少する、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the size of the plurality of radiating elements decreases at a second ratio in a second direction from the first radiating element toward the at least one second radiating element. 前記第２比率は、前記アレイアンテナのアレイファクター関数および前記第２方向のサイドローブレベルと関連した配列関数に基づいて決定された給電係数の比率である、請求項７に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 7, wherein the second ratio is a ratio of a feeding coefficient determined based on an array factor function of the array antenna and an array function related to a sidelobe level in the second direction. 前記給電係数は、前記アレイファクター関数および前記配列関数の係数比較を通じて決定された係数である、請求項８に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 8, wherein the feed coefficient is a coefficient determined through a coefficient comparison of the array factor function and the array function. 前記少なくとも一つの放射部がパッチ形態に印刷された誘電体基板
をさらに含む、請求項１に記載のアレイアンテナ。 The array antenna according to claim 1, further comprising a dielectric substrate on which the at least one radiating portion is printed in a patch form. 前記給電線は、前記複数の放射素子に入力される電流の位相を制御する、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the feed line controls a phase of a current input to the plurality of radiating elements. 前記給電線は、前記複数の放射素子を直列に連結する、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the feeder line connects the plurality of radiating elements in series. 前記電力分配部は、前記給電部に対して前記少なくとも一つの放射部のインピーダンスを整合させる、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the power distribution unit matches the impedance of the at least one radiating unit with respect to the power feeding unit. 前記電力分配部は、
前記少なくとも一つの放射部に、前記第１比率で分配された電力を提供する少なくとも一つの第１電力分配部、および
前記少なくとも一つの第１電力分配部に、前記給電部から提供された電力を同じ大きさで提供する第２電力分配部
を含む、請求項１に記載のアレイアンテナ。 The power distribution unit
At least one first power distribution unit that provides power distributed at the first ratio to the at least one radiating unit, and power supplied from the power supply unit to the at least one first power distribution unit. The array antenna according to claim 1, further comprising a second power distribution unit that provides the same size. 前記第１電力分配部のインピーダンスは、前記第１比率および予め決定されたインピーダンス定数により決定される、請求項１に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 1, wherein the impedance of the first power distribution unit is determined by the first ratio and a predetermined impedance constant.
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