KR100358106B1 - 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템 및위성추적을 위한 빔 제어방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 이동체 위성통신용 위상배열안테나 시스템에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 위상배열안테나 시스템에서 주파수에 따라 안테나의 빔 지향 방향이 달라지는 위상배열 안테나의 근본적인 현상 때문에 발생하는 안테나의 추적 손실 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 정지궤도 위성을 이용한 이동체 위성통신을 위해 필요로 하는 고이득, 넓은 전자적 빔제어, 고속위성 추적이 가능한 송수신 능동위상배열 안테나 시스템 및 위성추적을 위한 빔 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에 있어서, 수신신호 분배기로부터 입력되는 다수채널 마다 위상천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 수신채널 신호 빔 성형수단; 상기 수신신호 분배기로부터 전송된 다수채널의 수신신호를 소정의 그룹으로 결합한 후 위상천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 추적신호 빔 성형수단; 상기 추적신호 빔 성형수단에 의해 성형된 추적 신호의 크기를 검출하는 추적신호 검출수단; 상기 추적신호 검출수단에 의해 검출된 신호 세기를 기준으로 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하고, 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 기준으로 수신채널 신호의 빔과 송신 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하는 위성추적 처리수단; 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 추적 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 수신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 추적주파수 신호가 최대가 되도록 추적주파수 지향 방향을 제어하는 추적빔 제어수단; 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 수신채널 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산한 후, 이를 바탕으로 상기 수신채널 신호 빔 성형수단 내부 위상천이기의 각 위상값을 계산한 후, 위상값으로 위상천이기의 위상을 제어해 출력되는 빔의 방향이 수신 주파수에서 최대가 되도록 하여 추적 손실을 보상하는 수신채널 빔 제어수단; 및 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 송신신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 송신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 송신 안테나의 빔을 제어하여 상기 송신 안테나에서의 지향오차를 보상하는 송신빔 제어수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템 등에 이용됨.
Description
본 발명은 이동위성통신을 위한 고이득과 넓은 전자적 추적 범위의 위상배열 안테나 시스템 및 위성추적을 위한 빔 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
도 1 은 기본적인 위상배열 안테나의 개념도로서, 안테나 소자 1과 2가 d 간격으로 선형으로 배열되는 위상배열 안테나를 나타낸 것이다.
만일, 수신되는 전파가 안테나 소자의 정방향(broadside)으로부터 θ각도로 기울어져 입력된다면, 안테나 소자 1로 입력되는 전파 3은 안테나 소자 2로 입력되는 전파 4에 대하여 dsinθ 만큼의 경로 지연이 발생한다. 위상배열 안테나는 이러한 경로지연에 해당하는 위상 만큼 안테나 소자 2의 출력단에 연결되는 위상 천이기 5의 위상을 지연시킨 후(하기의 [수학식 1] 참조), 안테나 소자 1과 2의 출력을 동일한 위상으로 합한다.여기서, f는 수신 주파수이다.이러한 위상배열 안테나의 문제점 중의 하나는 경로지연으로 나타나는 위상지연이 수신신호의 주파수와 관련되므로, 대역폭이 좁다는 것이고, 주파수에 따라 빔의 지향 방향이 달라지므로 통신을 위한 큰 안테나 이득을 필요로할 경우에 안테나의 빔 폭이 좁아져 추적 손실이 커지게 된다(하기의 [수학식 2] 참조). 이것은 전자적인 빔 제어 각도가 클수록 추적 손실이 커지게 된다.이러한 문제를 해결하기 위하여 주파수에 따라 변하는 위상 천이기를 사용하거나 배열안테나를 여러 개의 부배열로 나누어 각 부배열에 시간 지연 소자를 사용하여 안테나의 대역폭을 넓히는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법들은 정지궤도 위성을 사용하는 이동체 위성통신 시스템에서는 고이득과 넓은 추적 범위의 위상배열 안테나를 사용해야 하므로 적합하지 않다. 또한, 위성통신을 위한 항공기 탑재 위상배열 시스템에서는 수신 통신 채널의 신호를 기준으로 빔을 제어하는 방법도 있으나, 이 방법에서는 모노펄스 수신기의 복조기가 수신 통신 채널의 복조기와 동일해야 하고, 그것에 동기되어야 하므로 구조가 복잡하고 육상이동통신에서와 같이 고속의 위성 추적에는 문제가 있다.따라서, 위상배열안테나 시스템에서 주파수에 따라 안테나의 빔 지향 방향이 달라지는 위상배열 안테나의 근본적인 현상 때문에 발생하는 안테나의 추적 손실 문제점을 해결하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 정지궤도 위성을 이용한 이동체 위성통신을 위해 필요로 하는 고이득, 넓은 전자적 빔 제어, 고속위성 추적이 가능한 송수신 능동위상배열 안테나 시스템 및 위성추적을 위한 빔 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 기본적인 위상배열 안테나의 개념도.
도 2 는 본 발명에 따른 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템의 위성추적을 위한 일실시예 빔 제어 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 송신빔 성형기 12 : 송신능동 위상배열 안테나
13 : 수신능동 위상배열 안테나 14 : 수신신호 분배기
15 : 수신채널 신호 빔 성형기 16 : 추적신호 빔 성형기
17 : 추적신호 검출기 18 : 위성추적 처리장치
19 : 추적빔 제어기 20 : 수신채널 빔 제어기
21 : 송신 빔 제어기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에 있어서, 수신신호 분배기로부터 입력되는 다수채널 마다 위상천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 수신채널 신호 빔 성형수단; 상기 수신신호 분배기로부터 전송된 다수채널의 수신 신호를 소정의 그룹으로 결합한 후 위상천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 추적신호 빔 성형수단; 상기 추적신호 빔 성형수단에 의해 성형된 추적 신호의 크기를 검출하는 추적신호 검출수단; 상기 추적신호 검출수단에 의해 검출된 신호 세기를 기준으로 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하고, 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 기준으로 수신채널 신호의 빔과 송신신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하는 위성추적 처리수단; 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 추적 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 수신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 추적주파수 신호가 최대가 되도록 추적주파수 지향 방향을 제어하는 추적빔 제어수단; 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 수신채널 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산한 후, 이를 바탕으로 상기 수신채널 신호 빔 성형수단 내부 위상천이기의 각 위상값을 계산한 후, 위상값으로 위상천이기의 위상을 제어해 출력되는 빔의 방향이 수신 주파수에서 최대가 되도록 하여 추적 손실을 보상하는 수신채널 빔 제어수단; 및 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 송신신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 송신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 송신 안테나의 빔을 제어하며 상기 송신 안테나에서의 지향오차를 보상하는 송신빔 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에 적용되는 위성추적을 위한 빔 제어 방법에 있어서, 빔 제어에 필요한 초기 정보를 입력받는 제 1 단계; 추적 기준 신호 주파수에 대응되는 추적신호 레벨을 검출하는 제 2 단계; 상기 검출된 추적 신호 레벨로부터 추적빔의 위성지향오차 각도를 계산하여, 상기 계산된 추적짐의 위성지향오차 각도가 임의의 값보다 작은지를 비교하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계의 비교 결과, 임의의 값보다 작지 않으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 상기 수신능동 위상배열 안테나 내부 위상천이기의 위상값을 계산하고, 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 4 단계; 상기 제 3 단계의 비교 결과, 임의의 값보다 작으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 5 단계; 상기 계산된 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 신호 빔 성형기 내부 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 6 단계; 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 7 단계; 및 상기 계산된 송신신호 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신능동 위상배열 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 8 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에, 빔 제어에 필요한 초기 정보를 입력받는 제 1 기능; 추적 기준 신호 주파수에 대응되는 추적신호 레벨을 검출하는 제 2 기능; 상기 검출된 추적 신호 레벨로부터 추적빔의 위성지향오차 각도를 계산하여, 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도가 임의의 값보다 작은지를 비교하는 제 3 기능; 상기 제 3 기능의 비교결과, 임의의 값보다 작지 않으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 상기 수신능동 위상배열 안테나 내부 위상천이기의 위상값을 계산하고, 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 4 기능; 상기 제 3 기능의 비교 결과, 임의의 값보다 작으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 5 기능; 상기 계산된 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 신호 빔 성형기 내부 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 6 기능; 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 7 기능; 및 상기 계산된 송신신호 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신능동 위상배열 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 8 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템의 일실시예 구성도로서, 도면에서 "11"은 송신빔 성형기, "12"는 송신능동 위상배열 안테나, "13"은 수신능동 위상배열 안테나, "14"는 수신신호 분배기, "15"는 수신채널 신호 빔 성형기, "16"은 추적신호 빔 성형기, "17"은 추적신호 검출기, "18"은 위성추적 처리장치, "19"는 추적빔 제어기, "20"은 수신채널 빔 제어기, "21"은 송신 빔 제어기를 각각 나타낸다.사용 주파수 대역 범위가 좁고, 안테나 이득이 낮고, 전자적 빔제어 범위가 좁은 시스템에서 사용 가능한 기존의 능동위상배열 안테나 시스템의 구조를 확장하여 사용 주파수 대역 범위가 넓고, 요구되는 이득이 높으며, 전자적 빔 제어 범위가 넓은 시스템을 구성할 경우를 가정한다. 그런데, 일반적으로 이러한 경우에는 도 2에 수신채널 신호 빔 성형기(15), 수신채널 빔 제어기(20) 및 송신 빔 제어기(21)를 구비하지 않고, 추적 빔 제어기(19)에 의해 송신능동 위상배열 안테나(12) 및 수신능동 위상배열 안테나(13) 내부의 위상천이기를 제어하여 빔을 제어하는 것으로, 빔제어의 기준 주파수인 추적주파수의 빔 지향각도를 기준으로 송신 빔과 수신 빔의 지향각을 제어하므로, 실제 통신을 위한 송신과 수신빔의 지향각도는 원하는 방향과 일치하지 않아 지향 오차에 의한 추적 손실이 커진다(상기 [수학식 2] 참조).그러나, 본 발명에서는 정해진 추적 주파수를 기준으로 추적신호 빔 형성기(16), 추적신호 검출기(17), 위성추적 처리 장치(18) 및 추적 빔 제어기(19)로 구성되는 루프의 동작에 의해 수신 능동배열 안테나(13)가 지향되는 안테나의 빔 방향이 수신되는 추적 신호의 빔 방향과 일치하도록 추적 빔 제어기(19)에 의해 수신능동 위상배열 안테나(13) 내부의 위상천이기를 제어한다. 그러면, 수신능동 위상배열 안테나(13)의 안테나 빔 방향은 추적 주파수를 추적하도록 추적 주파수를 기준으로 하는 빔 방향이 되고, 실제 통신에 활용하는 수신 주파수가 추적 주파수와 차이가 있을 경우 수신 주파수에서 본 안테나(13)의 빔 방향은 수신 주파수와 추적 주파수의 차이에 해당되는 지향오차([수학식 2] 참조)가 발생되고 안테나의 이득이 클 경우에는 빔 폭이 좁아 지향 오차에 의한 이득 차가 커져 추적 손실이 커지게 된다.본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 수신채널 신호 빔 형성기(15)와 수신채널 빔 제어기(20)를 구비하고, 위성추적 처리장치(18)에서 수신 주파수와 추적 주파수의 차이에 의한 빔 제어 정보를 수신채널 빔 제어기(20)에 제공하고 수신채널 빔 제어기(20)는 이에 따라 수신채널 신호 빔 형성기(15) 내부에 있는 위상천이기를 제어하여 출력되는 빔의 방향이 수신 주파수에서 최대가 되도록 하여 추적 손실을 보상한다. 또한, 송신 주파수가 추적 주파수 및 수신 주파수와 차이가 있을 경우 수신 안테나에서와 유사한 추적 손실이 송신안테나에서도 발생한다. 송신 안테나에서의 지향 오차를 보상하기 위하여 송신 빔 제어기(21)를 구비하여 수신에서와 유사한 방법으로 위성추적 처리장치(18)에서 송신 주파수와 추적 주파수의 차이에 의한 빔 제어 정보를 송신 빔 제어기(21)에 제공하고 송신 빔 제어기(21)는 이에 따라 송신 능동위성 배열 안테나(12) 내부에 있는 위상천이기를 제어하여 송신 안테나의 빔을 제어한다.수신능동 위상배열 안테나(13)는 위성으로부터 신호를 각 단위 방사소자로 수신하여 저잡음 증폭 및 추적빔 제어기(19)에 의해 내부 위상천이기의 위상값을 제어받아 이동체의 이동에 따라 추적신호의 빔 방향을 위성방향으로 향하도록 제어한 후, 수 개의 채널을 하나로 결합하여 L개 채널의 신호를 수신신호 분배기(14)로 공급한다. 수신신호 분배기(14)는 L 채널 신호를 각각 2방향으로 분배하여 수신채널 신호 빔 성형기(15)와 추적신호 빔 성형기(16)로 공급한다. 추적신호 빔 성형기(16)는 L 채널의 수신 신호를 받아, 안테나 영역을 4등분되도록 신호를 결합한 후, 4개 출력 각각에 연결되는 위상천이기의 위상값을 위성추적 처리장치(18)에 의해 제어 받은 후, 하나로 결합하여 추적신호 검출기(17)로 공급한다.추적신호 검출기(17)는 입력되는 RF 신호 대역 중에서 위성추적 처리장치(18)로부터 입력되는 추적 주파수를 선택한 후, 입력 신호의 크기를 검출하여 위성추적 처리장치(18)에 공급한다. 위성추적 처리장치(18)는 추적신호 검출기(17)로부터 입력되는 신호 세기를 기준으로 추적 신호의 빔에 대한 위성 지향 오차를 계산하여 추적빔 제어기(19)에 공급하고, 추적 신호의 빔에 대한 위성 지향 오차를 기준으로 수신채널 신호의 빔과 송신 신호의 빔에 대한 위성 지향 오차를 계산하여 수신채널 빔 제어기(20)와 송신빔 제어기(21)에 공급한다.추적 빔 제어기(19)는 입력되는 추적 신호 빔의 위성 지향 오차로부터 위상 변화값을 계산하여, 수신능동 위상배열 안테나(13)에 있는 각 위상 천이기의 초기 위상값과 그 변화 값을 더해 각 위상 천이기의 위상을 제어한다. 이러한 과정에 의해서 수신능동 위상배열 안테나(13)의 빔 지향 방향은 추적 주파수 신호가 최대가되도록 추적 주파수 지향 방향이 제어된다.한편, 수신채널 신호 빔 성형기(15)는 수신능동 위상배열 안테나(13)에서 추적 주파수 신호의 빔 방향이 위성을 지향하도록 제어된 L 채널의 수신 신호를 받아, 각각의 신호를 가변 증폭하고 수신채널 빔 제어기(20)에 의해 내부 위상천이기의 위상값을 제어받아 수신채널 신호의 빔 방향을 위성방향으로 향하도록 제어한 후, L개의 채널을 하나로 결합하여 수신 신호를 성형한다. 이때, 내부 위상천이기의 위상값은 추적 주파수와 수신 주파수의 차이에 의해 결정되므로 수신 신호의 빔 방향이 위성을 향하도록 수신 신호의 빔 방향을 제어한다.이에, 수신채널 빔 제어기(20)는 입력되는 추적 주파수의 위성 지향 오차를 기준으로 수신채널 신호 빔의 위성 지향 오차에 해당하는 위상 변화값을 계산하여 수신채널 신호 빔 성형기(15)에 있는 각 위상천이기의 초기 위상값과 그 변화 값을 더해 각 위상천이기의 위상을 제어한다.
송신빔 성형기(11)는 입력되는 송신 입력신호를 K개의 채널로 분배하고, 각 채널의 신호를 가변 증폭하여 송신능동 위상배열 안테나(12)로 공급한다. 송신 능동 위상배열 안테나(12)는 K 채널의 입력신호를 각각 수개로 분배하여, 송신 빔제어기(21)에 의해 내부 위상천이기의 위상값을 제어 받아 이동체의 이동에 따라 안테나의 빔 방향을 제어한 후, 전력 증폭하여 단위 방사소자를 통해 위성으로 송신한다. 이때, 내부 위상천이기의 위상값은 추적 주파수와 송신 주파수의 차이에 의해 결정되므로 송신 신호의 빔 방향이 위성을 향하도록 송신 신호의 빔 방향을 제어한다. 송신빔 제어기(21)는 입력되는 추적 주파수의 위성 지향 오차를 기준으로 송신신호 빔의 위성 지향 오차에 해당되는 위상 변화값을 계산하여 송신능동 위상배열 안테나(12)에 있는 각 위상천이기의 초기 위상값과 그 변화 값을 더해 각 위상천이기의 위상을 제어한다.
도 3 은 본 발명에 따른 이동체 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템의 위성추적을 위한 일실시예 빔 제어 흐름도이다.
위성추적 처리장치에서 빔 제어가 시작되면, 빔제어에 필요한 초기 정보가 입력된다(101). frt는 수신 주파수 대역 중에서 추적 기준 신호의 주파수이며, 임의로 X라 놓는다. frc는 수신 주파수 대역 중에서 사용하는 수신 통신채널 신호의 주파수이며 임의로 Y라 놓는다. ft는 송신 주파수 대역 중에서 송신 통신채널 신호의 주파수이며 임의로 Z라 놓는다. Pr는 수신능동 위상배열 안테나에 있는 각 위상천이기의 위상값이며, 초기값은 Pri이다. Prc는 수신채널 신호 빔 성형기에 있는 각 위상 천이기의 위상값이며 초기값은 Prci이다. Pt는 송신능동 위상배열 안테나에 있는 각 위상천이기의 위상값이며 초기값은 Pti이다. 초기정보가 입력되면 추적 기준 신호 주파수(frt) 정보를 추적신호 검출기로 송신한다(102). 그리고, 추적신호 빔 성형기의 위상을 제어하여 추적 빔을 중심, 상, 좌, 하, 우 위치로 바꾸면서 추적신호 검출기로부터 입력되는 추적신호 레벨을 검출한다(103). 그리고, 이렇게 수행한 각 추적빔의 크기로부터 추적빔의 위성지향오차 각도를 계산한다(104). 그리고, 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도가 시스템에서 정한 임의의 값E 보다 작은지를 비교하여(105), 작지 않으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도로부터 수신능동 위상배열 안테나의 위상천이기의 위상 변화값 dPr을 계산한 후, 이값과 초기 위상값 Pri 를 더하여 수신능동 위상배열 안테나의 각 위상천이기의 위상값 Pr를 계산한다. 그리고, 수신능동 위상배열 안테나의 각 위상천이기의 위상을 계산한 위상값 Pr로 제어한다(106).
한편, 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도가 시스템에서 정한 임의의 값E 보다 작으면 상기 계산한 추적빔의 위성지향오차 각도와 frt - frc 를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산한다(107). 또한, 수신채널 빔 제어기에서는 상기 계산된 수신채널 빔의 위성지향오차 각도로부터 수신채널 신호 빔 성형기의 위상천이기의 위상 변화값 dPrc을 계산한 후, 이 값과 초기 위상값 Prci를 더하여 수신채널 신호 빔 성형기의 각 위상천이기의 위상값 Prc를 계산한 다음, 상기 계산한 위상값 Prc로 위상을 제어한다(108).
그리고, 상기 계산한 추적빔의 위성지향오차 각도와 frt - ft 를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산한다(109). 그리고, 송신빔 제어기에서 상기 계산한 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도로부터 송신능동 위상배열 안테나의 위상천이기의 위상 변화값 dPt을 계산한 후, 이 값과 초기 위상값 Pti 를 더하여 각 위상천이기의 위상값 Pt를 계산한 다음, 각 위상천이기의 위상을 상기 계산한위상값 Pt로 제어한다(110).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 고이득, 넓은 전자적 빔제어, 고속위성 추적이 가능한 송수신 능동위상배열 안테나 시스템의 실용적인 구성 및 그 시스템의 송수신 주파수 신호에 대한 빔 제어 방법에 의해서 위상배열안테나 시스템에서 주파수에 따라 안테나의 빔 지향 방향이 달라지는 위상배열 안테나의 근본적인 현상 때문에 발생하는 안테나의 추적 손실 문제점을 해결하여 정지궤도 위성을 사용한 이동체 위성통신을 가능하게 해주는 효과가 있다.
Claims (15)
- 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에 있어서,수신신호 분배기로부터 입력되는 다수채널 마다 위성천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 수신채널 신호 빔 성형수단;상기 수신신호 분배기로부터 전송된 다수채널의 수신 신호를 소정의 그룹으로 결합한 후 위상천이기를 통과시켜 신호를 성형하는 추적신호 빔 성형수단;상기 추적신호 빔 성형수단에 의해 성형된 추적 신호의 크기를 검출하는 추적신호 검출수단;상기 추적신호 검출수단에 의해 검출된 신호 세기를 기준으로 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하고, 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 기준으로 수신채널 신호의 빔과 송신 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하는 위성추적 처리수단;상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 추적 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 수신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 추적주파수 신호가 최대가 되도록 추적주파수 지향 방향을 제어하는 추적빔 제어수단;상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 수신채널 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산한 후, 이를 바탕으로 상기 수신채널 신호 빔 성형수단 내부 위상천이기의 각 위상값을 계산한 후, 위상값으로 위상천이기의 위상을 제어해 출력되는 빔의 방향이 수신 주파수에서 최대가 되도록 하여 추적 손실을 보상하는 수신채널 빔 제어수단; 및상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 송신신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하고, 이를 바탕으로 송신 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산한 후, 위상값으로 각 위상천이기의 위상을 제어해 송신 안테나의 빔을 제어하여 상기 송신 안테나에서의 지향오차를 보상하는 송신빔 제어수단을 포함하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 수신채널 신호 빔 성형수단은,상기 수신신호 분배기로부터 전달된 복수채널의 수신 신호를 전달받아 각각의 신호를 가변 증폭하고, 상기 수신채널 빔 제어수단에 의해 내부 각 위상천이기의 위상값을 제어받아 수신채널 신호의 빔 방향을 위성방향으로 향하도록 제어한 후, 하나의 신호로 결합하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 추적신호 빔 성형수단은,상기 수신신호 분배기로부터 전달된 복수 채널 신호를 안테나 영역이 4등분되도록 신호를 결합한 후, 4개 출력 각각의 내부 위상천이기의 위상값을 상기 위성추적 처리수단의 제어에 의해 제어한 후, 하나의 신호로 결합하여 상기 추적신호 검출수단에 제공하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 추적신호 검출수단은,입력되는 무선 신호 대역 중에서 상기 위성추적 처리수단으로부터 입력되는 추적주파수를 선택한 후, 상기 추적 주파수에 대응되는 상기 추적신호 빔 성형수단으로부터의 입력 신호의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 위성추적 처리수단은,상기 추적신호 검출수단으로부터 입력되는 신호 세기를 기준으로 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 계산하여 상기 추적빔 제어수단으로 공급하고, 추적 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 기준으로 수신채널 신호의 빔과 송신 신호의 빔에 대한 위성지향오차를 각각 계산하여 상기 수신채널 빔 제어수단과 상기 송신빔 제어수단으로 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 추적빔 제어수단은,상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 추적 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하여 상기 수신능동 위상배열 안테나의 초기 위상값과 상기 계산된 위상 변화 값을 더해 각 위상 천이기의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 수신채널 빔 제어수단은,상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 수신채널 신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하여, 상기 수신채널 신호 빔 성형기내의 각 위상천이기의 초기 위상값과 상기 위상 변화값을 더해 상기 각 위상천이기의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 송신 빔 제어수단은,상기 위성추적 처리수단으로부터 입력된 송신신호 빔의 위성지향오차로부터 위상 변화값을 계산하여 상기 송신능동 위상배열 안테나 내의 각 위상천이기의 초기 위상값과 상기 위상 변화값을 더해 상기 각 위상천이기의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템.
- 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에 적용되는 위성추적을 위한 빔 제어 방법에 있어서,빔 제어에 필요한 초기 정보를 입력받는 제 1 단계;추적 기준 신호 주파수에 대응되는 추적신호 레벨을 검출하는 제 2 단계;상기 검출된 추적 신호 레벨로부터 추적빔의 위성지향오차 각도를 계산하여, 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도가 임의의 값보다 작은지를 비교하는 제 3 단계;상기 제 3 단계의 비교 결과, 임의의 값보다 작지 않으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 상기 수신능동 위상배열 안테나 내부 위상천이기의 위상값을 계산하고, 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 4 단계;상기 제 3 단계의 비교 결과, 임의의 값보다 작으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 5 단계;상기 계산된 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 신호 빔 성형기 내부 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 6 단계;상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 7 단계; 및상기 계산된 송신신호 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신능동 위상배열 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 8 단계를 포함하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 4 단계는,상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도로부터 상기 수신능동 위상배열 안테나의 위상 변화값을 계산하는 제 9 단계; 및상기 계산된 위상 변화값과 초기 위상값을 더하여 계산된 위상값으로 상기 수신능동 위상배열 안테나의 위상을 제어하는 제 10 단계를 포함하는 것을 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 5 단계는,상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도와 입력된 추적기준신호 주파수와 수신 통신채널 주파수를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 6 단계는,상기 수신채널 빔의 위성지향오차 각도로부터 수신채널 신호 빔 성형기의 위상 변화값을 계산한 후, 상기 위상 변화값과 초기 위상값을 더하여 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 7 단계는,상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도와 상기 입력된 추적기준신호 주파수와, 송신 통신채널 주파수를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 8 단계는,상기 계산된 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도로부터 상기 송신능동 위상배열 안테나 내의 위상천이기의 위상 변화값을 계산한 후, 상기 위상 변화값과 초기 위상값을 더해 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에서의 위성추적을 위한 빔 제어 방법.
- 프로세서를 구비한 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템에,빔 제어에 필요한 초기 정보를 입력받는 제 1 기능;추적 기준 신호 주파수에 대응되는 추적신호 레벨을 검출하는 제 2 기능;상기 검출된 추적 신호 레벨로부터 추적빔의 위성지향오차 각도를 계산하여, 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도가 임의의 값보다 작은지를 비교하는 제 3 기능;상기 제 3 기능의 비교 결과, 임의의 값보다 작지 않으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 상기 수신능동 위상배열 안테나 내부 위상천이기의 위상값을 계산하고, 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 4 기능;상기 제 3 기능의 비교 결과, 임의의 값보다 작으면 상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 5 기능;상기 계산된 수신채널 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 수신채널 신호 빔 성형기 내부 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 6 기능;상기 계산된 추적빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신 신호 빔의 위성지향오차 각도를 계산하는 제 7 기능; 및상기 계산된 송신신호 빔의 위성지향오차 각도를 이용하여 송신능동 위상배열 안테나 내부 각 위상천이기의 위상값을 계산하여, 상기 계산된 위상값으로 위상을 제어하는 제 8 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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