KR100519026B1 - 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용하는 통신 시스템에서 수신안테나의 방향을 최대의 전파가 도래하는 방향으로 자동 추적 및 조정할 수 있도록 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치에 관한 것으로, 위성, 지상 기지국 등에서 인가하는 주파수를 수신할 수 있도록 판 형상으로 형성되어 소정의 방사소자가 나열된 주파수 수신부; 상기 주파수 수신부를 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 방향으로 이동되도록 하는 구동부; 및 상기 구동부에 의해 수신부를 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 방향으로 이동되도록 할 시에 상기 안테나의 지향 각도 범위를 미리 지정하여 자동으로 방향을 탐지하는 시간을 단축할 수 있도록 구비되는 나침판; 상기 주파수 수신부에 의해 소정의 주파수 대역의 주파수를 잡아내어 주파수를 변환시키는 주파수 선택기와, 수신되어 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 수신되는 주파수의 상태가 최적의 상태인지 아니면 상기 주파수 수신부를 다른 방향으로 이동될 수 있도록 제어하는 중앙처리부와, 상기 구동부에 구비된 모터를 전기적으로 제어하여 상기 주파수 수신부의 이동을 제어하는 모터제어부로 이루어진 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 안테나 위치 자동 추적 기능에 의해 수신안테나의 설치시 설치 장비나 전문가의 도움 없이 자동 기능에 의해 언제든지 손쉽게 설치할 수 있으며, 특히 위성 통신의 경우 원하는 위성의 정확한 위치를 찾기 어려우나 본 장치를 사용할 경우 원하는 위성을 쉽게 찾을 수 있고, 정확한 방향을 결정할 수 있으며 WLL, IMT2000, PCS, 위성통신등 고주파통신의 송신 안테나로부터 최대의 전파가 도래되는 방향으로 자동 추적되어 최대의 수신 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 및 그 제어방법{AUTO-DIRECTION SELECTOR FOR ANTENNA}

본 발명은 고주파를 이용한 통신 시스템에서 수신안테나의 방향을 자동으로 설정할 수 있는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치에 있어서, 마이크로웨이브를 이용하는 통신 시스템에서 수신안테나의 방향을 최대의 전파가 도래하는 방향의 위치를 자동으로 추적 및 조정할 수 있도록 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치에 관한 것이다.

일반적으로 통신 시스템의 수신안테나는 19세기 말 마르코니에 의해 무선통신시대가 열리면서 수많은 형태의 안테나가 개발되어 왔으며, 사용목적과 주파수 대역에 따라 안테나 크기와 형태가 달리 사용되고 있다.

그러나 현재 우리나라에서는 안테나의 중요성이 대두되지 못한 관계로 선진국에서 개발된 안테나를 모방 또는 수입하여 사용하고 있는 실정이며, 또한 정보통신 선진국에서는 무선통신 서비스 기술이 고부가 가치기술로 인정되어 많은 투자와 연구개발을 수행하고 있으며, 국내에서도 이동통신 서비스가 상용화됨에 따라 이동국과 고정국의 단말기로 사용되는 안테나에 대한 활발한 연구가 필요하나 선진국과 비교하면 안테나 기술 개발이 취약한 상태이다.

그리고 안테나는 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 주거나 그 반대의 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 송신의 경우에는 송신기에서 보내고 싶은 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 멀리 보내고, 멀리서 송신된 전파를 수신하면 그 전파를 전기적인 신호로 바꾸어 수신기에 전달하여 준다.

현재 생산중인 안테나 시스템에서는 수신안테나의 수신이득을 최대로 얻기 위하여 전문적인 계측기나 간이형 휴대 레벨미터 등을 이용하여 설치자가 수동으로 안테나의 방향을 돌려 가면서 최대 이득 방향을 설정한다.

이러한 수동으로 방향을 설정할 시에는 손으로 조정하는 어려움과 번거로움이 있으며 부정확성이 높아 최대 이득을 얻기가 어렵다. 그리고 한번 설정되더라도 외부요인에 의해 안테나의 방향이 틀어 졌을 때 재 설정하여야 하며 이때 계측기를 사용하여 수 작업으로 다시 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 구동부에 의해 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 모두 회전할 수 있고, 정확한 방향을 탐지하여 송신주파수를 정확히 골라낼 수 있는 주파수 튜닝을 하며, 주파수 튜닝에 의해 선택된 하나의 주파수 신호에 대하여 그 신호의 세기를 측정하여 안테나의 방향을 돌려 가면서 전파 신호의 세기가 강한 방향을 찾아내는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치를 제공하는데 목적이 있다.상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 위성, 지상 기지국 등에서 인가되는 주파수를 수신하여 안테나가 최적의 주파수를 수신하기 위하여 모터를 구동시켜 주파수 수신부를 상, 하, 좌, 우 방향으로 이동되도록 하여 최적의 주파수를 수신할 수 있도록 한 주파수 수신 탐지장치에 있어서, 상기 구동부에 의해 수신부를 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 방향으로 이동되도록 할 시에 상기 안테나의 지향 각도 범위를 미리 지정하여 자동으로 방향을 탐지하는 시간을 단축할 수 있도록 구비되는 나침판; 상기 주파수 수신부에 의해 소정의 주파수 대역의 주파수를 잡아내어 주파수를 변환시키는 주파수 선택기와, 수신되어 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 수신되는 주파수의 상태가 최적의 상태인지 아니면 상기 주파수 수신부를 다른 방향으로 이동될 수 있도록 제어하는 중앙처리부와, 구동부에 구비된 모터를 전기적으로 제어하여 상기 주파수 수신부의 이동을 제어하는 모터제어부로 이루어진 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치의 구성을 보인 블록도이고, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 주파수 수신부(10)와, 구동부(20)와 중앙제어부(30)로 이루어진다.

상기 주파수 수신부(10)는 위성, 지상 기지국 등에서 인가하는 주파수를 수신할 수 있도록 판 형상으로 형성되어 소정의 방사소자가 나열되어 형성되고, 상기 구동부(20)는 상기 소정의 판 형상의 상부에 소정의 간격을 두고 방사소자가 나열된 상태의 주파수 수신부(10)를 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 방향으로 이동되도록 모터(미도시)가 구비된다.

그리고, 상기 중앙제어부(30)는 상기 주파수 수신부에 의해 소정의 주파수 대역의 주파수 신호를 잡아내어 그 신호를 주파수 변환시키는 주파수 선택기(31)와, 수신되어 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(32)와, 수신되는 주파수의 상태가 최적의 상태인지를 비교 판단하고, 판단한 값에 의해 상기 주파수 수신부를 다른 방향으로 이동될 수 있도록 제어하는 중앙처리부(33)와, 상기 구동부에 구비된 모터를 전기적으로 제어하여 상기 주파수 수신부가 이동되도록 하는 모터제어부(34)로 이루어진다.

도 2는 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치가 방향을 자동으로 설정하는 단계를 보인 순서도이며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 사용자가 어떤 주파수 대의 신호를 받아들일지를 검사하는 튜너검사단계(S11)와, 상기 튜너검사단계(S11)에서 설정된 주파수 신호를 설정하는 튜너설정단계(S12)와, 상기 튜너설정단계(S12)에서 설정된 신호를 DC값으로 변환하는 A/D변환단계(S13)와, 상기 A/D변환단계(S13)를 거쳐 인가되는 주파수 입력 신호를 초기화하고 이를 중앙제어부(30)의 중앙처리부(33)에 저장하는 레벨초기화단계(S14)와, 상기 레벨초기화단계(S14)를 거쳐 주파수 수신부(10)를 통해 인가되는 주파수 신호 값을 변환하는 A/D변환단계(S15)와, 상기 A/D변환단계(S15)를 거쳐 인가되는 DC신호 값이 초기에 설정한 값과 비교하여 최대치인지 아닌지를 비교하는 비교단계(S16)와, 상기 비교단계(S16)를 통해 비교된 신호 값이 최대치가 아닐 경우에 구동부(20)를 통해 주파수 수신부(10)의 방향을 조정하는 방향변경단계(S17)와, 상기 비교단계(S16)를 통해 비교된 값이 최대치의 값일 경우에 주파수 수신부(10)의 방향을 변경하지 않고 그 상태를 유지하도록 하는 방향고정단계(S18)를 행한다.

도 3은 본 발명에 의한 안테나가 좌우로 회전하면서 신호를 포착하는 것을 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명에 의한 안테나가 최대치의 주파수를 포착하는 것을 보인 개략도이며, 도 5는 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치의 동작상태를 단계적으로 보인 순서도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 사용자가 어떤 위치에 있는 위성을 선택할지를 검토하여 설정한 위성을 선택하는 위성선택단계(S21)와, 상기 위성선택단계(S21)를 통해 선택된 위성의 주파수 신호를 수신할 수 있도록 전원을 인가하여 안테나가 구동되도록 시작 명령을 내리는 명령단계(S22)와, 상기 위성에 따른 튜너 주파수를 설정하는 설정단계(S23)와, 상기 설정단계(S23)를 통해 설정된 주파수 신호에 의해 초기의 위치로 이동하는 초기위치이동단계(S24)와, 기존에 탐색한 위치를 나침반(미도시)을 통해 설정해 두었다가 다시 그 위성을 탐색할 시에 기존에 나침반에 의해 설정한 위치로 이동하는 탐색위치이동단계(S25)와, 상기 탐색위치이동단계(S25)와 초기위치이동단계(S24)에 의해 설정된 위치로 이동하고 이동한 후에 수직방향으로 이동하는 것을 고정하고 구동부의 모터에 의해 수평방향으로 이동하면서 수신되는 신호의 레벨을 측정하는 레벨측정단계(S26)와, 상기 레벨측정단계를 거쳐 수신된 신호의 수신레벨 값이 기준레벨의 값보다 큰지, 작은지를 비교하는 비교단계(S27)와, 상기 비교단계를 통해 비교된 값이 기준레벨 값보다 수신레벨의 값이 크거나 같을 경우에 고정하고 있던 수직방향을 이동하는 수직방향이동단계(S28)와, 상기 비교단계(S27)에서 기준레벨 보다 수신레벨의 값이 작을 경우에는 수직방향을 고정한 상태로 유지하면서 수평방향의 수신되는 신호의 최대수신 위치를 설정하는 수평방향위치결정단계(S29)와, 상기 수평방향위치결정단계를 통해 수평방향의 최대수신 위치를 결정하였으면 그 상태를 고정한 상태에서 수직방향을 조정하여 신호가 최대로 수신되는 위치를 설정하는 수직방향위치결정단계(S30)와, 상기 수직방향위치결정단계(S30)에서 설정된 최대 수신위치를 설정한 상태에서 다시 수평방향으로 안테나를 조정하여 그 위치가 최대의 수신위치인지를 다시 확인하는 수신위치결정단계(S31)로 이루어진다.

상기와 같이 구성에 의해 행하여지는 방법에 따른 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 및 그 제어방법의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 수신안테나의 최적 수신방향을 찾기 위하여 송신 주파수의 선택이 우선 이루어져야 하며, 이러한 주파수 선택을 위한 주파수의 튜닝이 이루어지면 주파수 선택기(31)는 이 주파수에 고정하고 안테나로부터 입력되는 신호 중에서 선택된 주파수 신호만 통과시키고 나머지 신호들은 제거된다.

상기 주파수선택기(31)를 통과한 신호는 그 크기를 A/D변환기(32)를 통해 디지털 값으로 변환되어 중앙처리부(33)로 전달된다. A/D변환기(32)를 통해 입력되는 수신 신호의 세기를 중앙제어부(30)의 중앙처리부(33)에서는 각 안테나 방향별로 기억하면서 신호의 강도가 최대가 되는 방향을 찾아서 구동부(20)를 이용해 안테나의 좌우 방향과 상하 방향을 조정한다.

마이크로웨이브의 주파수가 높으면 높을수록 그 신호의 직진성이 강하게 나타나며 초기에 안테나의 방향을 설정하는 것이 어려움이 따르게 되므로, 안테나를 수직방향으로는 고정상태를 유지하고, 수평방향으로 안테나를 조정해 가면서 특정 주파수의 신호에 대한 유ㆍ무를 감지한다.

상기와 같이 안테나가 수직방향에서 주파수 신호를 탐지하지 못하면 수직방향으로 약간 이동시킨 후 다시 고정한 상태에서 수평방향에서 탐색을 계속한다.

상기와 같이 안테나가 특정주파수를 못 찾을 시에는 계속적으로 상기와 같은 동작을 반복해 가면서 주파수 신호가 확인되면, 주파수 신호가 탐지된 방향부근에서 최대치의 수신 주파수 레벨을 찾아 방향을 정확히 설정한다.

주파수 신호가 감지되면, 수직 방향이 고정된 상태에서 수평방향으로만 안테나의 방향을 돌려 주파수 신호의 크기가 최대가 되는 수평방향을 설정한 후에 수평방향으로 안테나를 고정한 상태에서 수직 방향으로 신호의 크기가 최대가 되는 점을 찾아낸 후 다시 수직방향으로 고정하고 최적의 수평방향을 조정한다.

그리고 중앙제어부(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 어떤 위성을 통해 신호를 수신할 것인지를 먼저 선택하고, 위성이 선택되면 안테나에 전원을 인가하여 동작할 수 있도록 온 시킨다. 상기 위성이 선택되면 그 위성에 따른 주파수신호를 설정한 뒤에 중앙제어부(30)에 미리 설정되어 있는 위치 초기 값에 의해 초기위치로 이동하고 그 위치로 이동되면 이를 리미트 스위치(미도시)를 통해 조정되는 것을 정지한다.

또한, 상기와 같이 초기 위치로 이동된 상태에서 사용자가 기존에 사용하던 위치를 나침반을 통해 그 위치에서 주파수 신호를 수신할 수 있는지를 먼저 파악하기 위하여 나침반을 통해 기존의 사용위치로 조정한다.

상기 기존 사용위치로 조정한 후에 그 위치에서 위성의 주파수를 수신하고, 수신한 주파수 신호가 최상의 상태를 유지할 수 있는 위치이면 그 위치에서 주파수를 수신한다.

그러나, 상기 기존 사용위치에서 주파수 신호를 수신하지 못할 시에는 초기상태에서 수직방향의 위치를 고정하고 수평방향으로 이동하면서 상기 위성에서 인가하는 주파수 신호를 찾아 그 주파수 신호 레벨이 어느 정도인지를 먼저 측정한다.

상기에서 수신하는 주파수의 수신레벨이 기준레벨보다 크거나 같을 경우에는 안테나 수직방향으로 이동시켜 고정하고, 그 상태에서 수평방향으로 조정하면서 위성의 주파수 신호를 다시 찾는다.

상기 수신레벨이 기준레벨보다 작을 경우에는 수직방향은 고정시킨 상태에서 수평방향으로 조정하면서 위성에서 인가되는 주파수 신호가 최대로 수신되는 곳을 설정하여 그 위치를 결정하면, 상기 수평방향을 고정한 상태에서 수직방향을 조정하여 최적의 상태로 위성의 주파수를 수신할 수 있도록 그 위치를 결정한다.

그리고, 다시 수직방향을 고정한 상태에서 수평방향으로 조정하여 현재의 위치가 주파수를 수신하기에 최적의 상태인지를 확인한 후에 그 위치를 결정한다.

또한, 본 발명은 원하는 주파수를 설정할 수 있으므로 하나의 안테나를 사용하여 여러 개의 송신안테나의 방향이나 다수의 위성의 신호를 탐지할 수 있는 것이다.

이하 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 및 그 제어방법은 안테나 위치 자동 추적 기능에 의해 수신안테나의 설치시 설치 장비나 전문가의 도움 없이 자동 기능에 의해 언제든지 손쉽게 설치할 수 있으며, 특히 위성 통신의 경우 원하는 위성의 정확한 위치를 찾기 어려우나 본 장치를 사용할 경우 원하는 위성을 쉽게 찾을 수 있고, 정확한 방향을 결정할 수 있으며, WLL, IMT2000, PCS, 위성통신등 고주파통신의 송신 안테나로부터 최대의 전파가 도래되는 방향으로 자동 추적되어 최대의 수신 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치가 방향을 자동으로 설정하는 단계를 보인 순서도.

도 3은 본 발명에 의한 안테나가 좌우로 회전하면서 신호를 포착하는 것을 보인 개략도.

도 4는 본 발명에 의한 안테나가 최대치의 주파수를 포착하는 것을 보인 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예를 보인 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 주파수 수신부 20 : 구동부

30 : 중앙제어부 31 : 주파수 선택기

32 : A/D변환기 33 : 중앙처리부

34 : 모터제어부 S11 : 튜너검사단계

S12 : 튜너설정단계 S13 : 제1 A/D변환단계

S14 : 레벨초기화단계 S15 : 제2 A/D변환단계

S16 : 비교단계 S17 : 방향변경단계

S18 : 방향고정단계 S21 : 위성선택단계

S22 : 명령단계 S23 : 설정단계

S24 : 초기위치이동단계 S25 : 탐색위치이동단계

S26 : 레벨측정단계 S27 : 비교단계

S28 : 수직방향이동단계 S29 : 수평방향위치결정단계

S30 : 수직방향위치결정단계 S31 : 수신위치결정단계

Claims (5)

1. 위성, 지상 기지국 등에서 인가되는 주파수를 수신하여 안테나가 최적의 주파수를 주신하기 위하여 모터를 구동시켜 주파수 수신부를 상, 하, 좌, 우 방향으로 이동되도록 하여 최적의 주파수를 수신할 수 있도록 한 주파수 수신 탐지장치에 있어서,

   상기 구동부에 의해 수신부를 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 방향으로 이동되도록 할 시에 상기 안테나의 지향 각도 범위를 미리 지정하여 자동으로 방향을 탐지하는 시간을 단축할 수 있도록 구비되는 나침판;

   상기 주파수 수신부에 의해 소정의 주파수 대역의 주파수를 잡아내어 주파수를 변환시키는 주파수 선택기와, 수신되어 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 수신되는 주파수의 상태가 최적의 상태인지 아니면 상기 주파수 수신부를 다른 방향으로 이동될 수 있도록 제어하는 중앙처리부와, 구동부에 구비된 모터를 전기적으로 제어하여 상기 주파수 수신부의 이동을 제어하는 모터제어부로 이루어진 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치.
2. 삭제
3. 사용자가 어떤 주파수 대의 신호를 받아들일지를 검사하는 튜너검사단계;

   상기 튜너검사단계에서 설정된 주파수 신호를 설정하는 튜너설정단계;

   상기 튜너설정단계에서 설정된 신호의 DC값으로 변환하는 제1 A/D변환단계;

   상기 제1 A/D변환단계를 거쳐 인가되는 주파수 신호 입력을 초기화하고 이를 중앙제어부의 중앙처리부에 저장하는 레벨초기화단계;

   상기 레벨초기화단계를 거쳐 안테나를 통해 인가되는 AC신호 값을 DC신호 값으로 변환하는 제2 A/D변환단계;

   상기 제2 A/D변환단계를 거쳐 인가되는 DC신호 값이 초기에 설정되어 있는 값과 비교하여 최대치인지 아닌지를 비교하는 비교단계;

   상기 비교단계를 통해 비교된 신호 값이 최대치가 아닐 경우에 구동부를 통해 안테나의 방향을 조정하는 방향변경단계;

   상기 비교단계를 통해 비교된 값이 최대치의 값일 경우에 안테나의 방향을 변경하지 않고 그 상태를 유지하도록 하는 방향고정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 제어방법.
4. 자동으로 안테나의 방향을 설정하는 방법에 있어서,

   사용자가 어떤 위치에 있는 위성을 선택할지를 검토하여 설정한 위성을 선택하는 위성선택단계;

   상기 위성선택단계를 통해 선택된 위성의 주파수 신호를 수신하기 위해 전원을 인가하여 안테나가 구동되도록 시작 명령을 내리는 명령단계;

   상기 위성에 따른 튜너 주파수를 설정하는 설정단계;

   상기 설정단계를 통해 설정된 주파수 신호에 의해 초기의 위치로 이동하는 초기위치이동단계;

   기존에 탐색한 위치를 나침반을 통해 설정해 두었다가 다시 그 위성을 탐색할 시에 기존에 나침반에 의해 설정한 위치로 이동하는 탐색위치이동단계;

   상기 탐색위치이동단계와 초기위치이동단계에 의해 설정된 위치로 이동하고, 이동한 후에 수직방향으로 이동하는 것을 고정시켜 수평방향으로 구동부의 모터에 의해 수평방향으로 이동하면서 수신되는 신호의 레벨을 측정하는 레벨측정단계;

   상기 레벨측정단계를 거쳐 수신된 신호의 수신레벨 값이 기준레벨의 값보다 큰지, 작은지를 비교하는 비교단계;

   상기 비교단계를 통해 비교된 값이 기준레벨 값보다 수신레벨의 값이 크거나 같을 경우에 고정하고 있던 수직방향을 이동하는 수직방향이동단계;

   상기 비교단계에서 기준레벨 보다 수신레벨의 값이 작을 경우에는 수직방향을 고정한 상태로 유지하면서 수평방향의 수신되는 신호의 최대수신 위치를 설정하는 수평방향위치결정단계;

   상기 수평방향위치결정단계를 통해 수평방향의 최대수신 위치를 결정하였으면 그 상태를 고정한 상태에서 수직방향을 조정하여 신호가 최대로 수신되는 위치를 설정하는 수직방향위치결정단계;

   상기 수직방향위치결정단계에서 설정된 최대 수신위치를 설정한 상태에서 다시 수평방향으로 안테나를 조정하여 그 위치가 최대의 수신위치인지를 다시 확인하는 수신위치결정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파수신안테나의 자동방향 탐지장치 제어방법.
5. 삭제