KR100529709B1 - Beam variable antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전방향 목표물의 거리와 고도를 탐지, 추적하는 동시에 피아를 식별할 수 있도록 된 빔 가변 안테나에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 구성은 몸체의 후면에 로터리 조인트와 연결되어 로터리 조인트로부터 인입된 고주파 신호를 분배하는 전력분배기와, 전력분배기로부터 분배된 신호의 위상을 가변시키는 위상변위기와, 위상변위기의 타단과 연결되어 전면으로 180도 회전하여 방향을 전환시켜주는 방향 전환연결부와, 몸체의 전면에 수평 배열된 군이 방향 전환연결부의 타단과 각각 연결되어 수직 배열을 이루고 있는 복사소자들과, 위상변위기를 제어하기 위한 위상 콘트롤러로 구성된 목표물 탐색용 안테나; 그리고 고주파 신호를 일정한 비율로 분배하고, 수신된 신호는 합패턴과 차패턴으로 분류하여 생성하는 결합기와, 결합기로부터 생성된 합패턴과 차패턴을 각각 분배하는 좌우측의 전력분배기와, 좌우측에 수평 배열된 군이 좌,우측의 전력분배기와 연결되어 전력분배기로부터 분배된 전력을 전파복사하는 좌,우측 복사소자군으로 구성된 피아식별용 안테나를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a beam tunable antenna capable of identifying and pia at the same time as detecting and tracking the distance and altitude of the omnidirectional target. The configuration of the present invention is connected to the rotary joint on the rear of the body and the power distributor for distributing the high frequency signal drawn from the rotary joint, a phase shifter for varying the phase of the signal distributed from the power divider, and the other end of the phase shifter and Connected to change the direction by rotating 180 degrees to the front, connected to the other end of the group arranged horizontally on the front of the body of the radiation element in the vertical arrangement and control the phase shifter An antenna for target search composed of a phase controller to And a combiner for dividing the high frequency signal at a constant ratio and classifying the received signal into a sum pattern and a difference pattern, a power divider on the left and right sides distributing the sum pattern and the difference pattern generated from the combiner, and a horizontal arrangement on the left and right sides. The group is connected to the power dividers of the left and right side, and comprises a pia identification antenna composed of left and right radiating element groups for radio wave radiation of the power distributed from the power divider.
Description
본 발명은 전방향의 저앙각이나 고앙각으로 비행하는 목표물을 탐지하는 동시에 피아를 식별할 수 있도록 된 빔 가변 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a beam tunable antenna capable of identifying a pia while simultaneously detecting a target flying in an omnidirectional elevation or elevation.
일반적으로, 목표물 탐색용 안테나 시스템은 주로 1~11㎓ 범위의 높은 주파수 대역에서 사용되는 것으로, 종래의 안테나 시스템의 안테나 구조는 곡면 반사형으로 곡면에 혼을 부착한 구조이다. 이러한 종래의 안테나는 부피가 크고 무거워 운반이나 설치하기 어려운 문제점이 있다.In general, an antenna system for target search is mainly used in a high frequency band in the range of 1 to 11 GHz. The antenna structure of the conventional antenna system is a curved reflection type, in which a horn is attached to a curved surface. Such a conventional antenna has a problem that it is difficult to transport or install due to its bulky and heavy.
또한, 피아 식별용 안테나는 결합기, 하이브리드 합, 차 신호 발생기, 전력혼합 분배기 등으로 구성되어 송수신 전력을 분리 또는 결합할 수 있도록 된 것으로, 종래의 피아식별용 안테나를 구성하고 있는 다이폴은 목표물 탐색용 안테나와 같은 방향으로 안테나 표면에 부착된 구조로 이루어진다. 이러한 구성의 안테나는 반사 효율이 저하되고 레이다의 부엽준위가 높아지는 문제점이 있다.In addition, the PIA identification antenna is composed of a combiner, a hybrid sum, a difference signal generator, a power mix divider, and the like to separate or combine the transmission and reception power, and the dipole constituting the conventional PIA identification antenna is used for target searching. It is a structure attached to the surface of the antenna in the same direction as the antenna. The antenna of this configuration has a problem in that the reflection efficiency is lowered and the side level of the radar is increased.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 목표물 탐색용 안테나의 복사소자에 위상 변화를 주어 수직 빔의 앙각방향이 가변되도록 하는 동시에, 수평방향으로는 안테나 자체를 회전시켜 수평 빔의 방향이 가변되도록 함으로써 전방향 목표물을 탐지 및 추적할 수 있도록 된 빔 가변 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, by varying the phase of the radiating element of the target search antenna to change the elevation angle of the vertical beam, while rotating the antenna itself in the horizontal direction of the horizontal beam It is an object of the present invention to provide a beam tunable antenna capable of detecting and tracking omnidirectional targets by varying the direction.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전술한 목표물 탐색용 안테나의 상면이나 후면에 피아식별용 안테나를 설치하여 피아(friend and foe)를 식별할 수 있도록 된 빔 가변 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a beam variable antenna to be able to identify a friend and foe by installing a pia identification antenna on the top or rear of the above-described target search antenna.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 목표물 탐색용 안테나에서 수평방향 또는 수직방향의 전력비를 불균등하게 분배하여 부엽의 준위가 최소가 되도록 된 빔 가변 안테나를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a beam variable antenna in which the level of the side lobe is minimized by distributing the power ratio in the horizontal or vertical direction unevenly in the target search antenna.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 빔 가변 안테나는 목표물을 탐지하기 위한 목표물 탐색용 안테나와, 피아를 식별하기 위한 피아식별용 안테나가 함께 구성되어 있다. 그리고 목표물 탐색용 안테나는 외부의 송수신과 연계되어 신호를 송수신하면서 안테나가 회전할 수 있도록 구비된 로터리 조인트와, 상기 로터리 조인트의 하부에 연결되어 안테나를 지지하는 하부 지지대로 이루어진 안테나에 있어서, 몸체의 후면에 상기 로터리 조인트와 연결되어 상기 로터리 조인트로부터 인입된 고주파 신호를 분배하는 전력분배기와, 상기 전력분배기로부터 분배된 신호의 위상을 가변시키는 위상변위기와, 상기 위상변위기의 타단과 연결되어 전면으로 180도 회전하여 방향을 전환시켜주는 방향 전환 연결부와, 몸체의 전면에 수평 배열된 군이 상기 방향 전환연결부의 타단과 각각 연결되어 수직 배열을 이루고 상기 위상변위기로부터 입력된 신호를 복사하는 복사소자들과, 상기 위상변위기를 제어하기 위한 위상 콘트롤러로 구성된다. 그리고 피아식별용 안테나는 상기 위상 콘트롤러를 거쳐 상기 고주파 신호가 공급되면 상기 고주파 신호를 일정한 비율로 분배하고, 수신된 신호는 합패턴과 차패턴으로 분류하여 생성하는 결합기와, 상기 결합기로부터 생성된 상기 합패턴과 차패턴을 각각 분배하는 좌,우측의 전력분배기와, 좌,우측에 수평 배열된 복사소자군이 상기 좌,우측의 전력분배기와 연결되어 상기 전력분배기로부터 분배된 전력을 전파복사하는 좌,우측 복사소자군으로 구성되어 있다.The beam variable antenna of the present invention for achieving the object as described above is composed of a target search antenna for detecting a target, and a pia identification antenna for identifying a pia. And the target search antenna is a rotary joint provided so that the antenna can rotate while transmitting and receiving signals in connection with the external transmission and reception, and an antenna consisting of a lower support connected to the lower portion of the rotary joint to support the antenna, A power divider connected to the rotary joint at the rear to distribute the high frequency signal drawn from the rotary joint, a phase shifter to vary the phase of the signal distributed from the power divider, and a front end connected to the other end of the phase shifter. Radiating element for rotating the direction by rotating 180 degrees, and a group arranged horizontally on the front of the body is connected to the other end of the direction switching connector respectively to form a vertical arrangement and radiating the signal input from the phase shifter And a phase controller for controlling the phase shifter It is configured. And a PIA identifying antenna, when the high frequency signal is supplied through the phase controller, the high frequency signal is distributed at a constant rate, and the received signal is classified into a sum pattern and a difference pattern, and the generated signal is generated from the combiner. Left and right power dividers for distributing the sum pattern and the difference pattern, respectively, and left and right groups of radiating elements horizontally connected to the left and right power dividers are connected to the left and right to radiate power distributed from the power divider. It consists of the right radiation element group.
이때, 상기 목표물 탐색용 안테나의 상기 전력분배기는 수평방향과 수직방향의 전력비를 불균등하게 분배하여 부엽준위를 최소화하며, 상기 복사소자는 슬롯형 도파관이나 선형편파, 또는 원편파 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. In this case, the power divider of the target search antenna unevenly distributes the power ratio in the horizontal direction and the vertical direction to minimize the side lobe level, and the radiation element uses any one of a slotted waveguide, linear polarization, or circular polarization. desirable.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 빔 가변 안테나가 적용된 안테나 시스템의 개략도이고, 도 2a, 2b, 2c는 본 발명에 따른 안테나의 정면도, 후면도, 위에서 내려다 본 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 목표물 탐색용 안테나의 배선도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 피아식별용 안테나의 배선도이다. 1 is a schematic diagram of an antenna system to which a beam tunable antenna according to the present invention is applied, and FIGS. 2A, 2B and 2C are front views, rear views, and top views of the antenna according to the present invention, and FIG. 3 is according to the present invention. Wiring diagram of an antenna for target search. 4 is a wiring diagram of a PIA antenna according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 안테나 시스템은 지지구조물(7)위에 하부 지지대(6)로 지지되고, 로터리 조인트(5)를 통해 연결되는 빔 가변 안테나(100) 계통과, 안테나(100)를 통해 고주파 무선신호를 송수신하기 위한 송수신기(8), 및 수신된 신호를 분석하고 목표물을 감시하기 위한 제어 및 감시기(9)로 이루어진다. 통상, 송/수신기(8) 및 제어 감시기(9)는 관제실 등에 위치하여 운영자가 조작할 수 있도록 되어 있고, 안테나(100)는 탑재물의 외측에 위치되어 있다.As shown in FIG. 1, the antenna system to which the present invention is applied is supported by a lower support 6 on a support structure 7, and is connected to a beam variable antenna system 100 via a rotary joint 5, and an antenna ( And a transceiver 8 for transmitting and receiving a high frequency radio signal through 100, and a control and monitor 9 for analyzing the received signal and monitoring the target. Usually, the transmitter / receiver 8 and the control monitor 9 are located in the control room and the like so that the operator can operate the antenna 100. The antenna 100 is located outside the payload.
그리고 본 발명에 따른 빔 가변 안테나(100)는 목표물을 탐지하기 위한 목표물 탐지용 안테나(1)와, 이 안테나(1)의 상부에 설치되는 피아식별용 안테나(2)로 구성되고, 안테나(100)의 상부에는 피아식별용 전(全)방향성 안테나(3)가 설치되어 있다. 이때, 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 필요에 따라 반사판이 부가될 수도 있고, 안테나 어레이를 지지하기 위한 지지판이 설치될 수도 있으며, 전체 안테나를 비바람 혹은 눈보라로부터 보호하기 위한 방설 커버(4)가 설치되어 있다. 이러한 본 발명의 안테나(100)는 운영자측의 송/수신기(8)로부터 전달된 고주파 무선신호를 목표물 방향으로 전파복사한 후에 목표물로부터 반사되어 수신된 반사신호를 분석하여 목표물을 정확하게 탐지함과 아울러 피아를 식별하는 기능을 제공한다. And the beam variable antenna 100 according to the present invention is composed of a target detection antenna (1) for detecting a target, and a pia identification antenna (2) installed on the antenna 1, the antenna 100 The omni-directional omni-directional antenna 3 is provided on the upper side. In this case, although not shown in detail in the drawing, a reflector may be added as needed, a support plate for supporting the antenna array may be installed, and a snow cover 4 for protecting the entire antenna from rain or snowstorm is installed. . The antenna 100 of the present invention accurately detects the target by analyzing the reflected signal received from the target after radio wave copying the high frequency radio signal transmitted from the transmitter / receiver 8 of the operator side in the target direction. Provides the ability to identify the Pia.
도 2 내지 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 안테나(100)의 하부에 위치한 로터리 조인트(5)는 고정된 하부 지지대(6)와 연결되어 안테나(100)가 좌,우방향으로 360° 회전하면서 원활하게 신호를 송수신할 수 있게 한다.2 to 4, the rotary joint 5 located below the antenna 100 according to the present invention is connected to a fixed lower support 6 so that the antenna 100 is left and right directions. This allows the user to send and receive signals smoothly while rotating 360 °.
안테나 전면에는 목표탐색용 안테나(1)의 복사소자(11~1n)들이 수평, 수직으로 어레이를 이루어 2차원 평면을 구성하고 있는데, 본 발명의 실시예에서는 수평으로 다수의 슬롯이 형성된 도파관들이 수직으로 배열되어 구성되는 구조이다. 그리고 목표물 탐색용 안테나(1)의 상부에는 목표물 탐색용 안테나(1)와 다른 주파수대를 갖는 피아식별용 안테나(2)의 복사소자(21~2n,2'1~2'n)들이 수평으로 배열되어 있고, 상측에 전방향성 안테나(3)가 위치하고 있다.In front of the antenna, the radiation elements 1 1 to 1 n of the target search antenna 1 form a horizontal and vertical array to form a two-dimensional plane. In an embodiment of the present invention, waveguides having a plurality of slots formed horizontally It is a structure arranged vertically. In addition, the radiating elements 2 1 to 2n, 2 ' 1 to 2'n of the PIA identifying antenna 2 having a different frequency band from the target searching antenna 1 are horizontally disposed above the target searching antenna 1. It is arranged and the omni-directional antenna 3 is located above.
한편, 안테나의 후면에는 도 2b에 도시된 바와 같이 목표물 탐색용 안테나(1)의 수평 어레이 복사소자군(11~ 1n)과 일단이 연결되어 후면으로 방향을 전환시키는 U자형 방향 전환연결부(이를 U링크라고도 한다; 121~12n)와, 위상변위기(131~13n), 전력분배기(15), 위상 콘트롤러(16)가 각각 설치되어 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2B, the rear side of the antenna is connected to the horizontal array radiating element group 1 1 to 1n of the target search antenna 1 so that the U-shaped redirection connection part for changing the direction to the rear side (this is Also referred to as U link: 12 1 to 12n, phase shifters 13 1 to 13n, power divider 15, and phase controller 16, respectively.
이하에서는 본 발명을 이해하기 쉽도록 목표물 탐색용 안테나와 피아식별용 안테나로 구분하여 각 구성요소들에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, each component will be described in detail by dividing the target search antenna and the pia identification antenna so that the present invention can be easily understood.
1. 목표물 탐색용 안테나1. Antenna for target search
본 발명의 목표물 탐색용 안테나(1)는 수직빔의 앙각방향을 가변시키기 위하여 전력분배기(15)와, 위상 콘트롤러(16), 위상변위기(131~13n), U링크(121~12n), 전면에 수직으로 배열된 수평 어레이 복사소자군(11~1n)으로 구성되는 한편, 수평빔의 방향을 가변시키기 위해서는 본 발명의 안테나(100) 전체를 수평방향으로 360도 연속 회전시키는 구성으로 이루어져 있다. 즉, 안테나(100)의 전면에는 수평 배열된 어레이 복사소자군(11~1n)이 수직 배열되어 있고, 전술한 복사소자군(11~1n)의 일단과 연결되어 방향을 전환시켜주는 U링크(121~12n)에 의해 안테나 후면에는, 위상변위기(131~13n), 전력분배기(15), 위상 콘트롤러(16)가 위치한다.The target search antenna (1) of the present invention includes a power divider (15), a phase controller (16), a phase shifter (13 1 to 13n), and a U link (12 1 to 12n) to vary the elevation angle of the vertical beam. ), Consisting of a horizontal array radiating element group (1 1 ~ 1n) arranged vertically on the front surface, in order to change the direction of the horizontal beam, to rotate the entire antenna 100 of the present invention 360 degrees continuously in the horizontal direction Consists of That is, in the front of the antenna 100, horizontally arranged array radiating element groups 1 1 to 1n are vertically arranged and connected to one end of the above-described radiating element groups 1 1 to 1n to change directions. The phase shifters 13 1 to 13n, the power divider 15, and the phase controller 16 are located on the rear surface of the antenna by the links 12 1 to 12n.
로터리 조인트(5)를 통해 송신기(8)로부터 전달된 고주파 무선신호는 전력 분배기(15)의 인입급전점(14)으로 입력되어 전력분배기(15)에서 수평 복사소자의 수(n)만큼 분배되어 위상 변위기(131~13n)로 전달되고, 위상 변위기(131~13n)는 위상 콘트롤러(16)로부터 전달된 위상제어신호에 따라 고주파 무선신호의 위상을 변위시켜 U링크(121~12n)를 거쳐 해당 수평 복사소자(11~1n)로 전달되어 공중으로 방사된다. 그리고 위상 콘트롤러(16)는 제어 및 감시기(9)로부터 로터리 조인트(5)를 통해 전달된 스캔제어신호에 따라 위상제어신호를 발생하여 해당 위상 변위기(131~13n)에 제공한다.The high frequency radio signal transmitted from the transmitter 8 through the rotary joint 5 is input to the feed-in feed point 14 of the power divider 15 and distributed by the number n of horizontal radiating elements in the power divider 15. The phase shifters 13 1 to 13n are transferred to the phase shifters 13 1 to 13n, and the phase shifters 13 1 to 13n displace the phase of the high frequency radio signal according to the phase control signal transmitted from the phase controller 16 to U-links 12 1 to 13n. 12n) is transmitted to the corresponding horizontal radiation element (1 1 ~ 1n) and is radiated to the air. The phase controller 16 generates a phase control signal according to the scan control signal transmitted from the control and monitor 9 through the rotary joint 5 and provides the phase control signal to the phase shifters 13 1 to 13n.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 목표물 탐색용 안테나(1)는, 송신기(8)에서 발생된 고주파 신호가 로터리 조인트(5)에 인입되면 회전체를 통하여 회전하면서 안테나(100) 내부로 급전된다. 급전된 고주파 신호는 전력분배기 인입 급전점(14)에 인입되어 전력분배기(15)에 의해 적절하게 분배된 후에 해당 위상 변위기(131~13n)로 전송되는데, 이 위상 변위기(131~13n)에서는 위상을 각기 다르게 가변시키므로, 서로 다른 위상을 갖는 신호가 해당 복사소자군(11~1n)에 전달되어 전파 복사된다. 송신 후 목표물에서 반사된 신호는 다시 목표물 탐색용 안테나(1)를 통해 수신된 후 송신시와 반대의 경로를 통해 수신기(8)로 전달되고, 이 수신신호는 제어 및 감시기(9)에서 분석되어 목표물의 위치(거리 및 고도 등)와 이동속도를 탐지하게 된다.That is, as shown in FIG. 2, when the high frequency signal generated by the transmitter 8 enters the rotary joint 5, the target search antenna 1 is rotated through the rotating body and fed into the antenna 100. . The power feeding radio frequency signal after the incoming to the power divider incoming feed point 14 appropriately in accordance with the power divider (15) distributed is transmitted to the phase shifter (13 1 to 13n), a phase shifter (13 1 - In the case of 13n), since the phases are changed differently, signals having different phases are transmitted to the corresponding radiating element groups 1 1 to 1n and radiated. After transmission, the signal reflected from the target is again received through the target search antenna 1 and then transmitted to the receiver 8 through a path opposite to that of the transmission, and the received signal is analyzed by the control and monitor 9 It detects the target's location (such as distance and altitude) and speed of movement.
이때, 위상 변위기(131~13n)는 위상 변위기(131~13n)를 제어하기 위하여 각각 연결 설치되는 위상 콘트롤러(16)를 통해 1초에 수십 번 주기적으로 위상을 가변시키는 동시에 수직 앙각으로 광속(pencil)빔을 형성시킨다. 또한, 전력분배기(15)는 송신 전력을 불균등하게 분배하여 부엽준위를 낮추는 기능을 하며, 안테나 복사소자(11~1n)는 슬롯 도파관이나 직선편파, 또는 원편파 등 다양한 편파로 구현될 수 있다.At this time, the phase shifters 13 1 to 13n change the phase periodically by dozens of times per second through the phase controllers 16 connected to each other in order to control the phase shifters 13 1 to 13n, and at the same time, the vertical elevation angles. To form a beam of beams. In addition, the power divider 15 functions to lower the side lobe level by distributing the transmission power unevenly, and the antenna radiating elements 1 1 to 1n may be implemented with various polarizations such as slot waveguides, linear polarizations, or circular polarizations. .
이와 같이 본 발명에 따른 목표물 탐색용 안테나(1)는 위상을 자동 조정하는 위상 변위기(131~13n)로 인하여 수직 빔의 앙각방향이 가변됨으로써 수직방향으로 움직이지 않아도 저앙각과 고앙각의 목표물 고도를 탐지(스캔)할 수 있으며, 로터리 조인트(5)로 인해 안테나(100) 전체를 좌,우방향으로 360도 회전시킴으로써 전방향 목표물의 수평 방향각을 탐지할 수 있다.As described above, the target search antenna 1 according to the present invention has a low angle of elevation and a high angle of elevation even if it does not move in the vertical direction by changing the elevation angle of the vertical beam due to the phase shifters 13 1 to 13n that automatically adjust the phase. The target altitude can be detected (scanned), and the horizontal joint angle of the omnidirectional target can be detected by rotating the entire antenna 100 360 degrees due to the rotary joint 5.
2. 피아식별용 안테나2. PIA identification antenna
본 발명의 피아식별용 안테나(2)는 도 4에 도시된 바와 같이 합, 차패턴을 생성하는 결합기(22)와, 결합기(22)로부터 분류된 신호를 분배하는 2개의 전력분배기(15a,15b), 및 결합기(22)가 있는 중앙을 중심으로 좌우 대칭되게 수평 배열된 복사소자군(21~2n, 2'1~2'n; 이하, '좌측 복사소자군','우측 복사소자군'이라 함)과 중앙의 전방향 안테나(3)로 구성된다. 이때 사용되는 좌, 우측 복사소자군(21~2n, 2'1~2'n)은 야기 안테나나 슬롯 안테나, 스트립 안테나 등 다양한 안테나로 구현될 수 있으며, 직선편파, 원형편파 등 다양한 편파로 변형하여 실시할 수 있다.As shown in FIG. 4, the pia-identifying antenna 2 of the present invention includes a combiner 22 for generating a sum and a difference pattern, and two power dividers 15a and 15b for distributing the classified signals from the combiner 22. ), And the radiating element group horizontally symmetrically arranged about the center of the combiner 22 (2 1 to 2 n, 2 ' 1 to 2'n; hereinafter, 'left radiating element group', 'right radiating element group) ') And a central omni-directional antenna (3). At this time, the left and right radiating element group (2 1 ~ 2n, 2 ' 1 ~ 2'n) can be implemented by various antennas such as Yagi antenna, slot antenna, strip antenna, and various polarizations such as linear polarization and circular polarization. It can be modified.
더욱 상세히 설명하면, 송수신기(8)에서 발생된 목표물 탐지용 고주파신호와 다른 주파수의 고주파 신호(피아식별용 고주파신호)가 로터리 조인트(5)에 인입되면, 이 피아식별용 고주파신호는 로터리 조인트(5)와 연결된 위상 콘트롤러(16)를 거쳐 결합기(22)로 급전된다. 결합기(22)에 급전된 고주파 신호는 동축 급전선을 통하여 일정 비율로 분배되어 피아식별용 안테나의 좌,우측 복사소자군(21~2n,2'1~2'n)과 중앙의 전방향 안테나(3)로 전달된 후에 목표물 방향으로 복사됨으로써 송신이 이루어진다.In more detail, when a high frequency signal (pia identification high frequency signal) having a frequency different from that of the target detection generated by the transceiver 8 is introduced into the rotary joint 5, the high frequency signal for pia identification is a rotary joint ( Power is fed to the combiner 22 via a phase controller 16 connected to 5). The high frequency signal fed to the combiner 22 is distributed at a constant rate through the coaxial feed line, so that the left and right radiating element groups (2 1 to 2n, 2 ' 1 to 2'n) and the center omnidirectional antenna of the PIA antenna The transmission is made by copying in the direction of the target after being delivered to (3).
송신시 복사된 신호에는 피아를 식별하기 위한 암호코드가 실려있으며, 목표물로부터 반사된 신호는 다시 송신시와 역의 경로를 통해 피아식별용 안테나(2,3)로 수신된다. 결합기(22)는 180도 하이브리드 또는 90도 하이브리드와 90도 위상피드, 렛레이스 링(Rat Race Ring)과 월킨슨(Willkilson) 디바이더로 이루어지며, 2개의 하이브리드 또는 렛레이스 링 입력포트에는 피아식별용 안테나(2)가 연결되고, 월킨슨 디바이더의 입력단에는 전방향성 안테나(3)가 연결된다. 하이브리드는 좌,우 복사소자에서 수신된 신호의 합(∑)패턴과 차(△)패턴을 생성하고, 디바이더는 차(△)패턴과 전방향 안테나(3)로부터 수신된 신호를 이용하여 노치패턴을 출력한다. 따라서 결합기(22)의 출력포트에서는 하이브리드 렛레이스 링에서 생성된 합(∑)패턴과 월킨슨 디바이더에서 생성된 노치패턴이 출력된다. 즉, 각각의 좌,우측 복사소자군(21~2n,2'1~2'n)으로부터 입력된 신호는 전술한 렛레이스 링의 사용으로 합패턴과 차패턴이 발생되고, 전방향성 안테나(3)로부터 입력된 신호는 월킨스 디바이더의 사용으로 전술한 차패턴과 결합하여 노치(Notch)패턴이 발생된다. 이때, 전방향성 안테나(3)는 옴니 안테나(Omni Antenna)와 같이 무지향성의 특성을 갖는 안테나를 사용하여 모든 방향에 동일한 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다.The signal copied during transmission carries an encryption code for identifying the pia, and the signal reflected from the target is again received by the pia identifying antennas 2 and 3 through the reverse path during transmission. Coupler 22 consists of a 180-degree hybrid or a 90-degree hybrid, a 90-degree phase feed, a Rat Race Ring and a Walkilson divider. The antenna 2 is connected, and the omni-directional antenna 3 is connected to the input terminal of the Walkinson divider. The hybrid generates a sum pattern and a difference pattern of signals received from the left and right radiation elements, and the divider uses a notch pattern using the difference pattern and the signal received from the omnidirectional antenna 3. Outputs Therefore, the sum pattern generated by the hybrid racelace ring and the notch pattern generated by the Walkinson divider are output from the output port of the combiner 22. That is, a signal input from each of the left and right radiating element groups 2 1 to 2n and 2 ' 1 to 2'n generates a sum pattern and a difference pattern by using the above-described lattice ring, and generates an omni-directional antenna ( The signal input from 3) is combined with the aforementioned difference pattern by the use of a Walkins divider to generate a notch pattern. In this case, it is preferable that the omnidirectional antenna 3 has the same range in all directions by using an antenna having a non-directional characteristic such as an omni antenna.
따라서, 피아식별용 안테나(2,3)는 목표물 탐색용 안테나(1)와 다른 주파수대 즉, UHF대역 또는 극초단파대를 사용하며, 급전된 고주파 전력은 결합기(22)에서 일정한 비율로 분배하여 복사소자(21~2n,2'1~2'n) 및 전방향성 안테나(3)에 전파 복사되고, 목표물로부터 반사되어 결합기(22)에 다시 수신되면 합, 차패턴 및 노치 패턴을 생성하여 피아를 식별할 수 있게 한다.Therefore, the PIA identification antennas 2 and 3 use a different frequency band from the target search antenna 1, that is, the UHF band or the microwave band, and the high frequency power supplied is distributed at a constant rate in the combiner 22, thereby radiating elements. (2 1 to 2n, 2 ' 1 to 2'n) and radio wave radiation to the omni-directional antenna 3, reflected from the target and received back to the combiner 22 to generate a sum, a difference pattern and a notch pattern to generate a pia. To be identified.
이러한 목표물 탐색용 안테나(1)와 피아식별용 안테나(2)의 구성으로, 본 발명에 따른 빔 가변 안테나(100)는 수직 배열된 수평 어레이 복사소자군(11~1n)의 위상을 자동 조정하여 수직빔의 방향을 가변시킴으로써 고이득, 협대역의 수직 빔을 형성하고, 수평방향으로는 안테나(100) 전체를 회전하여 수평빔의 방향을 360도 연속회전 가능하게 함으로써 목표물의 수평 방향각을 탐지하는 동시에 피아를 식별할 수 있는 기능을 제공한다.With the configuration of the target search antenna 1 and the pia identification antenna 2, the beam variable antenna 100 according to the present invention automatically adjusts the phase of the vertically arranged horizontal array radiating element group 1 1 to 1n. By varying the direction of the vertical beam to form a high-gain, narrow-band vertical beam, by rotating the entire antenna 100 in the horizontal direction to enable a 360-degree continuous rotation of the horizontal beam direction of the target horizontal angle It provides the ability to detect and identify pia at the same time.
한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 본 안테나 전체에 방설커버(4) 즉, 전파 투과율이 좋은 절연체로 도포하여 환경 변화로부터 내부의 안테나를 보호하고, 수평방향과 수직방향의 전력비는 각 소자별로 불균등하게 하여 부엽을 최소화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in Fig. 2a to 2c is applied to the entire deflection cover 4, that is, an insulator with good radio wave transmittance to protect the internal antenna from environmental changes, the power ratio in the horizontal and vertical direction is It is desirable to minimize the side lobe by disproportionating the elements.
도 5는 본 발명에 따른 안테나의 수직 및 수평 복사패턴을 나타낸 것으로, (ㄱ)은 수직 복사 패턴을 도시한 것이고, (ㄴ)은 수평 복사 패턴을 도시한 것이다.Figure 5 shows the vertical and horizontal radiation pattern of the antenna according to the present invention, (a) shows a vertical radiation pattern, (b) shows a horizontal radiation pattern.
도 5에서 미설명부호 "A"는 안테나의 측면도, "IVO" 는 피아식별 전방향 안테나(3)의 수직복사패턴, "IV" 는 피아식별 안테나(2)의 수직패턴, "P V1~PVn" 는 목표물 탐색용 안테나(1)의 수직패턴, "IHO" 는 피아식별 전방향 안테나(3)의 하트형 수평 복사패턴, "IH" 는 피아식별용 안테나(2)의 수평 복사패턴, "PH1 ~PHn" 는 목표물 탐색용 안테나(1)의 수평 복사패턴이다.In FIG. 5, reference numeral "A" is a side view of the antenna, "I VO " Is Vertical radiation pattern of the PIA identification omnidirectional antenna (3), "I V " Is the vertical pattern of the PIA antenna (2), " P V1 to P Vn " Is the vertical pattern of the target search antenna 1, " I HO " Is the heart-shaped horizontal radiation pattern of the PIA identification omnidirectional antenna (3), "I H " Is the horizontal radiation pattern of the PIA antenna (2), "P H1 to P Hn " Denotes a horizontal radiation pattern of the target search antenna 1.
먼저, (ㄱ)에 도시된 안테나의 수직 복사패턴을 살펴보면, 피아식별용 안테나(2)는 반구형(IV )의 형상이고, 피아식별용 안테나(2)의 상부에 위치한 전방향성 안테나(3)는 8자형(IVO)이며, 목표물 탐색용 안테나(1)는 지향성이 예민한 수직빔으로 앙각방향이 상,하로 가변되는 것을 보여준다. 이와 같이 목표물 탐색용 안테나(1)의 수직 복사패턴(PV1~PVn)은 위상 콘트롤러(16)와 위상 변위기(131 ~13n)를 이용하여 위상을 전기적으로 1초에 수십번 자동 조정하여 수직 빔의 방향이 가변되도록 함으로써 저앙각 또는 고앙각의 목표물을 정확히 탐지할 수 있다.First, looking at the vertical radiation pattern of the antenna shown in (a), the pia identifying antenna 2 is a hemispherical shape (I V ), the omni-directional antenna (3) located above the pia identifying antenna (2) Is an eight-shaped (I VO ), and the target search antenna 1 shows a vertical beam having a sensitive directivity, and the elevation angle is changed up and down. As described above, the vertical radiation patterns P V1 to P Vn of the target search antenna 1 automatically adjust the phases tens of times per second using the phase controller 16 and the phase shifters 13 1 to 13n. By changing the direction of the vertical beam it is possible to accurately detect the target of the low or high angle.
(ㄴ)에 도시된 안테나의 수평 복사패턴을 살펴보면, 전방향성 안테나(3)는 하트형(IHO)으로 수평면내 단일 지향성의 특성을 지니고 있으며, 목표물 탐색용 안테나(1)의 복사패턴(PH1~PHn)은 피아식별용 안테나(2)보다 지향성이 예민하여 1차적으로 원거리의 목표물을 탐지한 후에 피아를 식별하는데 용이하다. 이때, 부엽은 전계강도와 전력밀도가 높게 나타나는 주빔을 제외한 나머지 부분을 말하는 것으로, 부엽준위가 낮을수록 물체를 추적하고 정확히 탐지하는데 용이하다.Looking at the horizontal radiation pattern of the antenna shown in (b), the omni-directional antenna (3) is a heart-shaped (I HO ) has a characteristic of unidirectional in the horizontal plane, the radiation pattern (P) of the target antenna (1) H1 to P Hn ) are more directional than the PIA identification antenna 2, so that it is easy to identify the PIA after first detecting a remote target. At this time, the side lobe refers to the rest of the main beam except for the main beam, which shows high electric field strength and power density. The lower the side lobe level, the easier it is to track and accurately detect an object.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 응용 또는 변형하여 실시할 수 있다. This invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can be implemented in various applications or modifications within the range which the technical idea of this invention allows.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수직 배열된 수평 어레이 복사소자군의 위상을 전기적으로 변화(스캔)시켜 안테나가 수직방향으로는 움직이지 않아도 전방향에 위치한 목표물의 고도(저앙각/고앙각)를 탐지 및 추적하는 동시에, 수평방향으로는 안테나 자체를 360도 회전시켜 전방향 목표물의 수평 방향각을 탐지할 수 있어 매우 간단한 제어 메커니즘과 기구적인 구조로 고성능의 안테나를 구현할 수 있다. 더욱이 목표물 탐지용 안테나와 함께 피아식별용 안테나를 탑재하여 피아를 쉽게 식별할 수 있게 하는 효과가 있고, 목표물 탐색용 안테나의 전력분배기를 통해 수평방향 또는 수직방향의 전력비를 불균등하게 분배함으로써 부엽준위가 최소가 되도록 할 수 있다. As described above, according to the present invention, the phase of the vertically arranged horizontal array radiating element group is electrically changed (scanned) so that the altitude (eft angle / elevation angle) of the target object located in all directions even when the antenna does not move in the vertical direction. At the same time, the antenna itself can be rotated 360 degrees in the horizontal direction to detect the horizontal direction angle of the omnidirectional target, enabling a high performance antenna with a very simple control mechanism and mechanical structure. Furthermore, it is equipped with a pia identifying antenna along with a target detecting antenna, which makes it easy to identify the pia.The sub-level is increased by distributing the power ratio in the horizontal or vertical direction unevenly through the power divider of the target searching antenna. It can be minimized.
도 1은 본 발명에 따른 빔 가변 안테나가 적용된 안테나 시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of an antenna system to which a beam variable antenna according to the present invention is applied;
도 2a는 본 발명에 따른 빔 가변 안테나의 정면도,2A is a front view of a beam variable antenna according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 안테나의 후면도,2b is a rear view of the antenna according to the present invention;
도 2c는 본 발명에 따른 안테나를 위에서 내려다본 평면도,2c is a plan view from above of the antenna according to the invention,
도 3는 본 발명에 따른 목표탐색용 안테나의 배선도,3 is a wiring diagram of a target search antenna according to the present invention;
도 4은 본 발명에 따른 피아식별용 안테나의 배선도,4 is a wiring diagram of a PIA antenna according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 안테나의 수직 및 수평 복사패턴을 나타낸 도면.5 is a view showing the vertical and horizontal radiation pattern of the antenna according to the present invention.
♣ 도면의 주요부분에 대한 상세한 도면의 부호설명♣♣ Explanation of detailed drawings about the main parts of the drawings ♣
1; 목표물 탐색용 안테나 2; 피아식별용 안테나One; A target search antenna 2; PIA identification antenna
11 ~ 1n; 목표물 탐색용 안테나의 복사소자군 1 1 ~ 1n; Radiation element group of target search antenna
21 ~ 2n,2'1 ~ 2'n; 피아식별용 안테나의 복사소자군2 1 to 2n, 2 ' 1 to 2'n; Radiation element group of PIA identification antenna
3; 전방향성 안테나 4; 방설커버3; Omni-directional antenna 4; Snow cover
5; 로터리 조인트 6; 하부 지지대5; Rotary joint 6; Lower support
7; 지지구조물 8; 송수신기7; Support structure 8; Transceiver
9; 제어 및 감시기 121 ~ 12n; U자형 방향 전환 연결부9; Control and monitoring 12 1 to 12 n ; U-shaped turn connection
131 ~ 13n; 위상변위기 14; 고주파 분배기 인입급전점13 1 to 13 n; Phase shifter 14; High frequency distributor
15,15a,15b; 고주파분배기 16; 위상 콘트롤러15,15a, 15b; High frequency distributor 16; Phase controller
22; 결합기22; Combiner
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