KR100614432B1 - 어레이 안테나 교정 장치 및 어레이 안테나 교정 방법 - Google Patents

어레이 안테나 교정 장치 및 어레이 안테나 교정 방법 Download PDF

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닛폰 덴키 가부시끼 가이샤
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Abstract

어레이 안테나의 정확한 교정을 보장하면서, 구성이 간단하고 저가인 어레이 안테나 교정 장치가 개시된다. 상기 어레이 안테나 교정 장치는: 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 각각에 원(original) 교정 신호들을 동시에 공급하기 위한 공급 수단으로서, 상기 원 교정 신호들은 상기 안테나 소자들 간에서 서로 직교하는, 상기 공급 수단; 상기 안테나 소자들로부터 방사되고 인접 안테나 소자들에 의해 수신되는 교정 신호들과, 상기 수신된 교정 신호들에 관련된 상기 원 교정 신호들 간의 상관들(correlations)을 계산하기 위한 위상 및 진폭 특성 계산 수단; 상기 각 안테나 소자들의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수(relative calibration factor)를 얻기 위한 상대 교정 계수 계산 수단; 및 상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 각 안테나 소자들에 공급될 송신 신호들을 교정하기 위한 교정 수단을 포함한다.
교정 신호, 위상 및 진폭 특성, 어레이 안테나, 무반사, 안테나 소자, 상대 교정 계수

Description

어레이 안테나 교정 장치 및 어레이 안테나 교정 방법{Array antenna calibration apparatus and array antenna calibration method}
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 어레이 안테나 교정 장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 2는 도 1의 교정 장치의 중요부들 및 그의 동작을 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 어레이 안테나 교정 장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 4는 다른 실시예의 교정 장치의 중요부들 및 그의 동작을 보여주는 블록도.
도 5는 제 1 종래 기술에 따른 어레이 안테나 교정 장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 6은 제 2 종래 기술에 따른 어레이 안테나 교정 장치의 구성을 보여주는 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2: 무반사 종단기 3: 송신기
4: 교정 신호 발생기 5: 가산기
7: 수신기 8: RF 스위치
9: 교정 계수 계산부 10: 승산기
11: 전력 합성부 12: 유저 신호 다중부
13: 빔 포머
발명의 분야
본 발명은 무선 기지국 등에 사용하기 위한 어레이 안테나 교정 장치에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
디지털 빔 형성 장치가 정확한 송신 빔을 형성하기 위해서는, 각 안테나 소자들로부터 방사되는 신호들의 위상 특성들 및 진폭 특성들을 균일하게 만들 필요가 있다.
도 5는 종래의 어레이 안테나 교정 장치의 블록도이다.
종래 기술에 따른 어레이 안테나 교정 장치는 각각 유저들(users) 1 내지 N에 대한 빔 포머들(beam formers: 13), 유저 신호 다중부(user signal multiplexing section: 12), 승산기들(10), 가산기들(5), 송신기들(3), 결합기들(17), 안테나들(1), 전력 합성기(18), 수신기(7), 교정 계수 계산부(9), 및 교정 신호 발생기(4)를 포함한다.
각 빔 포머(13)는, 각 유저에 대해 지향성(directivity)을 갖는 빔을 형성한다. 유저 신호 다중부(12)는 유저들(1 내지 N) 각각에 대한 빔들을 다중화하고, 각각 6개의 송신 시스템들에 대한 유저 다중 신호들(user multiplex signals)을 출력한다. 각각의 승산기(10)는 대응하는 교정 계수로 유저 다중 신호를 승산한다. 교정 신호 발생기(4)는 각 유저 다중 신호에 대응하는 교정 신호를 발생시킨다. 각각의 가산기(5)는 대응하는 교정 신호를 교정 계수로 승산된 대응하는 유저 다중 신호에 가산한다. 각 송신기(3)는, 대응하는 교정 계수로 승산되고 대응하는 교정 신호가 가산되는 대응하는 유저 다중 신호를 송신한다. 결합기(17)는, 각 송신 신호의 일부를 분기(branch)하고 그 분기된 신호를 전력 합성기(18)에 공급하고 나머지 신호를 안테나(1)에 공급한다. 각 안테나(1)는 결합기(17)로부터 공급되는 신호를 송신한다.
전력 합성기(18)는 6개의 결합기들(17)로부터 공급되는 신호들의 전력들을 합성한다. 수신기(7)는 전력 합성된 신호들을 수신한다. 교정 계수 계산부(9)는, 수신기(7)에 의해 수신된 신호에 기초하여 각 유저 다중 신호에 대한 교정 계수를 계산하고, 계산된 교정 계수를 대응하는 승산기(10)에 공급한다.
교정 신호들은 이러한 신호 패턴들이 송신 시스템들 중에서 서로에 대해 직교되게 한다. 이 때문에, 교정 계수 계산부(9)는, 전력 합성기(18)에 의해 합성되고 수신된 신호들에 대한 상관 처리를 행하여, 각 안테나 소자들에 대한 교정 신호들의 위상들 및 진폭들이 측정될 수 있다. 교정 계수 계산부(9)는 또한, 측정된 위상 및 진폭들에 기초하여 각 송신 시스템들의 교정 계수들을 계산한다.
상술한 종래 안테나 어레이 교정 장치는, 결합기들(17) 및 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)의 특성들의 변동들(fluctuations)이 보정될 수 없다는 단점을 가지고 있다. 또한, 종래의 어레이 안테나 교정 장치가 결합기들(17) 및 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)의 특성들을 미리 측정하고 테이블(table)을 사용하여 변동들을 보정할 수 있지만, 상기 장치는 높은 측정 정확도 및 특성들의 안정성을 필요로 한다는 단점이 있다. 또한, 결합기(17)를 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)에 접속시키는 케이블들의 특성들의 변동을 억제하기 위해서, 대응하는 안테나 소자들(1-1 내지 1-6) 근처에 결합기들(17)을 배치하는 것이 필요하다. 그렇게 하기 위해서, 각각의 결합기(17)는 방수 구조(waterproof structure)를 필요로 하며, 결국 결합기가 고가(expensive)된다는 문제점이 있다.
이들 문제점들을 해소하기 위해서, 종래에는, 도 6에 도시된 바와 같이 구성되는 장치에 적용되는 방법이 제안되어 왔다. 즉, 수신기(7) 및 교정 계수 계산부(9)를 포함하는 교정 신호 수신국(19)은 시야(sight) 범위 내에 위치된다. 수신기(7)는, 기지국 어레이 안테나들(1-1 내지 1-6)로부터 송신되고 서로 직교하는 신호 패턴들을 갖는 교정 신호들을 수신한다. 교정 계수 계산부(9)는 각 신호들의 위상들 및 진폭들을 측정함으로써 교정 계수들을 계산한다. 하지만, 이 구조에서는, 얻어진 교정 계수를 케이블 또는 무선 통신 수단에 의해 각 기지국의 교정 계수 수신부(20)에 알리는 것이 필요하다. 결국, 시스템은 복잡하고 고가라는 문제점이 있다. 또한, 기지국의 시야 범위 내에서 교정 신호 수신국(19)을 배치하는 것이 필요하다는 문제점이 있다. 그밖에, 기지국들 및 신호 발생국 사이의 정확한 위치 관계들을 파악할 필요가 있다는 문제점이 있다.
발명의 요약
본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위해 달성된다. 본 발명의 목적은, 어레이 안테나의 정확한 교정을 보장하면서 구성이 간단하며 저가인 어레이 안테나 교정 장치, 및 어레이 안테나 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 어레이 안테나 교정 장치로서: 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 각각에 원(original) 교정 신호들을 동시에 공급하기 위한 공급 수단으로서, 상기 원 교정 신호들은 상기 안테나 소자들 간에서 서로 직교하는, 상기 공급 수단; 상기 안테나 소자들로부터 방사되고 인접 안테나 소자들에 의해 수신되는 교정 신호들과, 상기 수신된 교정 신호들에 관련된 상기 원 교정 신호들 간의 상관들(correlations)을 계산하기 위한 위상 및 진폭 특성 계산 수단; 상기 각 안테나 소자들의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수(relative calibration factor)를 얻기 위한 상대 교정 계수 계산 수단; 및 상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 각 안테나 소자들에 공급될 송신 신호들을 교정하기 위한 교정 수단을 포함하는, 어레이 안테나 교정 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 어레이 안테나 교정 장치에서, 상기 어레이 안테나를 구성하는 상기 안테나 소자들은 제 1 그룹 및 제 2 그룹으로 분류되고, 상기 상대 교정 계수 계산 수단은: 상기 제 1 그룹의 안테나 소자들 모두의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 1 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 1 상대 교정 계수 계산 수단; 상기 제 2 그룹의 상기 안테나 소자들 모두의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 2 상대 교정 계수 계산 수단; 상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 위상 및 진폭 특성들, 및 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 3 상대 교정 계수 계산 수단; 및 상기 제 1 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수 및 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 사이의 상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 4 상대 교정 계수 계산 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 어레이 안테나 교정 장치는, 상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나로부터 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나에 의해 수신되는 상기 교정 신호와, 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자로부터 상기 제 1 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자에 의해 수신되는 상기 교정 신호를 합성하기 위한 합성 수단을 포함할 수 있으며, 상기 제 3 상대 교정 계수 계산 수단은, 상기 위상 및 진폭 특성 계산 수단이 상기 합성된 교정 신호에 기초하여 구한 상기 위상 및 진폭 특성에 기초하여 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹 간의 상대 교정 계수를 얻는다.
본 발명의 실시예는 이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 어레이 안테나 교정 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이 실시예의 어레이 안테나 교정 장치는, 선형으로 배열되는 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)로부터 방사되는 신호들의 위상 특성들 및 진폭 특성들을 균일하게 하기 위한 교정 신호들을 발생시키는 교정 신호 발생기(4)와, 교정 신호들을 각 유저 다중 신호들에 가산하는 가산기들(5)과, 인접 안테나 소자들로부터 전자기적으로 결합된 신호들을 페치(fetch)하는 서큘레이터들(circulators:6)과, 각 서큘레이터들(6)에 의해 페치되는 신호들을 수신하는 수신기(7)와, 수신기(7)의 입력 신호들을 스위칭하는 RF 스위치(8)와, 수신기(7)의 출력으로부터 교정 신호를 검출하고 교정 계수를 계산하는 교정 계수 계산부(9)와, 교정 계수 계산부(9)에 의해 계산된 교정 계수들로 유저 다중 신호들을 승산하는 승산기들(10)과, 선형 어레이 안테나의 양 단부들(ends) 상의 안테나 소자들(1-1 및 1-6)에 인접하는 안테나 소자들로부터 전자기적으로 결합된 신호들을 합성하는 전력 합성기(11)를 포함한다. 각각의 송신 시스템들은 서로 상관들을 가지지 않는 직교 신호 패턴들을 이용하는 것을 포함한다.
이 실시예의 교정 방법이 도 2를 참조하여 설명된다. 교정 신호들(C1 내지 C6)은 서로 직교한다. 교정 신호들(C1 내지 C6)은 동일한 진폭 및 동일한 위상에서 유저 다중 신호들에 중첩되고, 송신기들(3)에 입력되고, 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)로부터 송신된다. 교정 신호들(C1 내지 C6)은 주파수 분할 다중(Frequency Division Multiplexing: FDM), 시분할 다중(Time Division Multiplexing: TDM), 또는 코드 분할 다중(Code Division Multiplexing: CDM)으로 유저 다중 신호들을 종속시킴으로써 유저 다중 신호들의 간섭 없이 페치될 수 있다. 또한, 서로 직교하고 서로 상관들을 갖지 않는 신호 패턴들을 이용함으로써, 각각의 교정 신호들(C1 내지 C6)은 서로 독립적으로 페치될 수 있다.
이하, 교정 신호들에 대해서만 유의하며 교정 방법이 설명된다. 안테나 소자들(1-1 및 1-3)로부터 송신되는 교정 신호들(C1 및 C3)은, 각각 안테나 소자들 간의 전자기적 결합으로 인해 안테나 소자(1-2)에 의해 수신된다. 수신된 신호들(C1 + C3)은 서큘레이터(6)에 의해 페치되고 RF 스위치(8)의 P1 포트(port)에 입력된다. 마찬가지로, 신호들(C2 + C4, C3 + C5, C4 + C6)은 RF 스위치(8)의 P2 포트, P3 포트, P4 포트에 각각 입력된다. 교정 신호(C2)는 안테나 소자(1-1)의 서큘레이터(6)에 의해 페치되고, 교정 신호(C5)는 전자기적 결합으로 인해 안테나 소자(1-6)의 서큘레이터(6)에 의해 페치된다. 이들 교정 신호들(C2 및 C5)은 전력 합성기(11)에 의해 서로 합성되고, RF 스위치(8)의 P5 포트에 입력된다.
RF 스위치(8)의 포트들이 연속적으로 바뀌어지고, P1 내지 P5 포트들의 입력 신호들은 복조되고, 수신기(7)에 의해 기저 대역(baseband) 신호들로 변환된다. 교정 계수 계산부(9)는 각각의 교정 신호들의 위상들 및 진폭들을 측정하고 교정 계수들을 계산한다. P1 포트가 수신기(7)에 접속될 때, 교정 신호들(C1 + C3)은 수신기(7)에 의해 수신된다. 교정 신호들(C1 및 C3)은 서로 직교하며 서로 상관들을 갖지 않는 신호 패턴들을 갖는다. 이 때문에, 상관 처리가 각 신호 패턴들에 기초하여 행해지고, 그것에 의해 교정 신호들(C1 및 C3)의 위상들 및 진폭들이 얻어지며, 신호들(C1 및 C3)의 진폭들 및 위상들을 균일하게 만들기 위한 계수가 얻어진다. 마찬가지로, RF 스위치(8)의 포트를 바꿈으로써, 신호들(C2와 C4)의 진폭들 및 위상들, 신호들(C3과 C5)의 진폭들 및 위상들, 신호들(C4와 C6)의 진폭들 및 위상들, 및 신호들(C2와 C5)의 진폭들 및 위상들을 균일하게 만들기 위한 계수가 얻어진다. 그렇게 얻어진 계수들을 이용하여, 모든 교정 신호들(C1 내지 C6)의 위상들 및 진폭들을 균일하게 만들기 위한 교정 계수가 얻어진다. 교정 신호들(C1 내지 C6)이 동일한 진폭 및 동일한 위상으로 각각의 송신기들(3)에 입력되므로, C1 내지 C6의 측정된 진폭들 및 위상들은, 대응하는 안테나 소자들 및 케이블들의 진폭 및 위상 특성들의 변동들을 나타낸다. 따라서, 입력 신호들에 의해 측정된 값들로부터 얻어진 교정 계수들을 승산함으로써 각 송신 시스템들의 진폭 및 위상 특성을 균일하게 만드는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예가 도 3을 참조하여 설명된다. 도 3은, 선형 어레이 안테나를 이용하는 CDMA 통신 시스템의 기지국의 구성을 보여준다. 각 유저의 송신 신호는 유저의 빔 포머(13)에 의해 복소 가중(complex weighting)되어, 유저를 위한 안테나 소자로부터 송신될 신호를 생성한다. 빔 포머(13)에 의해 생성된 안테나 소자의 송신 신호는 코드 다중부(code multiplexing section: 14)의 확산기(15)에 의해 확산되고, 모든 유저들의 확산된 신호들은 각 안테나 소자에 대한 신호 합성기(16)에 의해 다중화된다.
코드 다중부(14)로부터 출력된 각 안테나 소자의 유저 다중 확산 신호는 승산기(10)에 의해 교정 계수로 승산되고, 교정 계수는 교정 계수 계산부(9)에 의해 계산된다. 교정 신호 발생기(4)에 의해 발생된 교정 신호는 가산기(5)에 의해 각 다중 신호에 가산되고, 교정 신호 가산 신호(calibration signal-added signal)는 송신기(3)에 의해 변조되고, 안테나 소자들(1-1 내지 1-6) 각각으로부터 방사된다. 서로에 대한 상관을 갖지 않는 직교 신호 패턴들은 교정 신호 발생기(4)에 의해 발생되고, 각 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)에 가산된다.
각 안테나 소자로부터 방사된 RF 신호의 일부는 인접 안테나 소자들과 전자기적으로 결합되고, 인접 안테나 소자들의 서큘레이터들(6)에 의해 페치된다. RF 스위치(8)를 바꿈으로써, 인접 안테나 소자들로부터 결합된 신호들은 수신기(7)에 의해 연속적으로 수신될 수 있다.
수신기(7)에 의해 수신된 신호들은 복조되고, 그후에 기저 대역 디지털 신호들로 변환된다. 교정 계수 계산부(9)는 각 안테나 소자들의 송신 시스템들의 위상 및 진폭 특성들을 보정하기 위해 교정 계수들을 계산한다. 수신기(7)가 역확산 처리(inverse spread processing)를 수행하지 않으므로, 유저 다중 확산 신호들은 억제되고 교정 신호들만이 페치될 수 있다.
이 실시예의 동작이 도 2를 참조하여 설명된다. 각 안테나 소자들(1-1 내지 1-6)로부터 방사된 신호들은 송신기, 안테나 소자들(1-1 내지 1-6), 서큘레이터들(6), 및 접속 케이블들의 특성들의 변동들을 수신하고, 이들 신호들은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00001
Ci(t): 안테나 소자(1-i)의 교정 신호
Ui(t): 유저 다중 확산 신호
ai: 안테나 소자(1-i)의 송신 시스템의 진폭 변동
Figure 112006001884865-pat00002
: 안테나 소자(1-i)의 송신 시스템의 위상 변동
양자들(both sides) 상에 인접 안테나 소자들로부터의 송신 신호들이 안테나 소자(1-i)(i = 2 내지 5)에 전자기적으로 결합되어, 신호들 xi-1(t) + xi+1(t)은 안테나 소자 1-i의 서큘레이터(6)에 의해 페치되고 RF 스위치(8)를 통해 수신기(7)에 의해 수신된다. 교정 신호들(C1 내지 C6)은 확산되지 않은 신호들이고, 유저 다중 확산 신호들은 확산된 신호들이고, 수신기(7)는 역확산 처리를 수행하지 않는다. 그러므로, 유저 다중 확산 신호들은 억제되고, 교정 신호들만이 다음 식과 같이 수신기(7)에 의해 페치될 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00003
교정 신호들(C1 내지 C6)은 서로에 대해 상관을 갖지 않는 다음의 직교 신호 패턴들을 이용한다.
Figure 112003002052130-pat00004
따라서, 각 안테나 소자의 특성 변동이 교정 신호 패턴 주기(T) 내에서 일정한 값으로 근사화(approximate)될 수 있도록 충분히 느리다면, 성분 Ci+1(t)은 소거될 수 있으며, 교정 신호 패턴 Ci-1(t)이 통과하는 안테나 소자 1-(i-1)의 송신 시스템의 위상 및 진폭의 특성은 교정 신호 yi(t)와 교정 신호 패턴 Ci-1(t) 사이의 상관을 얻음으로써 측정될 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00005
마찬가지로, 교정 신호 yi(t)와 교정 신호 패턴 Ci+1(t) 사이의 상관들을 얻음으로써, 성분 Ci-1(t)이 소거될 수 있으며, 성분 Ci+1(t)이 통과하는 안테나 소자 1-(i+1)의 송신 시스템의 위상 및 진폭 특성들 hi+1이 측정될 수 있다.
따라서, 안테나 소자(1-i)에 인접한 안테나 소자 [1-(i-1)와 1-(i+1)]의 진폭 및 위상 특성들을 균일하게 하기 위한 교정 계수(corri)는, 다음 식과 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00006
도 2에 도시된 6개의 안테나 소자들의 교정 계수들은 다음 식과 같이 표현된다.
Figure 112003002052130-pat00007
Figure 112003002052130-pat00008
Figure 112003002052130-pat00009
Figure 112003002052130-pat00010
도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 안테나 소자들(1-1 및 1-6)의 서큘레이터 출력들은 전력 합성기(11)에 의해 서로 합성된다. 전력 합성기(11)의 출력은 수신기(7)에 의해 복조되어, 신호들(C2 + C5)이 페치된다. 교정 계수 계산부(9)는 상술한 방법에 의해 교정 신호 패턴들에 기초하여 보정 처리를 행하여, 교정 신호들(C2와 C5)의 진폭 및 위상 특성들이 측정될 수 있다. 전력 합성기(11)와 각 서큘레이터들(6)의 진폭들 및 위상들이 이미 균일하게 되어 있다면, 교정 계수는 다음 식과 같이 교정 신호들(C2와 C5)의 측정된 진폭 및 위상 특성들로부터 얻어질 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00011
수학식(6)과 (7)에 의해 얻어진 교정 계수들을 이용하여, 기준(reference)으로서 교정 계수(h1)를 갖는 각각의 교정 계수는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00012
Figure 112003002052130-pat00013
Figure 112003002052130-pat00014
Figure 112003002052130-pat00015
Figure 112003002052130-pat00016
그러므로, 안테나 소자(1-i)를 기준으로 하는 교정 계수들은 다음 수학식과 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00017
Figure 112003002052130-pat00018
Figure 112003002052130-pat00019
Figure 112003002052130-pat00020
Figure 112003002052130-pat00021
Figure 112003002052130-pat00022
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 보여준다. 도 2에서 무반사종단기(non-reflection terminating unit: 2)가 접속되어 있는 안테나들(1-7 및 1-8)의 출력들은 전력 합성기(11)에 의해 합성된다. 각각 안테나 소자들(1-1 및 1-8)과 안테나 소자들(1-1 및 1-6)의 결합으로 인해 신호들은 수신기(7)에 의해 수신된다. 그렇게 함으로써, 교정 신호들(C1 + C6)이 페치되고, 교정 계수 계산부(9)는 교정 신호들(C1과 C6) 간의 교정 계수를 얻을 수 있다. 앞의 실시예와 유사하게, 안테나 소자들(1-2 내지 1-5)의 서큘레이터들(6)의 출력들은 수신기(7)에 의해 수신되어, 교정 신호들(C1 + C3, C4 + C2, C3 + C5, C4 + C6)이 페치되고, 교정 계수 계산부(9)는 각각의 교정 신호 쌍들에 대해 교정 계수들을 얻을 수 있다. 결국, 앞의 실시예의 경우와 같이, 안테나 소자(1-1)를 기준으로 하는 교정 계수들이 다음 식과 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112003002052130-pat00023
Figure 112003002052130-pat00024
Figure 112003002052130-pat00025
Figure 112003002052130-pat00026
Figure 112003002052130-pat00027
Figure 112003002052130-pat00028
Figure 112003002052130-pat00029
Figure 112006001884865-pat00030
Figure 112003002052130-pat00031
Figure 112003002052130-pat00032
Figure 112003002052130-pat00033
Figure 112003002052130-pat00034
Figure 112003002052130-pat00035
본 발명은 또한 TDMA 통신 시스템 및 FDMA 통신 시스템의 기지국들에 적용될 수 있다. 본 발명이 TDMA 통신 시스템에 적용되면, 교정 신호는 할당된 교정 신호 시간 슬롯(allocated calibration signal time slot) 또는 빈(empty) 시간 슬롯을 이용하여 입력되고, 측정된다. 본 발명이 FDMA 통신 시스템에 적용되면, 교정 신호는 할당된 교정 신호 주파수 채널 또는 빈 주파수 채널을 이용하여 입력되고, 측정된다.
더욱이, 본 발명은, 실시예들에 도시된 선형 안테나의 안테나 소자들이 무반사종단하는 안테나 소자들을 제외하고 원주(circumference) 상에 배열되는 원형 어레이 안테나에 적용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 실시예에서, 2개의 안테나들(1-1 및 1-5)에 의해 수신되는 신호들은 전력 합성기(11)에 의해 서로 합성되고, 합성된 신호는 RF 스위치(8)에 공급된다. 대안으로는, RF 스위치의 입력들의 수는 전력 합성기를 제공하지 않고 증가될 수 있으며, 안테나 소자(1-1)에 수신된 신호와 안테나 소자(1-5)에 의해 수신된 신호는 RF 스위치(8)에 개별적으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 수학식(4)과 유사한 수학식에 따라 안테나 소자들의 송신 시스템들의 위상 및 진폭 특성들을 얻는 것이 가능하다.
도 4에 도시된 실시예에서, 2개의 안테나 소자들(1-7 및 1-8)에 의해 수신되는 신호들은 전력 합성기(11)에 의해 서로 합성되고, 합성된 신호는 RF 스위치(8)에 공급된다. 대안으로는, RF 스위치의 입력들의 수는 전력 합성기(11)를 제공하지 않고 증가될 수 있으며, 안테나 소자(1-7)에 의해 수신된 신호와 안테나 소자(1-8)에 의해 수신된 신호는 RF 스위치(8)에 개별적으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 수학식(6)과 유사한 수학식에 따라 안테나 소자들의 송신 시스템들의 위상 및 진폭 특성들을 얻는 것이 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라, 이롭게는, 외부 교정 신호 수신국을 제공하지 않고, 안테나 소자들의 방사 특성들도 포함하는 진폭 및 위상 특성들의 변동을 보정하는 것이 가능하다.
또한, 교정 신호들을 페치하는 서큘레이터들 및, 서큘레이터에서 안테나 소자들까지의 접속 케이블들의 특성들도 포함하는 특성들을 교정하는 것이 가능하므로, 각 서큘레이터는 송신기와 안테나 소자 사이의 임의의 위치에 배열될 수 있다. 그러므로, 종래 기술과는 달리, 이롭게는, 교정 신호를 페치하기 위한 결합기와 안테나 소자 사이의 케이블의 특성 변동을 억제시키기 위해서 대응 안테나 소자 근처에 서큘레이터를 배치할 필요가 없으며, 서큘레이터에 방수 구조가 제공될 필요가 없으며, 집안에 교정 신호들을 제공하기 위한 케이블이 제공될 필요가 없다.
또한, 전력 합성기에 의해 합성되는 교정 신호들을 제외한 교정 신호들을 페치하기 위한 서큘레이터들이 동일한 특성들을 가질 필요가 없다. 그러므로, 이롭게는 저렴한 서큘레이터들을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 특성들을 균일하게 할 필요가 있는 전력 합성기는 2 분기(branch) 전력 합성기이므로, 이롭게는 종래의 다중 분기 전력 합성기와 비교할 때 특성들을 균일하게 하는 것이 용이하다.

Claims (6)

  1. 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 각각에 원(original) 교정 신호들을 동시에 공급하기 위한 공급 수단으로서, 상기 원 교정 신호들은 상기 안테나 소자들에서 서로 직교하는 상기 공급 수단;
    상기 안테나 소자들로부터 방사되고 인접 안테나 소자들에 의해 수신되는 교정 신호들과, 상기 수신된 교정 신호들에 관련된 상기 원 교정 신호들 간의 상관들(correlations)을 계산하기 위한 위상 및 진폭 특성 계산 수단;
    상기 각 안테나 소자들의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수(relative calibration factor)를 얻기 위한 상대 교정 계수 계산 수단; 및
    상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 각 안테나 소자들에 공급될 송신 신호들을 교정하기 위한 교정 수단;을 포함하며,
    상기 어레이 안테나를 구성하는 상기 안테나 소자들은 제 1 그룹 및 제 2 그룹으로 분류되고, 상기 상대 교정 계수 계산 수단은,
    상기 제 1 그룹의 모든 상기 안테나 소자들의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 1 그룹에 속하는 모든 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 1 상대 교정 계수 계산 수단;
    상기 제 2 그룹의 모든 안테나 소자들의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 2 상대 교정 계수 계산 수단;
    상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 위상 및 진폭 특성들, 및 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 3 상대 교정 계수 계산 수단; 및
    상기 제 1 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수 및 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 사이의 상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 4 상대 교정 계수 계산 수단;을 포함하는 어레이 안테나 교정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나로부터 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나에 의해 수신되는 상기 교정 신호와, 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자로부터 상기 제 1 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자에 의해 수신되는 상기 교정 신호를 합성하기 위한 합성 수단;을 포함하고,
    상기 제 3 상대 교정 계수 계산 수단은, 상기 위상 및 진폭 특성 계산 수단이 상기 합성된 교정 신호에 기초하여 구한 상기 위상 및 진폭 특성에 기초하여, 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹 간의 상대 교정 계수를 얻는 어레이 안테나 교정 장치.
  4. 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 각각에 원 교정 신호들을 동시에 공급하는 공급 단계로서, 상기 원 교정 신호들은 상기 안테나 소자들 간에서 서로 직교하는 상기 공급 단계;
    상기 안테나 소자들로부터 방사되고 인접 안테나 소자들에 의해 수신되는 교정 신호들과, 상기 수신된 교정 신호들에 관련된 상기 원 교정 신호들 간의 상관들을 계산하는 위상 및 진폭 특성 계산 단계;
    상기 각 안테나 소자의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻는 상대 교정 계수 계산 단계; 및
    상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 각 안테나 소자들에 공급될 송신 신호들을 교정하는 교정 단계를 포함하며,
    상기 어레이 안테나를 구성하는 상기 안테나 소자들은 제 1 그룹 및 제 2 그룹으로 분류되고, 상기 상대 교정 계수 계산 단계는,
    상기 제 1 그룹의 안테나 소자들 모두의 상기 위상 및 진폭 특성들에 기초하여 상기 제 1 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻는 제 1 상대 교정 계수 계산 단계;
    상기 제 2 그룹의 안테나 소자들 모두의 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻는 제 2 상대 교정 계수 계산 단계;
    상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 위상 및 진폭 특성들, 및 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나의 상기 위상 및 진폭 특성들에 기초하여, 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 사이의 상대 교정 계수를 얻는 제 3 상대 교정 계수 계산 단계; 및
    상기 제 1 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수, 상기 제 2 그룹에 속하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상기 상대 교정 계수 및 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 사이의 상기 상대 교정 계수에 기초하여, 상기 어레이 안테나를 구성하는 모든 상기 안테나 소자들 간의 상대 교정 계수를 얻기 위한 제 4 상대 교정 계수 계산 단계;를 포함하는 어레이 안테나 교정 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나로부터 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 안테나 소자들 중 하나에 의해 수신되는 상기 교정 신호와, 상기 제 2 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자로부터 상기 제 1 그룹에 속하는 상기 하나의 안테나 소자에 의해 수신되는 상기 교정 신호를 합성하는 합성 단계;를 포함하고,
    상기 제 3 상대 교정 계수 계산 단계에서, 상기 제 1 그룹과 상기 제 2 그룹 간의 상대 교정 계수는, 상기 합성된 교정 신호에 기초하여 상기 위상 및 진폭 특성 계산 단계에서 구한 상기 위상 및 진폭 특성에 기초하여 얻어지는 어레이 안테나 교정 방법.
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