KR100656785B1 - 다중 위성 접속 안테나 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 다중 위성 접속 안테나 시스템에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 다수개의 부 배열안테나를 포함하는 능동 위상 배열 안테나 시스템에서, 각각의 부 배열 안테나 양면에 서로 다른 전기적특성을 갖는 이종의 안테나를 배치함으로써, 안테나 시스템으로 하여금, 서로 다른 편파특성을 갖는 다수개의 위성신호를 송신 및 수신할 수 있는 기능적 특징을 제공하고, 또한 부 배열안테나의 양면에 위치한 이종의 안테나를 적절하게 활용하기 위하여, 부 배열안테나를 앙각방향으로 기계적 제어함으로써, 위성의 전기적사양에 따라 적용하는 안테나를 취사선택할 수 있도록 하여 1개의 안테나 시스템으로 다수개의 위성과 접속할 수 있는 다중 위성 접속 안테나 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서로 다른 편파특성을 갖는 다수의 위성신호를 접속하기 위한 능동 위상 배열 안테나 시스템에 있어서, 양면에 이종의 전기적 특성을 갖는 방사 수단을 배열한 것을 특징으로 하며, 상기 부 배열안테나는 상기 방사 수단 사이에 위치하여 상기 방사 수단으로부터 입력되는 신호를 증폭하고 위상을 제어하기 위한 능동블록을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 이동형 위성통신용 안테나시스템 등에 이용됨.

능동 배열 안테나, 다중 위성 접속, 편파

Description

다중 위성 접속 안테나 시스템{Multi-Satellite Connecting Antenna System}

도 1은 종래의 다중 위성 접속 안테나 시스템의 일실시예 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템의 일실시예 구조도,

도 3은 도 1의 상측면도,

도 4는 도 1의 측면도,

도 5a 및 도 5b는 도 1의 부 배열안테나의 일실시예 구조도,

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템에 대한 다중 위성접속을 위한 동작 개념도,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템에서 부 배열안테나의 앙각방향 기계 제어에 따른 위성신호의 위상(Phase) 보상에 대한 개념도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 원형편파용 방사패치를 이용한 배열안테나

2 : 수직편파용 방사패치를 이용한 배열안테나

3 : 공동벨트 4 : 앙각제어용 회전 벨트

5 : 앙각제어용 모터 6 : 방위각 제어용 모터

7 : 벨트고정용 축 8 : 원형 회전판

9 : 방위각제어용 회전벨트 10 : 능동블록

11 : 회전축 기구물 12 : 원형편파특성을 갖는 위성

13 : 수직편파특성을 갖는 위성

본 발명은 다중 위성 접속 안테나 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종의 부 배열안테나를 포함함으로써, 서로 다른 편파 특성을 갖는 다수의 위성과 접속할 수 있는 능동 위상 배열 안테나 시스템에 관한 것이다.

종래의 일반적인 다중 위성 접속 안테나 시스템은, 다수개의 위성에 접속하기 위하여, 부 배열안테나를 구성하는 소자 안테나를 두개의 편파를 수신할 수 있도록 설계하여 위성의 사양에 따라 취사선택하여 사용한다.

도 1은 종래의 다중 위성 접속 안테나 시스템의 일실시예 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 다중 위성 접속 안테나 시스템은 도파관 슬롯 형태의 소자 안테나로 구성되어 있으며, 해당 소자 안테나는 ‘×’형태의 슬롯으로 설계됨으로써 슬롯 안테나의 급전선 방향에 따라 좌원편파(LHCP:Left Handed Circular Polarization) 및 우원편파(RHCP:Right Handed Circular Polarization) 두 가지 형태의 신호를 모두 수신할 수 있다.

이러한 경우, 좌원편파를 사용하는 위성과 우원편파를 사용하는 위성을 모두 접속할 수는 있으나, 1개의 안테나 시스템이 수신할 수 있는 편파의 수는 2개로 제한되므로, 현재 사용하고 있는 4개의 편파(좌원편파, 우원편파, 수직편파, 수평편파)를 모두 수신할 수 없는 문제가 있다.

또한, 상기 종래의 다중 위성 접속 안테나 시스템은 1개의 부 배열안테나만을 모터를 이용하여 앙각방향으로 기계 제어함으로써, 큰 이득이 요구되는 대형 안테나 시스템에는 폭 넓게 적용될 수 없는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다수개의 부 배열안테나를 포함하는 능동 위상 배열 안테나 시스템에서, 각각의 부 배열 안테나 양면에 서로 다른 전기적특성을 갖는 이종의 안테나를 배치함으로써, 안테나 시스템으로 하여금, 서로 다른 편파특성을 갖는 다수개의 위성신호를 송신 및 수신할 수 있는 기능적 특징을 제공하고, 또한 부 배열안테나의 양면에 위치한 이종의 안테나를 적절하게 활용하기 위하여, 부 배열안테나를 앙각방향으로 기계적 제어함으로써, 위성의 전기적사양에 따라 적용하는 안테나를 취사선택할 수 있도록 하여 1개의 안테나 시스템으로 다수개의 위성과 접속할 수 있는 다중 위성 접속 안테나 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서로 다른 편파특성을 갖는 다수의 위성신호를 접속하기 위한 능동 위상 배열 안테나 시스템에 있어서, 양면에 이종의 전기적 특성을 갖는 방사 수단을 배열한 것을 특징으로 하고, 상기 부 배열안테나는 상기 방사 수단 사이에 위치하여 상기 방사 수단으로부터 입력되는 신호를 증폭하고 위상을 제어하기 위한 능동블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템의 일실시예 구조도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템은 다수개의 부 배열안테나의 양면에 이종의 전기적 특징을 갖는 안테나(1,2)를 배치한 구조이다.

본 발명에 대한 보편적인 이해를 위하여, 부 배열안테나의 앞면에는 원형편파용 방사패치를 이용한 배열안테나(1)를 적용하였으며, 부 배열안테나의 뒷면에는 수직편파용 방사패치를 이용한 배열안테나(2)를 적용하였으나, 다른 형태 및 다른 편파특성을 갖는 안테나구조를 배제하는 것은 아니다.

상기 부 배열안테나의 양면에 위치한 이종의 안테나 사이에는 능동블록(10)이 삽입되어 있다. 능동블록은 이종의 안테나로부터 수신되는 위성신호를 증폭하고 위상 제어하는 기능을 수행함으로써, 다수개의 부 배열안테나가 앙각방향으로 기계적 제어됨으로써 야기되는 위성신호의 위상을 보정하는 기능을 수행한다.

또한, 능동블록(10)에 포함되는 위상제어기능을 통하여, 기계적인 위성추적뿐만 아니라 전기적인 방식의 위성추적기능을 겸할 수 있는 부가적인 장점을 갖는다.

또한, 부 배열안테나의 앙각 방향 회전축을 부 배열안테나의 중앙에 위치시킴으로써, 원형 회전판(8) 상단으로 노출되는 부 배열안테나의 높이를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 안테나 시스템의 높이를 낮출 수 있는 구조적 장점을 갖는다.

능동블록을 포함하는 부 배열안테나의 보다 상세한 구조는 도 4를 참고한다.

부 배열안테나의 양면에 위치한 안테나를 취사선택하여 위성신호의 송신 및 수신기능을 수행하도록 하기 위하여, 부 배열안테나의 기계적 제어방식이 수반된 다.

본 발명에서는, 다수개의 부 배열안테나를 동시에 기계 제어할 수 있는 공동밸트(3)를 부 배열안테나의 한 축(7)에 설치하고, 해당 부 배열안테나 중 1개의 부 배열안테나에 앙각제어용 모터(5)와 연결되는 앙각제어용 밸트(4)를 설치하였다.

이 때, 앙각제어용 모터(5)의 움직임은 앙각제어용 밸트(4)를 통하여 부 배열안테나에 전달되며, 전술한 기능을 갖는 공동밸트(3)를 통하여, 다수의 부 배열안테나가 동시에 동일한 각도로 앙각방향으로 제어된다.

본 발명에 대한 보편적인 이해를 위하여, 상술한 바와 같이 밸트를 이용한 앙각방향 기계 제어방식을 도시하였으나, 부 배열안테나의 앙각방향 기계 제어를 위한 여타의 방식을 배제하는 것은 아니다.

안테나 시스템의 원활한 위성추적 기능의 수행을 위하여, 앙각방향의 기계 제어 이외에, 방위각 방향의 제어방식이 동시에 요구된다. 본 실시예에서는 방위각방향의 위성추적을 위하여, 다수개의 부 배열안테나에 위치하는 원형 회전판(8)과 원형회전판의 외곽에 회전 밸트(9)를 설치함으로써 방위각 제어용 모터(6)를 이용하여 회전 및 제어하는 방식을 사용하였다.

도 3과 도 4는 도 2의 상측면도와 측면도이다.

본 도는 상술한 도 2의 구조 설명에 대한 이해를 돕기 위하여 도시되었다.

도 3과 도 4는 다수개의 부 배열안테나의 앙각방향 기계 제어를 위한 구조적 특징을 보여주고 있다.

다수개의 부 배열안테나는 앙각제어용 모터(5)의 운동을 효율적으로 전달하기 위하여, 공동밸트와 앙각제어용 밸트(3)로 열결되어 있다.

또한, 안테나 시스템의 방위각방향 기계 제어를 위하여, 방위각 제어용 모터(5)가 설치되어 있으며, 해당 모터는 안테나 회전판(8)의 외곽과 회전 밸트(9)로 연결되어 있음을 보여주고 있다. 또한, 원형 회전판(8)의 중심에는 로터리조인트를 포함하는 회전축 기구물(11)이 위치함으로써 회전판에 구성된 안테나 및 능동블록의 전원 및 위성신호에 대한 통로역할을 제공하고 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 부 배열안테나의 일실시예 구조도이다.

본 도는 도 2를 구성하는 부 배열안테나를 확대하여 도시함으로써 구조의 이해를 돕기 위하여 도시하였다.

도 5a에 도시된 바와 같이 부 배열안테나의 앞면에는 원형편파용 방사패치를 이용한 배열안테나(1)가 설치되어 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 부 배열안테나의 뒷면에는 수직편파용 방사패치를 이용한 배열안테나(2)가 설치되어 있다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템에 대한 다중 위성접속을 위한 동작 개념도이다.

본 도는 일반적인 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 안테나 시스템이 임의의 위성과 접속하고 있는 상태에서, 전기적사양이 다른 여타 위성과 재접속하는 동작방식을 서술적으로 도시하고 있다.

도 6a는 상술한 바와 같이, 원형편파특성을 갖는 임의의 위성(11))과 본 발명에 따른 안테나 시스템이 접속되어 있는 상태를 도시하고 있다. 이때, 안테나 시스템은 부 배열안테나의 앞면에 위치한 원형편파용 방사소자로 이루어진 배열안테나(1)를 사용하고 있는 것을 알 수 있다.

도 6b는 도 6a 상태에서, 수직편파특성을 갖는 여타 위성(12)과 접속하기 위하여, 본 발명의 안테나 시스템의 부 배열안테나가 앙각방향으로 기계 제어되어, 부 배열안테나의 뒷면에 위치한 수직편파용 방사소자(2)로 이루어진 배열안테나를 사용하고 있는 것을 도시하고 있다.

도 6c는 도 6b 상태와 같이, 부 배열안테나가 앙각방향으로 기계 제어된 상태에서, 본 발명의 안테나가 방위각방향으로 제어되어 수직편파특성을 갖는 다른 위성(12)과 접속된 상태를 도시하고 있다.

이와 같은 방식으로, 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템은 부 배열안테나의 양면에 위치한 이종의 안테나를 이용하여, 다수개의 위성과 접속할 수 있는 구조적 특징을 갖는다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템에서 부 배열안테나의 앙각방향 기계 제어에 따른 위성신호의 위상(Phase) 보상에 대한 개념도이다.

본 도에서는 부 배열안테나가 앙각방향으로 기계 제어된 경우, 다수개의 부 배열안테나로 입력되는 위성신호의 위상차가 발생함으로써 최대 송신 및 수신 성능 을 실현할 수 없는 문제점을 보완하기 위한 내용을 서술하고 있다.

이하, 본 도를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예로서 수신성능으로 국한되어 있는 방송 수신기능에 관하여 상술 한다.

도 7a는 임의의 위성과 접속되어 있는 본 발명의 안테나 시스템을 도시하고 있다. 이때, 안테나 시스템을 구성하는 부 배열안테나는 앙각방향으로 45도 위치에 놓여있음을 알 수 있다.

이 경우, 각각의 부 배열안테나에 입력되는 위성신호의 위상이 각각 θ₁, θ₂, θ₃ 라고 가정할 때, 각각의 인접한 부 배열안테나로 입력되는 위성신호는 △θ _l 만큼의 위상차가 발생하게 된다.

따라서, 안테나 시스템의 최대 수신성능을 구현하기 위해서는 다수개의 부 배열안테나로 입력되는 위성신호의 위상이 동일하도록 하여야 하며, 이를 위하여 아래의 [수학식 1]이 성립됨을 알 수 있다.

θ₁+2△θ _l =θ₂+△θ _l =θ₃

따라서, 각각의 부 배열안테나에 연결된 능동모듈에서는 각각 3△θ _l , 2△θ _l , △θ _l 만큼의 위상을 보상하는 기능을 수행하여야 한다.

도 7b에서는 도 7a의 상태에서, 본 발명의 안테나 시스템의 부 배열안테나가 앙각방향으로 30도에 위치하도록 기계 제어된 상황을 도시하고 있다.

이 경우, 도 7a에서 상술한 바와 같이, 부 배열안테나에 입력되는 위성신호의 위상이 각각 θ₁’, θ₂’, θ₃’라고 가정할 때, 각각의 인접한 부 배열안테나로 입력되는 위성신호는 △θ_L 만큼의 위상차가 발생하게 된다.

따라서, 안테나 시스템의 최대 수신성능을 구현하기 위해서는 아래의 [수학식 2]가 성립됨을 알 수 있다.

θ₁’+2△θ_L=θ₂’+△θ_L=θ₃’

이와 같이, 본 발명의 안테나 시스템의 앙각방향 기계 제어에 따라 발생되는 위성신호의 위상차를 보상하기 위해서, 상술한 바와 같이 부 배열안테나의 기계 제어에 따라서 능동모듈에서의 위상 보상기능이 동시에 수행되어야 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 위성 접속 안테나 시스템은 편파특성을 달리하는 다수개의 위성과 접속하기 위하여, 부 배열안테나의 양면에 이종의 안테나를 배치하는 가장 큰 특징을 갖는다.

또한, 부 배열안테나의 양면에 위치한 이종의 안테나를 통한 다수개의 위성 추적을 위하여, 부 배열안테나를 앙각방향 및 방위각방향으로 기계 제어하는 수단을 동반한다.

또한, 각각의 부 배열안테나에 연결된 능동모듈에서는, 부 배열안테나의 앙각방향 기계 제어에 의하여 발생되는 위성신호의 위상오차를 보상하는 기능이 앙각방향의 기계 제어와 동시에 수행된다.

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, 다수개의 부 배열안테나를 포함하는 능동 위상 배열 안테나 시스템에서, 서로 다른 편파특성을 갖는 다수개의 위성신호를 1개의 안테나 시스템에서 접속할 수 있는 기능을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은, 부 배열안테나의 앙각 방향 회전축을 부 배열안테나의 중앙에 위치시킴으로써, 원형 회전판 상단으로 노출되는 부 배열안테나의 높이를 줄 이고, 이를 통하여 안테나 시스템의 높이를 낮출 수 있다는 구조적 장점을 갖는다.

또한, 본 발명은, 1개의 안테나 시스템이 다수개의 위성과 접속함으로 인하여, 다중 접속 안테나 시스템의 소형화를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명은, 1개의 안테나 시스템이 다수개의 위성과 접속함으로 인하 여, 안테나 시스템이 장착되는 자동차, 선박 및 항공기 등에 설치중량 및 설치면적의 최소화를 이룰 수 있다.

Claims (8)

1. 서로 다른 편파 특성을 갖는 신호들을 수신하기 위한 배열 안테나 시스템에 있어서,

   양면에 서로 다른 편파 특성을 갖는 다수의 방사 패치들이 배열된 다수의 부 배열 안테나

   를 포함하고,

   상기 부배열 안테나는,

   상기 부배열 안테나의 일면에 위치하고, 소정의 편파 특성을 갖는 다수의 방사 패치들이 소정의 간격으로 배열된 제1 배열 안테나; 및

   상기 부배열 안테나의 다른 일면에 위치하고, 상기 제1 배열 안테나의 편파 특성과 다른 편파 특성을 갖는 다수의 방사 패치들이 소정의 간격으로 배열된 제2 배열 안테나

   를 포함하는 배열 안테나 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 배열 안테나 및 제2 배열 안테나로부터 수신된 신호를 입력받아, 증폭하고, 위상을 제어하기 위한 능동 블록

   을 더 포함하는 배열 안테나 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나의 사이에 위치하여, 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 앙각 방향으로 회전시키기 위한 앙각 회전축

   을 더 포함하는 배열 안테나 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 부 배열 안테나를 방위각 방향으로 회전시키기 위한 방위각 회전판

   을 더 포함하고,

   상기 다수의 부배열 안테나는 상기 방위각 회전판에 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 배열 안테나의 방사 패치는,

   원형편파용, 수직편파용 또는 수평편파용 방사 패치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배열 안테나 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 다수의 부배열 안테나들의 앙각 회전축은 공동 벨트로 연결된 것을 특징으로 하는 배열 안테나 시스템.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 능동 블록은,

   상기 다수개의 부 배열안테나로 입력되는 신호의 위상 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 시스템.
8. 삭제

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