KR100932915B1

KR100932915B1 - 방사방향 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100932915B1
Application number: KR1020070128225A
Authority: KR
Inventors: 박주덕; 박상준; 표철식; 채종석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-12-21
Also published as: WO2009075480A1; US20100277370A1; US8319686B2; KR20090061271A

Abstract

본 발명에 의한 방사방향 제어장치 및 방법은, 안테나; 상기 안테나의 주변에 위치하며 각각은 미리 마련된 접지면에 대해 평행한 정도가 상이한 부분들로 구성된 기생 소자들; 상기 부분들 각각마다 마련되며 각각의 리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자들; 및 상기 집중회로 소자들 각각의 리엑턴스를 조절하여 상기 안테나의 방사 방향을 결정하는 결정부를 제안함으로써, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어하기 위한 기술적 구성을 제안한다.

안테나, 기생 소자, 리엑턴스

Description

방사방향 제어장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling beam pattern}

본 발명은 안테나(antenna)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안테나의 방사 방향을 특정 방향으로 결정하기 위한 기술적 구성에 관한 것이다.

ESPAR (Electrically Steerable Parasitic Array Radiator) 안테나 시스템은 안테나의 방사 방향을 제어할 수 있는 종래의 안테나 시스템이다. 여기서, 안테나의 방사 방향이란, 안테나가 전자기파를 송신 또는 수신하는 방향을 의미한다.

ESPAR 안테나 시스템은 '모노폴(monopole) 안테나'와 '미리 마련된 접지면에 수직으로 세워지며 그 모노폴 안테나의 주변에 위치한 기생 소자(parasitic element)들'을 포함한다. 이러한 기생 소자들 각각에는 '리엑턴스(reactance)가 가변적인 소자'인 집중회로 소자(lumped element)가 마련되며, 모노폴 안테나의 방사 방향은, 기생 소자들에 마련된 집중회로 소자들 각각의 리엑턴스를 조절함으로써 제어된다. 이처럼, ESPAR 안테나 시스템에 구비된 기생 소자는 접지면에 수직으로 세워져 있고 집중회로 소자는 그러한 기생 소자에 마련되므로, ESPAR 안테나 시스템에 구비된 모노폴 안테나의 방사 방향은, 모노폴 안테나가 세워진 접지면에 수평 한 방향내에서만 변경될 수 있을 뿐, 그 접지면에 수직한 방향으로는 고정되어 있다.

결국, 종래의 안테나 시스템은 안테나의 방사 방향을 다양하게 제어하는 데 한계를 보이는 문제점을 갖는다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어하는 방사방향 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어하는 방사방향 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 방사방향 제어장치는, 안테나; 상기 안테나의 주변에 위치하며 각각은 미리 마련된 접지면에 대해 평행한 정도가 상이한 부분들로 구성된 기생 소자들; 상기 부분들 각각마다 마련되며 각각의 리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자들; 및 상기 집중회로 소자들 각각의 리엑턴스를 조절하여 상기 안테나의 방사 방향을 결정하는 결정부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위해, 리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자가 각각에 미리 마련된 기생 소자들이 주변에 위치한 안테나의 방사 방향을 결정하는 본 발명에 의한 방사방향 제어방법은, 상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 미리 마련된 접지면에 대해 제1 소정 정도만큼 평행한 부분인 제1 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계; 및 상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 상기 접지면에 대해 제2 소정 정도만큼 평행한 부분인 제2 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위해, 리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자가 각각에 미리 마련된 기생 소자들이 주변에 위치한 안테나의 방사 방향을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 본 발명에 의한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 미리 마련된 접지면에 대해 제1 소정 정도만큼 평행한 부분인 제1 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계; 및 상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 상기 접지면에 대해 제2 소정 정도만큼 평행한 부분인 제2 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 방사방향 제어장치 및 방법에 따르면, 기생 소자가 그 기생 소자가 연결된 접지면에 대해 평행한 정도가 상이한 부분들로 구성되고 그 부분들 각각마다 집중회로 소자가 마련되므로, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 의한 방사방향 제어장치 및 방법에 따르면, 안테나의 방사 방향을, 안테나가 연결된 접지면에 평행한 방향내에서 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 그 접지면에 수직한 방향내에서도 제어할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 그 첨부 도면을 설명하는 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 본 발명에 의한 방사방향 제어장치 및 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1a는 본 발명에 의한 방사방향 제어장치의 일 실시예를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b는 본 발명에 의한 기생 소자를 설명하기 위한 참고도이다.

도 1a에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사방향 제어장치는, 안테나(110), 접지면(112), RF(Radio Frequency) 트랜시버(tranceiver)(114), 매칭 및 변환부 (116), 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-N), 집중회로 소자들(126-1, 126-2, ..., 126-N, 128-1, 128-2, ..., 128-N), 결정부를 포함할 수 있다. 여기서, N은 2이상의 자연수이나, 이하에서는 설명의 편의상, N은 6이라 가정한다.

안테나(110)는 전기적 신호를 전자기파로 변환하여 송신하거나, 전자기파를 전기적 신호로 변환하여 수신하는 장치를 의미한다. 접지면(112)은 접지(ground)로 서 기능하며 전도체(conductor)이다. 본 명세서에서, 미리 마련된 접지면은 접지면(112)을 의미한다. 모노폴(monopole) 안테나는 안테나(110)의 일 례이고, 이하에서는 설명의 편의상, 안테나(110)는 모노폴 안테나이고 접지면(112)에 연결되어 있다고 가정한다.

RF 트랜시버(114)는 전기적 신호를 입력받을 수도 있고 전기적 신호를 출력할 수도 있다. RF 트랜시버(114)가 전기적 신호를 출력하는 경우, 안테나(110)는 전기적 신호를 전자기파로 변환하여 송신한다. 반면, RF 트랜시버(114)가 전기적 신호를 입력받는 경우, 안테나(110)는 전자기파를 전기적 신호로 변환하여 수신한다.

매칭 및 변환부(116)는 '안테나(110)'의 임피던스(impedance)와 '안테나(110)에 입력되거나 안테나(110)로부터 출력되는 전기적 신호의 이동 통로이면서 안테나(110)에 연결된 전선'의 임피던스를 서로 매칭(matching)시킨다.

한편, 안테나(110)가 평형 회로(balanced circuit)인 경우, 평형 회로인 안테나(110)와 불평형 회로(unbalanced circuit)인 전선(예를 들어, 동축 케이블(coaxial cable))이 서로 연결되므로, 그 전선을 통해 안테나(110)로 입력되는 전기적 신호는 안테나(110)와 그 전선간의 정합을 위해 적절히 변환되어 안테나(110)에 입력되는 것이 바람직하고, 안테나(110)가 출력하여 그 전선을 통해 흐르는 전기적 신호는 안테나(110)와 그 전선간의 정합을 위해 적절히 변환되어 RF 트랜시버(114)에 입력되는 것이 바람직하다. 이러한 변환은 매칭 및 변환부(116)에 의해 수행된다. 여기서, 평형 회로란 쌍을 이루는 두 단자가 모두 접지되어 있지 않은 회로를 의미하고, 불평형 회로란 쌍을 이루는 두 단자 중 하나가 접지된 회로를 의미한다.

기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6)은 접지면(112)에 연결되어 있다.

기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6)은 안테나(110)의 주변에 위치한다. 구체적으로, 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6)은 안테나(110)로부터 '미리 설정된 거리'내에 위치한다.

기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6) 각각은 '접지면(112)에 대해 평행한 정도가 서로 다른 부분들'로 구성되어 있다. 예컨대, 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6) 각각은 '접지면(112)에 대해 제1 소정 정도만큼 평행한 부분인 제1 부분'과 '접지면(112)에 대해 제2 소정 정도만큼 평행한 부분인 제2 부분'으로 구성되어 있다. 이하 설명의 편의상, 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6) 각각은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, '접지면(112)에 대해 수직한 부분(122-n)'과 '접지면(112)에 대해 평행한 부분(124-n)'으로 구성된다고 가정한다. 이 때, n은 1≤n≤N인 정수이다. 즉, 이하 설명의 편의상, 기생 소자(120-n)는 L자 형상을 갖는다고 가정한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 기생 소자(120-n) 중 '접지면(112)에 대해 수직한 부분(122-n)'에는 집중회로 소자(126-n)가 마련되고, 기생 소자(120-n) 중 '접지면(112)에 대해 평행한 부분(128-n)'에는 집중회로 소자(128-n)가 마련된다. 전술한 바와 같이, 집중회로 소자(126-n, 또는 128-n)란, 리엑턴스(reactance)가 가변적인 소자를 의미한다. 구체적으로, 집중회로 소자(126-n, 또는 128-n)는 캐퍼시 턴스(capacitance) 및 인덕턴스(inductance) 중 적어도 하나가 가변될 수 있는 소자를 의미한다.

'접지면(112)에 대해 수직한 부분(122-n)'에 마련된 집중회로 소자(126-n)의 리엑턴스가 변경되면, 안테나(110)의 방사 방향이 '접지면(112)에 대해 수평한 방향'내에서 변경된다.

마찬가지로, '접지면(112)에 대해 수평한 부분(124-n)'에 마련된 집중회로 소자(128-n)의 리엑턴스가 변경되면, 안테나(110)의 방사 방향이 '접지면(112)에 대해 수직한 방향'내에서 변경된다.

결정부는 집중회로 소자들(126-1, 126-2, ..., 126-N, 128-1, 128-2, ..., 128-N) 각각의 리엑턴스(reactance)를 조절하여 안테나(110)의 방사 방향을 결정한다.

도 1a에 도시된 바에서, 결정부는 중앙제어부(132), 수평빔방향 제어부(134), 및 수직빔방향 제어부(136)를 포함할 수 있다.

중앙 제어부(130)는 안테나(110)의 방사 방향이 특정한 한 방향이 되도록 수평빔방향 제어부(134)와 수직빔방향 제어부(136)를 제어한다. 이 때, 특정한 한 방향은 미리 지정되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 수평빔방향 제어부(134)는, 집중회로 소자들(126-1, 126-2, ..., 126-6) 각각에 '그 특정한 한 방향에 상응하는 바이어스(bias) 전압'을 인가하여, 집중회로 소자들(126-1, 126-2, ..., 126-6) 각각의 리엑턴스를 '그 특정한 한 방향에 상응하여' 조절한다.

또한, 수직빔방향 제어부(136)는, 집중회로 소자들(128-1, 128-2, ...,128-6) 각각에 '그 특정한 한 방향에 상응하는 바이어스 전압'을 인가하여, 집중회로 소자들(128-1, 128-2, ..., 128-6) 각각의 리엑턴스를 '그 특정한 한 방향에 상응하여' 조절한다.

수평빔방향 제어부(134)와 수직빔방향 제어부(136)의 이와 같은 동작에 따라, 안테나(110)의 방사 방향은 '그 특정한 한 방향'이 된다.

도 2는 본 발명에 의한 방사방향 제어방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우챠트로서, 안테나의 방사 방향을 보다 다양하게 제어하기 위한 단계들(제210~ 제220 단계들)을 포함한다.

결정부는, 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6) 각각의 부분들 중 '접지면(112)에 대해 제1 소정 정도만큼 평행한 부분인 제1 부분(예를 들어, 접지면(112)에 대해 수직한 부분(122-n)'에 마련된 집중회로 소자(126-n)의 리엑턴스를, 안테나(110)의 미리 지정된 방사 방향을 고려하여 조절한다(제210 단계).

또한, 결정부는, 기생 소자들(120-1, 120-2, ..., 120-6) 각각의 부분들 중 '접지면(112)에 대해 제2 소정 정도만큼 평행한 부분인 제2 부분(예를 들어, 접지면(112)에 대해 수평한 부분(124-n)'에 마련된 집중회로 소자(128-n)의 리엑턴스를, 안테나(110)의 그 미리 지정된 방사 방향을 고려하여 조절한다(제220 단계).

이러한 제220 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이 제210 단계가 수행된 뒤에 수행될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 달리 제210 단계와 동시에 수행될 수도 있고 제210 단계보다 먼저 수행될 수도 있다.

제210 단계 및 제220 단계의 수행이 완료되면, 안테나(110)의 방사 방향은 그 미리 지정된 방사 방향이 된다.

이상에서 언급된 본 발명에 의한 방사방향 제어방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다. 여기서, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc))와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명을 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 방사방향 제어방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우챠트이다.

Claims

안테나;

상기 안테나의 주변에 위치하며 각각은 미리 마련된 접지면에 대해 평행한 정도가 상이한 부분들로 구성된 기생 소자들;

상기 부분들 각각마다 마련되며 각각의 리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자들; 및

상기 집중회로 소자들 각각의 리엑턴스를 조절하여 상기 안테나의 방사 방향을 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 기생 소자들 각각은 상기 접지면에 대해 수평한 부분과 상기 접지면에 대해 수직한 부분으로 구성된 것을 특징으로 하는 방사방향 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 기생 소자들 각각은 L자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 기생 소자들은 상기 안테나로부터 미리 설정된 거리내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 안테나는 상기 접지면에 연결된 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는 방사방향 제어장치.
리엑턴스가 가변적인 집중회로 소자가 각각에 미리 마련된 기생 소자들이 주변에 위치한 안테나의 방사 방향을 결정하는 방사방향 제어방법에 있어서,

상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 미리 마련된 접지면에 대해 제1 소정 정도만큼 평행한 부분인 제1 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계; 및

상기 기생 소자들 각각의 부분들 중 상기 접지면에 대해 제2 소정 정도만큼 평행한 부분인 제2 부분에 마련된 상기 집중회로 소자의 리엑턴스를 상기 방사 방향을 고려하여 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 접지면에 대해 수평한 부분이고, 상기 제2 부분은 상기 접지면에 대해 수직한 부분인 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 기생 소자들 각각은 L자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 기생 소자들 각각에는 상기 집중회로 소자가 복수 개 마련된 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 기생 소자들은 상기 안테나로부터 미리 설정된 거리내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 안테나는 상기 접지면에 연결된 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는 방사방향 제어방법.