KR101007213B1 - Antenna combiner of radar system where many radiation patterns can be synthesized - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An antenna combiner of radar system where many radiation patterns can be synthesized is provided to maximize the efficiency of a radar system by forming at least one copy pattern by using only phase distribution. CONSTITUTION: A plurality of transmitting/receiving module have a first size distribution and outputs a signal having variable first phase distribution. A plurality of alignment devices(300) forms a beam copy pattern according to the strength and phase of an inputted signal. An antenna coupler(200b) distributes the signal received from the transmitting/receiving module into a second size distribution, and then divides the signal into the same phase distribution as the first phase distribution and transfer it to the alignment devices.

Description

레이더 시스템에서 다수의 복사패턴 형성이 가능한 안테나 결합기{Antenna combiner of radar system where many radiation patterns can be synthesized}Antenna combiner of radar system where many radiation patterns can be synthesized}

본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 복사패턴 형성이 가능한 레이더 용 안테나 결합기를 포함하는 레이더 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a radar system, and more particularly, to a radar system including a radar antenna coupler capable of forming a plurality of radiation patterns.

레이더 시스템에서는 고출력의 복사전력을 만들기 위해서, 진행파관증폭기(traveling wave tube amplifier, TWTA)나 고체전력증폭기(solid state power amplifier, SSPA)의 단일 고출력 증폭기를 사용하거나, 저출력 고체전력증폭기로 구성되는 송수신모듈(transmit/receive module, TRM)을 여러 개 사용하여, 그 출력들을 결합함으로써 고출력의 복사전력을 얻는다. 특히, 배열소자를 안테나로 이용하는 레이더 시스템은 하나의 또는 다수 개의 증폭기 출력신호를 각각의 단일 안테나 소자에 원하는 크기와 위상을 갖는 급전신호를 분배/공급함으로써, 원하는 복사패턴을 형성한다.Radar systems use a single high power amplifier, such as a traveling wave tube amplifier (TWTA) or a solid state power amplifier (SSPA), to create high output radiant power, or a transmit / receive configured as a low output solid state power amplifier. Using multiple modules (transmit / receive modules), the outputs are combined to obtain high output radiant power. In particular, a radar system using an array element as an antenna distributes / supplies a feed signal having a desired magnitude and phase to each single antenna element using one or multiple amplifier output signals to form a desired radiation pattern.

레이더 시스템에서 펜슬빔(pencil-beam)이나 팬빔(fan-beam) 형태의 송수신 복사패턴이 이용된다. 팬빔은 마치 종이를 세워 놓은 것처럼 높이방향은 넓고 폭방향은 가는 형상이고 펜슬빔은 연필처럼 기다란 원추형으로 만들어서 공간을 탐색한다.In radar systems, transmit and receive radiation patterns in the form of pencil-beams or fan-beams are used. The fan beam is shaped like a paper, and the height is wide and the width is thin, and the pencil beam is made of a long cone like a pencil to search for space.

한편, 동일한 빔 내부 공간에서는 에코(Echo)로부터 획득이 가능한 거리 정보만을 인식할 수 있고, 방향 정보를 구분할 수 없다. 즉, 팬빔의 경우 동일한 빔 내에서 높이만을 달리한 물체가 감지된다 하더라도 이를 구분할 수 없다. 따라서 팬빔은 전투기의 공대지 모드와 같은 2D레이더에서 주로 사용된다. 다만, 스캔 시 방향정보의 정확성을 높이기 위해서 빔 폭을 최대한 좁혀 사용하게 된다.Meanwhile, in the same beam inner space, only distance information that can be acquired from an echo can be recognized, and direction information cannot be distinguished. That is, in the case of a fan beam, even if an object having only a different height is detected in the same beam, it cannot be distinguished. Fanbeams are therefore commonly used in 2D radars such as fighter-to-air mode. However, in order to increase the accuracy of the direction information during scanning, the beam width is narrowed as much as possible.

다른 한편, 펜슬빔은 복사 패턴의 모양이 긴 원뿔형으로 형성된다. 펜슬빔은 좁은 빔 폭으로 탐색공간(search volume)내를 일정한 패턴으로 스캔하게 된다. 이러한 이유로 펜슬빔은 3D 레이더에 주로 사용된다. 펜슬빔은 출력이 좁은 빔 폭에 집중되어 각해상도가 좋고 전파방해에도 강한 장점이 있다.On the other hand, the pencil beam is formed into a long cone of radiation pattern. The pencil beam scans a predetermined pattern in the search volume with a narrow beam width. For this reason, pencil beam is mainly used for 3D radar. The pencil beam is concentrated at a narrow beam width and has a strong angular resolution and strong interference.

다만 펜슬빔이나 팬빔 등 각 복사패턴에 따라 급전신호의 크기분포와 위상분포를 구현하기 위한 내부 회로 및 구성 등에서 차이가 있고, 이를 동일한 시스템 내에서 구현하더라도 효율적인 최대 신호전력을 생성하는 데 어려움이 따르기 때문에 펜슬빔이나 팬빔을 동일한 레이더 시스템에서 운용하는 데는 어려움이 따른다.However, there are differences in internal circuits and configurations for realizing the power distribution signal size and phase distribution according to each radiation pattern such as pencil beam or fan beam, and even if they are implemented in the same system, it is difficult to generate efficient maximum signal power. This makes it difficult to operate pencil beams or fan beams in the same radar system.

본 발명의 과제는 레이다레이더 시스템의 효율을 최대로 하면서, 동시에 하나 이상의 안테나 복사패턴을 형성할 수 있는 안테나 결합기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an antenna coupler capable of forming one or more antenna radiation patterns at the same time while maximizing the efficiency of the radar radar system.

본 발명에 의한 레이더 시스템은 송수신 모듈, 배열 소자 및 안테나 결합기를 포함한다.The radar system according to the present invention includes a transceiver module, an array element, and an antenna combiner.

송수신 모듈은 복수로 구비되고, 제1 크기분포를 갖고 가변 제1 위상분포를 갖는 신호를 출력한다. The transmission / reception module is provided in plural and outputs a signal having a first magnitude distribution and having a variable first phase distribution.

배열소자는 복수로 구비되고, 입력되는 신호의 세기 및 위상에 따라 빔 복사패턴을 형성한다.The array element is provided in plurality, and forms a beam radiation pattern according to the intensity and phase of the input signal.

안테나 결합기는 상기 송수신 모듈로부터 전달받은 신호를 제2 크기분포 및 제2 위상분포로 분배하여 상기 배열소자에 전달한다.The antenna combiner distributes the signal received from the transmission / reception module into a second magnitude distribution and a second phase distribution and transmits the signal to the array element.

또한 상기 송수신 모듈은 일정 크기의 전력을 공급하는 고정 증폭기와 위상을 조절할 수 있는 가변 이상기를 포함할 수 있다.In addition, the transmission and reception module may include a fixed amplifier for supplying power of a predetermined size and a variable idealizer that can adjust the phase.

나아가 상기 제1 크기 분포는 최대 전력 효율을 갖도록 최대 크기로 출력되는 급전신호 분포일 수 있다. 또한 상기 제1 위상분포는 팬빔 및 펜슬빔 중 목적하는 복사 패턴에 대응하도록 가변할 수 있다.Further, the first magnitude distribution may be a distribution of a feed signal output at a maximum magnitude to have a maximum power efficiency. In addition, the first phase distribution may be varied to correspond to a desired radiation pattern of the fan beam and the pencil beam.

또한 상기 제2 크기 분포는 부엽 억제(side lobe suppression)를 위한 신호 분포일 수 있다.In addition, the second size distribution may be a signal distribution for side lobe suppression.

본 발명에 따르면 송수신모듈 각각의 위상제어에 의해서 하나 이상의 복사패턴을 형성할 수 있다. According to the present invention, one or more radiation patterns may be formed by phase control of each transmission / reception module.

또한 본 발명에 따르면 송수신모듈 각각의 신호크기를 최대로 하여 전체 공급신호의 크기분포를 균일하게 한 상태에서 위상분포만으로 하나 이상의 복사패턴을 형성하기 때문에 레이다레이더 시스템의 효율을 최대화 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the signal size of each transmitting / receiving module is maximized, so that one or more radiation patterns are formed only by the phase distribution in a state in which the size distribution of the entire supply signal is uniform, thereby maximizing the efficiency of the radar radar system.

또한 안테나 결합기 내부 회로에 의하여 최대 효율을 갖는 시스템 상에서도 펜슬빔 복사패턴의 첫 번째 부엽크기를 최소로 할 수 있다.In addition, the antenna coupler internal circuit can minimize the first side lobe size of the pencil beam radiation pattern even in a system having maximum efficiency.

도 1은 비교예 1에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 2는 비교예 2에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 비교예 3에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 4는 비교예 4에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 비교예 5에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 안테나 결합기를 포함한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템에서 배열소자 안테나가 형성하는 펜슬빔과 팬빔의 특성을 각각 도시한 그래프이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펜슬빔 복사패턴을 형성하기 위한 안테나 결합기의 입력 크기분포와 위상분포를 도시한 것이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펜슬빔 복사패턴을 형성하기 위한 안테나 결합기의 출력 크기분포와 위상분포를 도시한 것이다.
도 10은 일 실시예에 따라 형성된 펜슬빔의 특성을 도시한 그래프이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬빔 복사패턴을 형성하기 위한 안테나 결합기의 입력 크기분포와 위상분포를 도시한 것이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬빔 복사패턴을 형성하기 위한 안테나 결합기의 출력 크기분포와 위상분포를 도시한 것이다.
도 13은 일 실시예에 따라 형성된 팬빔의 특성을 도시한 그래프이다.1 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 1. FIG.
2 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 2. FIG.
3 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 3. FIG.
4 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 4. FIG.
5 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 5. FIG.
6 is a block diagram illustrating a portion of a radar system including an antenna combiner according to the present invention.
7A and 7B are graphs illustrating characteristics of a pencil beam and a fan beam formed by an array element antenna in a radar system according to an exemplary embodiment of the present invention.
8A and 8B illustrate an input size distribution and a phase distribution of an antenna combiner for forming a pencil beam radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B illustrate an output size distribution and a phase distribution of an antenna combiner for forming a pencil beam radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph illustrating characteristics of a pencil beam formed according to an exemplary embodiment.
11A and 11B illustrate an input size distribution and a phase distribution of an antenna combiner for forming a fan beam radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
12A and 12B illustrate an output size distribution and a phase distribution of an antenna combiner for forming a fan beam radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph illustrating characteristics of a fan beam formed according to an embodiment.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이하에서는 본 발명의 특징을 보다 효과적으로 설명하기 위하여 여러 비교예에 대하여 먼저 설명한다.Hereinafter, various comparative examples will be described first to more effectively describe the features of the present invention.

<비교예 1>Comparative Example 1

도 1을 참조하여 비교에 1을 설명한다. 도 1은 단일 고출력 증폭기(110a)와 복수의 배열소자(300)로 구성된 안테나를 사용하는 레이더 시스템의 일부를 나타낸 블록도이다. 단일 고출력 증폭기(110a)로부터 나온 신호는 안테나 결합기(200a)에 입력된다. 안테나 결합기(200a)는 입력된 신호를 내부 회로를 통하여 복사패턴(f1)을 형성하기 위한 크기분포와 위상분포를 갖도록 변환시켜 출력한다. 복수의 배열소자(300)로 구성된 안테나는 이러한 크기분포와 위상분포를 갖는 신호를 통하여 복사패턴(f1)을 형성하게 된다.1 will be described for comparison with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram illustrating a portion of a radar system using an antenna composed of a single high power amplifier 110a and a plurality of array elements 300. The signal from the single high power amplifier 110a is input to the antenna combiner 200a. The antenna combiner 200a converts and outputs the input signal to have a size distribution and a phase distribution for forming the radiation pattern f1 through an internal circuit. An antenna composed of a plurality of array elements 300 forms a radiation pattern f1 through a signal having a size distribution and a phase distribution.

<비교예 2>Comparative Example 2

도 2를 참조하여 비교예 2를 설명한다. 도 2는 다수의 저출력 증폭기(110b)와 복수의 배열소자(300)로 구성된 안테나를 사용하는 레이더 시스템의 일부를 나타낸 블록도이다. 다수의 저출력 증폭기(110b)로부터 나온 신호들은 안테나 결합기(200b)에 입력된다. 안테나 결합기(200b)는 입력된 신호를 내부 회로를 통하여 복사패턴(f1)을 형성하기 위한 크기분포와 위상분포를 갖도록 변환시켜 출력한다. 복수의 배열소자(300)로 구성된 안테나는 이러한 크기분포와 위상분포를 갖는 신호를 통하여 복사패턴(f1)을 형성하게 된다.A comparative example 2 will be described with reference to FIG. 2. 2 is a block diagram illustrating a portion of a radar system using an antenna composed of a plurality of low power amplifiers 110b and a plurality of array elements 300. Signals from multiple low output amplifiers 110b are input to antenna combiner 200b. The antenna combiner 200b converts and outputs the input signal to have a size distribution and a phase distribution for forming the radiation pattern f1 through an internal circuit. An antenna composed of a plurality of array elements 300 forms a radiation pattern f1 through a signal having a size distribution and a phase distribution.

비교예 1과 비교예 2에 의한 레이더 시스템은 안테나 결합기를 사용한 공통점이 있다. 이러한 안테나 결합기를 사용하는 경우 안테나 결합기의 내부 회로에 따라 배열소자에 공급되는 급전신호의 크기분포와 위상분포가 결정되어 고정된다. 따라서, 비교에 1 및 2의 레이더 시스템은 오직 하나의 복사패턴만 형성할 수 있다.Radar systems according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have a common point using an antenna coupler. In the case of using such an antenna combiner, the size distribution and the phase distribution of the feed signal supplied to the array element are determined and fixed according to the internal circuit of the antenna combiner. Thus, in comparison, the radar systems of 1 and 2 can only form one radiation pattern.

<비교예 3>Comparative Example 3

도 3을 참조하여 비교예 3을 설명한다. 도 3은 비교예 3에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타낸 블록도이다. 비교예 3은 가변증폭기(110c)와 위상제어용 이상기(120c)로 구성되는 복수의 송수신모듈(100c)과 다수개의 배열소자(300) 안테나로 구성되어 있다. 가변증폭기(120c)는 송신신호의 크기를 조절하며, 이상기(phase shifter; 120c)는 신호의 위상을 조절한다.A comparative example 3 will be described with reference to FIG. 3. 3 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 3. FIG. Comparative Example 3 is composed of a plurality of transmitting and receiving module (100c) consisting of a variable amplifier (110c) and phase control ideal phaser (120c) and a plurality of array element (300) antenna. The variable amplifier 120c adjusts the size of the transmission signal, and the phase shifter 120c adjusts the phase of the signal.

비교예 3에 의한 레이더 시스템은 복사패턴(f1)을 형성하기 위하여 안테나 결합기를 사용하지 않고 송수신모듈에서 바로 급전신호의 크기분포(306)와 위상분포(307)를 만든다. 또한, 배열소자(300)에 공급되는 급전신호의 크기와 위상을 자유롭게 변화할 수 있기 때문에 다른 모양의 복사패턴(f2)도 만들 수 있다.The radar system according to Comparative Example 3 creates the size distribution 306 and the phase distribution 307 of the feed signal directly in the transmission / reception module without using an antenna coupler to form the radiation pattern f1. In addition, since the magnitude and phase of the feed signal supplied to the array element 300 can be freely changed, another pattern of radiation patterns f2 can be made.

그러나, 송수신모듈에서 크기분포를 결정하는 방식은 전체 송수신모듈이 최대로 생성할 수 있는 전체 전력을 모두 사용하지 않기 때문에 효율이 매우 낮다. 즉, 원하는 복사패턴을 형성하기 위하여 신호의 크기분포를 형성하기 위하여 가장자리의 송수신모듈은 최대 생산 신호전력보다도 낮은 전력을 갖도록 만들어야 하기 때문에 최대 신호전력을 만든 경우에 비하여 시스템의 효율은 낮아지게 된다.However, the method of determining the size distribution in the transmission / reception module has low efficiency since the entire transmission / reception module does not use all the power that can be generated to the maximum. That is, in order to form a signal distribution in order to form a desired radiation pattern, the transmission / reception module at the edge has to have a power lower than the maximum production signal power, so that the efficiency of the system is lower than that of the maximum signal power.

<비교예 4><Comparative Example 4>

도 4를 참조하여 비교예 4를 설명한다. 도 4는 비교예 4의 레이더 시스템 일부를 나타내는 블록도이다. 비교예 4는 비교예 3의 레이더 시스템과 기본적으로 구성이 동일하다. 다만, 송수신모듈 내에 가변증폭기 대신 일정한 크기의 전력을 공급하는 고정증폭기(110d)가 포함되어 있다. 송수신모듈(100d)를 구성하는 나머지 구성은 동일하다. 따라서 비교예 4에 의한 레이더 시스템은 안테나의 배열소자(300)에 공급되는 신호의 크기분포는 모두 일정하다. 따라서 원하는 복사패턴(f1 or f2)을 형성하기 위하여 배열소자(300)에 공급되는 급전신호의 위상분포만 변화시킨다.Comparative Example 4 will be described with reference to FIG. 4. 4 is a block diagram showing a portion of a radar system of Comparative Example 4. FIG. Comparative Example 4 is basically the same as the radar system of Comparative Example 3. However, the fixed amplifier 110d for supplying a predetermined size of power instead of the variable amplifier is included in the transmission and reception module. The remaining components constituting the transmission / reception module 100d are the same. Therefore, in the radar system according to Comparative Example 4, the size distribution of the signals supplied to the array element 300 of the antenna is all constant. Therefore, only the phase distribution of the feed signal supplied to the array element 300 is changed to form the desired radiation pattern f1 or f2.

그러나, 이와 같은 방식은 오직 위상분포만으로 안테나 복사패턴을 형성하기 때문에 제한된 복사패턴만을 형성할 수 있다. 예를 들면 균일한 크기분포로 만들 수 있는 첫 번째 부엽크기(side-lobe level)은 약 -13dB로 제한된다.However, this method can form only a limited radiation pattern because the antenna radiation pattern is formed only by the phase distribution. For example, the first side-lobe level that can be produced with a uniform size distribution is limited to about -13 dB.

<비교예 5>Comparative Example 5

도 5를 참조하여 비교예 5를 설명한다. 도 5는 비교예 5에 의한 레이더 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다. 비교예 5는 기본적으로 비교예 4의 레이더 시스템과 구성이 동일하다. 다만, 비교예 4의 레이더 시스템의 단점인 복사패턴 형성시의 일정한 제한을 극복하기 위하여 크기를 조절하는 수단을 더 구비한다.The comparative example 5 is demonstrated with reference to FIG. 5 is a block diagram showing a part of a radar system according to Comparative Example 5. FIG. Comparative Example 5 is basically the same as the radar system of Comparative Example 4. However, it is further provided with a means for adjusting the size in order to overcome certain limitations in forming a radiation pattern which is a disadvantage of the radar system of Comparative Example 4.

비교예 5는 비교예 4의 레이더 시스템과 마찬가지로 송수신모듈(100d) 내에는 일정한 크기의 전력을 공급하는 고정증폭기(110d)과 위상을 조절할 수 있는 이상기(120d)가 포함되어 있다. 다만 몇 개의 복사소자를 하나의 서브배열(310)로 구성한다. 각 배열소자(300)에 동일한 크기의 신호가 공급되도록 한다. 이 때 레이더 시스템은 서브배열(310)을 단위로 새로운 배열구조로서 동작하게 된다. 결과적으로 묶여진 복사소자(300)의 개수대로 크기가 증가된 신호가 공급된다.In Comparative Example 5, similar to the radar system of Comparative Example 4, the transmission / reception module 100d includes a fixed amplifier 110d for supplying a predetermined amount of power and an ideal phaser 120d for adjusting phase. However, several radiating elements are configured as one sub array 310. The same size signal is supplied to each array element 300. At this time, the radar system operates as a new arrangement structure based on the sub array 310. As a result, a signal whose size is increased by the number of bundled radiation elements 300 is supplied.

이러한 방식으로 각각의 송수신모듈(100d)은 각 복사소자(300)에 동일한 크기의 신호를 공급하지만, 전체 배열구조 상에서는 원하는 크기분포와 위상분포가 형성되며, 비교예 4의 제한을 극복할 수 있게 된다.In this way, each transmit / receive module 100d supplies signals of the same size to each copy element 300, but the desired size distribution and phase distribution are formed on the entire array structure, so that the limitation of Comparative Example 4 can be overcome. do.

그러나, 전체 배열소자를 몇 개의 세트로 묶기 때문에 세트의 수가 한정되므로 상당히 제한된 크기분포 및 위상분포를 갖게 된다. 또한, 세트로 묶여진 배열소자들은 새로운 배열구조의 단일소자로 동작하기 때문에, 주변의 다른 배열소자와의 간격 등에서 불균형한 구조를 갖게 된다. 이러한 제한 요소들에 의해서 형성되는 안테나 복사패턴이 한계를 갖게 된다. 배열소자의 수를 증가시킴으로써 이러한 제한 을 극복할 수 있지만, 안테나의 크기가 매우 커지고 필요한 송수신모듈의 수가 증가한다는 단점을 가지게 된다.However, since the number of sets is limited because the entire array elements are bundled into several sets, they have a fairly limited size distribution and phase distribution. In addition, since the array elements grouped in sets operate as a single element of a new array structure, they have an unbalanced structure in the distance from other array elements around. Antenna radiation patterns formed by these limiting elements have limitations. This limitation can be overcome by increasing the number of array elements, but the disadvantage is that the size of the antenna is very large and the number of transmission / reception modules required is increased.

본 발명은 이러한 제한을 극복하여 레이더 시스템의 전력 효율을 최대로 하면서도 다 복사패턴을 구현할 수 있도록 안출된 것이다. 이하 각 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.The present invention has been devised to overcome the limitations and to realize the multi-radiation pattern while maximizing the power efficiency of the radar system. Hereinafter, the embodiments will be described in detail.

<실시예><Examples>

도 6을 참조하여 실시예를 설명한다. 도 6은 본 실시예에 의한 레이더 시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예는 도 4에 도시된 레이더 시스템과 유사하지만 송수신모듈과 배열소자 사이에 안테나 결합기가 더 구비되었다.An embodiment will be described with reference to FIG. 6. 6 is a block diagram showing a radar system according to the present embodiment. This embodiment is similar to the radar system shown in FIG. 4, but an antenna coupler is further provided between the transceiver module and the array element.

배열 소자(300)는 복수로 구비되어 일정한 복사 패턴을 형성하는 안테나로서 기능한다. 배열소자(300)는 후술할 안테나 결합기(200)로부터 신호를 입력 받는다. 이 때 입력된 신호의 크기(제2 크기분포) 및 위상(제2 위상분포)에 따라 복사 패턴(f1 or f2)이 형성된다.The array element 300 is provided as a plurality to function as an antenna to form a constant radiation pattern. The array element 300 receives a signal from the antenna coupler 200 which will be described later. At this time, a radiation pattern f1 or f2 is formed according to the magnitude (second magnitude distribution) and phase (second phase distribution) of the input signal.

송수신 모듈(100)은 복사 패턴(f1, f2)을 형성하기 위한 급전신호를 출력하는 기능을 한다. 송수신 모듈(100)은 고정증폭기(100), 이상기(phase shifter; 120)를 포함한다. 고정증폭기(100)는 일정한 크기의 급전신호를 출력한다. 이 때 급전신호를 인위적으로 조절하지 않음으로써 레이더 시스템은 최대 효율을 갖게 된다. 가변 이상기(200)는 출력되는 신호의 위상을 조절한다. 이러한 구성을 갖는 송수신 모듈(100)은 복수로 구비되어 특정의 크기(제1 크기분포)와 위상(제1 위상분포)을 갖는 신호의 배열을 형성하게 된다.The transmission / reception module 100 functions to output a feed signal for forming the radiation patterns f1 and f2. The transmission and reception module 100 includes a fixed amplifier 100 and a phase shifter 120. The fixed amplifier 100 outputs a feed signal of a constant size. At this time, by not artificially adjusting the feed signal, the radar system has maximum efficiency. The variable idealizer 200 adjusts the phase of the output signal. The transmission / reception module 100 having such a configuration is provided in plural to form an array of signals having a specific magnitude (first magnitude distribution) and a phase (first phase distribution).

안테나 결합기(200)는 상술한 송수신 모듈로부터 신호를 전달받아 일정한 변환과정을 거쳐 배열소자(300) 각각으로 출력하는 기능을 한다. 이 때 안테나 결합기(200)의 내부 회로를 통하여 크기(제2 크기분포) 및 위상(제2 위상분포)를 변환시키게 된다. 이 때 도 6에 도시된 제2 크기 분포는 복사 패턴의 부엽을 억제한다. 또한 안테나 결합기의 입력단과 출력단 사이의 모든 경로를 동위상으로 맞춘 상태에서 입력단의 위상분포를 조정하면 출력단의 위상분포가 조정된다. 즉 송수신 모듈에서 위상을 펜슬빔 또는 팬빔에 대응하여 조절함으로써 펜슬빔 및 팬빔을 형성하게 된다. 다만, 신호의 크기분포는 안테나 결합기의 내부 구조에 따라 미리 결정된다.The antenna combiner 200 receives a signal from the above-described transmission / reception module and outputs the signal to each of the array elements 300 through a predetermined conversion process. At this time, the magnitude (second size distribution) and phase (second phase distribution) are converted through an internal circuit of the antenna combiner 200. At this time, the second size distribution shown in FIG. 6 suppresses the side lobes of the radiation pattern. Also, if the phase distribution of the input stage is adjusted while all paths between the input stage and the output stage of the antenna coupler are in phase, the phase distribution of the output stage is adjusted. That is, in the transmission / reception module, the phase is adjusted to correspond to the pencil beam or the fan beam, thereby forming the pencil beam and the fan beam. However, the size distribution of the signal is predetermined according to the internal structure of the antenna coupler.

즉 본 실시예에 의한 레이더 시스템은 송수신 모듈(100)에서 시스템 상의 최대 크기를 갖는 제1 크기분포의 신호를 출력함으로써 최대 효율을 유지할 수 있게 한다. 또한 송수신 모듈(100)은 이상기(120)를 통하여 목적하는 복사 패턴에 대응하는 위상의 분포(제1 위상분포)의 신호를 출력함으로써 둘 이상의 복사 패턴을 형성하게 된다. 또한 안테나 결합기(200)에 의한 제2 크기분포의 신호는 첫 번째 부엽 크기와 같은 복사패턴의 한계를 제거한다.That is, the radar system according to the present embodiment may maintain the maximum efficiency by outputting a signal of the first size distribution having the maximum size on the system in the transmission / reception module 100. In addition, the transmission / reception module 100 forms two or more radiation patterns by outputting a signal of a phase distribution (first phase distribution) corresponding to a desired radiation pattern through the ideal phaser 120. In addition, the signal of the second magnitude distribution by the antenna coupler 200 removes the limitation of the radiation pattern such as the size of the first side lobe.

도 7a 내지 도 13을 참조하여 이러한 시스템의 일 예를 설명한다. 즉, 64개의 송수신모듈과 64개의 안테나 배열소자를 사용하는 레이더 시스템과 이에 사용하기 위한 64×64 안테나 결합기를 일 예로서 설명한다. 급전신호를 받아서 배열소자가 형성하는 복사패턴은 펜슬빔과 팬빔의 두 가지 복사패턴으로 하였다.An example of such a system will be described with reference to FIGS. 7A-13. That is, a radar system using 64 transmit / receive modules and 64 antenna array elements and a 64 × 64 antenna combiner for use therein will be described as an example. The radiation pattern formed by the array element in response to the feed signal was made into two radiation patterns: a pencil beam and a fan beam.

도 7a 및 7b는 펜슬빔과 팬빔의 요구특성을 그림으로 나타낸 것이다. 펜슬빔의 첫 번째 부엽크기는 -30dB이다. 한편, 팬빔의 최대 복사각도는 4도이며, 코시컨트(cosecant, cosec) 4승 함수의 복사패턴으로 일정한 신호크기를 갖는 구간은 4도부터 20도까지 이다.7A and 7B show graphically the required characteristics of the pencil beam and the fan beam. The first sidelobe size of the pencil beam is -30dB. On the other hand, the maximum radiation angle of the fan beam is 4 degrees, the interval having a constant signal size in the radiation pattern of the cosecant (cosecant, cosec) quadratic function is from 4 degrees to 20 degrees.

64×64 안테나 결합기는 결합기와 분배기의 조합을 통하여 송수신모듈로부터 입력되는 신호를 결합하거나 분배함으로써 일정한 분포의 크기와 위상을 갖도록 변환시킨다.The 64 × 64 antenna combiner combines or distributes the signal input from the transceiver module through a combination of the combiner and the divider to convert the antenna to have a constant size and phase.

도 8a 및 8b에 펜슬빔일 경우의 안테나 결합기에 입력되는 신호의 크기 및 위상에 대한 특성을 도시하였으며, 도 9a 및 9b에는 출력되는 신호의 크기 및 위상 특성을 도시하였다. 앞서 설명한 바와 같이 시스템 상의 최대 크기와 일정한 위상을 갖는 신호를 입력하면, 안테나 결합기의 내부회로에 의하여 도 9a의 크기 특성을 갖고 도 9b의 위상 특성을 갖는 신호가 출력된다. 도 10은 이러한 특성의 분포를 갖는 신호에 따라 형성된 펜슬빔의 특성을 나타내는 그래프이다. 즉 첫 번째 부엽크기가 -30dB인 펜슬빔을 만드는 신호 크기분포를 얻을 수 있었다. 8A and 8B illustrate the magnitude and phase characteristics of a signal input to an antenna coupler in the case of a pencil beam, and FIGS. 9A and 9B illustrate the magnitude and phase characteristics of an output signal. As described above, when a signal having a maximum magnitude and a constant phase on the system is input, a signal having the magnitude characteristic of FIG. 9A and the phase characteristic of FIG. 9B is output by an internal circuit of the antenna coupler. 10 is a graph showing characteristics of a pencil beam formed according to a signal having such a distribution of characteristics. In other words, the signal size distribution for the pencil beam with the first side lobe size of -30dB was obtained.

한편, 도 11a 및 11b에 팬빔일 경우의 안테나 결합기에 입력되는 신호의 크기 및 위상에 대한 특성을 도시하였으며, 도 12a 및 12b에는 출력되는 신호의 크기 및 위상 특성을 도시하였다. 앞서 설명한 바와 같이 시스템 상의 최대 크기와 도 12b에 도시된 바와 같은 위상분포를 갖는 신호를 안테나 결합기에 입력한다. 이 때 팬빔의 복사 패턴은 상술한 입력 신호의 위상에 의하여 결정된다. 안테나 결합기의 내부회로에 의하여 도 12a의 크기 특성을 갖고 도 12b의 위상 특성을 갖는 신호가 출력된다. 도 13은 이러한 특성의 분포를 갖는 신호에 따라 형성된 펜슬빔의 특성을 나타내는 그래프이다. 즉 급전신호가 64개의 안테나 배열소자에 공급되어 4도에서 최대 복사전력을 갖고 4도부터 20도까지 코시컨트 4승 함수의 일정한 크기를 갖는 복사패턴이 만들어 진다. 한편, 팬빔의 크기분포는 펜슬빔의 크기분포와 동일하게 된다.11A and 11B illustrate the magnitude and phase characteristics of the signal input to the antenna coupler in the case of a fan beam, and the magnitude and phase characteristics of the output signal are shown in FIGS. 12A and 12B. As described above, a signal having a maximum magnitude on the system and a phase distribution as shown in FIG. 12B is input to the antenna combiner. At this time, the radiation pattern of the fan beam is determined by the phase of the input signal described above. A signal having the magnitude characteristic of FIG. 12A and the phase characteristic of FIG. 12B is output by the internal circuit of the antenna combiner. FIG. 13 is a graph showing characteristics of a pencil beam formed according to a signal having such a distribution of characteristics. That is, a feed signal is supplied to 64 antenna array elements to produce a radiation pattern having a maximum radiant power at 4 degrees and a constant magnitude of the cosecant quadratic function from 4 degrees to 20 degrees. On the other hand, the size distribution of the fan beam is the same as the size distribution of the pencil beam.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 레이더 시스템으로 구현될 수 있다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described above, the technical idea of the present invention is not limited to the above-described preferred embodiment, and implemented in various radar systems in a range not departing from the technical idea of the present invention specified in the claims. Can be.

100, 100a, 100b, 100c, 100d: 송수신 모듈
200, 200a, 200b: 안테나 결합기
300: 배열소자
f1, f2: 복사 패턴100, 100a, 100b, 100c, 100d: transmit / receive module
200, 200a, 200b: antenna combiner
300: array element
f1, f2: copy pattern

Claims (5)

제1 크기분포를 갖고 가변 제1 위상분포를 갖는 신호를 출력하는 복수의 송수신 모듈;
입력되는 신호의 세기 및 위상에 따라 빔 복사패턴을 형성하는 복수의 배열소자; 및
상기 송수신 모듈로부터 전달받은 신호를 제2 크기분포로 분배하고, 제1 위상분포와 동일한 위상분포로 분배하여 상기 배열소자에 전달하는 안테나 결합기;를 포함하는 레이더 시스템.A plurality of transmission / reception modules having a first size distribution and outputting a signal having a variable first phase distribution;
A plurality of array elements forming a beam radiation pattern according to an intensity and a phase of an input signal; And
And an antenna combiner for distributing the signal received from the transceiving module to a second size distribution, and distributing the same signal to a phase distribution identical to the first phase distribution to the array element. 제1항에 있어서,
상기 송수신 모듈은 최대 출력의 전력을 공급하는 고정 증폭기와 위상을 조절할 수 있는 가변 이상기를 포함하는 레이더 시스템.The method of claim 1,
The transmitting and receiving module includes a fixed amplifier for supplying power of the maximum output and a radar system which can adjust the phase. 제1항에 있어서,
상기 송수신 모듈은 최대 크기의 전력이 공급 가능한 가변 증폭기와 위상을 조절할 수 있는 가변 이상기를 포함하는 레이더 시스템.The method of claim 1,
The transmission and reception module includes a variable amplifier capable of supplying power of a maximum magnitude and a radar system for adjusting a phase. 제3항에 있어서,
상기 제1 크기 분포는 최대 전력 효율을 갖도록 최대 크기로 출력되는 급전신호 분포인 레이더 시스템.The method of claim 3,
And the first size distribution is a feed signal distribution output at a maximum size to have a maximum power efficiency. 제1항에 있어서,
상기 제1 위상분포는 팬빔 및 펜슬빔 중 목적하는 복사 패턴에 대응하도록 가변하는 레이더 시스템.The method of claim 1,
And the first phase distribution is variable to correspond to a desired radiation pattern of a fan beam and a pencil beam.
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