KR101007217B1 - Quasi 2-dimensional array radar system using squint effect of slotted waveguide and method using the same - Google Patents

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허문만
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Abstract

PURPOSE: A quasi two-dimensional array radar system using the squint effect of a slotted waveguide and a method for using the same are provided to improve detection efficiency by limitedly implementing a two-dimensional beam scan. CONSTITUTION: An array antenna(410) is composed of a plurality of slotted waveguides. A phase shifter(430) shifts the phase of electric waves from the slotted waveguides and implements a beam scan toward an altitude direction. A frequency transformer(440) transforms the operational frequency of the slotted waveguides and implements a beam scan toward an azimuth direction. A controller(450) transforms the phase of the phase shifter as much as a pre-set angle in order to set the altitude direction of beam.

Description

슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2Ｄ 배열 레이더 시스템 및 그 이용 방법{QUASI 2-DIMENSIONAL ARRAY RADAR SYSTEM USING SQUINT EFFECT OF SLOTTED WAVEGUIDE AND METHOD USING THE SAME}QUASI 2-DIMENSIONAL ARRAY RADAR SYSTEM USING SQUINT EFFECT OF SLOTTED WAVEGUIDE AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 슬롯 도파관으로 구성되는 배열 레이더 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템 및 그 이용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array radar system composed of slot waveguides, and more particularly, to a similar 2D array radar system using a perspective wave effect of a slot waveguide and a method of using the same.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 종래 기술에 따른 레이더 시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, a radar system according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

도 1은 종래 기술에 따른 0D(0-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a 0D (0-dimensional) array radar system according to the prior art.

도 1의 0D 배열 레이더 시스템은 고전적인 레이더 시스템으로서, 배열 안테나(100)가 회전축(101)을 중심으로 물리적 회전을 하면서 빔 패턴(110)을 형성한다. 안테나(100)는 형상이 정해진 반사판 안테나이거나 급전 신호의 크기와 위상이 고정된 배열 안테나로서 방위각 방향으로 빔폭이 좁고 고각 방향으로 는 빔폭이 넓은 형태의 팬빔(fan-beam)을 형성한다. 이에, 표적의 방위각은 탐지할 수 있으나, 고도는 탐지할 수 없다는 단점이 있다.The 0D array radar system of FIG. 1 is a classic radar system in which the array antenna 100 physically rotates about the rotation axis 101 to form the beam pattern 110. The antenna 100 is a reflector antenna having a predetermined shape or an array antenna having a fixed size and phase of a feed signal, and forms a fan beam having a narrow beam width in the azimuth direction and a wide beam width in the high angle direction. Thus, the azimuth of the target can be detected, but there is a disadvantage that the altitude can not be detected.

도 2는 종래 기술에 따른 1D(1-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a 1D (1-dimensional) array radar system according to the prior art.

도 2의 1D 배열 레이더 시스템은 고각 방향의 빔 스캔이 가능한 레이더 시스템으로서, 배열 안테나(200)가 회전축(201)을 중심으로 물리적 회전을 하면서 빔 패턴(220)을 형성한다. 여기에서, 빔 스캔이란, 배열 안테나(200)의 물리적 회전과 관계없이, 배열 안테나(200)에서 복사되는 최대 크기의 빔 패턴(복사 패턴)의 방향을 임의로 변경하여 표적을 탐지하는 것을 의미한다. 이때, 배열 안테나(200)의 안테나 소자들은 각각 위상 변위기(210)에 연결됨으로써, 위상이 변이된다. 이에, 각 안테나 소자의 위상 변이에 따라 원하는 고각 방향으로 빔 스캔을 하여 표적의 고도 탐지가 가능하다. 즉, 1D 빔 스캔이 가능하다. 그러나, 1D 배열 레이더 시스템은 방위각 방향으로는 물리적 회전에 의한 복사 패턴을 제외하고는 원하는 방향으로 빔 스캔을 할 수는 없다.The 1D array radar system of FIG. 2 is a radar system capable of beam scanning in a high angle direction, and the array antenna 200 forms a beam pattern 220 while physically rotating about the rotation axis 201. Here, the beam scan means detecting a target by arbitrarily changing the direction of a beam pattern (copy pattern) of the maximum size radiated from the array antenna 200 regardless of the physical rotation of the array antenna 200. At this time, the antenna elements of the array antenna 200 are connected to the phase shifter 210, respectively, the phase is shifted. Therefore, the altitude of the target can be detected by performing a beam scan in a desired elevation direction according to the phase shift of each antenna element. That is, 1D beam scan is possible. However, the 1D array radar system cannot perform beam scan in the desired direction except for radiation patterns due to physical rotation in the azimuth direction.

도 3은 종래 기술에 따른 2D(2-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a 2D (2-dimensional) array radar system according to the prior art.

도 3의 2D 배열 레이더 시스템은 방위각 방향 및 고각 방향으로 모두 빔 스캔이 가능한 레이더 시스템으로서, 배열 안테나(300)가 회전축(301)을 중심으로 물리적 회전을 하면서 빔 패턴(320)을 형성한다. 이때, 배열 안테나(300)의 안테나 소자들에 각각 위상 변위기(310)가 연결됨으로써, 각 안테나 소자는 방위각 방향은 물론 고각 방향으로도 모두 위상 배열 구조를 갖는다. 이에, 각 안테나 소자는 원하는 방위각 방향뿐만 아니라 고각 방향으로도 빔 스캔을 할 수 있다. 방위각 방향의 경우에는 물리적 회전을 하면서도 원하는 방위각 방향으로 빔 스캔이 가능하다.The 2D array radar system of FIG. 3 is a radar system capable of beam scanning in both azimuth and elevation directions, and the array antenna 300 forms a beam pattern 320 while physically rotating about the rotation axis 301. At this time, the phase shifter 310 is connected to each of the antenna elements of the array antenna 300, so that each antenna element has a phase array structure in both the azimuth direction and the elevation direction. Accordingly, each antenna element can perform beam scanning not only in a desired azimuth direction but also in a high angle direction. In the azimuth direction, the beam can be scanned in the desired azimuth direction while performing physical rotation.

도 4는 종래 기술에 따른 2D 배열 레이더 시스템의 빔 스캔 동작에 대한 동작 개념도이다.4 is an operation conceptual diagram of a beam scan operation of a 2D array radar system according to the prior art.

도 4의 2D 배열 레이더 시스템에서는 배열 안테나(300)에 의해 법선 방향(302)으로 형성되는 빔 패턴(320)이 회전축(301)을 중심으로 회전하면서 방위각 방향을 탐지한다. 이때, 표적(340)이 탄도 미사일(ballistic missile)과 같이 매우 빠른 경우에는 배열 안테나(300)의 1 회전 후에는 표적(340)을 놓치거나 너무 많은 거리를 이동한 후에 탐지되는 경우가 적지 않다. 이에, 도 4의 (b)를 참조하면, 좀 더 많은 시간 동안 표적(340)을 스캔하기 위해서, 안테나(300)의 법선 방향(302)이 표적(340)으로부터 벗어난 경우에도 표적(340)을 향해 빔 스캔을 한다. 2D 배열 레이더 시스템에서는 방위각 방향으로도 빔 스캔이 가능하기 때문이다.In the 2D array radar system of FIG. 4, the beam pattern 320 formed in the normal direction 302 by the array antenna 300 detects the azimuth direction while rotating about the rotation axis 301. At this time, if the target 340 is very fast, such as a ballistic missile (ballistic missile), after one rotation of the array antenna 300 is often detected after missing the target 340 or moving too much distance. Thus, referring to FIG. 4B, in order to scan the target 340 for more time, even when the normal direction 302 of the antenna 300 is out of the target 340, the target 340 may be moved. Beam scan This is because the 2D array radar system can also scan a beam in the azimuth direction.

도 5는 종래 기술에 따른 2D 배열 레이더 시스템의 다른 빔 스캔 동작에 대한 동작 개념도이다.5 is an operation conceptual diagram for another beam scan operation of the 2D array radar system according to the prior art.

도 5는 2D 배열 레이더 시스템이 운용 중 시스템이 보정되거나 클러터 맵(clutter map)을 변경하거나 방해 전파를 측정하는 등의 이유로 탐지 기능이 일시 정지되는 경우에 관한 것이다. 도 5에서 보듯이 배열 안테나(300)가 물리적 회전을 하는 동안 탐지 기능이 일시 정지되는 시간 t1 동안에는 방위각 방향의 미탐지 구간이 발생한다. 이때에도, 2D 배열 레이더 시스템에서는 방위각 방향의 빔 스캔에 의해 리스캔(rescan)이 가능하다. 도 5의 (b)를 참조하면, 미탐지가 종료된 순간부터 시간 t2 동안 미탐지 구간을 빔 스캔함으로써 탐지가 되지 않은 구간을 다시 탐지할 수 있다. 즉, 물리적으로 1회전을 할 때까지 기다리지 않아도 된다.FIG. 5 relates to a case in which the detection function is paused for the reason that the system is calibrated, the clutter map is changed, or the jammer is measured while the 2D array radar system is in operation. As shown in FIG. 5, an undetected section in the azimuth direction occurs during the time t 1 during which the detection function is paused while the array antenna 300 is physically rotated. Even in this case, in the 2D array radar system, the scan may be performed by the beam scan in the azimuth direction. Referring to FIG. 5B, the undetected section may be detected again by beam scanning the undetected section for a time t 2 from the moment when the undetected is terminated. In other words, you do not have to wait until you make one physical turn.

도 3 내지 도 5를 통해 알 수 있듯이, 2D 배열 레이더 시스템의 경우에는 이처럼 표적의 방위각 및 고도의 탐지는 물론, 다양한 이유로 인한 미탐지 구간도 다시 탐지할 수 있는 장점이 있다. 모든 안테나 소자에 위상 변이기(310)를 배치해야 하며 그 제어 알고리즘도 복잡해지는 등으로 인해 시스템의 크기가 커지고 가격이 비싸진다는 문제점이 있다.3 to 5, in the case of the 2D array radar system, the detection of the azimuth and altitude of the target as described above, as well as the detection of the undetected section due to various reasons has the advantage. The phase shifter 310 must be disposed in all antenna elements, and the control algorithm is also complicated, resulting in a large system and a high price.

본 발명의 목적은 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a pseudo 2D array radar system that uses the perspective angle effect of a slot waveguide.

본 발명의 다른 목적은 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of using a pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide.

상술한 본 발명의 목적에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템은, 복수의 슬롯 도파관(slotted waveguide)으로 구성되는 배열 안테나(array antenna)와, 상기 배열 안테나가 고각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 상기 슬롯 도파관 각각의 전파의 위상을 변이하는 위상 변이기(phase shifter)와, 상기 슬롯 도파관이 사시각 효과(squint effect)에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 변환하는 주파수 변환기와, 상기 배열 안테나에 의한 빔의 고각 방향을 설정하기 위해 상기 위상 변이기가 위상을 소정 각도만큼 변이하도록 제어하고, 상기 슬롯 도파관에 의한 빔의 방위각 방향을 설정하기 위해 상기 주파수 변환기가 상기 동작 주파수를 소정 주파수만큼 변환하도록 제어하는 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 제어부는, 상기 유사 2D 배열 레이더 시스템이 운용 중 탐지 기능이 일시 정지되는 경우, 탐지 기능이 일시 정지된 시간 t1 동안 탐지하지 못한 방위각 구간에 대하여 상기 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔하도록 상기 주파수 변환기를 제어하는 것으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 유사 2D 배열 레이더 시스템이 운용 중 탐지 기능이 일시 정지되는 경우는, 상기 유사 2D 배열 레이더 시스템을 보정하는 경우, 클러터 맵을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 제어부는, 상기 배열 안테나가 방위각 방향으로 회전 중 소정의 표적을 탐지한 경우, 상기 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 상기 표적을 계속적으로 탐지하도록 구성될 수 있다.The pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of the slot waveguide according to the object of the present invention described above comprises an array antenna consisting of a plurality of slotted waveguides, and the array antenna beams in an elevation direction. A phase shifter for shifting the phase of the radio wave of each of the slot waveguides for scanning, and operation of the slot waveguide for beam scanning in the azimuthal direction by the squint effect A frequency converter for converting a frequency, and controlling the phase shifter to shift a phase by a predetermined angle to set a high angle direction of the beam by the array antenna, and to set the azimuth direction of the beam by the slot waveguide And a control unit for controlling a converter to convert the operating frequency by a predetermined frequency. It can be configured. Here, the control unit, when the detection function is paused while the pseudo 2D array radar system is in operation, the time t 1 when the detection function is paused The frequency converter may be configured to beam-scan in the azimuth direction by the perspective effect for the azimuth section not detected during the period. In this case, when the detection function is paused while the pseudo 2D array radar system is in operation, it may be configured to include a case of calibrating the pseudo 2D array radar system, a change of a clutter map, or a measurement of jammers. Can be. On the other hand, when the array antenna detects a predetermined target during rotation in the azimuth direction, the control unit continuously detects the target by moving the beam pattern of the maximum size in the azimuth direction of the detected target to perform beam scanning. Can be configured.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법은, 배열 안테나가 회전축을 중심으로 방위각 방향으로 회전하면서 탐지하는 단계와, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계와, 주파수 변환기가 상기 산출된 동작 주파수에 따라 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 변환하는 단계와, 상기 변환된 동작 주파수에 따라 상기 슬롯 도파관이 방위각 방향으로 빔 스캔하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계는, 상기 배열 안테나가 회전을 하면서 소정 시간 t1 동안 탐지 기능이 정지된 경우, 상기 제어부는 상기 배열 안테나가 상기 소정 시간 t1 동안 회전한 각도에 해당되는 방위각 구간을 산출하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계에서, 상기 배열 안테나가 소정 시간 t1 동안 탐지 기능이 정지된 경우는, 상기 레이더 시스템을 보정하는 경우, 클러터 맵을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계는, 상기 배열 안테나가 소정의 표적을 탐지한 경우, 상기 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 상기 표적을 계속적으로 탐지하도록 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of using a pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide, the method comprising: detecting an array antenna while rotating in an azimuth direction about an axis of rotation; The control unit calculates an operating frequency of the slot waveguide so that the beam scan in the azimuth direction by the perspective angle effect during the detection, and the frequency converter converts the operating frequency of the slot waveguide in accordance with the calculated operating frequency And beam scanning the slot waveguide in the azimuth direction according to the converted operating frequency. Here, the step of calculating the operating frequency of the slot waveguide by the control unit to perform a beam scan in the azimuth direction by the perspective angle effect while the array antenna is detected while rotating, the array antenna rotates a predetermined time t One The control unit may be configured to calculate an azimuth section corresponding to an angle at which the array antenna is rotated for the predetermined time t 1 when the detection function is stopped. At this time, the control unit calculates the operating frequency of the slot waveguide so that the beam scan in the azimuth direction by the perspective angle effect while the array antenna is detected while rotating, the array antenna is a predetermined time t 1 The detection function may be configured to include, for example, calibrating the radar system, changing a clutter map, or measuring a jammer. On the other hand, the step of calculating the operating frequency of the slot waveguide by the control unit to perform the beam scan in the azimuth direction by the perspective angle effect while the array antenna is rotating while detecting, when the array antenna detects a predetermined target The beam scan may be configured to continuously detect the target by moving the beam pattern having the maximum size in the azimuth direction of the detected target.

상기와 같은 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템 및 그 이용 방법에 따르면, 슬롯 도파관의 사시각 효과에 의한 빔 스캔에 의하여 방위각 방향으로도 제한적인 빔 스캔을 할 수 있는 효과가 있다. 즉, 1D 배열 레이더 시스템에 제어 알고리즘을 추가하여 기존의 2D 배열 레이더 시스템과 같은 2D 빔 스캔을 제한적으로 수행할 수 있다. 이에, 시스템의 크기나 가격에 대한 부담없이 기존의 1D 배열 레이더 시스템에 추가된 제어 알고리즘만으로 향상된 탐지 효율을 얻을 수 있다.According to the pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of the slot waveguide as described above and a method of using the same, there is an effect that the beam scan can be limited in the azimuth direction by the beam scan by the perspective angle effect of the slot waveguide. . That is, by adding a control algorithm to the 1D array radar system, it is possible to limit the 2D beam scan like the existing 2D array radar system. Accordingly, improved detection efficiency can be obtained only by the control algorithm added to the existing 1D array radar system without burdening the size or price of the system.

도 1은 종래 기술에 따른 0D(0-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 1D(1-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 2D(2-dimensional) 배열 레이더 시스템의 개념도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 2D 배열 레이더 시스템의 빔 스캔 동작에 대한 동작 개념도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 2D 배열 레이더 시스템의 다른 빔 스캔 동작에 대한 동작 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 블록 구성도이다.
도 7은 슬롯 도파관에 의한 사시각 효과를 나타내는 개념도이다.
도 8은 슬롯 도파관에 의한 사시각도를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용한 빔 스캔의 동작을 나타내는 개념도이다.
도 10은 원형 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.
도 11은 구형 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역에 해당되는 사시각도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법의 흐름도이다.1 is a conceptual diagram of a 0D (0-dimensional) array radar system according to the prior art.
2 is a conceptual diagram of a 1D (1-dimensional) array radar system according to the prior art.
3 is a conceptual diagram of a 2D (2-dimensional) array radar system according to the prior art.
4 is an operation conceptual diagram of a beam scan operation of a 2D array radar system according to the prior art.
5 is an operation conceptual diagram for another beam scan operation of the 2D array radar system according to the prior art.
6 is a block diagram of a pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram illustrating a perspective angle effect by a slot waveguide.
8 is a conceptual diagram illustrating a perspective angle by a slot waveguide.
9 is a conceptual diagram illustrating an operation of beam scanning using the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view showing the shape of a circular waveguide.
11 is an exemplary view showing the shape of a spherical waveguide.
12 is an exemplary view showing the shape of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing an operating frequency band of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph illustrating a perspective angle corresponding to an operating frequency band of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.
15 is a flowchart of a method of using a pseudo 2D array radar system that uses the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 블록 구성도이다.6 is a block diagram of a pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 슬롯 도파관(slotted waveguide)의 사시각 효과(squint effect)를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템(400)(이하, 유사 2D 배열 레이더 시스템'이라 함)은 복수의 슬롯 도파관(420)으로 구성되는 배열 안테나(410)(array antenna), 위상 변이기(430)(phase shifter), 주파수 변환기(440) 및 제어부(450)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, a pseudo 2D array radar system 400 (hereinafter referred to as a pseudo 2D array radar system) that utilizes a squint effect of a slotted waveguide may include a plurality of slot waveguides 420. It may be configured to include an array antenna (410), a phase shifter (430), a frequency converter 440 and the control unit 450 is composed of.

여기에서, 유사 2D 배열 레이더 시스템(400)은 슬롯 도파관의 사시각 효과에 의한 빔 패턴을 이용하여 방위각 방향으로 빔 스캔을 하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 빔 스캔이란, 배열 안테나(200)의 물리적 회전과 관계없이, 배열 안테나(200)에서 복사되는 최대 크기의 빔 패턴(복사 패턴)의 방향을 임의로 변경하여 표적을 탐지하는 것을 의미한다. 이때, 사시각 효과에 의한 빔 패턴은 슬롯 도파관의 동작 주파수를 변경하여 사시각의 변경 정도를 제어한다. 이에, 유사 2D 배열 레이더 시스템(400)은 다양한 이유로 인한 방위각 방향의 미탐지 구간에 대해서도 빔 스캔을 함으로써, 표적의 탐지 효율을 높일 수 있다. 유사 2D 배열 레이더 시스템(400)은 기존의 1D 배열 레이더 시스템에 제어 알고리즘만 추가하여 구현될 수 있으므로, 기존의 2D 배열 레이더 시스템에 비하여 크기가 작고 가격이 싸며 알고리즘도 간단하다는 특징이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.Here, the pseudo 2D array radar system 400 may be configured to perform a beam scan in the azimuth direction using a beam pattern due to the perspective angle effect of the slot waveguide. Here, the beam scan means detecting a target by arbitrarily changing the direction of a beam pattern (copy pattern) of the maximum size radiated from the array antenna 200 regardless of the physical rotation of the array antenna 200. At this time, the beam pattern by the perspective angle effect controls the degree of change of the perspective angle by changing the operating frequency of the slot waveguide. Accordingly, the pseudo 2D array radar system 400 may increase the detection efficiency of the target by beam scanning the undetected section in the azimuth direction due to various reasons. Since the pseudo 2D array radar system 400 can be implemented by adding only a control algorithm to the existing 1D array radar system, the size of the similar 2D array radar system is smaller, cheaper and simpler than the existing 2D array radar system. Hereinafter, the detailed structure is demonstrated.

배열 안테나(410)는 복수의 슬롯 도파관으로 구성될 수 있다. 배열 안테나(410)는 특정 방향으로 빔 패턴을 형성하는데 적합하다. 본 발명에 따른 배열 안테나(410)는 고각 방향으로 빔 스캔하기 위한 안테나이다. 배열 안테나(410)에 의해 기본적으로 고각 방향의 1D 빔 스캔이 수행될 수 있다.Array antenna 410 may be composed of a plurality of slot waveguides. Array antenna 410 is suitable for forming a beam pattern in a particular direction. The array antenna 410 according to the present invention is an antenna for beam scanning in a high angle direction. The array antenna 410 may basically perform a 1D beam scan in a high angle direction.

슬롯 도파관(420)은 제1 슬롯 도파관, 제2 슬롯 도파관, ... 제n 슬롯 도파관과 같이 복수개가 구비된다. 슬롯 도파관(420)은 대표적인 진행파 안테나로서 정합부하로 종단되어 있으며, 슬롯 도파관(420) 내를 진행하는 전파가 슬롯을 통해서 자유 공간으로 복사되도록 구성된다. 슬롯 도파관은 고전력용으로 많이 이용되기 때문에 군사용으로 적합하다.The slot waveguide 420 is provided in plurality, such as a first slot waveguide, a second slot waveguide, and an n-th slot waveguide. The slot waveguide 420 is terminated with a matching load as a representative traveling wave antenna, and is configured to radiate radio waves traveling in the slot waveguide 420 into free space through the slot. Slot waveguides are suitable for military use because they are widely used for high power.

슬롯 도파관(420)은 도파관의 형상이나 형상에 따른 단면적 등에 의해 동작 주파수 대역이 정해진다. 그리고 공진 주파수는 슬롯의 길이 등에 의해 정해진다. 그런데, 슬롯 도파관(420)은 그 길이 방향에 대해 법선 방향으로 빔 패턴이 형성되는 것이 일반적이지만, 법선 방향에 대해 약간 어긋난 방향으로 빔 패턴이 형성되는 사시각 효과(squint effect)가 발생하기도 한다. 사시각 효과를 좀 더 구체적으로 설명하면, 슬롯 도파관(420) 내 전파의 유도 파장(guided wavelength)과 자유 공간 파장(free space wavelength)이 상이하여 전파의 동위상 파면(wave-front)가 법선 방향에서 벗어나는 현상이다. 본 발명에서는 이러한 사시각 효과에 의한 빔 패턴을 이용하여 방위각 방향의 빔 스캔을 하도록 하는 것이다. 물론 빔 스캔의 범위는 사시각 효과에 의해 형성되는 빔 패턴의 범위로 제한된다. 좀 더 구체적으로는 슬롯 도파관(420) 내 전파의 동작 주파수에 따라 빔 패턴이 다양한 사시각도(squint angle)로 형성된다.The slot waveguide 420 has an operating frequency band determined by the cross-sectional area according to the shape or shape of the waveguide. The resonance frequency is determined by the length of the slot or the like. However, the slot waveguide 420 generally has a beam pattern formed in a normal direction with respect to its length direction, but a squint effect may occur in which the beam pattern is formed in a direction slightly shifted from the normal direction. To describe the perspective effect in more detail, the guided wavelength and the free space wavelength of the radio wave in the slot waveguide 420 are different so that the wave-front of the wave propagates in the normal direction. It is a phenomenon that deviates from. In the present invention, the beam scan in the azimuth direction is performed by using the beam pattern by the perspective effect. Of course, the range of the beam scan is limited to the range of the beam pattern formed by the perspective angle effect. More specifically, the beam pattern is formed at various squint angles according to the operating frequency of radio waves in the slot waveguide 420.

위상 변이기(430)는 배열 안테나(410)가 고각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 슬롯 도파관(420) 각각의 전파의 위상을 변이하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 유사 2D 배열 레이더 시스템(400)은 기본적으로 고각 방향의 빔 스캔이 가능한 1D 스캔 기능을 보유한다. 즉 슬롯 도파관(420) 각각에 대해 전파의 위상을 변이하여 자유롭게 고각 방향의 스캔을 하여 표적의 고도를 탐지할 수 있다.The phase shifter 430 may be configured to shift the phase of radio waves of each of the slot waveguides 420 so that the array antenna 410 may beam scan in the elevation direction. The pseudo 2D array radar system 400 according to the present invention basically has a 1D scan function capable of beam scanning in a high angle direction. That is, the altitude of the target may be detected by freely scanning in the elevation direction by shifting the phase of the radio wave with respect to each of the slot waveguides 420.

주파수 변환기(440)는 슬롯 도파관(420)이 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 슬롯 도파관(420)의 동작 주파수를 변환하는 것으로 구성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 주파수 변환기(440)는 슬롯 도파관(420) 내 전파의 동작 주파수를 변경함으로써, 최대 크기의 빔 패턴의 방향을 변경할 수 있다. 즉, 사시각 효과에 의한 빔 패턴은 동작 주파수의 변경에 의해 생성된다.The frequency converter 440 may be configured to convert an operating frequency of the slot waveguide 420 so that the slot waveguide 420 may beam scan in the azimuth direction by a perspective effect. As mentioned above, the frequency converter 440 may change the direction of the beam pattern of the maximum size by changing the operating frequency of the radio waves in the slot waveguide 420. That is, the beam pattern by the perspective angle effect is generated by the change of the operating frequency.

제어부(450)는 배열 안테나(410)에 의한 빔의 고각 방향을 설정하기 위해 위상 변이기(430)가 위상을 소정 각도만큼 변이하도록 제어하고, 슬롯 도파관(420)에 의한 빔의 방위각 방향을 설정하기 위해 주파수 변환기(440)가 동작 주파수를 소정 주파수만큼 변환하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다. 제어부(450)는 이러한 위상이나 주파수의 변이폭을 고각 방향이나 방위각 방향의 변경폭에 맞추어 산출하도록 구성된다.The controller 450 controls the phase shifter 430 to shift the phase by a predetermined angle to set the elevation angle of the beam by the array antenna 410, and sets the azimuth direction of the beam by the slot waveguide 420. Frequency converter 440 may be configured to control to convert the operating frequency by a predetermined frequency. The controller 450 is configured to calculate the variation width of the phase or frequency in accordance with the change width in the elevation direction or the azimuth direction.

도 7은 슬롯 도파관에 의한 사시각 효과를 나타내는 개념도이다.7 is a conceptual diagram illustrating a perspective angle effect by a slot waveguide.

도 7을 참조하면, 사시각 효과에 의한 빔 패턴이 형성되는 개념이 개시되어 있음을 알 수 있다. 슬롯 도파관(420)에는 소정의 슬롯 간격(422)마다 슬롯(421)이 구비되어 있다. 정합 부하로 종단된 슬롯 도파관(420)의 경우에는 슬롯 도파관(420) 내 파장(423) λg가 자유 공간 파장(424) λ0 보다 길기 때문에, 슬롯 간격(422)이 자유 공간 파장(424) λ0의 1/2 이하인 경우에는 각 슬롯(421)에서의 슬롯 위상(425)이 각각 다르게 나타난다. 그리하여, 각 슬롯(421)에서는 서로 다른 에너지가 방사된다. 그렇기에 각 슬롯(421)을 통해 방사되는 복사 에너지의 동위상 파면(426) 역시 슬롯 도파관(420)의 법선 방향(427)으로부터 벗어나 진행한다. 도 7에서는 동위상 파면(426)의 진행 방향인 빔 패턴(428) 방향이 법선 방향(427)로부터 사시각(429) θsquint만큼 벗어나 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the concept of forming a beam pattern by a perspective angle effect is disclosed. The slot waveguide 420 is provided with slots 421 at predetermined slot intervals 422. In the case of the slot waveguide 420 terminated with the matching load, the slot spacing 422 is the free space wavelength 424 because the wavelength 423 g of the waveguide 420 in the slot waveguide 420 is longer than the free space wavelength 424 λ 0 . In the case of λ 0 or less, the slot phase 425 in each slot 421 appears differently. Thus, different energy is radiated from each slot 421. As such, the in-phase wavefront 426 of radiant energy radiated through each slot 421 also travels away from the normal direction 427 of the slot waveguide 420. In FIG. 7, it can be seen that the direction of the beam pattern 428, which is the propagation direction of the in-phase wavefront 426, deviates by the perspective angle 429 θ squint from the normal direction 427.

이처럼, 슬롯 도파관(420)의 동작 주파수 대역에서 동작 주파수를 변경하면 슬롯 도파관 내 파장(423) λg도 변경되게 되므로, 동작 주파수를 변경하여 사시각 효과에 의한 빔 패턴 방향(428)을 설정하는 것이 가능하다. 즉, 사시각(429) θsquint를 설정하는 것이 가능하다.As such, when the operating frequency is changed in the operating frequency band of the slot waveguide 420, the wavelength 423 g of the slot waveguide is also changed, so that the beam pattern direction 428 is set by changing the operating frequency. It is possible. That is, it is possible to set the perspective angle 429 θ squint .

도 8은 슬롯 도파관에 의한 사시각도를 나타내는 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating a perspective angle by a slot waveguide.

도 8의 (a)를 참조하면, 배열 안테나(410)는 그 법선 방향(412)과 일치하는 빔 패턴(413)뿐만 아니라 약간 벗어난 방향의 빔 패턴(414)도 생성할 수 있음을 개념적으로 나타낸다. 도 8의 (b) 및 (c)를 보면, 배열 안테나(410)가 회전축(411)을 중심으로 물리적 회전을 함을 알 수 있다. 도 8의 (b) 및 (c)에서 보듯이, 물리적 회전에 따라 표적(415)이 빔 패턴(413)의 범위에서 벗어나게 되면 탐지가 안된다. 이에, 제어부(450)는 배열 안테나(410)가 방위각 방향으로 회전 중 소정의 표적을 탐지한 경우, 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 표적을 계속적으로 탐지하도록 구성될 수 있다. 탄도 미사일과 같은 매우 빠른 표적은 물리적 회전 시마다 탐지하는 것으로는 부족하다. 이에, 사시각 효과에 의한 빔 패턴(414)에 의해 방위각 방향의 빔 스캔을 하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 8A, conceptually, the array antenna 410 may conceptually generate a beam pattern 414 in a slightly deviated direction as well as a beam pattern 413 coinciding with its normal direction 412. . Referring to FIGS. 8B and 8C, it can be seen that the array antenna 410 physically rotates about the rotation axis 411. As shown in (b) and (c) of FIG. 8, if the target 415 is out of the range of the beam pattern 413 due to physical rotation, it is not detected. Accordingly, when the array antenna 410 detects a predetermined target during rotation in the azimuth direction, the controller 450 continuously scans the target by moving the beam pattern with the maximum size in the azimuth direction of the detected target. It can be configured to. Very fast targets, such as ballistic missiles, are not enough to detect every physical turn. Thus, the beam pattern 414 may be configured to perform a beam scan in the azimuth direction by the perspective pattern effect.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용한 빔 스캔의 동작을 나타내는 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating an operation of beam scanning using the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)는 배열 안테나(410)가 회전축(411)을 중심으로 회전하는 경우, 배열 레이더 시스템의 운용 중 일시 기능 정지로 인해 탐지하지 못하는 구간이 발생하는 것을 나타낸다. 여기에서, 미탐지 구간은 배열 안테나(410)가 회전하는 동안 탐지 기능이 일시 정지되는 시간 t1 동안의 방위각 구간이다. 도 9의 (b)는 탐지 기능이 일시 정지되는 시간 t1의 종료 후에 시간 t2 동안 사시각에 의한 빔 패턴(414)를 이용하여 미탐지 방위각 구간을 빠르게 다시 스캔하도록 구성됨을 알 수 있다. 이에, 배열 안테나(410)가 물리적으로 1 회전을 하기 전에 빠르게 스캔함으로써, 표적의 탐지 확률을 높일 수 있다. 여기에서, 탐지 기능이 일시 정지되는 경우에는 레이더 시스템을 보정하는 경우, 클러터 맵(clutter map)을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우 등이 포함된다. 한편, 제어부(450)가 주파수 변화기(440)를 제어하여 동작 주파수를 변경하도록 함은 앞서 살펴본 바와 같다.9A illustrates that when the array antenna 410 rotates about the rotation axis 411, a section that cannot be detected due to a temporary stop during operation of the array radar system occurs. Here, the undetected section is an azimuth section during the time t 1 when the detection function is paused while the array antenna 410 rotates. It can be seen that FIG. 9B is configured to quickly rescan the undetected azimuth section using the beam pattern 414 by the perspective angle for a time t 2 after the end of the time t 1 when the detection function is paused. Thus, by rapidly scanning before the array antenna 410 physically makes one rotation, the detection probability of the target may be increased. In this case, the detection function is suspended, the radar system is corrected, the clutter map is changed, or the jammer is measured. Meanwhile, the controller 450 controls the frequency changer 440 to change the operating frequency, as described above.

다른 한편, 사시각도의 범위는 이러한 동작 주파수 대역과 관련이 있는데, 동작 주파수 대역은 슬롯 도파관의 구조와 밀접한 관련이 있다. 이하, 슬롯 도파관의 구조와 관련하여 동작 주파수 대역 및 사시각도의 범위에 대해 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명한다.On the other hand, the range of perspective angles is related to this operating frequency band, which is closely related to the structure of the slot waveguide. Hereinafter, a range of operating frequency bands and perspective angles with respect to the structure of the slot waveguide will be described with reference to FIGS. 10 to 14.

도 10은 원형 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.10 is an exemplary view showing the shape of a circular waveguide.

도 10에서 보듯이, 원형 도파관(10)(circular waveguide)에는 다양한 구조가 있는데, 도 10의 (a)는 슬롯(11)의 길이 방향이 원형 도파관(10)의 길이 방향에 수직인 경우이고, 도 10의 (b)는 슬롯(11)의 길이 방향이 원형 도파관(10)의 길이 방향에 평행인 경우이며, 도 10의 (c)는 슬롯(11)이 원형 도파관(10)의 길이 방향으로 이중으로 형성된 경우이다. 이와 같은 원형 도파관(10)에서는 원형 도파관(10)의 단면적(12)에 의해서 동작 주파수 대역이 결정된다. 그리고 원형 도파관(10)의 공진 주파수는 슬릇(11)의 길이에 의해 정해진다.As shown in FIG. 10, there are various structures in the circular waveguide 10, and FIG. 10A illustrates a case in which the length direction of the slot 11 is perpendicular to the length direction of the circular waveguide 10. (B) of FIG. 10 shows the case where the longitudinal direction of the slot 11 is parallel to the longitudinal direction of the circular waveguide 10, and FIG. 10 (c) shows that the slot 11 has the longitudinal direction of the circular waveguide 10. In the case of double formation. In such a circular waveguide 10, the operating frequency band is determined by the cross-sectional area 12 of the circular waveguide 10. And the resonant frequency of the circular waveguide 10 is determined by the length of the bowl (11).

도 11은 구형 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.11 is an exemplary view showing the shape of a spherical waveguide.

도 11에서 보듯이, 구형 도파관(20)(rectangular waveguide)에도 다양한 구조가 있는데, 도 11의 (a)는 슬롯(21)이 구형 도파관(20)의 넓은 면(22)에 평행하게 형성된 경우이고, 도 11의 (b)는 슬롯(21)이 구형 도파관(20)의 넓은 면(22)에 수직으로 형성된 경우이고, 도 11의 (c)는 슬롯(21)이 구형 도파관(20)의 좁은 면(23)에 형성된 경우이고, 도 11의 (d)는 슬롯(21)이 구형 도파관(20)의 좁은 면(23)에 수직으로 형성된 경우이며, 도 11의 (e)는 슬롯(21)이 좁은 면(23)에 수직으로 이중 형성된 경우이다. 이와 같은 구형 도파관(20)에서도 구형 도파관(20)의 가로와 세로의 길이가 동작 주파수 대역을 결정하며, 슬롯(21)의 길이가 공진 주파수를 결정한다.As shown in FIG. 11, there are various structures in the rectangular waveguide 20, and FIG. 11A illustrates a case in which the slot 21 is formed parallel to the wide surface 22 of the rectangular waveguide 20. 11 (b) shows a case in which the slot 21 is formed perpendicular to the wide face 22 of the spherical waveguide 20, and FIG. 11 (c) shows that the slot 21 is narrow in the spherical waveguide 20. FIG. 11D illustrates a case in which the slot 21 is formed perpendicular to the narrow surface 23 of the spherical waveguide 20, and FIG. 11E illustrates the slot 21. This is the case where the double surface is formed perpendicular to the narrow surface 23. In such a rectangular waveguide 20, the horizontal and vertical lengths of the rectangular waveguide 20 determine the operating frequency band, and the length of the slot 21 determines the resonance frequency.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 형상을 나타내는 예시도이다.12 is an exemplary view showing the shape of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관은 구형 도파관의 좁은 면에 전파 방향과 수직이 되도록 단일 슬롯을 구비하도록 구성되어 있다. 이와 같은 슬롯 도파관은 반사 손실, 안테나의 복사 효율을 고려하여 동작 주파수 대역이 결정되는데, 도 13 및 도 14를 통하여 설명한다.Referring to FIG. 12, a slot waveguide according to an embodiment of the present invention is configured to include a single slot on a narrow surface of a rectangular waveguide so as to be perpendicular to a propagation direction. Such a slot waveguide has an operating frequency band determined in consideration of reflection loss and radiation efficiency of an antenna, which will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역을 나타내는 그래프이다.13 is a graph showing an operating frequency band of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역은 f-0.3 GHz 내지 f+0.3 GHz로 결정되었음을 나타낸다. 이러한 동작 주파수 대역은 안테나의 복사 효율과 반사 손실 등을 고려하여 결정하는데, f-0.3 GHz 내지 f+0.3 GHz의 동작 주파수 대역에서 높은 복사 효율과 낮은 반사 손실을 나타내기 때문이다.Referring to FIG. 13, an operating frequency band of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention is determined to be f-0.3 GHz to f + 0.3 GHz. This operating frequency band is determined in consideration of the antenna's radiation efficiency and reflection loss, since it exhibits high radiation efficiency and low reflection loss in the operating frequency band of f-0.3 GHz to f + 0.3 GHz.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역에 해당되는 사시각도를 나타내는 그래프이다.14 is a graph illustrating a perspective angle corresponding to an operating frequency band of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 동작 주파수 대역의 범위에서 동작 주파수가 변경될 때, 사시각 효과에 의한 빔 패턴이 형성되는 사시각도의 범위를 나타낸다. 동작 주파수 대역인 f-0.3 GHz 내지 f+0.3 GHz에서 동작 주파수가 변경될 때 사시각의 범위는 -22.3° 내지 -.29°에 이른다.Referring to FIG. 14, when an operating frequency is changed in a range of an operating frequency band of a slot waveguide according to an exemplary embodiment of the present invention, a range of a perspective angle at which a beam pattern due to a perspective angle effect is formed is illustrated. When the operating frequency is changed in the operating frequency band f-0.3 GHz to f + 0.3 GHz, the range of perspective angles ranges from -22.3 ° to -.29 °.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법의 흐름도이다.15 is a flowchart of a method of using a pseudo 2D array radar system that uses the perspective angle effect of a slot waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 먼저 배열 안테나(410)가 회전축을 중심으로 방위각 방향으로 회전하면서 탐지한다(S110).Referring to FIG. 15, an array antenna 410 is detected while rotating in an azimuth direction about a rotation axis (S110).

그리고 배열 안테나(410)가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부(450)가 슬롯 도파관(420)의 동작 주파수를 산출한다(S120). 이때, 사시각 효과에 의해 변경 가능한 방위각 방향의 범위는 다소 제한적임은 앞서 살펴본 바와 같다.The controller 450 calculates an operating frequency of the slot waveguide 420 so that the beam scan can be performed in the azimuth direction by the perspective angle effect while the array antenna 410 rotates and detects (S120). In this case, the range of the azimuth direction which can be changed by the perspective angle effect is somewhat limited, as described above.

한편, 배열 안테나(410)가 방위각 방향으로 빔 스캔하는 경우는 다음과 같은 경우에 유용할 수 있다.Meanwhile, the beam scan in the azimuth direction of the array antenna 410 may be useful in the following cases.

먼저 탄도 미사일(ballistic missile)과 같은 매우 빠른 표적의 경우에는 배열 안테나(410)가 물리적 회전을 한 다음에는 이미 표적의 위치가 상당히 떨어져서 탐지되므로, 방위각 방향의 빔 스캔으로 최대한 탐지 시간을 늘이는 경우이다. 이에, 배열 안테나(410)가 소정의 표적을 탐지한 경우, 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 표적을 계속적으로 탐지하도록 구성될 수 있다.In the case of a very fast target such as a ballistic missile, the array antenna 410 is already detected after the physical rotation of the target is substantially off, and thus the detection time is increased by the beam scan in the azimuth direction. . Thus, when the array antenna 410 detects a predetermined target, the array antenna 410 may be configured to continuously detect the target by moving the beam pattern having the maximum size in the azimuth direction of the detected target and performing the beam scan.

그리고 다른 경우는 배열 안테나(410)가 운용 중 탐지 기능이 다양한 이유로 일시 정지되는 경우이다. 이러한 경우는 예를 들어, 레이더 시스템이 시스템 보정을 하는 경우, 클러터 맵을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우 등이 해당될 수 있다. 이에, 배열 안테나(410)가 회전을 하면서 소정 시간 t1 동안 탐지 기능이 정지된 경우, 제어부(450)는 배열 안테나(410)가 소정 시간 t1 동안 회전한 각도에 해당되는 방위각 구간을 산출하도록 구성될 수 있다.Another case is when the array antenna 410 is suspended during operation for various reasons. This may be the case, for example, when the radar system corrects the system, changes the clutter map, or measures the jammer. Thus, when the detection function is stopped for a predetermined time t 1 while the array antenna 410 is rotating, the controller 450 calculates an azimuth section corresponding to the angle at which the array antenna 410 is rotated for a predetermined time t 1 . Can be configured.

다음으로 주파수 변환기(440)가 제어부(450)에서 산출된 동작 주파수에 따라 슬롯 도파관(420)의 동작 주파수를 변환한다(S130).Next, the frequency converter 440 converts the operating frequency of the slot waveguide 420 according to the operating frequency calculated by the controller 450 (S130).

그리고 나서, 슬롯 도파관(420)은 주파수 변환기(430)에서 변환된 동작 주파수에 따라 방위각 방향으로 빔 스캔한다(S140).Then, the slot waveguide 420 beam-scans in the azimuth direction according to the operating frequency converted by the frequency converter 430 (S140).

본 발명에서는 사시각도의 범위라는 제한된 범위에서만 방위각 방향의 빔 스캔이 가능하지만, 기존의 1D 배열 레이더 시스템을 이용하여 방위각 방향의 빔 스캔까지 수행할 수 있다는 점에서 매우 효율성이 높다. 1D 배열 레이더 시스템과 2D 배열 레이더 시스템 간에는 시스템의 크기, 복잡도 및 가격 면에서 매우 큰 차이가 나므로, 기존의 1D 배열 레이더 시스템에서 알고리즘만 변경하여 유사 2D 배열 레이더 시스템으로 이용한다는 점에서 매우 의미가 있다.In the present invention, the beam scan in the azimuth direction is possible only in a limited range of the perspective angle range. However, the beam scan in the azimuth direction can be performed using the existing 1D array radar system, and thus the efficiency is very high. The difference between the 1D array radar system and the 2D array radar system is very significant in terms of the size, complexity, and price of the system. Therefore, it is very meaningful in that the existing 1D array radar system only changes the algorithm to be used as a pseudo 2D array radar system. .

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

11: 슬롯 12: 단면적
21: 슬롯 22: 넓은 면
23: 좁은 면 100: 배열 안테나
101: 회전축 110: 빔 패턴
200: 배열 안테나 201: 회전축
210: 위상 변이기 220: 빔 패턴
300: 배열 안테나 301: 회전축
302: 법선 방향 310: 위상 변이기
320: 빔 패턴 330: 재탐지 빔 패턴
340: 표적 410: 배열 안테나
411: 회전축 412: 법선 방향
413: 빔 패턴 414: 빔 패턴
415: 표적 420: 슬롯 도파관
421: 슬롯 422: 슬롯 간격
423: 슬롯 도파관 내 파장 424: 자유 공간 파장
425: 슬롯 위상 426: 동위상 파면
427: 법선 방향 428: 빔 패턴 방향
429: 사시각 430: 위상 변이기
440: 주파수 변환기 450: 제어부11: slot 12: cross-sectional area
21: slot 22: wide
23: narrow side 100: array antenna
101: rotation axis 110: beam pattern
200: array antenna 201: axis of rotation
210: phase shift 220: beam pattern
300: array antenna 301: rotation axis
302: normal direction 310: phase shifter
320: beam pattern 330: redetection beam pattern
340: target 410: array antenna
411: axis of rotation 412: normal direction
413: beam pattern 414: beam pattern
415: target 420: slot waveguide
421: slot 422: slot spacing
423 wavelength in a slot waveguide 424 free-wavelength wavelength
425: slot phase 426: in-phase wavefront
427: normal direction 428: beam pattern direction
429: perspective 430: phase shifter
440: frequency converter 450: control unit

Claims (8)

복수의 슬롯 도파관(slotted waveguide)으로 구성되는 배열 안테나(array antenna);
상기 배열 안테나가 고각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 상기 슬롯 도파관 각각의 전파의 위상을 변이하는 위상 변이기(phase shifter);
상기 슬롯 도파관이 사시각 효과(squint effect)에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔할 수 있도록 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 변환하는 주파수 변환기 및
상기 배열 안테나에 의한 빔의 고각 방향을 설정하기 위해 상기 위상 변이기가 위상을 소정 각도만큼 변이하도록 제어하고, 상기 슬롯 도파관에 의한 빔의 방위각 방향을 설정하기 위해 상기 주파수 변환기가 상기 동작 주파수를 소정 주파수만큼 변환하도록 제어하는 제어부를 포함하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템.An array antenna consisting of a plurality of slotted waveguides;
A phase shifter for shifting the phase of radio waves in each of the slot waveguides so that the array antenna can beam scan in an elevation direction;
A frequency converter for converting an operating frequency of the slot waveguide so that the slot waveguide can beam scan in the azimuthal direction by a squint effect;
The phase shifter controls the phase shifter to shift the phase by a predetermined angle to set the high angle direction of the beam by the array antenna, and the frequency converter sets the operating frequency to the predetermined frequency to set the azimuth direction of the beam by the slot waveguide. A pseudo 2D array radar system that uses the perspective effect of a slot waveguide, the control unit including a control unit to control the conversion. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 유사 2D 배열 레이더 시스템이 운용 중 탐지 기능이 일시 정지되는 경우, 탐지 기능이 일시 정지된 시간 t1 동안 탐지하지 못한 방위각 구간에 대하여 상기 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔하도록 상기 주파수 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템.The method of claim 1, wherein the control unit,
When the detection function is paused while the pseudo 2D array radar system is in operation, a time t 1 when the detection function is paused. And controlling the frequency converter to beam-scan in the azimuthal direction by the perspective angle effect for the azimuth section that was not detected during the same period. 제2항에 있어서, 상기 유사 2D 배열 레이더 시스템이 운용 중 탐지 기능이 일시 정지되는 경우는,
상기 유사 2D 배열 레이더 시스템을 보정하는 경우, 클러터 맵을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템.The method of claim 2, wherein if the detection function is paused while the pseudo 2D array radar system is in operation,
And calibrating the pseudo 2D array radar system, changing a clutter map, or measuring a jammer. The pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 배열 안테나가 방위각 방향으로 회전 중 소정의 표적을 탐지한 경우, 상기 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 상기 표적을 계속적으로 탐지하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템.The method of claim 1, wherein the control unit,
When the array antenna detects a predetermined target while rotating in the azimuth direction, the slot waveguide continuously detects the target by moving and scanning the beam pattern having the maximum size in the azimuth direction of the detected target. A similar 2D array radar system that utilizes the perspective effect. 슬롯 도파관으로 구성되는 배열 안테나(array antenna)를 포함하는 레이더 시스템의 이용 방법에 있어서,
상기 배열 안테나가 회전축을 중심으로 방위각 방향으로 회전하면서 탐지하는 단계;
상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계;
주파수 변환기가 상기 산출된 동작 주파수에 따라 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 변환하는 단계 및
상기 변환된 동작 주파수에 따라 상기 슬롯 도파관이 방위각 방향으로 빔 스캔하는 단계를 포함하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법.In the method of using a radar system comprising an array antenna consisting of a slot waveguide,
Detecting the array antenna while rotating in an azimuth direction about an axis of rotation;
Calculating, by the controller, an operating frequency of the slot waveguide so as to perform beam scanning in the azimuth direction by a perspective angle effect while the array antenna is detected while rotating;
A frequency converter converting an operating frequency of the slot waveguide in accordance with the calculated operating frequency; and
And scanning the slot waveguide in azimuth direction according to the converted operating frequency. 제5항에 있어서, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계는,
상기 배열 안테나가 회전을 하면서 소정 시간 t1 동안 탐지 기능이 정지된 경우, 상기 제어부는 상기 배열 안테나가 상기 소정 시간 t1 동안 회전한 각도에 해당되는 방위각 구간을 산출하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법.The method of claim 5, wherein the control unit calculates an operating frequency of the slot waveguide so that the beam scan can be performed in the azimuthal direction by a perspective effect while the array antenna is detected while rotating.
A predetermined time t 1 while the array antenna rotates The control unit calculates an azimuth section corresponding to an angle at which the array antenna is rotated for the predetermined time t 1 , when the detection function is stopped during the pseudo 2D array radar system using the perspective angle effect of the slot waveguide. How to use. 제6항에 있어서, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계에서, 상기 배열 안테나가 소정 시간 t1 동안 탐지 기능이 정지된 경우는,
상기 레이더 시스템을 보정하는 경우, 클러터 맵을 변경하는 경우 또는 방해 전파를 측정하는 경우를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법.The method of claim 6, wherein the control unit calculates the operating frequency of the slot waveguide so that the beam scan in the azimuth direction by the perspective angle effect while the array antenna is detected while rotating the array antenna, the array antenna is a predetermined time t One If the detection is stopped while
And calibrating the radar system, changing a clutter map, or measuring a jammer. The method of using a similar 2D array radar system using the perspective angle effect of a slot waveguide. 제5항에 있어서, 상기 배열 안테나가 회전하면서 탐지하는 동안 사시각 효과에 의해 방위각 방향으로 빔 스캔을 할 수 있도록 제어부가 상기 슬롯 도파관의 동작 주파수를 산출하는 단계는,
상기 배열 안테나가 소정의 표적을 탐지한 경우, 상기 탐지된 표적의 방위각 방향으로 최대 크기의 빔 패턴을 이동시켜 빔 스캔함으로써, 상기 표적을 계속적으로 탐지하는 것을 특징으로 하는 슬롯 도파관의 사시각 효과를 이용하는 유사 2D 배열 레이더 시스템의 이용 방법.The method of claim 5, wherein the control unit calculates an operating frequency of the slot waveguide so that the beam scan can be performed in the azimuthal direction by a perspective effect while the array antenna is detected while rotating.
When the array antenna detects a predetermined target, the perspective effect of the slot waveguide is continuously detected by moving the beam pattern having the maximum size in the azimuth direction of the detected target to continuously scan the target. How to use similar 2D array radar system.
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