KR101073613B1 - Microwave detection antenna applying diversity effect - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다이버시티 효과를 적용한 마이크로파 탐지 안테나에 관한 것으로, 본 발명의 마이크로파 탐지 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상면에 직사각형 형상으로 형성되어 너비 방향으로 제1출력신호를 탐지하고, 길이 방향으로 제3출력신호를 탐지하는 제1마이크로스트립 안테나; 및 상기 유전체 기판의 상면에 직사각형 형상으로 형성되어 너비 방향으로 제2출력신호를 탐지하고, 길이 방향으로 제4출력신호를 탐지하는 제2마이크로스트립 안테나를 포함한다.The present invention relates to a microwave detection antenna to which the diversity effect is applied, and the microwave detection antenna of the present invention includes a dielectric substrate; A first microstrip antenna formed on a top surface of the dielectric substrate to detect a first output signal in a width direction and a third output signal in a length direction; And a second microstrip antenna formed on the top surface of the dielectric substrate to detect the second output signal in the width direction and the fourth output signal in the longitudinal direction.
본 발명에 따르면, 2개의 사각 마이크로스트립 안테나를 사용하여 편파 다이버시티, 공간 다이버시티 및 주파수 다이버시티를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 4개의 출력 신호를 탐지할 수 있으므로 제작 비용을 현저하게 절감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to realize polarization diversity, spatial diversity and frequency diversity using two square microstrip antennas, and to detect four output signals, thereby significantly reducing manufacturing costs.
마이크로스트립 안테나, 다이버시티, 바이스태틱 레이더 Microstrip Antenna, Diversity, Bistatic Radar
Description
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 다이버시티 효과를 적용한 마이크로파 탐지 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to wireless communications, and more particularly to a microwave detection antenna to which the diversity effect is applied.
레이더(radar)는 무선탐지와 거리측정(RAdio Detecting And Ranging)의 약어로 마이크로파(극초단파, 10cm ~ 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치이다. 레이더의 종류는 안테나의 수에 따라 Monostatic 레이더와 Bistatic 레이더로 구분될 수 있다. Monostatic 레이더는 전파의 송신과 수신을 한 안테나에서 담당하는 것으로 가장 일반적인 레이더의 형태이다. Bistatic 레이더는 송신기와 수신기용 안테나를 별도로 분리하여 사용하는 레이더를 말한다.Radar is an abbreviation of Radio Detecting And Ranging, and it emits electromagnetic waves of microwave (extreme microwave, 10cm ~ 100cm) to the object to receive the electromagnetic wave reflected from the object, distance from the object, It is a wireless monitoring device that finds direction and altitude. Radar types can be divided into monostatic and bistatic radars according to the number of antennas. Monostatic radars are the most common form of radar, with one antenna responsible for transmitting and receiving radio waves. Bistatic radar refers to a radar that uses separate transmitter and receiver antennas.
도 1은 Bistatic 레이더 시스템 기반의 무인 경계 시스템을 예시적으로 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이 Bistatic 레이더 시스템은 분리된 송수신 안테나를 통해 침입체가 없는 경우에는 송수신 링크(link)가 형성되어 신호가 전달되고, 침입체가 존재하는 경우에는 송수신 링크를 방해하므로 수신 전력이 감쇄하는 특징이 있다. 따라서 이를 이용하면 흡수체를 사용한 침입체와 같이 스텔스(stealth) 기능이 있는 경우에도 탐지가 가능하여 무인 경계 시스템에 응용되고 있다. 그런데 도 1에 도시된 Bistatic 레이더 시스템 기반의 무인 경계 시스템은 다음과 같은 문제점들로 인하여 시스템의 탐지 성능이 저하된다.1 exemplarily shows an unmanned boundary system based on a Bistatic radar system. As shown in FIG. 1, the bistatic radar system transmits and receives a signal through a separate transmit / receive antenna when there is no intruder, and transmits a signal when there is an intruder. There is a characteristic to. Therefore, it is possible to detect even a stealth function, such as an invader using an absorber, and has been applied to an unmanned boundary system. However, in the unmanned boundary system based on the Bistatic radar system shown in FIG. 1, the detection performance of the system is degraded due to the following problems.
첫째, 지상 물체의 탐지를 위해서는 송수신 안테나가 지상 가까이에 배치되어야 하는데, 이로 인해 지면에서 송수신 신호의 반사에 의한 페이딩 효과(fading effect)가 발생한다.First, in order to detect a ground object, a transmitting / receiving antenna should be disposed near the ground, which causes a fading effect due to reflection of the transmitted / received signal from the ground.
둘째, 시스템 구성 비용을 최소화하기 위해 수신 안테나로 흔히 사용되는 사각 마이크로스트립 안테나의 경우 선형 편파(linear polarization)를 이용하게 된다. 그러나 이때 송신 안테나에서 전송된 마이크로파가 탐지 물체에서 일부는 흡수되고 일부가 반사될 경우, 반사된 마이크로파는 일정량의 교차 편파(cross polarization) 성분으로 전환되기 때문에 송수신 정보를 잃어버리게 되는 문제가 있다.Second, linear polarization is used for a square microstrip antenna that is commonly used as a receiving antenna to minimize system configuration cost. However, at this time, when some of the microwaves transmitted from the transmitting antenna are absorbed by the detection object and some are reflected, the reflected microwaves are converted into a certain amount of cross polarization components, thereby losing transmission and reception information.
셋째, 수신단에서 파악된 신호 측정량은 침입체의 면적, 물질 그리고 침입 위치에 따라 정해지는데, 보다 정확한 정보 파악을 위해서는 다수의 탐지 모듈을 다양한 공간에 배치하여 많은 정보를 얻어내는 방법과 다수의 주파수를 이용하여 정보를 얻어내는 방법이 사용된다. 그러나 이와 같은 방법들은 모두 시스템 설계 비용과 제조 비용을 증가시키는 원인이 된다.Third, the signal measurement amount detected at the receiving end is determined according to the area, material, and intrusion location of the intruder. For more accurate information, a plurality of detection modules are placed in various spaces to obtain a lot of information and a plurality of frequencies. The method of obtaining information using is used. However, these methods all contribute to increased system design and manufacturing costs.
상술한 바와 같은 Bistatic 레이더 시스템을 이용한 무인 경계 시스템의 탐지 성능을 저하시키는 문제점들은 다이버시티(diversity)를 적용하는 경우에 해결 될 수 있다. 예컨대, 상술한 바와 같은 문제점들은 주파수 다이버시티(frequency diversity), 공간 다이버시티(space diversity) 및 편파 다이버시티(polarization diversity)를 적용하는 경우에 해결될 수 있다. 그러나 일반적으로 상기한 바와 같은 주파수 다이버시티, 공간 다이버시티 및 편파 다이버시티를 적용할 때마다 필요한 안테나의 개수와 시스템 비용이 증가하는 문제가 있다.Problems that degrade detection performance of an unmanned boundary system using a Bistatic radar system as described above may be solved when diversity is applied. For example, the above-described problems can be solved when frequency diversity, space diversity and polarization diversity are applied. In general, however, there is a problem in that the number of antennas required and the system cost increase each time frequency diversity, spatial diversity, and polarization diversity are applied.
따라서 가능한 적은 개수의 안테나와 이에 따른 소요 면적을 최소화하여 다이버시티를 적용할 수 있는 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a technology capable of applying diversity by minimizing a small number of antennas and the required area.
본 발명은 가능한 적은 개수의 안테나로 다이버시티가 적용된 마이크로파 탐지 안테나를 제공하기 위한 것이다.The present invention is directed to providing a microwave detection antenna with diversity applied to as few antennas as possible.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로파 탐지 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상면에 직사각형 형상으로 형성되어 너비 방향으로 제1출력신호를 탐지하고, 길이 방향으로 제3출력신호를 탐지하는 제1마이크로스트립 안테나; 및 상기 유전체 기판의 상면에 직사각형 형상으로 형성되어 너비 방향으로 제2출력신호를 탐지하고, 길이 방향으로 제4출력신호를 탐지하는 제2마이크로스트립 안테나를 포함한다.Microwave detection antenna of the present invention for achieving the above object, a dielectric substrate; A first microstrip antenna formed on a top surface of the dielectric substrate to detect a first output signal in a width direction and a third output signal in a length direction; And a second microstrip antenna formed on the top surface of the dielectric substrate to detect the second output signal in the width direction and the fourth output signal in the longitudinal direction.
이때 상기 제1출력신호 및 제2출력신호의 작동 주파수는 각각 상기 제1마이크로스트립 안테나 및 제2마이크로스트립 안테나의 너비의 크기에 따라 결정되고, 상기 제3출력신호 및 제4출력신호의 작동 주파수는 각각 상기 제1마이크로스트립 안테나 및 제2마이크로스트립 안테나의 길이의 크기에 따라 결정되며, 상기 제1출력신호와 제4출력신호 및 제2출력신호와 제3출력신호는 각각 상이한 작동 주파수에 따른 주파수 다이버시티 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.In this case, an operating frequency of the first output signal and the second output signal is determined according to the width of the first microstrip antenna and the second microstrip antenna, respectively, and the operating frequencies of the third output signal and the fourth output signal. Is determined according to the magnitudes of the lengths of the first microstrip antenna and the second microstrip antenna, respectively, and the first output signal, the fourth output signal, and the second output signal and the third output signal respectively correspond to different operating frequencies. It is characterized by having a frequency diversity characteristic.
또한 상기 제1마이크로스트립 안테나와 상기 제2마이크로스트립 안테나는 상기 유전체 기판의 상면에 서로 수직하게 배치되고, 상기 제1출력신호와 제2출력신호 및 제3출력신호와 제4출력신호는 각각 직교한 선형 편파에 따른 편파 다이버시 티 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the first microstrip antenna and the second microstrip antenna are disposed perpendicular to each other on an upper surface of the dielectric substrate, and the first output signal, the second output signal, the third output signal, and the fourth output signal are orthogonal to each other. It is characterized by having a polarization diversity characteristic according to one linear polarization.
한편, 상기 제1마이크로스트립 안테나와 상기 제2마이크로스트립 안테나는 페이딩 상관이 적은 일정 간격을 가지고 상기 유전체 기판의 상면에 배치되고, 상기 제1출력신호와 제2출력신호 및 제3출력신호와 제4출력신호는 각각 상기 미리 정해진 간격에 따른 공간 다이버시티 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the first microstrip antenna and the second microstrip antenna are disposed on the upper surface of the dielectric substrate at regular intervals with little fading correlation, and the first and second output signals and the third and third output signals Each of the four output signals has a spatial diversity characteristic according to the predetermined interval.
이상의 구성을 통한 본 발명의 마이크로파 탐지 안테나에 따르면, 2개의 사각 마이크로스트립 안테나를 사용하여 편파 다이버시티, 공간 다이버시티 및 주파수 다이버시티를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 4개의 출력 신호를 탐지할 수 있으므로 제작 비용을 현저하게 절감할 수 있다.According to the microwave detection antenna of the present invention through the above configuration, it is possible to implement polarization diversity, spatial diversity and frequency diversity using two square microstrip antennas, as well as to detect four output signals, thus producing cost Can significantly reduce.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and that additional explanations of the claimed invention are provided. Reference numerals are shown in detail in preferred embodiments of the invention, examples of which are indicated in the reference figures. In any case, like reference numerals are used in the description and the drawings to refer to the same or like parts. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 다이버시티가 적용된 마이크로파 탐지 안테나를 예시적으로 보여주는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로파 탐지 안테나는 유전체 기판(100)의 상부에 직사각형 형상의 제1마이크로스트립 안테나(110) 및 제2마이크로스트립 안테나(120)가 형성된 구조이다.2 is a plan view illustrating a microwave detection antenna to which diversity is applied according to the present invention. 2, the microwave detection antenna according to the present invention has a structure in which a
제1마이크로스트립 안테나(110) 및 제2마이크로스트립 안테나(120)는 유전체 기판(100) 상에 페이딩 상관이 적은 일정 간격을 가지고 서로 수직하게 배치된다. 제1마이크로스트립 안테나(110)는 서로 다른 방향의 출력 신호 output1과 output3을 탐지하고, 제2마이크로스트립 안테나(120)는 서로 다른 방향의 출력 신호 output2와 output4를 탐지한다.The
직사각형 마이크로스트립 안테나는 선형 편파(linear polarization)를 가진다. 따라서 도 2에 표시된 4개의 출력 신호 output1 내지 output4는 모두 선형 편파를 가진다. 또한 직사각형 마이크로스트립 안테나의 주파수는 패치 면의 길이에 따라 결정된다. 따라서 output1과 output2의 작동 주파수는 W2의 길이에 의해 결정되고 W2면과 같은 방향의 전계 편파(electric field polarization)를 가진다. 마찬가지로 output3과 output4의 작동 주파수는 W1의 길이에 의해 결정되고, W1면과 평행한 전계 편파를 가진다. 한편, 직교하는 output1, 3은 서로 편파 분리에 의한 isolation 특성을 가지게 되고, 마찬가지로 output2, 4도 isolation 특성을 가진다.Rectangular microstrip antennas have linear polarization. Therefore, all four output signals output1 to output4 shown in FIG. 2 have linear polarization. The frequency of the rectangular microstrip antenna is also determined by the length of the patch surface. Thus, the operating frequencies of outputs 1 and 2 are determined by the length of W2 and have electric field polarization in the same direction as the W2 plane. Similarly, the operating frequencies of outputs 3 and 4 are determined by the length of W1 and have electric field polarization parallel to the W1 plane. On the other hand, orthogonal outputs 1 and 3 have isolation characteristics by polarization separation from each other, and output 2 and 4 also have isolation characteristics.
이와 같은 특성에 따라 본 발명에 따른 마이크로파 탐지 안테나는 다음과 같은 3가지 형태의 다이버시티(diversity)를 구현할 수 있다.According to such a characteristic, the microwave detection antenna according to the present invention can implement three types of diversity as follows.
첫째, 두 개의 마이크로스트립 안테나(110, 120)가 거리를 두고 서로 떨어져 있기 때문에 output1과 output 2는 공간 다이버시티(space diversity) 특성을 가진 다. 마찬가지로 output3과 output 4 역시 공간 다이버시티 특성을 가진다. 이때 제1마이크로스트립 안테나(110)와 제2마이크로스트립 안테나(120) 사이의 간격(거리)을 조절함으로써 공간 다이버시티 특성 효과를 조절할 수 있다.First, since the two
둘째, 제1마이크로스트립 안테나(110)와 제2마이크로스트립 안테나(120)는 선형 편파를 가지고 또한 서로 직교하게 배치되므로 편파 다이버시티(polarization diversity) 특성을 가진다. 구체적으로, output1과 output 2는 같은 주파수 특성을 가지며 직교한 선형 편파를 사용함에 따라 편파 다이버시티에 따른 교차 편파(cross polarization)의 특성을 가진다. 마찬가지로 output3과 output 4도 같은 주파수에서 편파 다이버시티에 따른 교차 편파의 특성을 가진다.Second, since the
셋째, 제1마이크로스트립 안테나(110)와 제2마이크로스트립 안테나(120)의 면의 길이 W1, W2를 조절함으로써 작동 주파수를 다르게 조절할 수 있고 이에 따라 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 적용할 수 있다. 이를 적용하여 output1과 output 4는 같은 편파에서 다른 주파수를 갖게 되고, 마찬가지로 output2와 output 3 역시 다른 주파수 사용이 가능하다.Third, the operating frequency can be adjusted differently by adjusting the lengths W1 and W2 of the surfaces of the
이상의 본 발명의 마이크로파 탐지 안테나에 따르면, 직사각형 마이크로스트립 안테나 2개를 이용하여 3가지의 다이버시티를 모두 구현할 수 있고 이에 따라 소요 면적을 절감할 수 있어 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 보다 정확한 마이크로파 탐지가 가능하다.According to the microwave detection antenna of the present invention, it is possible to implement all three diversity by using two rectangular microstrip antennas, thereby reducing the required area, which can reduce the cost and more accurate microwave detection Is possible.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.
도 1은 종래의 바이스태틱 레이더 기반의 무인 경계 시스템을 보여주는 예시도.1 is an exemplary view showing a conventional bistatic radar based unmanned boundary system.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 탐지 안테나를 예시적으로 보여주는 평면도.2 is a plan view illustratively showing a microwave detection antenna in accordance with the present invention.
Claims (4)
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