KR101306787B1 - Reflectarray antenna comprising various patch element and its method of design - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평면형 리플렉트어레이 안테나에 관한 것으로 본 발명에 따른 리플렉트어레이 (reflectarray) 안테나는 안테나에서 반사된 전자기파가 갖는 위상의 범위를 정의하는 반사 위상 범위 중에서 일부의 범위에 해당하는 제1 위상 영역에 대한 상기 전자기파의 반사 위상을 구현하는 제1 반사부(patch element); 상기 반사 위상 범위 중에서 전체 또는 다른 일부의 범위에 해당하는 제2 위상 영역에 대한 상기 신호의 반사 위상을 구현하는 제2 반사부(patch element)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 급전 안테나와 반사부의 거리차이에 따른 위상보상을 전 범위에 대하여 가능하게 하며 복잡한 형태의 다중 공진 반사부 만을 이용하는 것에 비하여 설계 과정을 단순화 하며 이에 따라 제작 오차 발생 가능성이 줄어들어 반사 위상의 오차를 감소 시키고 이를 통해 안테나의 이득을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a planar reflector antenna, wherein a reflectarray antenna according to the present invention includes a first phase region corresponding to a part of a range of reflection phases that defines a range of phases of electromagnetic waves reflected from an antenna. A first patch element for implementing a reflection phase of the electromagnetic wave with respect to the first reflection element; And a second patch element for implementing the reflection phase of the signal with respect to the second phase region corresponding to the whole or another part of the reflection phase range. According to the present invention, the phase compensation according to the distance difference between the feeding antenna and the reflector is possible for the whole range, and the design process is simplified compared to using only the complex resonant reflector of complex shape, and thus the possibility of manufacturing error is reduced, thereby reducing the reflection phase. This reduces the error and increases the gain of the antenna.
Description
본 발명은 평면형 리플렉트어레이 안테나에 관한 것으로 상세하게는 평면형 반사판 안테나의 반사판 상에 다수의 마이크로스트립 반사부(Microstrip patch element)를 구성하여 급전 안테나와의 거리차에 따른 위상을 보상하는 리플렉트어레이 안테나 및 이의 설계 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
종래 곡면형 반사판(reflector)을 가지는 일반적인 파라볼라 안테나(parabola antenna)의 경우 반사판의 형상을 곡면형으로 구현함으로써 반사파(Reflected wave) 간의 위상 보상이 불필요 하나 평면형 반사판을 가지는 안테나의 경우 급전 안테나와의 거리차에 따른 반사판에서 반사되는 전자기파의 반사파에 대한 위상 보상이 필요하다.In the case of a conventional parabola antenna having a curved reflector, the shape of the reflector is implemented in a curved form, so that phase compensation between reflected waves is unnecessary, but in the case of an antenna having a flat reflector, the distance from the feed antenna The phase compensation is required for the reflected wave of the electromagnetic wave reflected from the reflecting plate according to the difference.
반사위상의 보상을 위하여 종래에는 반사판에 다수 부착되는 동일한 크기의 반사부(patch element)에 위상 지연선(Delay line)을 사용하여 반사위상을 지연선의 길이에 의해 조절하였으나 지연선에서의 Spurious radiation에 의해 Cross 편파 방사가 증가하고, 이로 인해 반사 위상값에 오차가 생길 수 있었다. 또한 반사부와 지연선 사이에 임피던스 부정합이 생길 경우에도 반사위상값에 오차가 생기는 문제가 발생하였다.In order to compensate for the reflection phase, the reflection phase is controlled by the length of the delay line by using a delay line in a patch element of the same size attached to a large number of reflection plates. This increases the cross polarization radiation, which may cause an error in the reflected phase value. In addition, when impedance mismatch occurs between the reflector and the delay line, an error occurs in the reflection phase value.
이와 달리 반사부의 크기를 조절하는 기술의 경우 구현 가능한 모든 반사 위상값의 범위는 기판의 유전율과 두께에 영향을 받으며, 따라서 구현할 수 있는 반사위상값의 범위가 360°보다 작아 위상 보상의 범위가 제한되는 문제가 있었다.On the other hand, in the case of the technique of adjusting the size of the reflector, the range of all possible reflection phase values is influenced by the dielectric constant and thickness of the substrate, and thus the range of phase compensation is limited because the range of the reflection phase values that can be implemented is less than 360 °. There was a problem.
그외 다층의 반사부를 적층하는 기술의 경우 제작과정에서 각 층의 반사부들 간의 정렬이 틀어질 경우, 반위상값에 오차가 생길 수 있었으며 각 층을 적층하는 과정에서 사용되는 접착제의 두께에 의해 전체 두께에 오차가 발생할 경우, 반사 위상값에 오차가 생길 수 있으며 적층과정으로 인한 높은 제작비용 및 적층과정에 의한 구조의 부피와 무게가 증가하는 문제점이 존재하였다.In the case of stacking the reflective parts of other layers, if the alignment between the reflective parts of each layer is misaligned in the manufacturing process, an error may occur in the anti-phase value, and the overall thickness is determined by the thickness of the adhesive used in the process of laminating each layer. If an error occurs in the reflection phase value, an error may occur, and there are problems of high manufacturing cost due to the lamination process and an increase in the volume and weight of the structure by the lamination process.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 위상 지연선을 사용하지 않는 단순한 사각 반사부와 상대적으로 복잡한 형상의 다중공진 반사부를 조합한 리플렉트어레이 설계 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다. 상세하게는 단순한 사각 반사부의 장점인 단순한 형태에 따른 단순한 설계 과정 및 상대적으로 천천히 변하는 반사위상에 따른 제작 오차에 덜 민감하다는 점과 다중공진 반사부의 장점인 전 범위의 반사위상을 구현할 수 있는 점을 조합하고 각각의 단점을 보완하는 리플렉트어레이 안테나 및 이의 설계 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to propose a reflection array design technique combining a simple rectangular reflector which does not use a phase delay line and a multi-resonant reflector having a relatively complicated shape. do. Specifically, it is less sensitive to manufacturing errors due to the simple design process and the relatively slow changing reflection phase, which is the advantage of the simple rectangular reflector, and the fact that it is possible to realize the full range of reflection phase, which is the advantage of the multi-resonant reflector. An object of the present invention is to propose a reflective array antenna and a design technique thereof, which are combined with each other.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나(reflectarray) 안테나는, 상기 리플렉트어레이 안테나의 반사판에서 반사된 전자기파가 갖는 위상의 범위를 정의하는 반사 위상 범위 중에서 일부의 범위에 해당하는 제1 위상 영역에 대한 상기 전자기파의 반사 위상을 구현하는 제1 반사부(patch element); 및 상기 반사 위상 범위 중에서 전체 또는 다른 일부의 범위에 해당하는 제2 위상 영역에 대한 상기 전자기파의 반사 위상을 구현하는 제2 반사부(patch element)를 포함하는 것이 바람직하다.Reflective array antenna (reflectarray) antenna according to the present embodiment for solving the above technical problem corresponds to a part of the range of the reflected phase range that defines the range of the phase of the electromagnetic wave reflected from the reflector of the reflector antenna A first reflecting element (patch element) for implementing a reflection phase of the electromagnetic wave with respect to the first phase region; And a second patch element for implementing the reflection phase of the electromagnetic wave with respect to the second phase region corresponding to the whole or another part of the reflection phase range.
상기 반사 위상 범위 중에서 전체의 범위에 해당하는 제3 위상 영역에 대한 반사 위상을 구현하는 제3 반사부(patch element)를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a third patch element for implementing a reflection phase for the third phase region corresponding to the entire range of the reflection phase range.
상기 제1 반사부는 상기 전자기파가 반사되는 상기 리플렉트어레이 안테나의 유전체 기판 상의 적어도 하나의 특정 면을 정의하는 제1 구역에 위치하고, 상기 제2 반사부는 상기 유전체 기판 상의 다른 적어도 하나의 특정 면을 정의하는 제2 구역에 위치하는 것이 바람직하다.The first reflecting portion is located in a first region defining at least one specific surface on the dielectric substrate of the reflector antenna to which the electromagnetic wave is reflected, and the second reflecting portion defines at least one other specific surface on the dielectric substrate. Preferably located in a second zone.
상기 제3 반사부는 상기 유전체 기판 상의 제1 및 제2 구역과 다른 적어도 하나의 특정면을 정의하는 제3 구역에 위치하는 것이 바람직하다.The third reflector is preferably located in a third zone defining at least one specific surface different from the first and second zones on the dielectric substrate.
상기 제1, 2 및 제3 구역은 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것이 바람직하다.Preferably, the first, second and third zones are at least one zone formed at an interruption on the dielectric substrate.
상기 제1 반사부는 상기 제1 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것이 바람직하다.The first reflector may be a reflector having a single primary structure having a predetermined width according to the first phase region.
상기 제2 반사부는 상기 제2 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이 바람직하다.Preferably, the second reflector is a ring or loop reflector having a predetermined width and thickness according to the second phase region.
상기 제3 반사부는 상기 제3 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것이 바람직하다.The third reflector may be a reflector having a secondary or N-order structure including a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width according to the third phase region. desirable.
상기 제1 내지 제3 반사부의 폭 및/또는 두께는 상기 리플렉트어레이(reflectarray) 반사판의 직경 및 급전안테나와 상기 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. The width and / or thickness of the first to third reflectors is required phase distribution to define the reflection phase distribution of the electromagnetic wave required according to the diameter of the reflectarray reflector and the distance of the feeding antenna and the reflector reflector. It is desirable to determine the required element reflection phases.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나(reflectarray) 안테나 설계 방법은, 급전 안테나의 전자기파를 반사하기 위한 상기 리플렉트어레이 반사판의 직경 및 급전안테나와 상기 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 생성하는 단계; 미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 포함한다.Reflective antenna antenna design method according to the present embodiment for solving the technical problem, the diameter of the reflecting array reflector for reflecting the electromagnetic wave of the feed antenna and the distance between the feed antenna and the reflecting array reflector Generating required element reflection phases that define the required reflection phase distribution of the electromagnetic wave according to; Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And a reflective array configuration step of determining a structure of the reflector and a position on the reflective array reflector using the reflected phase difference between the generated required phase distribution and the simulated reflected phase distribution.
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제1 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제2 구역에 제2 반사부를 구성하는 것이 바람직하다.In the reflecting array forming step, when the reflecting phase difference falls within a predetermined first range, it is preferable to configure a second reflecting unit in a second region defining a position on the reflecting array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference.
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제2 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치 를 정의하는 제3 구역에 제3 반사부를 구성하는 것이 바람직하다.In the reflecting array forming step, when the reflecting phase difference falls within a second predetermined range, it is preferable to configure a third reflecting unit in a third region defining a position on the reflecting array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference.
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 없는 경우 이에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제1 구역에 제1 반사부를 구성하는 것이 바람직하다.In the reflecting array forming step, when there is no reflection phase difference, it is preferable to configure a first reflecting unit in a first region defining a position on the reflecting array reflector corresponding thereto.
상기 제1 내지 제3 구역은 상기 신호가 반사되는 상기 리플렉트어레이 안테나의 유전체 기판 상의 적어도 하나의 특정 면을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the first to third zones include at least one specific surface on the dielectric substrate of the reflector antenna to which the signal is reflected.
상기 제1 내지 제3 구역은 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것이 바람직하다.Preferably, the first to third zones are at least one zone formed at an interruption on the dielectric substrate.
상기 제1 반사부는 상기 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것이 바람직하다.Preferably, the first reflector is a reflector having a single primary structure having the predetermined width.
상기 제2 반사부는 상기 제1 범위에 따라 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이바람직하다.The second reflector is preferably a reflector having a ring or loop structure having a predetermined width and thickness according to the first range.
상기 제3 반사부는 상기 제2 범위에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법 The third reflector may be a reflector having a secondary or N-order structure including a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width according to the second range. Reflective Array Antenna Design Method
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나는, 급전안테나의 전자기파를 반사하기 위한 리플렉트어레이(reflectarray) 안테나 반사판의 직경 및 급전안테나와 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 생성하는 단계; 미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 통하여 제작된 것이 바람직하다.Reflective antenna according to the present embodiment for solving the technical problem, the diameter of the reflector (reflectarray) antenna reflector for reflecting the electromagnetic wave of the feed antenna and the necessary distance depending on the distance between the reflecting antenna and the reflector array Generating required element reflection phases defining a reflection phase distribution of the electromagnetic waves; Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And a reflection array constructing step of determining the structure of the reflecting portion and the position on the reflecting array reflecting plate using the reflecting phase difference between the generated necessary phase distribution and the simulated reflecting phase distribution.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리플렉트어레이 안테나 설계 방법이 컴퓨터상에서 수행될 수 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는, 급전안테나의 전자기파를 반사하기 위한 리플렉트어레이(reflectarray) 반사판의 직경 및 급전안테나와 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 생성하는 단계; 미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 포함한다.The computer-readable recording medium in which the method of designing a reflector array antenna according to the present invention for solving the above technical problem may include a diameter of a reflectarray reflector for reflecting electromagnetic waves of a feeding antenna and Generating required element reflection phases defining a required reflection phase distribution of the electromagnetic wave according to a distance between a feeding antenna and a reflecting array reflector; Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And a reflective array configuration step of determining a structure of the reflector and a position on the reflective array reflector using the reflected phase difference between the generated required phase distribution and the simulated reflected phase distribution.
본 발명에 따르면, 단순한 사각 반사부와 상대적으로 복잡한 형상의 다중공진 반사부를 조합한 리플렉트어레이 안테나를 제공함으로써 급전 안테나와 반사부의 거리차이에 따른 위상보상을 전 범위에 대하여 가능하게 하며 복잡한 형태의 다중 공진 반사부 만을 이용하는 것에 비하여 설계 과정을 단순화 하며 이에 따라 제작 오차 발생 가능성이 줄어들어 반사 위상의 오차를 감소시키고 이를 통해 안테나의 이득을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, a reflection array antenna combining a simple rectangular reflector and a multi-resonant reflector having a relatively complicated shape enables phase compensation according to the distance difference between the feed antenna and the reflector over the entire range, Compared to using only multiple resonant reflectors, the design process can be simplified, thereby reducing the possibility of manufacturing error, thereby reducing the error of the reflected phase, thereby increasing the gain of the antenna.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 제3 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.
도 4a는 종래 기술에 따른 단순 사각형태의 반사부를 이용하여 리플렉트어레이 안테나를 구성한 예를 나타내는 도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 반사부를 조합하기 위하여 리플렉트어레이 안테나를 복수의 구역으로 나눈 예를 나타내는 도이다.
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따라 분할된 구역에 복수의 반사부를 배치한 리플렉트어레이 안테나를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나 및 급전 안테나의 구성을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 제작방법을 순서화하여 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 필요 위상 분포 생성 단계에서 생성된 필요 위상 분포 그래프를 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사 위상 분포 생성 단계에서 시뮬레이션된 반사 위상 분포 그래프를 나타내는 도이다.
도 9는 도7 및 도 8의 그래프 상에서 반사 위상 분포 간의 반사 위상차 그래프를 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나에서 방사되는 빔패턴의 예를 나타내는 도이다.
도 11은 제1 반사부만을 구비하는 리플렉트어레이 안테나에서 방사되는 빔패턴의 예를 나타내는 도이다.
도 12는 제3 반사부만을 구비하는 리플렉트어레이 안테나에서 방사되는 빔패턴의 예를 나타내는 도이다.
도 13은 도 10내지 도 12의 리플렉트어레이 안테나의 방사패턴을 전, 자계면에서의 결과값으로 나타내는 도이다.1A and 1B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented by the first reflection unit according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented as a second reflection unit according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented by a third reflection unit according to an embodiment of the present invention.
4A is a diagram illustrating an example in which a reflectarray antenna is configured using a simple rectangular reflector according to the related art.
4B is a diagram illustrating an example of dividing a reflective array antenna into a plurality of zones in order to combine a plurality of reflectors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4C is an exemplary diagram illustrating a reflector array antenna in which a plurality of reflectors are disposed in divided areas according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a configuration of a reflecting array antenna and a feeding antenna according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a reflective array antenna according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a necessary phase distribution graph generated in the required phase distribution generating step according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a reflection phase distribution graph simulated in the reflection phase distribution generating step according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a reflection phase difference graph between reflection phase distributions on the graphs of FIGS. 7 and 8.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a beam pattern radiated from a reflect array antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a beam pattern radiated from a reflect array antenna including only a first reflector.
12 is a diagram illustrating an example of a beam pattern radiated from a reflect array antenna including only a third reflector.
FIG. 13 is a diagram illustrating a radiation pattern of the reflector array antenna of FIGS. 10 to 12 as a result value in the front and magnetic fields.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시하므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. The following description merely illustrates the principles of the invention so that those skilled in the art can implement the principles of the invention and invent various devices that are within the spirit and scope of the invention, although not explicitly described or shown herein. It is also to be understood that all conditional terms and examples recited in this specification are, in principle, expressly intended for the purpose of enabling the inventive concept to be understood, and are not intended to be limiting as to such specifically recited embodiments and conditions .
본 명세서의 특허청구범위에 의해 정의되는 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.The invention as defined by the claims herein is defined as having any means capable of providing such a function, as the functions provided by the various enumerated means are combined and combined with the manner required by the claims. It should be understood as being equivalent.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: . In the following description, a detailed description of known technologies related to the present invention will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.1A and 1B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented by the first reflection unit according to an embodiment of the present invention.
반사판 안테나의 반사판에서 반사된 전자기파의 위상 보상은, 종래에 곡면형 반사판를 가지는 일반적인 반사판 안테나의 경우 급전 안테나와 반사판의 거리가 동일하도록 설계되어 반사되는 전자기파의 위상이 모두 동일하여 이에 따른 부가적인 위상의 보상이 불필요 하나, 평면형 반사판을 가지는 안테나의 경우 급전 안테나와의 거리차에 따라 반사판에서 반사되는 전자기파의 위상 차이가 발생함으로써 이러한 위상 차이를 상기 거리차를 고려하여 조절하는 것을 의미한다.The phase compensation of the electromagnetic wave reflected from the reflector of the reflector plate is conventionally designed such that the distance between the feed antenna and the reflector is the same in the case of a general reflector antenna having a curved reflector. Although compensation is not necessary, in the case of an antenna having a planar reflecting plate, a phase difference of electromagnetic waves reflected from the reflecting plate occurs according to a distance difference from the feeding antenna, so that the phase difference is adjusted in consideration of the distance difference.
본 실시예에서 제1 반사부는 제1 위상 영역에 대한 반사 위상을 구현한다. 도 1a를 참조하면 제1 반사부의 구조에 따른 구현 가능한 반사 위상의 범위는 180°범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 반사 위상은 반사부의 폭 Lp에 따라 -180°에서 -360°로 변한다. 따라서 제1 위상 영역은 반사판에서 반사된 신호가 갖는 반사 위상의 범위가 180°이내인 영역인 것이 바람직하다. In the present embodiment, the first reflector implements a reflection phase with respect to the first phase region. Referring to FIG. 1A, a range of a reflection phase that may be implemented according to the structure of the first reflector may be formed within a 180 ° range. The reflection phase changes from -180 ° to -360 ° depending on the width L p of the reflector. Therefore, it is preferable that the first phase region is a region in which the range of the reflection phase of the signal reflected by the reflector is within 180 degrees.
본 실시예에서 제1 반사부는 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것이 바람직하다. 도 1b를 참조하면 본 실시예에서 미리 정해진 폭이란 반사 위상에 따라 일정한 폭 Lp를 갖는 사각형 형태의 구조로서 후술하는 제2 반사부 및 제3 반사부에 비해 그 구조가 단순하여 설계가 보다 용이하며 폭에 따른 위상의 변화도가 적어 제작 오차에 덜 민감한 장점이 있다. 따라서 제1 위상 영역 이내의 반사 위상에 대하여는 제1 반사부를 통하여 위상 보상을 하는 것이 설계와 제작 용이성 및 비용 측면에서 바람직하다.In this embodiment, the first reflector is preferably a reflector of a single primary structure having a predetermined width. Referring to FIG. 1B, in the present embodiment, the predetermined width is a rectangular structure having a constant width L p according to the reflection phase, and is simpler in design than the second and third reflectors described later. It also has the advantage of being less sensitive to fabrication errors due to less phase change with width. Therefore, it is preferable to perform phase compensation for the reflected phase within the first phase region through the first reflector in terms of design, ease of manufacture, and cost.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.2A and 2B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented as a second reflection unit according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에서 제2 반사부는 제2 위상 영역에 대한 반사 위상을 구현한다. 제2 위상영역은 상술된 제1 위상영역 외의 영역을 포함하는 영역으로 전체영역을 포함할 수 있다. 보다 상세하게 제1 위상영역 외의 영역은 전체 반사 위상의 범위중 제1 위상영역 외의 영역 인 것이 바람직하다. 도 2a를 참조하면 제2 반사부의 구조에 따른 구현 가능한 반사 위상의 범위는 210°범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 반사 위상은 반사부의 폭 Lp에 따라 -210°에서 -420°로 변한다. 따라서 본 실시예에서 제2 위상 영역은 반사판에서 반사된 전자기파가 갖는 반사 위상의 범위가 210°이내인 영역인 것이 바람직하다. In the present embodiment, the second reflector implements the reflection phase with respect to the second phase region. The second phase region may include an entire region as a region including regions other than the above-described first phase region. In more detail, it is preferable that the area | region other than a 1st phase area | region is an area | region other than a 1st phase area | region of the range of all the reflection phase. Referring to FIG. 2A, it is preferable that the range of the implementable reflection phase according to the structure of the second reflector is formed within 210 °. In this embodiment, the reflection phase changes from -210 ° to -420 ° according to the width L p of the reflector. Therefore, in the present embodiment, it is preferable that the second phase region is a region in which the reflection phase of the electromagnetic wave reflected by the reflector is within 210 °.
본 실시예에서 제2 반사부는 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이 바람직하다. 도 2b를 참조하면 본 실시예에서 미리 정해진 폭 및 두께는 반사 위상에 따라 일정한 폭 Lp를 갖고 1.0mm의 두께를 가지는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이 바람직하다. 이는 전술한 제1 반사부에 비하여 복잡한 구조이나 후술하는 제3 반사부에 비해 그 구조가 단순하여 설계가 보다 용이하며 폭에 따른 위상의 변화도가 적어 제작 오차에 덜 민감한 장점이 있다. 따라서 제1 반사부로 구현 불가능한 영역 중 제2 위상 영역 이내의 반사 위상에 대하여는 제2 반사부를 통하여 위상 보상을 하는 것이 위상 보상의 범위적 측면, 설계와 제작 용이성 및 비용 측면에서 바람직하다.In this embodiment, the second reflector is preferably a reflector having a ring or loop structure having a predetermined width and thickness. Referring to FIG. 2B, it is preferable that the predetermined width and thickness in the present embodiment be a reflection portion having a ring or loop structure having a constant width L p and a thickness of 1.0 mm according to the reflection phase. Compared to the first reflecting unit described above, the structure is simpler than the third reflecting unit described later, and the structure is simpler and easier to design. Therefore, it is preferable to perform phase compensation through the second reflector for the reflected phase within the second phase region among the areas that cannot be realized by the first reflector in terms of the scope of phase compensation, ease of design and manufacturing, and cost.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 제3 반사부로 구현 가능한 반사위상 및 반사부의 구조를 나타내는 도이다.3A and 3B are diagrams illustrating structures of a reflection phase and a reflection unit that may be implemented by a third reflection unit according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에서 제3 반사부는 제3 위상 영역에 대한 반사 위상을 구현한다. 도 3a를 참조하면 제3 반사부의 구조에 따른 구현 가능한 반사 위상의 범위는 360°내에서 형성되는 것이 바람직하다. 반사 위상은 반사부의 폭 Lp에 따라 -180°에서 -540°로 변한다. 따라서 제3 위상 영역은 반사판에서 반사된 전자기파가 갖는 반사 위상의 전 범위를 포함하는 영역인 것이 바람직하다.In this embodiment, the third reflector implements the reflection phase with respect to the third phase region. Referring to FIG. 3A, the range of the implementable reflection phase according to the structure of the third reflector may be formed within 360 °. The reflection phase changes from -180 ° to -540 ° depending on the width L p of the reflector. Therefore, the third phase region is preferably an area including the entire range of the reflection phase of the electromagnetic wave reflected by the reflector.
본 실시예에서 제3 반사부는 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조의 반사부를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것이 바람직하다. 도 3b를 참조하면 본 실시예에서 미리 정해진 폭이란 반사 위상에 따라 일정한 폭 Lp를 갖는 사각형 형태의 구조에 1.0mm의 두께를 가지는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부를 포함(Loading)하는 구조인 것이 바람직하다. 본 실시예에서 제3 반사부는 2차 구조를 가지며, 이에 따라 N차 구조는 상술한 바와 같이 반사부가 N차 적층된 구조를 갖는 것을 의미한다. 제3 반사부는 전술한 제1, 2 반사부에 비하여 복잡한 구조이며 폭의 변화에 따라 그 위상의 변화가 커 제작오차에 민감한 단점 이 있으나 상술한 제1, 2 반사부에서 구현이 불가능한 위상 범위(-420°~ -540°)에 대해서도 구현이 가능하다. 따라서 제1, 2 반사부로 구현 불가능한 영역 중 제3 위상 영역 이내의 반사 위상에 대하여는 제3 반사부를 통하여 위상 보상을 하는 것이 제3 반사부 만을 이용하여 위상 보상을 구현하는 것에 비해 위상 보상의 범위적 측면, 제작 오차를 고려한 용이성 및 비용 측면에서 바람직하다.In this embodiment, the third reflector is preferably a reflector of a secondary or N-order structure including a reflector of a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width. . Referring to FIG. 3B, the predetermined width in the present embodiment includes a reflector having a ring or loop structure having a thickness of 1.0 mm in a rectangular structure having a constant width L p according to a reflection phase. It is preferable that it is a structure. In the present embodiment, the third reflector has a secondary structure, and accordingly, the N-th order structure means that the reflector has an N-layer stacked structure as described above. The third reflector has a disadvantage that the third reflector has a complicated structure compared to the first and second reflectors and is sensitive to fabrication errors due to a large change in phase according to a change in width. -420 ° to -540 °). Therefore, the phase compensation through the third reflector for the reflected phase within the third phase region among the areas impossible to be implemented by the first and second reflectors is more limited in phase compensation than the phase compensation using only the third reflector. It is preferable in terms of ease and cost in consideration of manufacturing error.
본 실시예에 따른 어레이 안테나는 상술한 제1, 2, 3 반사부를 각각의 반사부가 보상가능한 위상 범위를 고려하여 조합함으로써 단일한 구조의 반사부를 이용할 때 발생하는 전 범위의 위상 구현이 불가능한 문제 또는 제작의 어려움 및 비용의 문제를 해결할 수 있다.In the array antenna according to the present embodiment, the first, second, and third reflectors described above are combined with each reflector in consideration of the compensable phase range, thereby making it impossible to realize the full range of phases generated when using the reflector having a single structure. It can solve the difficulty of production and cost.
도 4a는 종래 기술에 따른 단순 사각형태의 반사부를 이용하여 리플렉트어레이 안테나를 구성한 예를 나타낸다. 도 4a를 참조하면, 급전 안테나와 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따른 위상차이를 보상하기 위하여 리플렉트 어레이 반사판상의 단순 사각형태의 반사부를 그 폭을 달리하여 구성하였다.4A illustrates an example in which a reflector array antenna is configured using a simple rectangular reflector according to the related art. Referring to FIG. 4A, in order to compensate for the phase difference according to the distance between the feeding antenna and the reflecting array reflector, a simple rectangular reflector on the reflecting array reflector has different widths.
이러한 경우 상술한 바와 같이 단순 사각형태의 경우 다른 복잡한 형태의 반사부구조와 비교하여 제작이 용이하다는 이점이 있으나 전범위의 반사위상의 구현이 불가능하다는 단점이 있었다. In this case, as described above, in the case of the simple rectangular shape, there is an advantage in that it is easy to manufacture compared with other complicated reflection structure, but there is a disadvantage that it is impossible to implement the reflection phase of the full range.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 반사부를 조합하기 위하여 리플렉트어레이 안테나를 복수의 구역으로 나눈 예를 나타내는 도이다. 도 4b를 참조하면 리플렉트어레이 안테나의 가장 내부의 영역과 최외곽영역은 제1 구역(150)에 해당하는 것이 바람직하다. 내부의 제1 구역(150)은 제3 구역(350)으로 둘러 싸인 형태이며, 제3 구역(350) 과 최외곽의 제1 구역(150)의 사이는 제2 구역(250)이 위치한다. 따라서 제1, 2 및 제3 구역은 상기 리플렉터 어레이 반사판을 분할한 구역 중 복수의 영역일 수 있다. 4B is a diagram illustrating an example of dividing a reflective array antenna into a plurality of zones in order to combine a plurality of reflectors according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4B, the innermost region and the outermost region of the reflector array antenna may correspond to the
또한 본 실시예에서 상기 제1, 2 및 제3 구역은 상기 리플렉트어레이 반사판의 유전체 기판 상에 위치하며, 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것이 바람직하다. 유전체 기판 상에 위치한다는 것은 리플렉트어레이 반사판의 금속 접지면이 있는 유전체의 기판에 부착되는 것을 의미하며, 불연속적으로 형성되는 것은 제1, 2 및 제3 구역이 일정한 순서에 따라 형성되는 것이 아니며 각각의 구역들은 독립하여 형성되는 것을 의미한다.In addition, in the present embodiment, the first, second and third zones are preferably located on at least one of the regions disposed on the dielectric substrate of the reflector array reflector and discontinuously formed on the dielectric substrate. Position on the dielectric substrate means that it is attached to the substrate of the dielectric with the metal ground plane of the reflector array reflector; discontinuous formation does not mean that the first, second and third zones are formed in any order Each zone is meant to be formed independently.
도 4c를 참조하면 도4c는 본 발명의 일실시예에 따라 분할된 구역에 복수의 반사부를 배치한 리플렉트어레이 안테나를 나타내는 예시도이다. 도 4c를 참조하면 도 4b의 제1 구역(150)에는 제1 반사부가 위치하며, 제2 구역(250)에는 제2 반사부가 제3 구역(350)에는 제3 반사부가 그 폭 및/또는 두께를 달리하며 위치하도록 배열된 것을 알 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 반사부는 실제 구현 가능한 정밀도를 한계로 하여 그 폭 및 두께를 설계된 것이 바람직하다. 또한 동일한 구역내에서 복수의 반사부들 각각의 형태는 수학적으로 닮은 형태일 수 있으며 또한 기하학적으로 유사한 형태일 수 있다. 본 실시예에서 기하학적으로 유사한 형태라는 것은 반사부들 간의 물리적인 크기의 차이가 소프트웨어 적으로 미리 결정된 용인 가능한 오차 범위내에서 닮은 형태를 가진다는 것을 의미한다. 나아가 각 구역내에서 복수의 반사부들이 형성하는 배열의 진행방향은 일정한 방향성을 가질 수 있다. 본 실시예에서 일정한 방향성이란 동일한 구역에 포함되는 반사부들은 리플렉트어레이 반사판 상에서의 상대적 위치에 따라 반사부들의 간격 및 크기가 규칙적으로 변화되고 것을 의미한다. 본 실시예의 제1 구역에 포함된 제1 반사부들의 배열 간격은 리플렉트어레이 반사판 상에서 외곽으로 갈수록 크기가 줄어들며 간격은 넓어지는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4C, FIG. 4C is an exemplary view illustrating a reflective array antenna in which a plurality of reflectors are disposed in divided areas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4C, the first reflector is positioned in the
본 실시예에서 제1 내지 제3 반사부의 폭 및/또는 두께는 리플렉트어레이 반사판의 직경 및 급전안테나와 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 신호의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 필요 위상 분포란 리플렉트어레이 안테나에서 방사되는 방사패턴의 이득을 고려하여 이론적으로 계산된 반사 위상의 분포를 의미한다. 필요 위상 분포는 도 5를 참조하면 급전 안테나(30)와 반사부(10)간의 거리 F 및 리플렉트어레이 반사판 (20)의 폭 D 에 따라 결정된다.In this embodiment, the width and / or thickness of the first to third reflectors is required phase distribution which defines the reflection phase distribution of the signal required according to the diameter of the reflector array reflector and the distance of the feeding antenna and the reflector reflector. It is desirable to determine the element reflection phases. In the present embodiment, the necessary phase distribution means a distribution of the reflection phase theoretically calculated in consideration of the gain of the radiation pattern radiated from the reflective array antenna. The necessary phase distribution is determined according to the distance F between the
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 설계방법을 순서화하여 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of designing a reflective array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 설계 방법은 필요 위상 분포를 생성하는 단계(S100), 반사 위상 분포를 시뮬레이션 하는 단계(S200), 리플렉트어레이 안테나를 구성하는 단계(S300)를 포함한다.Referring to FIG. 6, in the method of designing a reflective array antenna according to the present exemplary embodiment, the method may include generating a necessary phase distribution (S100), simulating a reflection phase distribution (S200), and configuring a reflective array antenna ( S300).
필요 위상 분포를 생성하는 단계(S100)는 안테나의 신호를 반사하기 위한 리플렉트어레이 반사판의 직경 및 급전안테나와 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 신호의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 생성한다. 도 5를 참조하면 필요 위상 분포는 급전 안테나(30)와 반사부(10)간의 거리 F 및 리플렉트어레이 반사판 (20)의 폭 D 에 따라 결정된다. 본 실시예에 따라 생성된 필요위상 분포는 도 7과 같다. 도 7은 반사부의 리플렉트어레이 반사판상에서의 상대적 위치에 따라 이론상 필요한 -180°에서 -540°의 반사위상 분포를 나타낸 그래프이다. Generating the required phase distribution (S100) is a necessary phase distribution that defines the required phase distribution of the signal according to the diameter of the reflector array reflector for reflecting the signal of the antenna and the distance of the feed antenna and the reflector reflector ( generate required element reflection phases. Referring to FIG. 5, the required phase distribution is determined according to the distance F between the
위상 분포를 시뮬레이션 하는 단계(S200)는 미리 정해진 구조의 반사부에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션한다. 본 실시예에서 미리 정해진 구조의 반사부는 상술된 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것이 바람직하다. 이에 따른 반사위상 분포는 도 8과 같다. 도 8은 제1 반사부로 구성된 리플렉트어레이 반사판에서 반사된 전자기파들의 위상을 반사부의 상대적 위치에 따라 나타낸 그래프이다. 본 실시예에서 제1 반사부는 180° 범위 내에서 위상의 구현이 가능하므로 이를 이용하여 반사위상 분포는 -360°에서 -540°의 위상 분포를 가진다. Simulating the phase distribution (S200) simulates the reflection phase distribution according to the reflector of the predetermined structure. In this embodiment, it is preferable that the reflector having a predetermined structure is a reflector having a single primary structure having the above-described predetermined width. Accordingly, the reflection phase distribution is as shown in FIG. 8. FIG. 8 is a graph illustrating phases of electromagnetic waves reflected by a reflective array reflector including a first reflector according to a relative position of the reflector. In this embodiment, since the first reflector can realize a phase within a 180 ° range, the reflection phase distribution has a phase distribution of -360 ° to -540 ° using the phase.
리플렉트어레이 구성 단계(S300)는 상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 결정한다. 본 실시예에 따른 리플렉트어레이 구성 단계(S300)는 필요 위상 분포를 생성하는 단계(S100)에서 생성된 필요 위상 분포와 위상 분포를 시뮬레이션 하는 단계(S220)에서 시뮬레이션 된 위상 분포의 차이를 이용하여 리플렉트어레이 반사판의 반사부의 구조 및 위치를 결정한다. 도 9를 참조하면, 도 9는 상기 생성된 필요 위상 분포와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 리플렉트어레이 반사판에서 반사부의 상대적 위치에 따라 나타낸 그래프이다. 본 실시예에서 리플렉트어레이 구성 단계(S300)는 도 9의 그래프에 따른 위상차의 정도에 따라 어떠한 구조의 반사부를 어느 위치에 배열할 것인지를 결정한다. In the reflector array forming step S300, the structure of the reflector and the position on the reflector reflector are determined using the reflected phase difference between the generated necessary phase distribution and the simulated reflection phase distribution. In the reflective array configuration step S300 according to the present exemplary embodiment, the difference between the necessary phase distribution generated in the step S100 of generating the required phase distribution and the phase distribution simulated in the step S220 of simulating the phase distribution is used. Determine the structure and position of the reflecting portion of the reflecting array reflector. Referring to FIG. 9, FIG. 9 is a graph illustrating a reflection phase difference between the generated necessary phase distribution and the simulated reflection phase distribution according to a relative position of a reflector in a reflector array reflector. In the present embodiment, the reflective array configuration step S300 determines which reflector of which structure is to be arranged at which position according to the degree of phase difference according to the graph of FIG. 9.
보다 구체적으로 리플렉트어레이 구성 단계(S300)는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제1 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 정의하는 제2 구역에 제2 반사부를 구성한다. 본 실시예에서 제1 범위는 위상차이가 30°이내의 범위인 것이 바람직하다. 제2 반사부는 상술한 바와 같이 상기 제1 범위에 따라 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이 바라직하다. 보다 상세하게 본 실시예에서 제2 반사부는 도 2b에 따른 일정한 폭 Lp를 갖고 1.0mm의 두께를 가지는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것이 바람직하다. 나아가 제2 구역은 도 9의 그래프상 위상차이가 제1 범위내의 값을 가지는 구역인 것이 바람직하다.More specifically, in the reflector array forming step S300, when the reflection phase difference falls within a predetermined first range, a second reflector is formed in a second area that defines a position on the reflection array reflector corresponding to the reflection phase difference. do. In the present embodiment, it is preferable that the first range is a range within 30 ° of phase difference. As described above, the second reflector is preferably a reflector having a ring or loop structure having a predetermined width and thickness according to the first range. In more detail, in the present embodiment, it is preferable that the second reflector is a ring or loop reflector having a constant width L p and a thickness of 1.0 mm according to FIG. 2B. Furthermore, the second zone is preferably a zone in which the phase difference on the graph of FIG. 9 has a value within the first range.
또한 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제2 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 정의하는 제3 구역에 제3 반사부를 구성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 제2 범위는 위상차이가 30°이상의 범위인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 제3 반사부는 상기 제2 범위에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것이 바람직하다. 보다 상세하게 본 실시예에서 제3 반사부는 도 3b에 따른 반사 위상에 따라 일정한 폭 Lp를 갖는 사각형 형태의 구조에 1.0mm의 두께를 가지는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부를 포함(Loading)하는 구조인 것이 바람직하다. 나아가 제3 구역은 도 9의 그래프상 위상차이가 제2 범위내의 값을 가지는 구역인 것이 바람직하다. In addition, when the reflection phase difference falls within the second predetermined range, it is preferable to configure a third reflecting unit in a third zone that defines a position on the reflection array reflector corresponding to the reflection phase difference. In the present embodiment, it is preferable that the second range is a phase difference of 30 ° or more. As described above, the third reflector is a reflection of a secondary or N-order structure that includes a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width according to the second range. It is desirable to disclaim. More specifically, in the present embodiment, the third reflector includes a reflector having a ring or loop structure having a thickness of 1.0 mm in a rectangular structure having a constant width L p according to the reflection phase according to FIG. 3B. It is preferable that it is a structure for loading. Furthermore, the third zone is preferably a zone in which the phase difference on the graph of FIG. 9 has a value within the second range.
또한 상술한 제2, 3구역 외의 영역 즉 반사 위상차가 없는 경우, 이에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 정의하는 제1 구역에는 제1 반사부를 구성하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 제1 반사부는 상기 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것이 바람직하다. 보다 상세하게 본 실시예에서 제1 반사부는 도 1b에 따른 반사 위상에 따라 일정한 폭 Lp를 갖는 사각형 형태의 구조인 것이 바람직하다.In addition, when there is no reflection phase difference in the regions other than the above-described second and third zones, it is preferable to configure the first reflecting unit in the first zone that defines the position on the reflecting array reflector. As described above, the first reflector is preferably a reflector having a single primary structure having the predetermined width. In more detail, in the present embodiment, it is preferable that the first reflector has a rectangular structure having a constant width L p according to the reflection phase according to FIG. 1B.
이상 본 실시예에서 제1, 2, 3구역은 상술한 바와 같이 리플렉트어레이 반사판의 유전체 기판 상의 적어도 하나의 특정 면을 포함하고, 또한 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것이 바람직하다.In the present embodiment, the first, second and third zones include at least one specific surface on the dielectric substrate of the reflective array reflector as described above, and at least one or more discretely formed on the dielectric substrate. It is preferable that it is a zone.
본 실시예에 따른 리플렉트어레이 안테나 제작 방법은 제2 반사부 및 제3 반사부에 비해 그 구조가 단순하여 설계가 보다 용이하며 폭에 따른 위상의 변화도가 적어 제작 오차에 덜 민감한 제1 반사부를 제1 구역에 배치하고, 다음으로 제1 반사부에 비하여 복잡한 구조이나 제3 반사부에 비해 그 구조가 단순하여 설계가 보다 용이한 제2 반사부를 제2 구역에 배치하며, 이 외의 제3 구역에 대해서는 제3 반사부를 배치함으로써 급전 안테나와 반사부의 거리차이에 따른 위상보상을 전 범위에 대하여 가능하게 하며 복잡한 형태의 다중 공진 반사부 만을 이용하는 것에 비하여 설계 과정을 단순화 하며 이에 따라 제작 오차 발생 가능성이 줄어들어 반사 위상의 오차를 감소시킨다.The reflective array antenna manufacturing method according to the present embodiment has a simpler structure than the second reflector and the third reflector, so that the design is easier, and the first reflection is less sensitive to the manufacturing error due to less phase change depending on the width. The second reflector in the first zone, and the second reflector in the second zone, which is simpler in structure than the first reflector and is simpler in structure than the first reflector, and is easier to design. By arranging the third reflector for the zone, phase compensation is possible for the entire range due to the distance difference between the feed antenna and the reflector, and the design process is simplified compared to using only the complex resonant reflector of a complex type, and thus a manufacturing error may occur. This reduces and reduces the error of the reflection phase.
이상의 본 실시예에 따른 3가지의 반사부를 조합한 리플렉트어레이 안테나에 따른 방사패턴을 동적 주파수 15GHz 에서 시뮬레이션 한 결과는 도 10과 같이 나타나며 단순 사각, 즉 본 명세서에 따른 제1 반사부만을 포함하는 리플렉트어레이 안테나를 같은 주파수에서 시뮬레이션 한 결과는 도 11, 제3 반사부만을 포함하여 시뮬레이션 한 결과는 도12와 같이 나타난다. 이에 따른 방사패턴의 전계면(E-plane) 과 자계면(H-plane)에서의 결과값은 도 13에서 나타난 그래프와 같다. 표 1을 참조하여 도 13의 결과를 설명하면 상술된 각각의 경우에 따른 이득, 전후방사비 등의 결과는 다음과 같다.The simulation result of the radiation pattern according to the reflective array antenna combining the three reflectors according to the present embodiment at a dynamic frequency of 15 GHz is shown in FIG. 10 and includes a simple quadrangle, that is, only the first reflector according to the present specification. The result of simulating the reflective array antenna at the same frequency is shown in FIG. 12 as shown in FIG. The resultant values of the radiation pattern on the electric plane (E-plane) and the magnetic field (H-plane) are as shown in FIG. Referring to Table 1 with reference to Table 1, the results of the gain, the front to back ratio and the like in each case described above are as follows.
Parameter
Parameter
(a)3가지 반사부 조합
(a) Combination of three reflectors
(b)제1 반사부
(b) a first reflecting unit
(c)제3 반사부
(c) third reflector
이득 [dBi]
Gain [dBi]
29.8
29.8
27.4
27.4
27.8
27.8
전후방사비 [dB]
Front and rear radiation ratio [dB]
22.1
22.1
19.8
19.8
20.2
20.2
부엽레벨 [dB]
Sublobe Level [dB]
E-plane
E-plane
-22.0
-22.0
-14.8
-14.8
-15.5
-15.5
H-plane
H-plane
-20.8
-20.8
-14.3
-14.3
-14.6
-14.6
반전력빔폭 [deg.]
Half-power beam width [deg.]
E-plane
E-plane
4.6
4.6
5.1
5.1
5.0
5.0
H-plane
H-plane
4.2
4.2
4.7
4.7
4.6
4.6
한편 본 발명의 리플렉트어레이 안테나 설계 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the method of designing a reflective array antenna of the present invention may be implemented by computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. Computer-readable code in a distributed fashion can be stored and executed. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily deduced by programmers skilled in the art to which the present invention belongs.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (20)
상기 리플렉트어레이 안테나의 반사판에서 반사된 전자기파가 갖는 위상의 범위를 정의하는 반사 위상 범위 중에서 일부의 범위에 해당하는 제1 위상 영역에 대한 상기 전자기파의 반사 위상을 구현하는 제1 반사부(patch element);
상기 반사 위상 범위 중에서 전체 또는 다른 일부의 범위에 해당하는 제2 위상 영역에 대한 상기 전자기파의 반사 위상을 구현하는 제2 반사부(patch element); 및
상기 반사 위상 범위 중에서 전체의 범위에 해당하는 제3 위상 영역에 대한 반사 위상을 구현하는 제3 반사부(patch element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나.In a reflectarray antenna,
A first reflector for implementing a reflection phase of the electromagnetic wave with respect to a first phase region corresponding to a part of a range of reflection phases defining a range of phases of the electromagnetic waves reflected by the reflector of the reflector antenna );
A second reflector (patch element) for implementing a reflection phase of the electromagnetic wave with respect to a second phase region corresponding to a whole or another part of the reflection phase range; And
And a third patch element for implementing a reflection phase of a third phase region corresponding to a whole range of the reflection phase range.
상기 제1 반사부는 상기 전자기파가 반사되는 상기 리플렉트어레이 안테나의 유전체 기판 상의 적어도 하나의 특정 면을 정의하는 제1 구역에 위치하고,
상기 제2 반사부는 상기 유전체 기판 상의 다른 적어도 하나의 특정 면을 정의하는 제2 구역에 위치하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 The method of claim 1,
The first reflector is located in a first region defining at least one specific surface on the dielectric substrate of the reflector antenna to which the electromagnetic wave is reflected,
And the second reflector is located in a second region defining another at least one specific surface on the dielectric substrate.
상기 제3 반사부는 상기 유전체 기판 상의 제1 및 제2 구역과 다른 적어도 하나의 특정면을 정의하는 제3 구역에 위치하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나The method of claim 3, wherein
And the third reflector is located in a third zone defining at least one specific surface different from the first and second zones on the dielectric substrate.
상기 제1, 2 및 제3 구역은 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나5. The method of claim 4,
The first, second and third zones are reflective array antennas, characterized in that at least one zone is formed discontinuously on the dielectric substrate.
상기 제1 반사부는 상기 제1 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나The method of claim 5, wherein
And the first reflector is a reflector having a single primary structure having a predetermined width according to the first phase region.
상기 제2 반사부는 상기 제2 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나The method of claim 5, wherein
And the second reflector is a reflector having a ring or loop structure having a predetermined width and thickness according to the second phase region.
상기 제3 반사부는 상기 제3 위상 영역에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 The method of claim 5, wherein
The third reflector may be a reflector of a secondary or N-order structure including a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width according to the third phase region. Reflective array antenna
상기 제1 내지 제3 반사부의 폭 및/또는 두께는 상기 리플렉트어레이(reflectarray) 반사판의 직경 및 급전안테나와 상기 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The width and / or thickness of the first to third reflectors is required phase distribution to define the reflection phase distribution of the electromagnetic wave required according to the diameter of the reflectarray reflector and the distance of the feeding antenna and the reflector reflector. (reflected array antenna) characterized in that determined by taking into account (required element reflection phases)
급전 안테나의 전자기파를 반사하기 위한 리플렉트어레이 반사판의 직경 및 급전안테나와 상기 리플렉트어레이 반사판의 거리에 따라 필요한 상기 전자기파의 반사 위상 분포를 정의하는 필요 위상 분포(required element reflection phases)를 생성하는 단계;
미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및
상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 포함하고,
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제1 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제2 구역에 제2 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제2 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제3 구역에 제3 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 없는 경우 이에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제1 구역에 제1 반사부를 구성하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법. In a reflectarray antenna design method,
Generating required element reflection phases that define the required reflection phase distribution of the electromagnetic waves according to the diameter of the reflecting array reflector for reflecting the electromagnetic waves of the feeding antenna and the distance of the feeding antenna and the reflecting array reflector ;
Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And
A reflection array configuration step of determining a structure of the reflection portion and a position on the reflection array reflector using the reflection phase difference between the generated required phase distribution and the simulated reflection phase distribution,
In the reflecting array forming step, when the reflecting phase difference falls within a predetermined first range, a second reflecting unit is configured in a second region defining a position on the reflecting array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting phase difference Is within a predetermined second range, a third reflector is formed in a third region defining a position on the reflector array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting array corresponding to the reflecting array when there is no reflecting phase difference A method for designing a reflector antenna, comprising forming a first reflector in a first zone defining a position on a reflector.
상기 제1 내지 제3 구역은 신호가 반사되는 상기 리플렉트어레이 안테나의 유전체 기판 상의 적어도 하나의 특정 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법 11. The method of claim 10,
And said first to third zones comprise at least one specific surface on a dielectric substrate of said reflector antenna to which a signal is reflected.
상기 제1 내지 제3 구역은 상기 유전체 기판상에서 불연속적(abrupt)으로 적어도 하나 이상 형성되는 구역인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법15. The method of claim 14,
And the first to third zones are at least one zone formed on the dielectric substrate in an interrupted manner.
상기 제1 반사부는 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법The method of claim 15,
And the first reflector is a reflector having a single primary structure having a predetermined width.
상기 제2 반사부는 상기 제1 범위에 따라 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링(ring) 또는 고리(loop)구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법 The method of claim 15,
And the second reflector is a reflector having a ring or loop structure having a predetermined width and thickness according to the first range.
상기 제3 반사부는 상기 제2 범위에 따라 미리 정해진 폭을 갖는 단일한 1차적 구조에 미리 정해진 폭 및 두께를 갖는 링 또는 고리구조를 포함(loading)하는 2차 또는 N차 구조의 반사부인 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나 설계 방법 The method of claim 15,
The third reflector may be a reflector having a secondary or N-order structure including a ring or ring structure having a predetermined width and thickness in a single primary structure having a predetermined width according to the second range. Reflective Array Antenna Design Method
미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및
상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 통하여 제작된 리플렉트어레이 안테나로서,
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제1 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제2 구역에 제2 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제2 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제3 구역에 제3 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 없는 경우 이에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제1 구역에 제1 반사부를 구성하는 것을 특징으로 하는 리플렉트어레이 안테나.The required element reflection phases are defined to define the required reflection phase distribution of the electromagnetic waves depending on the diameter of the reflector array antenna reflector and the distance of the feed antenna and reflector reflector to reflect the electromagnetic waves of the feed antenna. Generating;
Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And
A reflector array fabricated through a reflector array step of determining a structure of the reflector and a position on the reflector reflector using a reflectance phase difference between the generated required phase distribution and the simulated reflector phase distribution.
In the reflecting array forming step, when the reflecting phase difference falls within a predetermined first range, a second reflecting unit is configured in a second region defining a position on the reflecting array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting phase difference Is within a predetermined second range, a third reflector is formed in a third region defining a position on the reflector array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting array corresponding to the reflecting array when there is no reflecting phase difference A reflector array comprising a first reflector in a first zone defining a position on a reflector.
미리 정해진 구조의 반사부를 이용한 상기 리플렉트어레이 반사판에 따른 반사 위상 분포를 시뮬레이션하는 단계; 및
상기 생성된 필요 위상 분포 와 상기 시뮬레이션된 반사 위상 분포 간의 반사 위상차를 이용하여 상기 반사부의 구조 및 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 결정하는 리플렉트어레이 구성 단계를 컴퓨터 상에서 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체로서,
상기 리플렉트어레이 구성 단계는 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제1 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제2 구역에 제2 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 미리 결정된 제2 범위 내에 해당하는 경우 상기 반사 위상차에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제3 구역에 제3 반사부를 구성하고, 상기 반사 위상차가 없는 경우 이에 대응되는 상기 리플렉트어레이 반사판 상의 위치를 정의하는 제1 구역에 제1 반사부를 구성하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
Create required element reflection phases that define the required reflection phase distribution of the electromagnetic waves, depending on the diameter of the reflectarray reflector to reflect the electromagnetic waves of the feed antenna and the distance between the feed antenna and the reflectar reflector. Making;
Simulating a reflection phase distribution according to the reflectarray reflector using a reflector having a predetermined structure; And
A computer program having stored thereon a program for performing a reflect array configuration step of determining a structure of the reflector and a position on the reflect array reflector using the reflected phase difference between the generated necessary phase distribution and the simulated reflect phase distribution. As a possible recording medium,
In the reflecting array forming step, when the reflecting phase difference falls within a predetermined first range, a second reflecting unit is configured in a second region defining a position on the reflecting array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting phase difference Is within a predetermined second range, a third reflector is formed in a third region defining a position on the reflector array reflecting plate corresponding to the reflecting phase difference, and the reflecting array corresponding to the reflecting array when there is no reflecting phase difference And a first reflecting portion in a first zone defining a position on the reflecting plate.
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