KR101735782B1 - Array antenna - Google Patents
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Abstract
복수의 방사 소자와, 복수의 방사 소자를 연결하는 급전선을 포함하는 적어도 하나의 방사부, 그리고 적어도 하나의 방사부로 급전부로부터 제공된 전력을 제1 비율로 분배하는 전력 분배부
를 포함하는 배열 안테나.
At least one radiation part including a plurality of radiation elements, a radiation line connecting the plurality of radiation elements, and a power distribution part for distributing power supplied from the radiation part to the at least one radiation part at a first ratio
≪ / RTI >
Description
본 발명은 방사 소자가 직렬로 배열된 배열 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to an array antenna in which radiating elements are arranged in series.
인쇄형(printed) 마이크로스트립(micro strip) 형태의 패치 배열 안테나(patch array antenna)는 24GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역용 레이더 감지기에 주로 사용되고 있다. 이때, 안테나의 이득(gain)을 높여야 하거나, 또는 부엽 레벨(side lobe level, SLL)을 낮출 필요가 있는 등 안테나의 특별한 특성을 위해서, 체비쇼프(chebyshev), 바이노미얼(binomial), 테일러(taylor) 등 복잡한 구조가 배열 안테나에 적용될 필요가 있는데, 이때, 각 방사소자에 대한 급전을 위해 복잡한 급전 회로가 필요하다. 복잡한 급전 회로를 가진 배열 안테나의 설계 및 성능 최적화에는 긴 시간이 소요되는 단점이 있다.A patch array antenna in the form of a printed microstrip is often used in radar detectors for the 24GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) bands. At this time, for the special characteristics of the antenna, such as increasing the gain of the antenna or lowering the side lobe level (SLL), it is necessary to use a chebyshev, a binomial, a Taylor taylor) are required to be applied to the array antenna. In this case, a complicated power feeding circuit is required for feeding each radiating element. The design and performance optimization of an array antenna with a complex power supply circuit takes a long time.
24GHz 대역용 패치 배열 안테나는 설계의 복잡성으로 인한 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전류의 크기 및 위상이 각 패치로 균일하게 입력되도록 설계되고 있다. 하지만 패치로 입력되는 전류의 크기 및 위상이 균일한 배열 안테나는 높은 부엽 레벨 특성을 보이고 있으며, 이로 인해 감지 영역이 매우 불균일하다. 또한, 레이더 감지기의 감지 영역이 매우 좁은 경우, 배열 안테나에서 생성되는 빔의 부엽 레벨이 높아서 레이더 알고리즘만으로 좁고 균일한 폭의 빔을 생성하기 어렵다.In order to solve the above problems due to the complexity of the design, the patch array antenna for the 24 GHz band is designed such that the magnitude and phase of the current are uniformly input to each patch. However, the array antenna with the uniform magnitude and phase of the current input by the patch shows a high sidelobe level characteristic, and therefore, the detection region is very uneven. In addition, when the detection area of the radar detector is very narrow, it is difficult to generate a narrow and uniformly wide beam only by the radar algorithm because the level of the sub-lobe of the beam generated by the array antenna is high.
고이득 및 낮은 부엽 레벨 특성을 갖는 배열 안테나가 제공된다.An array antenna with high gain and low sidelobe level characteristics is provided.
한 실시예에 따르면, 복수의 방사 소자와, 복수의 방사 소자를 연결하는 급전선을 포함하는 적어도 하나의 방사부, 그리고 적어도 하나의 방사부로, 급전부로부터 제공된 전력을 제1 비율로 분배하는 전력 분배부를 포함하는 배열 안테나가 제공된다. According to one embodiment, there is provided a power distribution system comprising: a plurality of radiating elements; at least one radiating element including a power feeding line connecting the plurality of radiating elements; and at least one radiating element, An array antenna is provided.
상기 배열 안테나에서 제1 비율은, 복수의 방사 소자가 배열된 방향에 대해 직각 방향인 제1 방향의 부엽 레벨과 관련된 배열 함수를 바탕으로 결정될 수 있다.The first ratio in the array antenna may be determined based on an array function related to a side lobe level in a first direction perpendicular to the direction in which the plurality of radiating elements are arranged.
상기 배열 안테나에서, 복수의 방사 소자 중 방사부의 중앙에 위치한 제1 방사 소자의 컨덕턴스는 복수의 방사 소자 중 방사부의 가장자리에 위치한 적어도 하나의 제2 방사 소자의 컨덕턴스보다 클 수 있다.In the array antenna, the conductance of the first radiating element located at the center of the radiating element among the plurality of radiating elements may be larger than the conductance of the at least one second radiating element located at the edge of the radiating element among the plurality of radiating elements.
상기 배열 안테나에서 복수의 방사 소자의 컨덕턴스는, 제1 방사 소자에서 적어도 하나의 제2 방사 소자로 향하는 제2 방향으로 제2 비율로 감소할 수 있다.The conductance of the plurality of radiating elements in the array antenna may decrease at a second rate in a second direction from the first radiating element to the at least one second radiating element.
상기 배열 안테나에서 제2 비율은, 제2 방향의 부엽 레벨과 관련된 배열 함수를 바탕으로 결정된 비율일 수 있다.The second ratio in the array antenna may be a ratio determined based on an array function associated with the side lobe level in the second direction.
상기 배열 안테나에서 배열 함수는, 체비쇼프(chebyshev) 배열 함수일 수 있다.The array function in the array antenna may be a chebyshev array function.
상기 배열 안테나에서 복수의 방사 소자의 크기는, 제1 방사 소자에서 적어도 하나의 제2 방사 소자로 향하는 제2 방향으로 제2 비율로 감소할 수 있다.The size of the plurality of radiating elements in the array antenna may decrease at a second rate in a second direction from the first radiating element to the at least one second radiating element.
상기 배열 안테나에서 제2 비율은, 배열 안테나의 배열 인수 함수 및 제2 방향의 부엽 레벨과 관련된 배열 함수를 바탕으로 결정된 급전 계수의 비율일 수 있다.The second ratio in the array antenna may be a ratio of the feed factor determined based on the array function of the array antennas and the array function related to the side lobe level in the second direction.
상기 배열 안테나에서 급전 계수는, 배열 인수 함수 및 배열 함수의 계수 비교를 통해 결정된 계수일 수 있다.The feeding coefficient in the array antenna may be a coefficient determined through comparison of the coefficient of array function and array function.
상기 배열 안테나는, 적어도 하나의 방사부가 패치 형태로 인쇄된 유전체 기판을 더 포함할 수 있다.The array antenna may further include a dielectric substrate on which at least one radiating part is printed in the form of a patch.
상기 배열 안테나에서 급전선은, 복수의 방사 소자로 입력되는 전류의 위상을 제어할 수 있다.In the array antenna, the feeder line can control the phase of the current input to the plurality of radiating elements.
상기 배열 안테나에서 급전선은, 복수의 방사 소자를 직렬로 연결할 수 있다.In the array antenna, the feed line may connect a plurality of radiating elements in series.
상기 배열 안테나에서 전력 분배부는, 급전부에 대하여 적어도 하나의 방사부의 임피던스를 정합시킬 수 있다.The power divider in the array antenna can match the impedance of at least one radiating part with respect to the feeding part.
상기 배열 안테나에서 전력 분배부는, 적어도 하나의 방사부로, 제1 비율로 분배된 전력을 제공하는 적어도 하나의 제1 전력 분배부, 그리고 적어도 하나의 제1 전력 분배부로, 급전부로부터 제공된 전력을 같은 크기로 제공하는 제2 전력 분배부를 포함할 수 있다.The power distribution unit in the array antenna includes at least one first power distribution unit that provides power distributed at a first rate to at least one radiation unit and at least one first power distribution unit that distributes power supplied from the power feeding unit to the same power distribution unit And a second power distributing unit for providing the second power distributing unit.
상기 배열 안테나에서 제1 전력 분배부의 임피던스는, 제1 비율 및 미리 결정된 임피던스 상수에 따라 결정될 수 있다. In the array antenna, the impedance of the first power divider may be determined according to a first ratio and a predetermined impedance constant.
한 실시 예에 따르면, 높은 이득과 좁은 3dB 방사각 특성(HPBW3dB=4.0˚)을 통해 빔을 날카롭게 형성하여 특정 감지 영역에 대한 집중 감시를 수행할 수 있다. 또한, 체비쇼프 배열 함수를 바탕으로 수평 방향 및 수직 방향에서 낮은 부엽 레벨(-20dB) 이하 성능을 구현함으로써 수평 및 수직 방향에 대해 균일한 감지 성능이 확보될 수 있다. 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)에서 각 방사 소자로 입력되는 전류의 위상이 조절됨으로써 전방향(boresight)으로 다양한 기울기를 갖는 빔이 형성될 수 있고, 방사 소자의 개수를 조절함으로써 빔의 폭도 제어할 수 있다. 또한, 다양한 함수를 기반으로 각 방사 소자에 대한 급전을 용이하게 할 수 있고, 인쇄형 구조이므로 대량 생산에도 이점이 있다. According to one embodiment, the beam is sharpened through a high gain and a narrow 3dB radiation characteristic (HPBW 3dB = 4.0 deg.) To perform centralized monitoring for a specific sensing area. In addition, based on the Chebyshev array function, performance equal to or less than the low side level (-20dB) in the horizontal direction and the vertical direction can be realized, thereby ensuring uniform detection performance in the horizontal and vertical directions. A beam having various slopes in boresight can be formed by adjusting the phase of a current input to each radiating element in the
도 1a은 한 실시 예에 따른 배열 안테나의 평면도를 나타낸 도면이고, 도 1b는 사시도를 나타낸 도면이다.
도 2는 한 실시 예에 따른 배열 안테나에 포함된 방사부를 나타낸 도면이다.
도 3은 한 실시 예에 따른 전력 분배부를 나타낸 도면이다.FIG. 1A is a plan view of an array antenna according to an embodiment, and FIG. 1B is a perspective view.
2 is a view illustrating a radiating part included in an array antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a power distribution unit according to an embodiment.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
도 1a은 한 실시 예에 따른 배열 안테나의 평면도를 나타낸 도면이고, 도 1b는 사시도를 나타낸 도면이다.FIG. 1A is a plan view of an array antenna according to an embodiment, and FIG. 1B is a perspective view.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)는, 방사부(110), 전력 분배부(120), 그리고 급전부(130)를 포함한다. 그리고, 배열 안테나(100)의 방사부(110), 전력 분배부(120), 그리고 급전부(130)는, 유전체 기판(200) 및 접지면(300) 위에 배열될 수 있다.1A and 1B, an
방사부(110)는, 복수의 방사 소자(111) 및 복수의 방사 소자를 직렬로 연결하는 급전선(112)을 포함하고, 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)는 방사부(110)를 복수 개 포함할 수 있다. 방사부(110)는 마이크로 스트립 형태로 인쇄될 수 있고, 이득 및 부엽 레벨 특성 등 안테나 설계에 관한 다양한 요구 사항에 맞추어 각 방사 소자(111)의 방사 컨덕턴스(radiation conductance, GR)가 조절될 수 있다. 방사부(110)의 급전선(112)은, 각 방사 소자(111)로 입력되는 전류의 위상을 조절하여 방사되는 빔의 기울기를 제어할 수 있다. 급전선(112)은, 미리 결정된 크기의 임피던스를 갖는 선로가 될 수 있으며, 한 실시 예에 따른 선로의 임피던스는 100옴(ohm)이 될 수 있다. The
전력 분배부(120)는, 제1 전력 분배부(121), 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123)를 포함한다. 전력 분배부(120)는 급전부(130)로부터 제공된 전력을 방사부(110)에 전달할 수 있다. 이때, 제1 전력 분배부(121)는 일정한 출력 전력비(예를 들어, -3dB)를 가진 균등 전력 분배기로서 동작하고, 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123)는 각 방사부(110)로 서로 다른 크기의 전력을 분배하는 비균등 전력 분배기로서 동작할 수 있다. 또한, 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123)는, 급전부(130)에 대하여 방사부(110)의 임피던스를 정합(impedance matching)시킬 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 제1 전력 분배부(121)로서 균등 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배기가 사용될 수 있고, 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123)로서 비균등 윌킨슨 전력 분배기가 사용될 수 있다.The power dividing
급전부(130)는, 전력 분배부(120)로 방사부에 제공할 전력을 전달할 수 있다. 한 실시 예에서 급전부(130)는, 트랜지션(transition) 구조를 이용하여 동축 선로 또는 코플라나 전송선(coplanar wavequide, CPW)과 같이 다양한 급전 형태로 변경될 수 있다.The
도 2는 한 실시 예에 따른 배열 안테나에 포함된 방사부를 나타낸 도면이다.2 is a view illustrating a radiating part included in an array antenna according to an embodiment of the present invention.
한 실시 예에 따른 방사부(110)에 포함된 복수의 방사 소자(111)는, y 방향으로 직렬로 배열되어 있고, 복수의 방사 소자(111) 중 중앙에 위치한 방사 소자의 크기가 가장 크고 중앙에서 양 끝으로 갈수록 방사 소자의 크기가 작아진다. 이때, 각 방사 소자(111)의 크기는 방사 컨덕턴스에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 크기가 큰 방사 소자는 크기가 작은 방사 소자에 비해 큰 방사 컨덕턴스를 가질 수 있다. 한 실시 예에 따른 배열 안테나는 유전체 기판에 프린트되는 형식으로 제작될 수 있기 때문에, 각 방사 소자는 x방향 길이(폭) 및 y방향 길이(길이)를 갖는 면으로 크기가 정의될 수 있다. 도 2를 참조하면, 한 실시 예에 따른 방사부(110)는 9개의 방사 소자(E1 내지 E9)를 포함하고 있고, 방사 소자의 개수는 한 실시 예에 따른 배열 안테나의 사용 목적에 따라 결정될 수 있다.The plurality of
한 실시 예에 따른 방사부(110)에 포함된 복수의 방사 소자(111)의 방사 컨덕턴스는, 낮은 부엽 레벨 특성을 갖는 배열 함수에 따라 결정될 수 있다. 한 실시 예에서는 방사 컨덕턴스를 결정하기 위해 y방향(수직방향) 부엽 레벨이 -20dB인 체비쇼프 배열 함수가 사용되었다. 이때, 배열 안테나(100)의 전방(+z 방향) 지향 특성을 위하여 빔이 기울어진 각도는 z축에 대하여 0도로 설계될 수 있다. The radiation conductance of the plurality of
수학식 1은 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)의 배열 인수(array factor, AF)이며, 수학식 1 및 체비쇼프 배열 함수를 통해 각 방사 소자(111)로 인가되는 전류의 크기가 계산될 수 있다.Equation 1 is an array factor (AF) of the
[수학식 1] [ Equation 1 ]
[수학식 2] & Quot; (2 ) & quot ;
수학식 1에서 i는 각 방사 소자(111)로 인가되는 전류이고, AF는 Ψ의 함수이다. 수학식 2는 Ψ를 나타낸다. 수학식 1을 전개하면 아래 수학식 3과 같이 15개항이 계산될 수 있다.In Equation 1, i is the current applied to each radiating
[수학식 3] & Quot; (3 ) & quot ;
수학식 2에서 k는 빔의 파수(k=2π/λ)이고, d는 방사 소자(111) 간의 간격으로서, 빔의 파장의 1/2로 정의될 수 있다(d=λ/2). 따라서, 각 방사 소자를 연결하는 급전선(마이크로스트립 선로)(112)의 길이는, 빔의 반파장(λ/2)으로 설계될 수 있다. 이때, 각 방사 소자로 입력되는 전류의 위상은 0˚이지만, 사용환경에 따라 요구되는 빔의 방사 각도에 따라 각 방사 소자에서 전류의 위상이 조절될 수 있다. 또한, 방사 소자의 개수, 이득 또는 빔 폭 또한 적절히 조절될 수 있다. 아래 수학식 4는 수학식 1의 전개식이 정리된 식이고, 수학식 5는 8차 체비쇼프 배열 함수이다.In Equation 2, k is the wave number of the beam (k = 2? /?) And d is the interval between the radiating
[수학식 4] & Quot; (4 ) & quot ;
[수학식 5] & Quot; (5 ) & quot ;
수학식 4 및 5에서 cos 항의 계수를 비교하면, 수학식 6을 얻을 수 있다.Comparing the coefficients of the cosine terms in equations (4) and (5), Equation (6) can be obtained.
[수학식 6] & Quot; (6 ) & quot ;
이때, 수학식 5에서 x0는, 방사 소자의 개수 M(M=2N+1, 한 실시 예에서 N=4)과 부엽 레벨에 따라 결정될 수 있는 계수 R(R=10- SLL /20, 한 실시 예에서 수직 방향에 적용된 부엽 레벨은 -20dB이므로 R=10-(-20)/20=10)에 의해 아래 수학식 7에 따라 결정될 수 있다. In this case, x 0 in Equation (5) represents a coefficient R (R = 10 - SLL / 20 , which can be determined according to the number M of radiating elements (M = 2N + 1, In the embodiment, since the side lobe level applied to the vertical direction is -20 dB, R = 10 - (- 20) / 20 = 10).
[수학식 7] & Quot; (7 ) & quot ;
수학식 6을 참조하면, 한 실시 예에서 M=9, R=10이므로 x0는 1.0708이다. 마지막으로 x0를 수학식 5에 대입하면 각 방사 소자(111)로 인가되는 전류의 크기가 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.Referring to Equation (6), in one embodiment, M = 9, R = 10, so that x 0 is 1.0708. Finally, when x 0 is substituted into Equation (5), the magnitude of the current applied to each radiating element (111) can be calculated as shown in Equation (8).
[수학식 8] & Quot; (8 ) & quot ;
수학식 8에서 i0n, i1n, i2n, i3n 및 i4n은, i0의 전류 크기를 기준으로 정규화된 전류 크기를 나타내고 있다. 이때, 한 실시 예에서, 각 방사 소자(111)에 대해 정규화된 전류 크기는, 수직 방향 급전 계수이다.In Equation 8 i 0n, 1n i, i 2n, 3n i and i 4n is, indicates the amount of current normalized relative to the current size of the i 0. Here, in one embodiment, the normalized current magnitude for each radiating
아래 표 1은 수학식 1에 정의된 배열 인수 함수를 바탕으로 계산된 한 실시 예에 따른 각 방사 소자(111)의 급전 계수와 각 방사 소자(111)의 컨덕턴스를 나타낸다. 한 실시 예에서 각 방사 소자의 급전 계수는 수학식 1의 배열 인수 함수의 cos 항에 대한 계수와 체비쇼프 배열 함수의 계수 간의 계수 비교를 통해 계산될 수 있고, 컨덕턴스는 급전 계수 a-n을 바탕으로 계산될 수 있다. 수학식 9는 방사부(110)에 포함된 모든 방사 소자의 컨덕턴스 합을 나타낸다.Table 1 below shows the feed coefficient of each radiating
[수학식 9] & Quot; (9 ) & quot ;
수학식 9에서, 총 방사 컨덕턴스(Gt)는 각 방사 소자(111)의 비례상수(constant of proportionality, K) 및 급전계수 an을 바탕으로 계산될 수 있고, 한 실시 예에서, 각 방사 소자(111)의 비례상수 및 급전 계수의 합은 1이다. 수학식 1을 통해 계산된 각 급전계수(an)를 바탕으로 비례상수를 구하면 아래 수학식 10과 같다.In Equation 9, the total radiation conductance G t can be calculated based on the constant of proportionality K of each radiating
[수학식 10] & Quot; (10 ) & quot ;
그리고, 비례상수 K(0.1784)를 이용하면 각 방사 소자(111)의 정규화된(normalized) 방사 컨덕턴스는 아래 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.Using the proportionality constant K (0.1784), the normalized radiation conductance of each radiating
[수학식 11] & Quot; (11 ) & quot ;
한 실시예에서, 각 급전선(112)의 특성 임피던스는 100[Ω]으로 결정되었고, 따라서 급전선(112)의 정규 임피던스(normalized impedence)도 100[Ω]으로 설정되었다. In one embodiment, the characteristic impedance of each
(an)Feed factor
(a n )
컨덕턴스Normalized
conductance
표 1을 참조하면, 한 실시 예에 따른 방사 소자는 배열 안테나의 이득을 높이기 위해, 폭과 길이가 최적화 되었다. Referring to Table 1, the radiating element according to one embodiment has optimized width and length to increase the gain of the array antenna.
도 3은 한 실시 예에 따른 전력 분배부를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a power distribution unit according to an embodiment.
한 실시 예에 따른 전력 분배부(120)는, 각 방사부(110)에 각각 다른 크기의 전력을 분배할 수 있다. 전력 분배부(120)의 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123)에서 방사부(110)에 분배하는 전력의 크기는 수평 방향으로 -30dB의 부엽 레벨을 갖는 체비쇼프 배열 함수를 바탕으로 계산될 수 있다. 이때 수평 방향의 부엽 레벨은 수평 방향의 감지 성능을 향상시킬 수 있는 크기로 결정될 수 있다.The
도 3을 참조하면, 전력 분배부(120)는, 제1 전력 분배부(121), 제2 전력 분배부(122) 및 제3 전력 분배부(123-1, 123-2, 123-3, 123-4)를 포함한다. 전력 분배부(120)는 급전부(130)로부터 제공된 전력을 분배하여 배열 안테나(100)의 각 방사부(110)로 전류(ix1 내지 ix8)를 인가할 수 있다.3, the
제1 전력 분배부(121)의 저항(R0)을 이용하여 일정한 전력을 출력하는 균등 전력 분배기로 동작할 수 있다. And can operate as a uniform power divider that outputs a constant power by using the resistance (R 0 ) of the
제2 전력 분배부(122)는 각 제3 전력 분배부(123-1, 123-2, 123-3, 123-4)로 서로 다른 전력을 출력할 수 있다.The
제3 전력 분배부(123-1, 123-2, 123-3, 123-4)는 각 방사부(110)로 서로 다른 크기의 전력을 분배하는 비균등 전력 분배기로서 동작할 수 있다. 이때, 제3 전력 분배부(123-1, 123-2, 123-3, 123-4)는 저항(R1 내지 R4) 및 대칭적으로 배치된 임피던스(Z1R, Z'1R, Z1L, Z'1L, Z2R, Z'2R, Z2L, Z'2L, Z3R, Z'3R, Z3L, Z'3L, Z4R, Z'4R, Z4L, Z'4L)를 포함한다. 즉, 제3 전력 분배부의 n번째 유닛(123-n)은, 저항 R-n과 임피던스 ZnR, Z'nR, ZnL 및 Z'nL를 이용하여 n번째 유닛(123-n)에 연결된 방사부(110)로 전력을 제공할 수 있다. The third power distributing units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4 may operate as unequal power distributors that distribute power of different sizes to the
수직 방향으로 배열된 각 방사 소자(111)로 인가되는 전류의 크기를 계산한 방법과 동일한 방법으로 수평 방향의 각 방사부(110)로 인가되는 전류의 크기(즉, 수평 방향 급전 계수)를 수학식 12을 이용하여 계산하면 수학식 13와 같이 수평 방향 급전 계수를 얻을 수 있다.The magnitude of the current applied to each of the
[수학식 12] & Quot; (12 ) & quot ;
[수학식 13] & Quot; (13 ) & quot ;
그리고, 수학식 8의 수직 방향 급전 계수와 수학식 13의 수평 방향 급전 계수를 이용하여 계산된, 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)에 포함된 각 방사 소자에 대한 급전 계수는 아래 표 2와 같다.The feeding coefficients for the radiating elements included in the
표 2를 참조하면, 각 방사 소자(111)의 급전 계수가 나타나 있으며, 수직 방향에 대해서는 수학식 8의 정규화된 수직 방향 급전 계수가 적용되고, 수평 방향에 대해서는 수학식 13의 수평 방향 급전 계수가 적용되었다. 예를 들어, 3열의 E1에 해당하는 방사 소자의 급전 계수 0.5194는, 3열의 E5에 해당하는 방사 소자의 급전 계수 0.8637의 0.6014배이고, 각 열의 E5에 해당하는 방사 소자 중 8열의 방사 소자의 급전 계수 0.2910은 1열의 방사 소자의 급전 계수의 0.1750/0.6014배이다. Referring to Table 2, the feed coefficient of each radiating
그리고, 제3 전력 분배부(123)는 수학식 13에 따라 수평 방향으로 서로 다른 크기의 전력을 분배하는데, 제3 전력 분배부(123)에 포함된 소자의 임피던스(ZiR, ZiL, Z'iR, Z'iL 및 R)는 아래 수학식 14를 바탕으로 계산될 수 있다. The
[수학식 14] & Quot; (14 ) & quot ;
수학식 14를 참조하면, Z0는 미리 결정된 임피던스 상수이며, k는 비균등 전력의 비율(ratio)을 나타낸다. 한 실시 예에서 Z0는 50옴으로 설정되었다. 한 실시 예에 따른 제3 전력 분배부(123)의 k 및 임피던스는 아래 표 3(첫 번째 제3 전력 분배부(123-1)의 k 및 임피던스), 표 4(두 번째 제3 전력 분배부(123-2)의 k 및 임피던스), 표 5(세 번째 제3 전력 분배부(123-3)의 k 및 임피던스) 그리고, 표 6(네 번째 제3 전력 분배부(123-4)의 k 및 임피던스)에 나타나 있다.Referring to Equation (14), Z 0 is a predetermined impedance constant, and k is a ratio of unequal power. In one embodiment, Z 0 was set to 50 ohms. The k and the impedances of the
한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)는, 높은 이득과 좁은 3dB 방사각 특성(HPBW3dB=4.0˚)을 통해 빔을 날카롭게 형성함으로써 특정 감지 영역에 대한 집중 감시를 수행할 수 있다. 또한, 한 실시 예에 따른 배열 안테나는 체비쇼프 배열 함수를 바탕으로 수평 방향 및 수직 방향에 대해 낮은 부엽 레벨(각각 -30dB 및 -20dB)을 달성함으로써 수평 및 수직 방향에 대해 균일한 감지 성능을 확보할 수 있다. 한 실시 예에 따른 배열 안테나(100)에서 각 방사 소자로 입력되는 전류의 위상가 조절됨으로써 전방향(boresight)으로 다양한 기울기를 갖는 빔이 형성될 수 있고, 방사 소자의 개수를 조절함으로써 빔의 폭도 제어할 수 있다. 또한, 다양한 함수를 기반으로 각 방사 소자에 대한 급전을 용이하게 할 수 있고, 인쇄형 구조이므로 대량 생산에도 이점이 있다. The
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
Claims (15)
급전부로부터 제공된 전력을, 상기 방사부에 의해 방사되는 빔의 수평 방향의 부엽 레벨이 -30dB가 되도록 하는 체비쇼프(Chebyshev) 배열 함수를 바탕으로 결정된 서로 다른 크기로 분배하여 상기 적어도 하나의 방사부에게 제공하는 전력 분배부
를 포함하고,
상기 수평 방향은 상기 복수의 방사 소자가 배열된 수직 방향에 대한 직각 방향이고, 상기 복수의 방사 소자의 컨덕턴스는 상기 빔의 상기 수직 방향의 부엽 레벨이 -20dB가 되도록 하는 체비쇼프 배열 함수를 바탕으로 결정된 비율에 따라 감소하는, 배열 안테나.At least one radiation part including a plurality of radiation elements, and a feeder line connecting the plurality of radiation elements, and
The power provided from the power feeder is divided into different sizes determined based on a Chebyshev array function such that the side lobe level in the horizontal direction of the beam emitted by the radiator is -30 dB, Power distributing section
Lt; / RTI >
The horizontal direction being a direction perpendicular to the vertical direction in which the plurality of radiating elements are arranged and the conductance of the plurality of radiating elements being such that the vertical level of the side of the beam is -20 dB The array antenna decreases in proportion to the determined ratio .
상기 복수의 방사 소자 중 상기 방사부의 중앙에 위치한 제1 방사 소자의 컨덕턴스가 상기 복수의 방사 소자 중 상기 방사부의 가장자리에 위치한 적어도 하나의 제2 방사 소자의 컨덕턴스보다 큰 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein a conductance of a first radiating element located at the center of the radiating element among the plurality of radiating elements is larger than a conductance of at least one second radiating element located at an edge of the radiating element among the plurality of radiating elements.
상기 복수의 방사 소자의 크기는, 상기 제1 방사 소자에서 상기 적어도 하나의 제2 방사 소자로 향하는 방향으로 제2 비율로 감소하는 배열 안테나.4. The method of claim 3,
Wherein a size of the plurality of radiating elements decreases at a second rate in a direction from the first radiating element to the at least one second radiating element.
상기 제2 비율은, 상기 배열 안테나의 배열 인수 함수 및 상기 수직 방향의 부엽 레벨과 관련된 배열 함수를 바탕으로 결정된 급전 계수의 비율인 배열 안테나.8. The method of claim 7,
Wherein the second ratio is a ratio of a feed factor determined based on an array function of the array antennas and an array function associated with the vertical sidelobe levels.
상기 급전 계수는, 상기 배열 인수 함수 및 상기 배열 함수의 계수 비교를 통해 결정된 계수인 배열 안테나.9. The method of claim 8,
Wherein the feed coefficient is a coefficient determined by comparing the coefficient of the array function and the coefficient of the array function.
상기 적어도 하나의 방사부가 패치 형태로 인쇄된 유전체 기판
을 더 포함하는 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein the at least one radiating part is printed in the form of a patch,
≪ / RTI >
상기 급전선은, 상기 복수의 방사 소자로 입력되는 전류의 위상을 제어하는 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein the feed line controls the phase of a current input to the plurality of radiating elements.
상기 급전선은, 상기 복수의 방사 소자를 직렬로 연결하는 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein the feeder wire connects the plurality of radiating elements in series.
상기 전력 분배부는, 상기 급전부에 대하여 상기 적어도 하나의 방사부의 임피던스를 정합시키는 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein the power distributing unit matches the impedance of the at least one radiating part with respect to the feeding part.
상기 전력 분배부는,
상기 적어도 하나의 방사부로, 상기 서로 다른 크기의 전력을 제공하는 적어도 하나의 제1 전력 분배부, 그리고
상기 적어도 하나의 제1 전력 분배부로, 상기 급전부로부터 제공된 전력을 같은 크기로 제공하는 제2 전력 분배부
를 포함하는 배열 안테나.The method of claim 1,
Wherein the power distributor comprises:
At least one first power distributor for providing the power of the different magnitude to the at least one radiation section, and
A second power distribution unit for providing the same power as the power provided from the power supply unit to the at least one first power distribution unit,
≪ / RTI >
상기 제1 전력 분배부의 임피던스는 상기 서로 다른 크기의 전력의 비율 및 미리 결정된 임피던스 상수에 따라 결정되는 배열 안테나.The method of claim 14,
Wherein an impedance of the first power divider is determined according to a ratio of power of the different magnitudes and a predetermined impedance constant.
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