KR101803208B1 - Beamfoaming anttena using single radiator multi port - Google Patents
Beamfoaming anttena using single radiator multi port Download PDFInfo
- Publication number
- KR101803208B1 KR101803208B1 KR1020160135875A KR20160135875A KR101803208B1 KR 101803208 B1 KR101803208 B1 KR 101803208B1 KR 1020160135875 A KR1020160135875 A KR 1020160135875A KR 20160135875 A KR20160135875 A KR 20160135875A KR 101803208 B1 KR101803208 B1 KR 101803208B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- beam steering
- radiating element
- denotes
- antenna
- steering antenna
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2658—Phased-array fed focussing structure
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 단일 방사체 다중 급전을 이용한 빔조향 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔조향 안테나를 소형화함과 동시에 개선된 빔조향 성능을 제공하기 위한 단일 방사체 다중 급전을 이용한 빔조향 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a beam steering antenna using a single emitter multi-feed, and more particularly, to a beam steering antenna using a single emitter multi-feed for miniaturizing a beam steering antenna while providing improved beam steering performance.
최근 급속히 진화하는 무선통신은 기존의 군사 시스템 등의 용도를 넘어, 휴대 단말 시스템, 헬스 케어 시스템 등 매우 다양한 분야에서 일상 생활과 밀접해 지고 있다. 이와 같이, 무선통신을 이용하는 분야가 넓어짐에 따라 시스템 간의 전파 간섭의 문제가 발생함으로 인해 모노폴 안테와 같이 전 방향으로 전파를 송출하는 안테나보다 특정 방향으로 전파를 송수신하는 빔조향 안테나에 대한 관심이 높아지고 있다. Recently, rapidly evolving wireless communication is becoming more and more common in everyday life in a wide variety of fields such as a mobile terminal system and a healthcare system, beyond the use of conventional military systems and the like. As the field of using wireless communication becomes wider, there arises a problem of radio wave interference between systems. Therefore, there is a growing interest in a beam steering antenna that transmits and receives radio waves in a specific direction, such as a monopole antenna, have.
일반적으로, 빔조향 안테나는 원하는 방향으로 안테나 방사 패턴의 주 로브 방향을 변화시켜야 하는데, 복수개의 소재를 일정한 규칙에 따라 배열하는 배열 안테나(array antenna)가 주로 이용된다. Generally, the beam steering antenna needs to change the main lobe direction of the antenna radiation pattern in a desired direction. An array antenna that arranges a plurality of materials according to a certain rule is mainly used.
구체적으로 배열 안테나는 전자기파를 방사하는 다수의 방사 소자를 유전체 위에 배열하고, 각각의 방사 소자에 전력을 공급함으로써 방사 패턴을 조절하여 원하는 방향으로 전파를 송수신한다. 이러한 배열 안테나는 원하는 방향으로 전파를 송수신하는 능력, 즉 지향성(directivity)이 좋아야 한다. 배열 안테나에서 지향성을 높이기 위해 다양한 방법이 연구되고 있으나, 일반적으로 배열된 방사 소자의 수가 많을수록 지향성이 좋아지며, 적을수록 방향의 모호성이 증가한다. Specifically, the array antenna arranges a plurality of radiating elements that emit electromagnetic waves on a dielectric, and supplies power to each radiating element to adjust the radiation pattern to transmit and receive radio waves in a desired direction. Such an array antenna should have good directivity, i.e., ability to transmit and receive radio waves in a desired direction. Various methods have been studied to increase the directivity in array antennas, but in general, the greater the number of arrayed radiating elements, the better the directivity and the less directional ambiguity increases.
그러나 최근 무선 통신 시스템들은 시스템을 구성하는 장치의 구성이 소형화됨에 따라 이에 장착하기 위한 안테나 역시 소형화 되어가고 있으며, 지향성을 높이기 위해 많은 수의 방사 소자를 이용하는 배열 안테나는 소형화에 한계가 있다.However, in recent wireless communication systems, as the configuration of the system constituting the system is miniaturized, the antenna for mounting the antenna is becoming smaller, and the array antenna using a large number of radiating elements is limited in miniaturization in order to improve the directivity.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2015-0125897호(2015.11.10. 공개)에 개시되어 있다.The technology underlying the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0125897 (published on October 10, 2015).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 빔조향 안테나를 소형화함과 동시에 개선된 빔조향 성능을 제공하기 위한 단일 방사체 다중 급전을 이용한 빔조향 안테나를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a beam steering antenna using a single emitter multi-feed for miniaturizing a beam steering antenna and providing improved beam steering performance.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 빔조향 안테나는 소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판, 상기 유전체 기판 상부면에 형성되며, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립 방사 소자, 그리고 상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심으로부터 기 설정된 거리에 형성되며, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수의 급전 포트를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a beam steering antenna comprising: a dielectric substrate having a predetermined relative dielectric constant; a microstrip radiating element formed on a top surface of the dielectric substrate and radiating an electromagnetic wave; And a plurality of feed ports formed at a predetermined distance from the center of the strip radiating element and transmitting power received from the power source to the microstrip radiating element.
상기 마이크로스트립 방사 소자는, n개의 꼭지점을 포함하는 다각형의 패치 형상으로 형성되고, 상기 복수의 급전 포트는, 상기 n개로 형성될 수 있다.The microstrip radiating element may be formed in a polygonal patch shape including n vertices, and the plurality of feed ports may be formed of n.
상기 마이크로스트립 방사 소자는, 원형의 패치 형상으로 형성되고, 상기 급전 포트는, 복수 개로 형성될 수 있다. The microstrip radiating element may be formed in a circular patch shape, and the feed ports may be formed in plural numbers.
상기 마이크로스트립 방사 소자는, 상기 복수의 급전 포트 각각에 대응하여 전자기파를 방사하는 복수개의 방사 개구면을 포함하고, 상기 복수개의 방사 개구면에서 방사되는 전자기파의 위상차에 따라 상기 빔조향 안테나의 어레이 팩터가 결정될 수 있다. Wherein the microstrip radiating element includes a plurality of radiating opening surfaces radiating electromagnetic waves corresponding to each of the plurality of feed ports, and wherein the array factor of the beam steering antenna is determined according to a phase difference of electromagnetic waves radiated from the plurality of radiating opening surfaces Can be determined.
상기 위상차는, 상기 기 설정된 거리 또는 상기 비유전율이 증가함에 따라 커질 수 있다. The phase difference may increase as the predetermined distance or the relative dielectric constant increases.
상기 위상차(βn)는, 아래의 수학식을 의해 연산될 수 있다. The phase difference? N can be calculated by the following equation.
여기서, n은 상기 급전 포트의 인덱스 번호를 의미하고, k0는 자유공간에서 방사되는 전자기파의 파수를 의미하고, d는 상기 기 설정된 거리를 의미하고, εr은 유전체 기판의 비유전율을 의미하고, θ는 3차원 좌표계의 고각을 의미하고, φ는 상기 3차원 좌표계의 방위각을 의미하고, φn은 상기 3차원 좌표계에서 n번째 안테나 급전 포트의 방위각을 의미한다. Here, n denotes an index number of the feed port, k 0 denotes a wavenumber of electromagnetic waves radiated in free space, d denotes the predetermined distance, 竜r denotes a relative dielectric constant of the dielectric substrate ,? denotes an elevation angle of the three-dimensional coordinate system,? denotes an azimuth angle of the three-dimensional coordinate system, and? n denotes an azimuth angle of the nth antenna feeding port in the three-dimensional coordinate system.
상기 빔조향 안테나의 어레이 팩터(AF)는, 아래의 수학식에 의해 연산될 수 있다. The array factor AF of the beam steering antenna can be calculated by the following equation.
여기서, N은 상기 급전 포트의 개수를 의미하고, k는 매질의 특성이 반영된 전자기파의 파수를 의미하고, 
상기 복수의 급전 포트는, 각각의 급전 포트별로 서로 다른 진폭 및 위상을 가지는 전력을 급전받아 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송할 수 있다.The plurality of feed ports may receive power having different amplitudes and phases for each feed port and transmit the power to the microstrip radiating element.
이와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 적응적 빔조향을 위한 배열 안테나와 동일한 방사 소자를 사용하더라도 빔조향 성능이 개선시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 하나의 방사 소자만을 사용함으로써 빔조향 안테나의 크기를 소형화시킬 수 있으므로, 빔조향 기술을 요구하는 다양한 분야에서 활용이 가능하다. As described above, according to the present invention, there is an advantage that the beam steering performance can be improved even if the same radiating element as the conventional array antenna for adaptive beam steering is used. In addition, since the size of the beam steering antenna can be reduced by using only one radiating element, it can be utilized in various fields requiring a beam steering technique.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 배면도 및 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비유전율을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 비유전율에 따른 방사패턴 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 방사 패턴 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 방향 탐지 성능을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 항재밍(anti-jamming) 성능을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 채널 용량 및 패턴 상관계수를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a shape of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a rear view and a side view of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a phase difference according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a relative dielectric constant according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a radiation pattern according to a relative dielectric constant of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a result of a radiation pattern simulation of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a direction detection performance of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an anti-jamming performance of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating channel capacities and pattern correlation coefficients of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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 so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
우선, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 형상에 대해 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 형상을 나타낸 도면이다. First, the shape of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a view showing a shape of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 유전체 기판(110), 마이크로스트립 방사 소자(120) 및 급전 포트(130)를 포함한다. 1, a
먼저, 유전체 기판(110)은 접지면(미도시) 위에 형성되며, 소정의 비유전율을 가진다. 여기서, 비유전율은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 크기나 방사 패턴 방향성을 고려하여 당업자에 의해 설계변경이 가능하다. 유전체 기판(110)의 비유전율에 대해서는 하기에서 상세히 설명하도록 한다. First, the
다음으로, 마이크로스트립 방사 소자(120)는 유전체 기판(110) 상부면에 형성되며, 전자기파를 방사한다. 이때, 종래 빔조향 안테나(100)는 복수개의 마이크로스트립 방사 소자를 복수개 배열하는 배열 안테나의 형태로 형성되나, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 유전체 기판(110) 상부면에 마이크로스트립 방사 소자(120)가 하나만 형성된다. Next, the microstrip
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 방사 소자(120)는 사각형의 패치 형상으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, n개의 꼭지점을 포함하는 다각형의 패치 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로스트립 방사 소자(120)는 3개의 꼭지점을 포함하는 삼각형의 패치나 5개의 꼭지점을 포함하는 오각형의 패치로도 형성될 수 있다. 또한, 마이크로스트립 방사 소자(120)는 원형의 패치 형상으로도 형성될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 1, the microstrip
다음으로, 급전 포트(130)는 마이크로스트립 방사 소자(120)의 중심으로부터 기 설정된 거리에 형성된다. 이때, 기 설정된 거리는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 크기나 방사 패턴 방향성을 고려하여 당업자에 의해 설계변경이 가능하다. 기 설정된 거리에 대해서는 하기에서 상세히 설명하도록 한다. Next, the
그리고, 급전 포트(130)는 마이크로스트립 방사 소자(120) 내에 복수개로 형성된다. 구체적으로, 마이크로스트립 방사 소자(120)가 n개의 꼭지점을 포함하는 n각형의 패치 형상으로 형성되면, 급전 포트(130)는 n개 형성된다. 예를 들어, 마이크로스트립 방사 소자(120)가 사각형의 패치 형상으로 형성될 경우, 급전 포트(130)는 마이크로스트립 방사 소자(120) 내에 4개 형성된다. 한편, 마이크로스트립 방사 소자(120)가 원형의 패치 형상으로 형성된 경우, 급전 포트(130)는 복수개로 형성된다. In addition, a plurality of
한편, 급전 포트(130)는 전력원으로부터 급전받은 전력을 마이크로스트립 방사 소자(120)로 전송한다. 구체적으로, 복수개의 급전 포트(130)는 각각 서로 다른 진폭 및 위상을 가지는 전력을 급전받아 마이크로스트립 방사 소자(120)로 전송할 수 있다. 이때, 각각의 포트에 급전되는 전력의 진폭 및 위상은 마이크로스트립 방사 소자(120)가 방사하는 전자기파의 크기 등을 고려하여 당업자에 의해 설계변경이 가능하다. The
이하에서는 도 2 내지 도 4를 통해 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 각 구성에 대해 구체적으로 살펴본다. 도 2 내지 도 4는 마이크로스트립 방사 소자(120)가 사각형의 패치 형상으로 형성되었다고 가정한다. Hereinafter, each configuration of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 배면도 및 측면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상차를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비유전율을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a rear view and a side view of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view for explaining a phase difference according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining a relative dielectric constant according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 특정 방향으로 전자기파를 방사하므로, 빔조향 안테나(100)의 사용 목적에 따른 어레이 팩터(array factor)를 고려하여 빔조향 안테나(100)를 구성하는 각 구성 요소(110 내지 130)의 특성(예를 들어, 비유전율 등)이 결정된다. Since the
본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 도 2에 나타난 바와 같이 유전체 기판(110)위에 하나의 마이크로스트립 방사 소자(120)가 형성되고, 마이크로스트립 방사 소자(120)에 전력을 급전하는 복수개의 급전 포트(130)로 구성된다. The
이때, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 각각의 급전 포트(130)에 대응하여 마이크로스트립 방사 소자(120)가 전자기파를 방사하도록 한다. In this case, the
예를 들어, 도 2에서와 같이 4개의 급전 포트(port 1 내지 4, 131 내지 134)가 형성된 경우, 제1 급전 포트(131)에 급전된 전력에 의해 마이크로스트립 방사 소자(120)가 방사하는 전자기파의 원역장 패턴과 제2 급전 포트(130)에 급전된 전력에 의해 마이크로스트립 방사 소자(120)가 방사하는 전자기파의 원역장 패턴(far-filed pattern)이 서로 다르다. For example, when four feed ports (
도 2에서는 4개의 급전 포트(130)가 존재하므로, 4개의 급전 포트(130)에 급전된 전력에 의해 마이크로스트립 방사 소자(120)가 방사하는 전자기파의 원역장 패턴(즉, 빔조향 안테나(100)의 전체 원역장 패턴)은 각각의 급전 포트(130)에 급전된 전력에 의해 마이크로스트립 방사 소자(120)가 방사하는 전자기파의 원역장 패턴(각각의 급전 포트(130)에 따른 빔조향 안테나(100)의 원역장 패턴)들의 합으로 나타난다. 2, since there are four
따라서, 빔조향 안테나(100)의 원역장 패턴은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. Therefore, the source-field pattern of the
여기서, Et θ는 빔조향 안테나의 원역장 패턴을 의미하고, E1 θ 내지 EN θ은 각각의 급전 포트에 따른 빔조향 안테나의 원역장 패턴을 의미한다. Here, E t ? Denotes a source field pattern of the beam steering antenna, and E 1 ? To E N ? Denotes a source field pattern of the beam steering antenna according to each feed port.
한편, 마이크로스트립 방사 소자(120)는 각각의 급전 포트(130)에 대응하여 전자기파를 방사하는 방사 개구면(radiating slot)과 전자기파를 방사하지 않는 비방사 개구면(non-radiating slot)을 포함한다. The
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 사각형의 패치 형상으로 형성된 마이크로스트립 방사 소자(120)의 경우를 가정한다. 이때, 사각형의 패치 형상으로 형성된 마이크로스트립 방사 소자(120)는, 특정 급전 포트(130)의 급전으로 인해, 도 3에서와 같이, 두 개의 방사 개구면(121, 122)과 두 개의 비방사 개구면(123, 124)을 가질 수 있다. 그리고, 두 개의 방사 개구면(121, 122)에서 방사되는 전자기파에 따라 특정 급전 포트(130)의 급전에 따른 빔조향 안테나(100)의 원역장 패턴이 결정된다. For example, as shown in Fig. 3, a case of a
각각의 급전 포트(130)에 대응하는 빔조향 안테나(100)의 원역장 패턴(En θ)은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. The source field pattern (E n ? ) Of the
여기서, k0는 자유공간에서 방사되는 전자기파의 파수를 의미하고, h는 유전체 기판의 두께를 의미하고, W는 마이크로스트립 방사 소자의 폭을 의미하고, E0는 신호원에서 생성되는 전계 강도를 의미하고, k는 매질의 특성이 반영된 전자기파의 파수를 의미하고, r은 신호원으로부터 원거리장까지의 거리를 의미하고, φ는 3차원 좌표계의 방위각을 의미하고, φn은 n번째 안테나 급전 포트의 방위각을 의미하고, 
그리고, 수학식 2의 방사 개구면의 어레이 팩터는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. The array factor of the radiation opening surface of Equation (2) can be expressed by Equation (3) below.
여기서, βn은 방사 개구면 사이의 위상차를 의미한다. Here, β n means a phase difference between the radiation opening surfaces.
즉, 수학식 3에서 나타난 바와 같이, 각각의 급전 포트(130)에 대응하는 빔조향 안테나(100)의 어레이 팩터는 방사 개구면 사이의 위상차에 따라 달라지게 되는데, 결국 위상차에 따라 빔조향 안테나(100)의 방사 패턴의 기울어짐, 즉 방향성이 결정되며, 위상차가 0이면 방향성이 발생하지 않는다. That is, as shown in Equation (3), the array factor of the
한편, 위상차는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. On the other hand, the phase difference can be expressed by Equation (4) below.
여기서, n은 급전 포트의 인덱스 번호를 의미하고, k0는 자유공간에서 방사되는 전자기파의 파수를 의미하고, d는 마이크로스트립 방사 소자의 중심으로부터 급전 포트까지의 거리(기 설정된 거리)를 의미하고, εr은 유전체 기판의 비유전율을 의미하고, θ는 3차원 좌표계의 고각을 의미하고, φ는 3차원 좌표계의 방위각을 의미하고, φn은 3차원 좌표계에서 n번째 안테나 급전 포트의 방위각을 의미한다. Here, n denotes the index number of the feed port, k 0 denotes the number of waves of electromagnetic waves radiated in free space, and d denotes the distance (predetermined distance) from the center of the microstrip radiating element to the feed port ,? r denotes the relative dielectric constant of the dielectric substrate,? denotes the elevation angle of the three-dimensional coordinate system,? denotes the azimuth angle of the three-dimensional coordinate system, and? n denotes the azimuth angle of the nth antenna feeding port in the three- it means.
수학식 4에서 알 수 있듯이, 위상차는 기 설정된 거리 및 유전체 기판(110)의 비유전율에 좌우된다. 구체적으로, 빔조향 안테나(100) 방사 패턴은 기 설정된 거리가 클수록 커지고 비유전율이 클수록 작아진다. As can be seen from the equation (4), the phase difference depends on the predetermined distance and the relative dielectric constant of the
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 성능이 동일하다고 가정하는 경우, 비유전율이 커짐에 따라 마이크로스트립 방사 소자(120)의 크기가 비유전율의 제곱근에 반비례하여 작아지므로, 당업자가 비유전율을 조절함으로써 빔조향 안테나(100)의 소형화가 가능하다. 4, assuming that the performance of the
수학식 4에 나타낸 위상차를 이용하여 복수의 급전 포트(130)에 대응하는 빔조향 안테나(100)의 어레이 팩터(AF)를 나타내면 아래의 수학식 5와 같이 나타난다. The array factor AF of the
여기서, N은 급전 포트의 개수를 의미하고, k는 매질의 특성이 반영된 전자기파의 파수를 의미하고, 
상기의 설명과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 사용 목적에 따라 급전 포트(130)의 위치 및 유전체 기판(110)의 유전율을 변경하여 제작이 가능하다.As described above, the
이하에서는 도 5 내지 도 9를 통해 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 시뮬레이션 결과에 대해 살펴보도록 한다. Hereinafter, simulation results of the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 비유전율에 따른 방사패턴 결과를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)는 비유전율이 4.5인 유전체 기판(110)(FR4)에 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 5의 (b)는 비유전율 10.3인 유전체 기판(110)(CER10)에 대한 시뮬레이션 결과이다. E-plane은 전계 벡터와 최대 방사 방향으로 구성된 평면인 전계 평면을 의미하고, H-plane은 자계 벡터와 최대 방사 방향으로 구성된 평면인 자계 평면을 의미한다. 그리고 theory는 이론값을 의미하고, MoM은 FEKO EM 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 결과값을 의미한다. 5 is a view showing a radiation pattern according to a relative dielectric constant of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. 5A is a simulation result of the dielectric substrate 110 (FR4) having a dielectric constant of 4.5 and FIG. 5B is a simulation result of the dielectric substrate 110 (CER10) having a dielectric constant of 10.3 . The E-plane means the electric field plane and the electric field plane in the maximum radiation direction, and the H-plane means the magnetic field plane and the magnetic field plane in the maximum radiation direction. And the theory means the theoretical value, and MoM means the simulation result value using the FEKO EM simulator.
각 그래프의 좌측 상단에 나타난 바와 같이, 비유전율이 증가할 경우, 위상차가 작아지므로 특정 방향(-40도 내지 -60도)으로의 기울어짐 현상이 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, 이론값과 시뮬레이션 결과값이 매우 유사하게 나타남을 확인할 수 있다. As shown in the upper left corner of each graph, when the relative dielectric constant increases, the phase difference becomes smaller, so that the tilting phenomenon in a specific direction (-40 degrees to -60 degrees) is reduced. In addition, it can be seen that the theoretical value and the simulation result are very similar.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 방사 패턴 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 6의 (a)는 시뮬레이션에 따른 빔조향 안테나(100)의 방사 패턴을 나타내고, 도 6의 (b)는 측정값에 따른 빔조향 안테나(100)의 방사 패턴을 나타낸다. FIG. 6 is a diagram illustrating a result of a radiation pattern simulation of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. 6 (a) shows the radiation pattern of the
두 방사 패턴 모두, 0도 및 180도 근처에서 널(null)을 형성하고 있음을 확인할 수 있으며, 전체적인 방사 패턴 역시 매우 유사한 분포를 보임을 알 수 있다. It can be seen that both radiation patterns form a null near 0 and 180 degrees, and the overall radiation pattern also shows a very similar distribution.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 방향 탐지 성능을 나타낸 도면이다. 도 7의 (a)는 방사 소자의 개구면 크기에 따른 방향 탐지 오차를 나타내며, (b)는 방사 소자의 개구면 크기에 따른 방향 탐지 모호성을 나타낸다. SRMP는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)를 의미하며, MRMP는 종래 배열 안테나를 이용한 빔조향 안테나(100)를 의미하며, Mea.는 측정값을 의미한다. 도 7에서 MRMP는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)의 방사 소자와 동일한 방사 소자 4개를 배열한 배열 안테나이다. 7 is a diagram illustrating a direction detection performance of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. 7 (a) shows the direction detection error according to the opening surface size of the radiating element, and (b) shows the direction detection ambiguity according to the opening surface size of the radiating element. SRMP denotes a
도 7의 (a)에서 알 수 있듯이, 동일한 크기의 방사 소자인 경우 종래의 배열 안테나에 비해 이론값, 시뮬레이션 결과값 및 측정값 모두 방향 탐지 오차가 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 도 7의 (b)에 나타난 바와 같이, 이론값의 경우 개구면의 크기가 작을 때 상승하는 경향이 있으나, 시뮬레이션 결과값이나 측정값 모두 종래 배열 안테나와 유사한 성능을 보여준다. As can be seen from FIG. 7 (a), in the case of a radiating element of the same size, the directional detection error is lower in both the theoretical value, the simulation result, and the measured value than the conventional array antenna. Also, as shown in FIG. 7 (b), the theoretical value tends to increase when the size of the opening surface is small, but both the simulation result and the measured value show similar performance to the conventional array antenna.
도 7에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나(100)는 1개의 방사 소자만을 포함하므로, 비교 대상인 종래 배열 안테나에 비해 크기가 1/4로 소형화될뿐만 아니라, 성능 또는 높게 유지됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, since the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 항재밍(anti-jamming) 성능을 나타낸 도면이다. (a)는 방사 소자의 개구면의 크기에 따른 패턴 널의 깊이(depth)를 나타내고, (b)는 방사 소자의 개구면의 크기에 따른 패턴 널의 넓이(width)를 나타낸다. 8 is a diagram illustrating an anti-jamming performance of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. (a) shows the depth of the pattern board according to the size of the opening surface of the radiating element, and (b) shows the width of the pattern board according to the size of the opening surface of the radiating element.
도 8에 나타난 바와 같이, 동일한 개구면의 크기에서 종래 배열 안테나에 비해 패턴 널의 깊이 및 넓이가 개선됨을 알 수 있으며, 항재밍 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 8, it can be seen that the depth and width of the pattern null are improved compared to the conventional array antenna in the same opening size, and the anti-jamming performance is improved.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 안테나의 채널 용량 및 패턴 상관계수를 나타낸 도면이다. 종래 배열 안테나에 비해 채널 용량 및 패턴 상관계수가 크게 개선되어 있음을 알 수 잇다. 9 is a diagram illustrating channel capacities and pattern correlation coefficients of a beam steering antenna according to an embodiment of the present invention. It can be seen that the channel capacity and the pattern correlation coefficient are significantly improved as compared with the conventional array antenna.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 적응적 빔조향을 위한 배열 안테나와 동일한 방사 소자를 사용하더라도 빔조향 성능이 개선시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 하나의 방사 소자만을 사용함으로써 빔조향 안테나(100)의 크기를 소형화시킬 수 있으므로, 빔조향 기술을 요구하는 다양한 분야에서 활용이 가능하다. According to the embodiment of the present invention, there is an advantage that beam steering performance can be improved even when the same radiating element as the conventional array antenna for adaptive beam steering is used. In addition, since the size of the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100 : 빔조향 안테나 110 : 유전체 기판
120 : 마이크로스트립 방사 소자 121, 122 : 방사 개구면
123, 124 : 비방사 개구면 130 : 급전 포트
131 : 제1 급전 포트 132 : 제2 급전 포트
133 : 제3 급전 포트 134 : 제4 급전 포트100: beam steering antenna 110: dielectric substrate
120: Microstrip radiating
123, 124: non-radiating opening surface 130: feed port
131: first feed port 132: second feed port
133: third feed port 134: fourth feed port
Claims (8)
상기 유전체 기판 상부면에 형성되며, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립 방사 소자, 그리고
상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심으로부터 기 설정된 거리에 형성되며, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수의 급전 포트를 포함하며,
상기 마이크로스트립 방사 소자는,
상기 복수의 급전 포트 각각에 대응하여 전자기파를 방사하는 복수개의 방사 개구면을 포함하고, 상기 복수개의 방사 개구면에서 방사되는 전자기파의 위상차에 따라 빔조향 안테나의 어레이 팩터가 결정되고,
상기 위상차(βn)는,
아래의 수학식을 의해 연산되는 빔조향 안테나:
여기서, n은 상기 급전 포트의 인덱스 번호를 의미하고, k0는 자유공간에서 방사되는 전자기파의 파수를 의미하고, d는 상기 기 설정된 거리를 의미하고, εr은 유전체 기판의 비유전율을 의미하고, θ는 3차원 좌표계의 고각을 의미하고, φ는 상기 3차원 좌표계의 방위각을 의미하고, φn은 상기 3차원 좌표계에서 n번째 안테나 급전 포트의 방위각을 의미한다. A dielectric substrate having a predetermined relative dielectric constant,
A microstrip radiating element formed on the upper surface of the dielectric substrate and radiating electromagnetic waves,
And a plurality of feed ports formed at a predetermined distance from the center of the microstrip radiating element and transmitting power received from the power source to the microstrip radiating element,
The microstrip radiating element comprises:
And an array factor of the beam steering antenna is determined according to a phase difference of electromagnetic waves radiated from the plurality of radiation opening surfaces,
The phase difference (beta n )
A beam steering antenna calculated by the following equation:
Here, n denotes an index number of the feed port, k 0 denotes a wavenumber of electromagnetic waves radiated in free space, d denotes the predetermined distance, 竜r denotes a relative dielectric constant of the dielectric substrate ,? denotes an elevation angle of the three-dimensional coordinate system,? denotes an azimuth angle of the three-dimensional coordinate system, and? n denotes an azimuth angle of the nth antenna feeding port in the three-dimensional coordinate system.
상기 마이크로스트립 방사 소자는,
n개의 꼭지점을 포함하는 다각형의 패치 형상으로 형성되고,
상기 복수의 급전 포트는,
상기 n개로 형성되는 빔조향 안테나. The method according to claim 1,
The microstrip radiating element comprises:
is formed into a polygonal patch shape including n vertices,
Wherein the plurality of feed ports
And the n-th beam steering antenna.
상기 마이크로스트립 방사 소자는,
원형의 패치 형상으로 형성되고,
상기 급전 포트는,
복수 개로 형성되는 빔조향 안테나. The method according to claim 1,
The microstrip radiating element comprises:
And is formed in a circular patch shape,
The feed port
A plurality of beam steering antennas.
상기 위상차는,
상기 기 설정된 거리 또는 상기 비유전율이 증가함에 따라 커지는 빔조향 안테나. The method according to claim 1,
The phase difference
And increases as the predetermined distance or the relative dielectric constant increases.
상기 빔조향 안테나의 어레이 팩터(AF)는,
아래의 수학식에 의해 연산되는 빔조향 안테나:
여기서, N은 상기 급전 포트의 개수를 의미하고, k는 매질의 특성이 반영된 전자기파의 파수를 의미하고,
The beam steering antenna array factor (AF)
A beam steering antenna calculated by the following equation:
Here, N means the number of the feed ports, k means the number of waves of the electromagnetic wave in which the characteristics of the medium are reflected,
상기 복수의 급전 포트는,
각각의 급전 포트별로 서로 다른 진폭 및 위상을 가지는 전력을 급전받아 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 빔조향 안테나. The method according to claim 1,
Wherein the plurality of feed ports
Wherein a power having different amplitudes and phases for each feed port is fed to the microstrip radiating element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160135875A KR101803208B1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Beamfoaming anttena using single radiator multi port |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160135875A KR101803208B1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Beamfoaming anttena using single radiator multi port |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101803208B1 true KR101803208B1 (en) | 2017-12-28 |
Family
ID=60939845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160135875A KR101803208B1 (en) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | Beamfoaming anttena using single radiator multi port |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101803208B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190098529A (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 삼성전자주식회사 | Antenna using multi-feeding and electronic device including the same |
| KR102114632B1 (en) | 2019-03-26 | 2020-05-25 | 홍익대학교 산학협력단 | Apparatus of beam steering and multibeam high gain antenna using rearrangement of source |
| KR102427872B1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-07-29 | 연세대학교 산학협력단 | Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same |
| US11769951B2 (en) | 2020-09-11 | 2023-09-26 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Antenna apparatus and electric device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5003318A (en) | 1986-11-24 | 1991-03-26 | Mcdonnell Douglas Corporation | Dual frequency microstrip patch antenna with capacitively coupled feed pins |
| US5515057A (en) | 1994-09-06 | 1996-05-07 | Trimble Navigation Limited | GPS receiver with N-point symmetrical feed double-frequency patch antenna |
| US6252553B1 (en) | 2000-01-05 | 2001-06-26 | The Mitre Corporation | Multi-mode patch antenna system and method of forming and steering a spatial null |
| JP2003338709A (en) | 2002-03-11 | 2003-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Antenna device |
| JP2003347824A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-05 | Toshiba Corp | Array antenna device and radio communication device using the same |
| US20060007044A1 (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-12 | Crouch David D | Multiple-port patch antenna |
| US20140198014A1 (en) | 2013-01-15 | 2014-07-17 | Tyco Electronics Corporation | Patch Antenna |
-
2016
- 2016-10-19 KR KR1020160135875A patent/KR101803208B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5003318A (en) | 1986-11-24 | 1991-03-26 | Mcdonnell Douglas Corporation | Dual frequency microstrip patch antenna with capacitively coupled feed pins |
| US5515057A (en) | 1994-09-06 | 1996-05-07 | Trimble Navigation Limited | GPS receiver with N-point symmetrical feed double-frequency patch antenna |
| US6252553B1 (en) | 2000-01-05 | 2001-06-26 | The Mitre Corporation | Multi-mode patch antenna system and method of forming and steering a spatial null |
| JP2003338709A (en) | 2002-03-11 | 2003-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Antenna device |
| JP2003347824A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-05 | Toshiba Corp | Array antenna device and radio communication device using the same |
| US20060007044A1 (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-12 | Crouch David D | Multiple-port patch antenna |
| US20140198014A1 (en) | 2013-01-15 | 2014-07-17 | Tyco Electronics Corporation | Patch Antenna |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190098529A (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 삼성전자주식회사 | Antenna using multi-feeding and electronic device including the same |
| WO2019160346A1 (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 삼성전자 주식회사 | Antenna using multi-feeding and electronic device including same |
| CN111727530A (en) * | 2018-02-14 | 2020-09-29 | 三星电子株式会社 | Antenna using multi-feed and electronic device including the same |
| US11431109B2 (en) | 2018-02-14 | 2022-08-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Antenna using multi-feeding and electronic device including same |
| KR102482071B1 (en) * | 2018-02-14 | 2022-12-28 | 삼성전자주식회사 | Antenna using multi-feeding and electronic device including the same |
| CN111727530B (en) * | 2018-02-14 | 2024-03-22 | 三星电子株式会社 | Antenna using multiple feeds and electronic device comprising same |
| KR102114632B1 (en) | 2019-03-26 | 2020-05-25 | 홍익대학교 산학협력단 | Apparatus of beam steering and multibeam high gain antenna using rearrangement of source |
| US11769951B2 (en) | 2020-09-11 | 2023-09-26 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Antenna apparatus and electric device |
| KR102427872B1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-07-29 | 연세대학교 산학협력단 | Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7298333B2 (en) | Patch antenna element and application thereof in a phased array antenna | |
| US7369098B2 (en) | Compact multi-tiered plate antenna arrays | |
| US20140266953A1 (en) | Antenna having split directors and antenna array comprising same | |
| KR101803208B1 (en) | Beamfoaming anttena using single radiator multi port | |
| EP2908380A1 (en) | Wideband dual-polarized patch antenna array and methods useful in conjunction therewith | |
| US9716309B1 (en) | Multifunctional, multi-beam circular BAVA array | |
| CA2915707C (en) | Augmented e-plane taper techniques in variable inclination continuous transverse stub antenna arrays | |
| US10374321B2 (en) | Antenna device including parabolic-hyperbolic reflector | |
| SG193102A1 (en) | Ultra-wide-band low-profile sinuous slot antenna array | |
| JP4159140B2 (en) | Wide bandwidth antenna array | |
| JP2022543045A (en) | Communication system based on gradient index lens | |
| GB2563834A (en) | Wideband antenna array | |
| US10892562B1 (en) | Multi-beam Yagi-based MIMO antenna system | |
| CN107968264B (en) | Polygonal loop antenna, communication device, and antenna manufacturing method | |
| KR101768802B1 (en) | Microstrip antenna | |
| US11189939B2 (en) | Dual-polarized wide-bandwidth antenna | |
| GB2598442A (en) | Directional antenna, base station and method of manufacture | |
| RU2695934C1 (en) | Mimo antenna array with wide viewing angle | |
| US20180241132A1 (en) | Radar lens antenna arrays and methods | |
| US9859622B2 (en) | Array antenna | |
| KR102645541B1 (en) | Antenna apparatus for suppressing multipath signals | |
| CN114287085B (en) | Beam diversity for smart antennas without passive components | |
| Kaur | Electronically Steerable planer Phased Array Antenna | |
| Degiorgi et al. | A sectorial Fabry-Perot antenna for radar application | |
| Lim et al. | Design of an Array Antenna Consisting of Three Dual Antenna Sets with a Narrow Array Distance for Interference Mitigation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| R401 | Registration of restoration |