KR102003935B1 - Apparatus and method for array antenna beamforming - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어레이 안테나 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것으로서, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시켜서, 빔 포밍 방향의 오차 범위에 따라 빔폭을 조정할 수 있다.The present invention relates to an array antenna beamforming apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for array antenna beamforming that reduce the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction increases, The beam width can be adjusted according to the error range of the beam forming direction.
Description
본 발명은 어레이 안테나 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 빔폭을 조정할 수 있는 어레이 안테나 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array antenna beam forming apparatus and method, and more particularly, to an array antenna beam forming apparatus and method capable of adjusting a beam width.
빔포밍(Beamforming) 기술은 안테나에서 전파를 원하는 때 원하는 특정 방향으로만 방사/수신되는 지향성을 갖는 전파 빔을 만드는 기술로 크게 고정형 빔 포밍과 적응형 빔 포밍 기술로 나뉠 수 있다.Beamforming technology can be divided into fixed beamforming and adaptive beamforming technology, which is a technique of making a radio beam having directivity that is emitted / received only in a specific direction desired when propagation is desired at an antenna.
고정형 빔 포밍 기술은 주로 섹터 안테나를 이용하는 기술이고, 섹터 안테나는 특정 방향 각도로부터 오는 신호에 대해서는 안테나 이득을 크게 주고, 다른 방향에서 오는 간섭신호에 대해서는 매우 작은 이득을 주도록 설계된 안테나다.The fixed beam-forming technique is mainly based on a sector antenna. The sector antenna is designed to increase the antenna gain for a signal coming from a specific direction angle and to give a very small gain for an interference signal coming from another direction.
적응형 빔 포밍 기술은, 스마트 안테나를 사용하며, 스마트 안테나는 원하는 안테나 빔 패턴을 형성해주는 배열 안테나(공간처리 능력)와 기저대역에서의 디지털 신호처리 기술(신호처리 능력)이 결합된 안테나이며 다음의 스위치 빔 어레이 안테나 (Switched Beam Array Antenna)와 적응 어레이 안테나 (Adaptive Array Antenna)로 나눌 수 있다.The adaptive beamforming technique uses a smart antenna. The smart antenna is an antenna that combines an array antenna (spatial processing capability) to form a desired antenna beam pattern and a digital signal processing technique (signal processing capability) in a baseband. And can be divided into a switched beam array antenna and an adaptive array antenna.
스위치 빔 어레이 안테나는, 미리 정해진 유한개의 안테나 빔 패턴 중에 수신전력에 따라 최고의 성능을 줄 수 있는 빔 패턴을 선택 수신하는 방식의 안테나이다.The switch beam array antenna is a type of antenna that selects and receives a beam pattern capable of giving the best performance according to the received power among a predetermined number of predetermined antenna beam patterns.
적응 어레이 안테나는, 실시간으로 조정되는 무한개의 빔 패턴을 적응적으로 이용하고, 안테나 배열에서 각 단위 요소별로 입사된 신호들을 특정 기준하에서 결합하여 다른 공간 상에 위치한 코채널(Co-channel) 사용자로부터의 간섭 신호와 원하는 신호를 분리하여 수신하는 방식의 안테나이다.The adaptive array antenna adaptively uses infinite number of beam patterns adjusted in real time, and combines the signals incident on each unit element in the antenna array under a specific reference to obtain a co-channel signal from a co- And the desired signal is separated and received.
군용 소부대 기지국 간 통신을 수행할 경우에 이러한 빔포밍 기술을 이용한 통신을 한다면, 적군의 재밍(jamming) 공격으로부터 강인한 무선 통신이 가능하다. When communication is performed between a military small base station and a base station using such a beam forming technique, robust wireless communication is possible from a jamming attack of an enemy group.
도 1은 빔포밍 통신의 개념도이다. 도 1의 군용 기지국 A와 군용 기지국 B는 특정한 방향으로 전파를 방사/수신함으로써 잼밍 공격에 강인한 무선통신을 하고 있다. 도 1의 군용 기지국 A와 군용 기지국 B는 이동식 차량 위에 설치된 기지국이다.1 is a conceptual diagram of beam forming communication. The military base station A and the military base station B shown in FIG. 1 perform radio communication robust against a jamming attack by radiating / receiving a radio wave in a specific direction. The military base station A and the military base station B of FIG. 1 are base stations installed on a mobile vehicle.
도 1에서, 군용 기지국 A로부터 군용 기지국 B로 빔포밍 통신을 수행하는 경우, 군용 기지국 A에서 군용 기지국 B로의 빔 포밍 방향을 미리 알고 있어야 하며 이러한 각도 정보는 B로부터 도달한 신호의 방향을 측정하는 방법 등으로 사전에 측정되었다고 가정한다. 그러나 추정된 빔 포밍 방향에는 오차가 존재하며 그 오차의 요인에는 측정치 오차, 안테나 방향 오차, 송신 차량의 방위각 오차 등이 있다. In FIG. 1, when the beamforming communication is performed from the military base station A to the military base station B, the beam forming direction from the military base station A to the military base station B must be known in advance, and this angle information measures the direction of the signal arriving from B It is assumed that it has been measured in advance by a method or the like. However, there is an error in the estimated beamforming direction, and the factors of the error include measurement error, antenna direction error, azimuth error of transmitted vehicle, and the like.
따라서 빔포밍 통신을 할 경우 빔 폭을 무한히 줄일 수는 없고 일정 이상의 값으로 하여야 하나, 빔폭을 너무 크게 늘인다면 빔포밍 통신의 장점이 줄어들므로, 적절한 빔폭을 선택하는 기술이 필요하다. Therefore, beamforming communication can not infinitely reduce the beam width. However, if the beam width is increased too much, the advantage of beam forming communication is reduced. Therefore, a technique for selecting an appropriate beam width is needed.
특히, 군용 기지국이 고정되어 있지 않고 이동하는 경우, 추정된 빔 포밍 방향의 오차가 일정하지 않고 계속 변하는데, 이에 대한 해결책이 필요하다.In particular, when the military base station moves without being fixed, the error of the estimated beamforming direction changes constantly, and a solution is needed.
특허문헌 1은 빔포밍 기술을 이용하여 빔폭을 조절하는 기술을 공개하고 있으나, 빔포밍 방향의 오차가 일정하지 않고 변하는 경우에 대한 해결책은 제시하고 있지 않다.
본 발명에서 해결하려고 하는 과제는, 이동하는 기지국에서 빔포밍 기술을 이용하여 통신을 하는 경우에 있어서, 추정된 빔 포밍 방향의 오차 범위를 고려하여 빔폭을 조정하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide an apparatus and method for adjusting a beam width in consideration of an error range in an estimated beam forming direction when communicating using a beam forming technique in a moving base station.
본 발명의 의한 어레이 안테나 빔포밍 장치는, 일정한 방향으로 전파를 방사 또는 수신할 수 있는 어레이 안테나 빔포밍 장치에 있어서, 다수의 안테나가 일정한 간격으로 배열된 어레이 안테나를 포함하고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.An array antenna beam forming apparatus according to the present invention is an array antenna beam forming apparatus capable of emitting or receiving a radio wave in a constant direction. The array antenna beam forming apparatus includes an array antenna in which a plurality of antennas are arranged at regular intervals, The number of operating antennas is decreased when the range increases and the number of operating antennas is increased when the error range of the beam forming direction is decreased.
상기 어레이 안테나 빔포밍 장치는 전파 수신 장치로 사용할 수 있다.The array antenna beam forming apparatus can be used as a radio wave receiving apparatus.
상기 어레이 안테나 빔포밍 장치는 전파 방사 장치로 사용할 수 있다.The array antenna beam forming apparatus can be used as a radio wave radiating apparatus.
상기 안테나 중 동작하는 안테나들은 일정한 위상차를 두면서 동작시킬 수 있다.The antennas operating among the antennas can operate with a constant phase difference.
동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우 안테나에 공급하는 전력량 또는 증폭비율을 증가시킬 수 있다.When the number of operating antennas is reduced, the amount of power supplied to the antenna or the amplification ratio can be increased.
상기 다수의 안테나는 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배열된 것일 수 있다.The plurality of antennas may be arranged at regular intervals in the horizontal and vertical directions.
다수의 안테나 중 동작하는 안테나를 선택할 때 일정한 수만큼 건너뛰어서 동작하는 안테나를 선택할 수 있다.It is possible to select an antenna that operates by skipping a predetermined number of antennas when selecting one of the plurality of antennas.
본 발명의 의한 어레이 안테나 빔포밍 방법은, 다수의 안테나가 일정한 간격으로 배열된 어레이 안테나를 이용하여 일정한 방향으로 전파를 방사 또는 수신할 수 있는 어레이 안테나 빔포밍 방법으로서, 빔 포밍 방향의 오차 범위를 추정하는 제1단계; 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시키는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An array antenna beam forming method according to the present invention is an array antenna beam forming method in which a plurality of antennas can radiate or receive radio waves in a predetermined direction using array antennas arranged at regular intervals, A first step of estimation; And a second step of reducing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction increases and increasing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction is decreased .
상기 제2단계에서 동작하는 안테나들은 일정한 위상차를 두면서 전파를 방사할 수 있다.The antennas operating in the second step can radiate radio waves with a certain phase difference.
상기 제2단계에서 동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우 안테나에 공급하는 전력량 또는 증폭비율을 증가킬 수 있다.If the number of antennas operating in the second step is reduced, the amount of power supplied to the antenna or the amplification ratio can be increased.
본 발명에 의한 어레이 안테나 빔포밍 장치 및 방법은, 이동하는 기지국에서 빔포밍 기술을 이용하여 통신을 하는 경우에 있어서, 추정된 빔 포밍 방향의 오차 범위를 고려하여 빔폭을 조정할 수 있다. The array antenna beamforming apparatus and method according to the present invention can adjust the beam width in consideration of an error range of the estimated beamforming direction when communicating with a moving base station using a beam forming technique.
도 1은 빔포밍 통신의 개념도
도 2는 1차원 어레이 안테나의 개념도
도 3은 안테나 간격 = 파장/2, n=1 일 때의 이득 그래프
도 4는 안테나 간격 = 파장/2, n=2 일 때의 이득 그래프
도 5는 안테나 간격 = 파장/2, n=3 일 때의 이득 그래프
도 6은 안테나 간격 = 파장/2, n=4 일 때의 이득 그래프
도 7은 안테나 간격 = 파장/2, n=5 일 때의 이득 그래프
도 8은 안테나 간격 = 파장/4, n=1 일 때의 이득 그래프
도 9는 안테나 간격 = 파장/4, n=2 일 때의 이득 그래프
도 10은 안테나 간격 = 파장/4, n=3 일 때의 이득 그래프
도 11은 안테나 간격 = 파장/4, n=4 일 때의 이득 그래프
도 12는 안테나 간격 = 파장/4, n=5 일 때의 이득 그래프
도 13은 안테나 간격 = 파장/8, n=1 일 때의 이득 그래프
도 14는 안테나 간격 = 파장/8, n=2 일 때의 이득 그래프
도 15는 안테나 간격 = 파장/8, n=3 일 때의 이득 그래프
도 16은 안테나 간격 = 파장/8, n=4 일 때의 이득 그래프
도 17은 안테나 간격 = 파장/8, n=5 일 때의 이득 그래프
도 18은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=1 일 때의 이득 그래프
도 19는 안테나 간격 = 파장*3/4, n=2 일 때의 이득 그래프
도 20은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=3 일 때의 이득 그래프
도 21은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=4 일 때의 이득 그래프
도 22는 안테나 간격 = 파장*3/4, n=5 일 때의 이득 그래프
도 23은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=1 일 때의 이득 그래프
도 24는 안테나 간격 = 파장*3/8, n=2 일 때의 이득 그래프
도 25는 안테나 간격 = 파장*3/8, n=3 일 때의 이득 그래프
도 26은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=4 일 때의 이득 그래프
도 27은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=5 일 때의 이득 그래프
도 28은 2차원 어레이 안테나의 개념도1 is a conceptual diagram of beam forming communication;
2 is a conceptual diagram of a one-
3 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 1
4 is a graph showing the gain when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 2
5 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 3
6 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 4
7 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 5
8 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 1
9 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 2
10 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 3
11 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 4
12 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 5
13 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 1
14 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 2
15 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 3
16 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 4
17 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 5
18 is a graph showing the gain when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 1
19 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 2
20 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 3
21 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 4
22 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 5
23 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/8 and n = 1
24 is a graph showing the gain when the antenna interval = wavelength * 3/8 and n = 2
25 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/8 and n = 3
26 shows a gain graph when the antenna interval = wavelength * 3/8 and n = 4
27 is a graph showing the gain when the antenna interval = wavelength * 3/8 and n = 5
28 is a conceptual diagram of a two-dimensional array antenna
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 의미하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1에서, 군용 기지국 A로부터 군용 기지국 B로 빔포밍 통신을 수행하는 경우, 군용 기지국 A에서 군용 기지국 B로의 빔 포밍 방향을 미리 알고 있어야 한다. 군용 기지국 A와 군용 기지국 B의 위치가 고정되어 있는 경우, 군용 기지국 A에서 군용 기지국 B로의 빔 포밍 방향은 변하지 않으므로, 빔 포밍 방향을 매우 좁게 해도 정상적인 통신이 될 수 있다.In FIG. 1, when beam forming communication is performed from the military base station A to the military base station B, the beam forming direction from the military base station A to the military base station B must be known in advance. When the positions of the military base station A and the military base station B are fixed, the beamforming direction from the military base station A to the military base station B is not changed. Therefore, even if the beam forming direction is very narrow, normal communication can be achieved.
그러나 군용 기지국 A와 군용 기지국 B의 위치가 계속해서 변화하는 경우, 안테나의 방향을 신속하게 정확한 방향으로 돌릴 수 없으므로 빔 포밍 방향의 오차 범위가 커진다. However, when the positions of the military base station A and the military base station B are continuously changed, the direction of the antenna can not be quickly turned in the correct direction, so that the error range of the beam forming direction becomes large.
예를 들어 군용 기지국 A가 설치된 차량이 급커브로 회전하는 경우, 안테나 방향을 신속하게 정확한 방향으로 돌리기 어려우므로, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 커진다. 빔 포밍 방향의 오차 범위가 커진 상태에서 빔폭을 매우 좁게 유지하면 전파의 송수신이 제대로 되지 않을 수 있다. For example, when the vehicle equipped with the military base station A is rotated by a sharp curve, it is difficult to quickly turn the antenna direction in the correct direction, so that the error range in the beam forming direction becomes large. If the beam width is kept very narrow in a state where the error range of the beam forming direction is large, the transmission and reception of the radio wave may not be performed properly.
따라서 빔 포밍 방향의 오차 범위가 커지는 경우, 빔폭을 증가시킬 필요가 있다.Therefore, when the error range of the beam forming direction becomes large, it is necessary to increase the beam width.
빔 포밍 방향의 오차 범위는 차량이 급커브로 회전하는 경우 외에 군용기지국의 위치가 빠르게 변하는 경우에도 커질 수 있는데, 상대방 군용 기지국으로부터 수신되는 전파의 크기가 갑자기 감소하는 경우도 오차 범위가 커진 것으로 추정할 수 있다.The error range of the beam forming direction can be increased even when the position of the military base station changes rapidly in addition to the case where the vehicle rotates at a sharp curve. It is assumed that the error range also increases when the size of the radio wave received from the other- can do.
본 발명은 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에 빔폭을 증가시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to increase the beam width when the error range of the beam forming direction increases.
도 2는 1차원 어레이 안테나의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a one-dimensional array antenna.
도 2의 1차원 어레이 안테나는 다수의 안테나가 일정한 간격으로 배열되어 있다. 이 다수의 안테나를 이용하면 일정한 방향으로 전파을 방사 또는 수신할 때 방향성을 갖도록 할 수 있다.In the one-dimensional array antenna of FIG. 2, a plurality of antennas are arranged at regular intervals. By using these multiple antennas, directionality can be achieved when the radio waves are radiated or received in a certain direction.
이 안테나들의 예로는, 다이폴 안테나, 패치 안테나 등이 있고, 공지의 다른 안테나들로 대체될 수 있다.Examples of these antennas include dipole antennas, patch antennas, etc., and can be replaced with other known antennas.
도 2의 1차원 어레이 안테나에서 모든 안테나를 동작시키고, 전파 수신 장치로 사용하면, 접근하는 전파의 방향에 따라 수신되는 전파의 이득비가 달라진다. When all the antennas are operated in the one-dimensional array antenna of Fig. 2 and used as a radio wave receiver, the gain ratio of the received radio waves varies depending on the direction of the approaching radio wave.
도 2의 1차원 어레이 안테나에서 모든 안테나를 동작시키고, 전파 방사 장치로 사용할 때, 방향에 따라 방사되는 전파의 이득비가 달라진다. 이때, 각 안테나마다 위상차를 두고 전파를 방사하면, 빔포밍의 방향을 변경할 수도 있다.When all of the antennas are operated in the one-dimensional array antenna of FIG. 2 and the antenna is used as a radio wave radiating device, the gain ratio of the radio wave radiated in the direction is changed. At this time, if the radio waves are radiated with a phase difference for each antenna, the direction of the beam forming can be changed.
도 3 내지 도 27은 다수의 다이폴 안테나를 세로 방향으로 배열했을 때의 이득 그래프이다.Figs. 3 to 27 are gain graphs when a plurality of dipole antennas are arranged in the longitudinal direction. Fig.
도 3은 안테나 간격 = 파장/2, n=1 일 때의 이득 그래프이고, 도 4는 안테나 간격 = 파장/2, n=2 일 때의 이득 그래프이고, 도 5는 안테나 간격 = 파장/2, n=3 일 때의 이득 그래프이고, 도 6은 안테나 간격 = 파장/2, n=4 일 때의 이득 그래프이고, 도 7은 안테나 간격 = 파장/2, n=5 일 때의 이득 그래프이다.FIG. 3 is a graph of a gain when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 1, FIG. 4 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 2, FIG. 6 is a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 4, and FIG. 7 is a gain graph when the antenna interval = wavelength / 2 and n = 5.
도 8은 안테나 간격 = 파장/4, n=1 일 때의 이득 그래프이고, 도 9는 안테나 간격 = 파장/4, n=2 일 때의 이득 그래프이고, 도 10은 안테나 간격 = 파장/4, n=3 일 때의 이득 그래프이고, 도 11은 안테나 간격 = 파장/4, n=4 일 때의 이득 그래프이고, 도 12는 안테나 간격 = 파장/4, n=5 일 때의 이득 그래프이고이다.9 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength / 4 and n = 2, FIG. 10 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength / 4, 11 is a gain graph when antenna spacing = wavelength / 4 and n = 4, and FIG. 12 is a gain graph when antenna spacing = wavelength / 4 and n = 5 .
도 13은 안테나 간격 = 파장/8, n=1 일 때의 이득 그래프이고, 도 14는 안테나 간격 = 파장/8, n=2 일 때의 이득 그래프이고, 도 15는 안테나 간격 = 파장/8, n=3 일 때의 이득 그래프이고, 도 16은 안테나 간격 = 파장/8, n=4 일 때의 이득 그래프이고, 도 17은 안테나 간격 = 파장/8, n=5 일 때의 이득 그래프이다.13 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 1, FIG. 14 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength / 8 and n = 2, 16 is a gain graph when antenna spacing = wavelength / 8 and n = 4, and FIG. 17 is a gain graph when antenna spacing = wavelength / 8 and n = 5.
도 18은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=1 일 때의 이득 그래프이고, 도 19는 안테나 간격 = 파장*3/4, n=2 일 때의 이득 그래프이고, 도 20은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=3 일 때의 이득 그래프이고, 도 21은 안테나 간격 = 파장*3/4, n=4 일 때의 이득 그래프이고, 도 22는 안테나 간격 = 파장*3/4, n=5 일 때의 이득 그래프이다.19 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 2, FIG. 20 is a graph of gain when antenna interval = wavelength * 3/4 and n = FIG. 21 is a graph of gain when the antenna interval = wavelength * 3/4 and n = 4, FIG. 22 is a gain graph when the wavelength is 3/4 and n = and n = 5.
도 23은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=1 일 때의 이득 그래프이고, 도 24는 안테나 간격 = 파장*3/8, n=2 일 때의 이득 그래프이고, 도 25는 안테나 간격 = 파장*3/8, n=3 일 때의 이득 그래프이고, 도 26은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=4 일 때의 이득 그래프이고, 도 27은 안테나 간격 = 파장*3/8, n=5 일 때의 이득 그래프이다.23 is a gain graph when the antenna interval =
위에서 n은 도 2의 안테나들 중 동작하는 안테나의 수이다.Where n is the number of antennas operating among the antennas of FIG.
여기서 안테나가 동작한다는 의미는, 전파 방사 장치일 경우에는, 그 안테나에 전력이 공급되어 전파를 방사하는 안테나로 사용한다는 의미이다. 또한 전파 수신 장치일 경우에는, 그 안테나의 수신전력을 증폭하여 전파를 수신하는 안테나로 사용한다는 의미이다.Here, the meaning of the antenna means that, in the case of a radio wave radiating device, power is supplied to the antenna and used as an antenna for radiating radio waves. In the case of a radio wave receiving apparatus, it means that it is used as an antenna for receiving radio waves by amplifying the received power of the antenna.
동작하는 안테나는 등간격으로 위치하도록 한다. 전파의 파장에 따라 일정한 수만큼(예를 들면, 1개씩 또는 2개씩) 건너뛰어서 동작하는 안테나를 선택할 수도 있지만, 동작하는 안테나는 등각격인 것이 바람직하다. 만일 1개씩 건너 뛰어서 동작하는 안테나를 선택한다면, 1, 3, 5, ...번째 안테나를 사용하게 된다.Operational antennas should be spaced equidistantly. Although it is possible to select an antenna that operates by skipping a predetermined number of (for example, one or two) depending on the wavelength of the radio wave, it is preferable that the antenna to be operated is a constant angle. If you select an antenna that works by skipping one by one, you will use 1, 3, 5, ...
도 3 내지 도 27에서 확인할 수 있듯이 동작하는 안테나가 1개일 때는 모든 방향으로의 이득비가 동일하다. 그러나 동작하는 안테나의 수가 증가할수록 빔폭은 좁아지고 특정방향으로의 이득비가 증가한다. 그러나 그 증가비율은 안테나 어레이에서 안테나 이격거리와 전파 파장의 비율에 따라 달라진다.As can be seen from Figs. 3 to 27, when the number of operating antennas is one, the gain ratios in all directions are the same. However, as the number of operating antennas increases, the beam width becomes narrower and the gain ratio in a certain direction increases. However, the rate of increase depends on the ratio of the antenna spacing and the radio wave wavelength in the antenna array.
만일 안테나 간격이 파장/4 이어서, 도 8 내지 도 12와 같은 이득 그래프가 나타나는 상황에서, 동작하는 안테나를 1개씩 건너뛰어서 선택하면, 안테나 간격이 파장/2 로 바뀌므로, 도 3 내지 도 7과 같은 이득 그래프를 얻을 수 있다. If an antenna interval is set to a wavelength of 4 and a gain graph as shown in Figs. 8 to 12 is displayed, if the operating antennas are skipped one by one, the antenna interval is changed to the wavelength / 2, The same gain graph can be obtained.
도 3 내지 도 27은 다수의 다이폴 안테나를 1차원으로 배열했을 때의 이득 그래프이므로, 양쪽 방향(0도 방향과 180도 방향)으로 높은 이득비를 가지지만, 패치 안테나와 같이 한쪽 방향으로 전파되는 안테나를 이용하면, 한쪽 방향으로 높은 이득비를 가지는 어레이 안테나를 만들 수 있다.Figs. 3 to 27 are gain graphs when a plurality of dipole antennas are arranged in one dimension. Therefore, they have a high gain ratio in both directions (0 degree direction and 180 degree direction), but they are propagated in one direction Using an antenna, an array antenna having a high gain ratio in one direction can be made.
또한 어레이 안테나를 1차원이 아니라 2차원으로 만들면, 한 방향이 아니라 두 방향으로 방향성을 증가시킬 수 있으므로, 이득비를 더욱 증가시킬 수 있다.In addition, if the array antenna is made two-dimensional instead of one-dimensional, the directionality can be increased in two directions rather than one direction, so that the gain ratio can be further increased.
도 28은 2차원 어레이 안테나의 개념도이다. 가로 및 세로 방향으로 동일한 거리로 이격된 안테나가 배열되어 있으므로, 가로 및 세로 방향으로 전파의 방향성을 증가시킬 수 있다.28 is a conceptual diagram of a two-dimensional array antenna. Since the antennas are arranged at the same distance in the horizontal and vertical directions, the directionality of the radio waves in the horizontal and vertical directions can be increased.
동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우, 빔폭은 늘어나지만, 특정 방향(이득폭이 최대가 되는 방향)으로의 이득비는 감소한다. 따라서 이때에도 무선통신이 정확하게 되도록 하려면, 동작하는 안테나에 공급하는 전력량 또는 증폭비율을 증가시키는 것이 바람직하다.When the number of operating antennas is reduced, the beam width is increased, but the gain ratio in a specific direction (direction in which the gain width becomes maximum) decreases. Therefore, it is preferable to increase the amount of power supplied to the operating antenna or the amplification ratio in order to ensure accurate wireless communication.
본 발명에 의한 어레이 안테나 빔포밍 방법은, 다수의 안테나가 일정한 간격으로 배열된 어레이 안테나를 이용하여 일정한 방향으로 전파를 방사 또는 수신할 수 있는 어레이 안테나 빔포밍 방법으로서, 다음의 2단계를 포함한다.The array antenna beam forming method according to the present invention includes the following two steps, which is an array antenna beam forming method capable of emitting or receiving a radio wave in a predetermined direction using an array antenna in which a plurality of antennas are arranged at regular intervals .
(1) 빔 포밍 방향의 오차 범위를 추정하는 제1단계(1) First step of estimating the error range of the beam forming direction
(2) 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시키는 제2단계(2) a second step of decreasing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction increases and increasing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction is decreased,
상기 제2단계에서 동작하는 안테나들은 일정한 위상차를 두면서 전파를 방사하도록 하여, 방사되는 전파의 방향을 조정할 수도 있다.The antennas operating in the second step may radiate radio waves with a certain phase difference to adjust the direction of the radiated radio waves.
상기 제2단계에서 동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우, 안테나에 공급하는 전력량 또는 증폭비율을 증가시켜서 특정 방향으로의 전파 전달 이득비가 감소하더라도 정확한 송수신이 되도록 할 수도 있다.In the case of reducing the number of antennas operating in the second step, it is also possible to increase the amount of power supplied to the antenna or the amplification ratio so that accurate transmission / reception can be achieved even if the propagation gain ratio in a specific direction decreases.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (10)
다수의 안테나가 일정한 간격으로 배열된 어레이 안테나를 포함하고,
상기 어레이 안테나 빔포밍 장치가 설치된 차량이 급커브로 회전하거나 위치가 빠르게 변하는 경우 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가한 것으로 추정하고,
빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시키고,
동작하는 안테나들은 일정한 위상차를 두면서 전파를 방사하도록 하여 방사되는 전파의 방향을 조정할 수 있고,
동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우 안테나에 공급하는 전력량을 증가시키고,
다수의 안테나 중 동작하는 안테나를 선택할 때 일정한 수만큼 건너뛰어서 동작하는 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 빔포밍 장치.
1. An array antenna beamforming apparatus capable of radiating radio waves in a constant direction,
And an array antenna in which a plurality of antennas are arranged at regular intervals,
It is assumed that the error range of the beam forming direction is increased when the vehicle equipped with the array antenna beam forming apparatus is rotated by a sharp curve or the position rapidly changes,
When the error range of the beam forming direction is increased, the number of operating antennas is decreased and when the error range of the beam forming direction is decreased, the number of operating antennas is increased,
The operating antennas can radiate radio waves with a constant phase difference to adjust the direction of the radiated radio waves,
When the number of operating antennas is reduced, the amount of power supplied to the antenna is increased,
And selects an antenna that operates by skipping a predetermined number of antennas when selecting an antenna that operates among the plurality of antennas.
상기 다수의 안테나는 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 빔포밍 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of antennas are arranged at regular intervals in the horizontal and vertical directions.
상기 어레이 안테나가 설치된 차량이 급커브로 회전하거나 위치가 빠르게 변하는 경우 빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가한 것으로 추정하여, 빔 포밍 방향의 오차 범위를 추정하는 제1단계;
빔 포밍 방향의 오차 범위가 증가하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 감소시키고, 빔 포밍 방향의 오차 범위가 감소하는 경우에는 동작하는 안테나의 수를 증가시키는 제2단계;
를 포함하고,
상기 제2단계에서 동작하는 안테나들은 일정한 위상차를 두면서 전파를 방사하도록 하여 방사되는 전파의 방향을 조정할 수 있고,
상기 제2단계에서 동작하는 안테나 수를 감소시키는 경우 안테나에 공급하는 전력량을 증가시키고,
다수의 안테나 중 동작하는 안테나를 선택할 때 일정한 수만큼 건너뛰어서 동작하는 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나 빔포밍 방법.1. An array antenna beam forming method capable of radiating radio waves in a predetermined direction using an array antenna in which a plurality of antennas are arranged at regular intervals,
A first step of estimating an error range of a beam forming direction by estimating that an error range of the beam forming direction is increased when the vehicle equipped with the array antenna rotates or changes position rapidly;
A second step of decreasing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction increases and increasing the number of operating antennas when the error range of the beam forming direction is decreased;
Lt; / RTI >
The antennas operating in the second step can adjust the direction of the radio wave radiated by radiating radio waves with a certain phase difference,
When the number of antennas operating in the second step is reduced, the amount of power supplied to the antenna is increased,
And selecting an antenna that operates by skipping a predetermined number of antennas when selecting an antenna that operates among the plurality of antennas.
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