KR102021888B1 - 모노펄스 시스템을 위한 나선형 능동 위상배열 안테나 - Google Patents

모노펄스 시스템을 위한 나선형 능동 위상배열 안테나 Download PDF

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KR102021888B1
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Abstract

본 실시예들은 복사소자들을 나선형으로 연장되는 하나 이상의 가상의 기준선을 따라 방사하는 방향으로 배치시킴으로써, 그레이팅 로브를 발생시키지 않고 모노펄스를 수행하는 능동 위상배열 안테나를 제공한다.

Description

모노펄스 시스템을 위한 나선형 능동 위상배열 안테나 {Spiral Shaped Active Phase Array Antenna for Monopulse System}
본 발명이 속하는 기술 분야는 탐색기에 적용되는 능동 위상 배열 안테나에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
능동 위상배열 안테나는 다수의 복사소자에 공급되는 신호의 크기와 위상을 송수신 모듈로 제어하여, 전자적 빔조향, 다중 빔 형성, 적응적 빔 형성 등 다양한 복사패턴을 형성한다. 개별 복사소자의 후단에 전력감쇄기 또는 증폭기와 위상 변위기 등을 포함하는 송수신 모듈이 연결되어 개별 복사소자에 공급되는 신호의 크기와 위상을 제어한다.
안테나 개구면의 크기는 복사소자의 개수와 복사소자의 간격에 비례하고, 빔 폭에 반비례한다. 안테나의 크기가 커질수록 빔 폭은 작아진다. 즉, 개구면의 크기를 유지시키며 배열 소자를 줄이기 위해서는 배열 간격이 커져야 한다.
넓은 배열 간격은 그레이팅 로브(Grating Lobe)를 발생시킨다. 능동 위상배열 안테나에서 그레이팅 로브는 복사소자 및 부배열간 간격, 복사소자 및 부배열에 공급되는 빔 조향각에 의해 발생되는 것으로 주빔 이외에 높은 이득을 갖는 빔이 형성되는 것을 의미한다.
복사소자들이 사각 격자와 같이 규칙적으로 배열되면 원하는 방향 외에 특정 방향에서 소자들의 위상이 동일하게 되므로, 그레이팅 로브가 발생한다. 즉, 사각 격자로 배치된 위상배열 안테나는 그레이팅 로브로 인하여 지향성이 저하되고, 탐지/추적 신호처리에 영향을 준다.
한국등록실용신안공보 제20-0406784호 (2006.01.24.)
본 발명의 실시예들은 능동 위상배열 안테나의 복사소자들을 나선형으로 연장되는 하나 이상의 가상의 기준선을 따라 방사하는 방향으로 배치시킴으로써, 그레이팅 로브를 발생시키지 않고 모노펄스를 수행하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 능동 위상배열 안테나에 있어서, 하나 이상의 가상의 기준선을 따라 기 설정된 기준점을 중심으로부터 방사하는 방향으로 배치된 복수의 복사소자를 포함하며, 상기 가상의 기준선은 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 능동 위상배열 안테나의 복사소자들을 나선형으로 연장되는 하나 이상의 가상의 기준선을 따라 방사하는 방향으로 배치시킴으로써, 그레이팅 로브를 발생시키지 않고 모노펄스를 수행할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나를 예시한 블록도이다.
도 2는 능동 위상배열 안테나에 배치된 복사소자가 방사하는 uv 도메인에서의 2차원 패턴을 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 위상배열 안테나의 복사소자의 배치 형상을 예시한 도면이다.
도 5는 기존의 능동 위상배열 안테나의 사각 격자 배치와 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나의 나선 배치를 예시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 능동 위상배열 안테나의 방사 특성을 예시한 도면이다.
도 9는 기존의 능동 위상배열 안테나의 사각 격자 배치와 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나의 나선 배치를 예시한 도면이다.
도 10 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 능동 위상배열 안테나의 방사 특성을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나를 예시한 블록도이다.
능동 위상배열 안테나(10)는 복사소자(100)와 송수신 모듈(200)을 포함한다.
능동 위상배열 안테나(10)는 복수의 복사소자(100)에 공급되는 신호의 크기와 위상을 송수신 모듈(200)로 제어하여, 전자적 빔조향, 다중 빔 형성, 적응적 빔 형성 등 다양한 복사패턴을 형성한다. 개별 복사소자의 후단에 전력감쇄기 또는 증폭기와 위상 변위기 등을 포함하는 송수신 모듈이 연결되어 개별 복사소자에 공급되는 신호의 크기와 위상을 제어한다.
기존의 능동 위상배열 안테나는 복사소자들을 사각 격자 또는 삼각 격자로 배치한다. 사각 격자 또는 삼각 격자와 같이 규칙적으로 배열되면 원하는 방향 외에 특정 방향에서 소자들의 위상이 동일하게 된다. 즉, 직선을 따라 규칙적으로 배치된 복사소자를 갖는 위상배열 안테나는 그레이팅 로브로 인하여 지향성이 저하되고, 탐지/추적 신호처리에 영향을 준다.
광대역 주파수 특성을 필요로 하는 시스템의 배열은 가장 높은 주파수에 대해서 배열 간격을 정하여야 한다. 만약 가장 낮은 주파수를 기준으로 배열 간격을 정할 경우 대역폭 내에서 가장 높은 주파수 동작시, 물리적으로는 고정된 배열 간격이지만 파장이 감소하기 때문에 배열 간격이 전기적으로 커지게 되어 그레이팅 로브가 발생한다.
따라서 배열 간격은 대역폭 내 가장 높은 주파수를 기준으로 설계한다. 설계된 배열 간격은 저주파 대역에서는 불필요하게 배열의 개수가 많아지게 되고, 이러한 좁은 배열 간격은 협대역의 시스템에 사용되고, 광대역의 시스템에는 사용이 곤란하다.
도 2를 참조하여 그레이팅 로브를 설명하기로 한다. 도 2는 능동 위상배열 안테나에 배치된 복사소자가 방사하는 uv 도메인에서의 2차원 패턴을 예시한 도면이다.
일반적으로 능동 위상 배열 안테나에서 사용하는 사각 격자 및 삼각 격자 배열은 어떤 한 방향으로 일정한 배열을 갖는다. 원하지 않는 특정한 각도에서 모든 배열의 위상이 동위상이 되어 큰 값으로 배열소자들의 크기 성분이 합성된다.
평면 배열에서 사각 격자의 경우, 수학식 1과 같이 uv 도메인에서 그레이팅 로브가 발생한다.
Figure 112019028736842-pat00001
수학식 1에서 Dx, Dy는 각각 x, y 방향의 간격이고, λ는 파장이다. 그리고 N1, N2는 각각 자연수이다.
도 2를 참조하면, 원 형태의 격자 배열의 2D 패턴에서 단위 원(Unit circle) 내부는 실제 패턴이 나타나는 가시 영역(Visible Region)이고, 단위 원 외부는 패턴이 형성되지만, 실제로는 나타나지 않는 비가시 영역(Invisible Region) 이다. 단위 원 외부에 그레이팅 로브들이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그레이팅 로브들이 비가시 영역에 있기 때문에, 실제 운용상에는 그레이팅 로브가 보이지 않는다.
운용 주파수가 증가하면 단위 원의 크기는 고정되나, 그레이팅 로브가 발생되는 위치가 점점 줄어들어 가시 영역 내부로 이동되어 그레이팅 로브를 확인할 수 있다.
안테나를 운용하는 과정에서 빔 조향을 수행하면, 빔 조향을 수행한 만큼 단위 원이 이동되어 그레이팅 로브는 주파수가 더 적게 상향되어도 발생한다.
빔 조향을 위한 배열로 삼각 격자를 사용할 수 있다. 사각 격자보다 빔 조향 가능 범위가 x 방향 또는 y 방향으로 더 넓기 때문이다. 하지만, y 방향으로 배열을 시프트(shift)하여 삼각 격자를 만들었다면, y 방향으로는 빔 조향을 더 할 수 있지만, x 방향은 사각 격자와 마찬가지로 동작한다.
본 실시예들은 x, y 방향에 상관없이 그레이팅 로브가 발생되지 않도록 나선(spiral) 모양의 기준선 위에 소자들을 배치시킨다.
본 실시예들에서 배치된 소자들의 배열 간격이 반복적이지 않기 때문에 특정 방향에서 소자들의 위상이 동일해지지 않고, 그레이팅 로브가 발생되지 않는다. 즉, 특정각도에서 전체 배열소자 동위상 합으로 인해 발생되는 그레이팅 로브가 발생되지 않기 때문에, 능동위상배열 시스템 운용에서 주파수 대역 및 빔조향 각도 제한이 상당히 개선된다. 일반적인 배열과 비교하여 빔 폭 등의 성능이 거의 같으므로 탐지/추적 시스템에 그대로 적용이 가능하다. 본 실시예들은 그레이팅 로브가 발생하지 않으므로, 배열 개수를 줄일 수 있다.
본 실시예들은 나선 모양의 기준선을 4 방향으로 각각 다르게 설정하여, 배열소자가 방위각/고각 방향으로 대칭성을 갖도록 하고 모노펄스를 수행할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하며, 복사소자의 배치 형상을 설명하기로 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 위상배열 안테나의 복사소자의 배치 형상을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 능동 위상배열 안테나는 복수의 복사소자를 포함하며, 복수의 복사소자는 하나 이상의 가상의 기준선을 따라 기 설정된 기준점을 중심으로부터 방사하는 방향으로 배치된다. 가상의 기준선은 곡선을 갖고 나선형으로 연장된다. 즉, 복사소자들이 일정한 배열로 놓이지 않도록 나선을 따라 일정한 간격으로 복사소자를 배열한다.
복수의 복사소자는 나선형의 가상의 기준선을 따라 동일한 간격으로 배치되지만, 복수의 복사소자는 서로 수직인 제1 방향과 제2 방향에 대해서 동일하지 않은 간격으로 배치된다. 제1 방향과 제2 방향은 x 축과 y 축에 대응할 수도 있고, uv 도메인의 u 방향과 v 방향에 대응할 수 있다.
나선형의 가상의 기준선은 시작점 및 끝점을 갖는다. 복수의 복사소자는 시작점 및 끝점 간에 지수적으로 각도가 변하는 관계식을 만족하도록 나선형의 가상의 기준선에 위치한다. 지수적으로 각도가 변하는 관계식은 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112019028736842-pat00002
수학식 2에서 ρn은 n번째 지점의 위치이고, ρ0은 나선이 시작하는 지점의 위치이고, r은 나선이 끝나는 지점의 위치이다. Φ는 나선의 임의의 위치에서 각도이고, Φmax는 360도 x Nturn이다. Nturn은 나선의 권선수, 즉 Φ가 0 ~ 360 도가 되는 횟수이다. c는 Φ 각도를 지수함수적으로 증가시키기 위한 승수이다.
복수의 복사소자가 배치되는 각도를 설정하는 관계식은 극좌표계 (ρ, Φ)를 이용하여 표현된다. 나선에서 임의의 위치의 각도를 나선의 권선수에 360도의 각도를 곱한 값으로 나눈 각도를 산출하고, 나눈 각도를 상기 임의의 위치의 각도를 지수적으로 증가시키는 승수로 조절하며, 복수의 복사소자는 시작점 및 끝점 간에 배치된다.
복사소자의 간격은 나선 상에서 동일한 간격을 적용하며, 지수 함수인 나선 위에 등 간격으로 배치된 복사소자는 어떠한 직선 방향(예컨대, u 방향 또는 v 방향)으로도 일정한 배열 간격을 갖지 않는다.
도 4를 참조하면, 가상의 기준선은 4 개이며 기준점을 중심으로부터 4 개의 방향으로 대칭적으로 연장된다. 복수의 복사소자는 4 개의 기준선을 따라 위치하고 방위각 및 고각에 대한 모노펄스 기능을 수행한다.
기준점으로부터 첫번째로 배치된 4개의 지점을 바라본 4개의 방향은 인접하는 지점 간에 수직한 각도를 갖는다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 동일한 개수로 배치된 복사소자의 방사 특성을 설명하기로 한다.
도 5의 (a)는 기존의 능동 위상배열 안테나의 사각 격자 배치를 나타낸다. 원 형태의 사각 격자로 배열된 복사소자의 개수는 820 EA이고, 개구면 크기는 516 mm이고, Dx(제1 간격)는 16 mm이고, Dy(제2 간격)는 16 mm이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나의 나선 배치를 나타낸다. 복사소자의 개수는 820 EA이고, 개구면 크기는 517 mm이다.
도 6의 (a)는 도 5의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 조준 중심방향(Boresight)을 나타낸다.
도 6의 (b)는 도 5의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 조준 중심방향(Boresight)을 나타낸다.
도 6의 (c)는 도 5의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나 및 도 5의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나 각각의 방향성(Directivity), 반전력 빔폭(HPBW), 사이드 로브 레벨(SLL)을 나타낸다.
도 7의 (a)는 도 5의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 빔을 조향한 상태(u=0.875, v=0)에서 2D 방사 패턴을 나타낸다. 도 7의 (c)는 도 5의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 빔을 조향한 상태에서 u 방향의 1D 패턴을 나타내고, 도 7의 (e)는 v 방향의 1D 패턴을 나타낸다.
도 7의 (b)는 도 5의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 빔을 조향한 상태(u=0.875, v=0)에서 2D 방사 패턴을 나타낸다. 도 7의 (d)는 도 5의 (e)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 빔을 조향한 상태에서 u 방향의 1D 패턴을 나타내고, 도 7의 (f)는 v 방향의 1D 패턴을 나타낸다.
도 8은 도 5의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나 및 도 5의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나 각각이 빔을 조향한 상태에서 방향성(Directivity), 반전력 빔폭(HPBW), 사이드 로브 레벨(SLL)을 나타낸다.
도 6의 (c)와 도 8을 비교하면, 사각 격자로 배치된 복사소자를 갖는 배열 안테나보다 나선형으로 배치된 복사소자를 갖는 배열 안테나의 성능이 우수한 것을 파악할 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 18을 참조하여, 주파수 변화에 따른 복사소자의 방사 특성을 설명하기로 한다.
도 9의 (a)는 기존의 능동 위상배열 안테나의 사각 격자 배치를 나타낸다. 원 형태의 사각 격자로 배열된 복사소자의 개수는 820 EA이고, 개구면 크기는 991.3 mm이고, Dx(제1 간격)는 27.2 mm이고, Dy(제2 간격)는 27.2 mm이다.
도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상배열 안테나의 나선 배치를 나타낸다. 복사소자의 개수는 528 EA이고, 개구면 크기는 986 mm이다.
도 10은 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나 및 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 방향성(Directivity)을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 사각 격자 배열은 주파수가 증가하면 그레이팅 로브에 의해 방향성이 일정하지 않고 주파수 증가에 따라 방향성 크기가 감소됨을 확인할 수 있다. 반면에 나선 배열은 주파수가 증가하더라도 일정한 지향성 값을 유지한다.
도 11의 (a)는 10 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11의 (b)는 10 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11의 (c)는 11 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11의 (d)는 11 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11의 (e)는 12 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11의 (f)는 12 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (a)는 13 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (b)는 13 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (c)는 14 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (d)는 14 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (e)는 15 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 12의 (f)는 15 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (a)는 16 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (b)는 16 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (c)는 17 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (d)는 17 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (e)는 18 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 13의 (f)는 18 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (a)는 19 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (b)는 19 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (c)는 20 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (d)는 20 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (e)는 30 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 14의 (f)는 30 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 15의 (a)는 40 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 15의 (b)는 40 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 15의 (c)는 50 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (a)의 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 15의 (d)는 50 Ghz 주파수로 설정된 도 9의 (b)의 나선 배치에 따른 배열 안테나의 2D 패턴을 나타낸다.
도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나는 주파수가 증가하면 그레이팅 로브가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 나선 배치에 따른 배열 안테나는 주파수가 증가하더라도 그레이팅 로브가 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
도 16 및 도 17은 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나와 나선 배치에 따른 배열 안테나가 빔을 조향할 때 패턴을 도시한다.
도 16의 (a)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.1, v=0.0으로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16의 (b)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.1, v=0.0으로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16의 (c)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.3, v=0.0으로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16의 (d)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.3, v=0.0으로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16의 (e)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.5, v=0.0으로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16의 (f)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.5, v=0.0으로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (a)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.1로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (b)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.1로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (c)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.3으로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (d)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.3으로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (e)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.5로 설정된 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 17의 (f)는 uv 도메인에서 빔 조향 범위를 u=0.0, v=0.5로 설정된 나선 배치에 따른 배열 안테나의 패턴을 나타낸다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 주파수가 동일하더라도 빔을 조향하면 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나는 그레이팅 로브가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 나선 배치에 따른 배열 안테나는 빔을 조향하더라도 그레이팅 로브가 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 주파수가 증가하더라도 방향성(directivity)을 유지하고, 나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 주파수가 증가하더라도 그레이팅 로브(Grating Lobe)를 발생시키지 않는다.
나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 그레이팅 로브를 발생시키지 않으므로, 동일한 크기를 갖는 개구면에 사각 격자 배열로 배치되는 것보다 적은 개수를 갖고, 사각 격자 배열로 배치되는 것보다 복사소자 간의 간격이 넓게 배치될 수 있다.
도 18은 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나와 나선 배치에 따른 배열 안테나가 모노펄스 기울기 형성을 위한 합 패턴, x 축의 차 패턴, y 축의 차 패턴을 도시한다.
도 18의 (a)는 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나에서 합 패턴을 나타낸다.
도 18의 (b)는 나선 배치에 따른 배열 안테나에서 합 패턴을 나타낸다.
도 18의 (c)는 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나에서 x 축의 차 패턴을 나타낸다.
도 18의 (d)는 나선 배치에 따른 배열 안테나에서 x 축의 차 패턴을 패턴을 나타낸다.
도 18의 (e)는 사각 격자 배치에 따른 배열 안테나에서 y 축의 차 패턴을 나타낸다.
도 18의 (f)는 나선 배치에 따른 배열 안테나에서 y 축의 차 패턴을 나타낸다.
도 18에 도시된 바와 같이, 나선 배치에 따른 배열 안테나는 모노펄스 기울기 형성을 위한 합 패턴, x 축의 차 패턴, y 축의 차 패턴을 형성하는 것을 확인할 수 있다.
나선 배치에 따른 배열 안테나에서 가상의 기준선은 4 개이며 기준점을 중심으로부터 4 개의 방향으로 대칭적으로 연장되며, 복수의 복사소자는 4 개의 기준선을 따라 위치하고 방위각 및 고각에 대한 모노펄스 기능을 수행할 수 있다.
능동 위상배열 안테나에 포함된 구성요소들이 도 1에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
능동 위상배열 안테나는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
능동 위상배열 안테나는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 능동 위상배열 안테나에 있어서,
    하나 이상의 가상의 기준선을 따라 기 설정된 기준점을 중심으로부터 방사하는 방향으로 배치된 복수의 복사소자를 포함하며,
    상기 가상의 기준선은 곡선을 포함하며 나선형으로 연장되며,
    상기 나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 주파수가 증가하더라도 방향성(directivity)을 유지하는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 복사소자는 상기 나선형의 가상의 기준선을 따라 동일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 복사소자는 서로 수직인 제1 방향과 제2 방향에 대해서 동일하지 않은 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나선형의 가상의 기준선은 시작점 및 끝점을 갖고, 상기 복수의 복사소자는 상기 시작점 및 상기 끝점 간에 지수적으로 각도가 변하는 관계식을 만족하도록 상기 나선형의 가상의 기준선에 위치하는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 복사소자가 배치되는 각도를 설정하는 관계식은 극좌표계로 표현되고, 나선에서 임의의 위치의 각도를 나선의 권선수에 360도의 각도를 곱한 값으로 나눈 각도를 산출하고, 상기 나눈 각도를 상기 임의의 위치의 각도를 지수적으로 증가시키는 승수로 조절하며, 상기 복수의 복사소자는 상기 시작점 및 상기 끝점 간에 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 주파수가 증가하더라도 그레이팅 로브(Grating Lobe)를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나선형으로 배치된 복수의 복사소자는 동일한 크기를 갖는 개구면에 사각 격자 배열로 배치되는 것보다 적은 개수를 갖고, 상기 사각 격자 배열로 배치되는 것보다 복사소자 간의 간격이 넓게 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가상의 기준선은 4 개이며 상기 기준점을 중심으로부터 4 개의 방향으로 대칭적으로 연장되며, 상기 복수의 복사소자는 상기 4 개의 기준선을 따라 위치하고 방위각 및 고각에 대한 모노펄스 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 능동 위상배열 안테나.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004056706A (ja) * 2002-07-24 2004-02-19 Mitsubishi Electric Corp アレーアンテナおよびアレーアンテナ装置
JP2005525771A (ja) * 2002-01-30 2005-08-25 ハリス　コーポレイション アルキメデス螺旋を含むフェーズドアレイアンテナ素子アレイ及び関連方法
KR200406784Y1 (ko) 2005-10-21 2006-01-24 주식회사 극동통신 위상배열안테나용 복사소자 배열구조

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