KR102027536B1 - 위상 배열 안테나 시스템 - Google Patents

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전찬익
정해영
문병인
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Abstract

본 발명은 위상 배열 안테나 시스템에 관한 것으로서, 상기 위상 배열 안테나 시스템은 무선 신호원에 연결된 입력단과 복수 개의 출력단을 구비하는 데이터 셀렉터, 상기 데이터 셀렉터의 각 출력단에 입력단이 연결되어 있는 복수 개의 매칭 회로를 각각 구비하는 복수 개의 매칭 회로부, 및 상기 복수 개의 매칭 회로부에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나를 포함한다.

Description

위상 배열 안테나 시스템{PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 위상 배열 안테나 시스템에 관한 것이다.
최근 4G LTE와 5세대 이동통신 기술 등이 발전함에 따라, 고속 데이터 서비스의 광대역화에 따른 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신 기술이 필수적으로 요구되고 있다. MIMO 통신 기술은 다중 안테나를 이용하여 서로 독립적인 다중 채널 전송을 수행함으로써 통신 용량을 높이는 기술이며, 고속 데이터 전송을 위한 광대역 MIMO 안테나용 지향성 특성 및 고격리 특성의 다중 채널을 형성할 필요가 있다.
이를 위해, 광대역 버틀러 매트릭스(Butler matrix) 및 광대역 배열 안테나(Array antenna)를 이용한 다중 빔 형성 안테나 기술이 주목받고 있다.
5G 기술은 밀리미터파 기술(mm-wave Technology), 3D 빔 형성 기술(3D Beamforming), M2M(Machine to Machine), D2D(Device to Device) 기술이 적용된다. 하드웨어적으로는 밀리미터파 기술과 3D 빔 형성기술을 융합하여 5G 기지국 안테나 설계되며, 5G 안테나는 방사체와 급전부가 각각 독립적으로 존재하고, 3D 빔 형성을 위한 방사체의 위상(phase)을 위상 변이기(phase shifter)로 조절하고 있다. 위상 변이기는 매우 고가이므로 이를 대체하거나 가격 경쟁력을 확보하기 위한 기술 연구가 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0114644호(공개일자: 2014년 09월, 발명의 명칭: 광대역 버틀러 매트릭스) 대한민국 등록 특허 제10-14042250000호(등록일자: 2014년 05월 29일, 발명의 명칭: 버틀러 매트릭스 및 이를 구비한 다중단자 증폭기)
본 발명이 해결하려는 과제는 위상 배열 안테나 시스템의 제조 비용을 감소시키기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 위상 배열 안테나 시스템은 무선 신호원에 연결된 입력단과 복수 개의 출력단을 구비하는 데이터 셀렉터, 상기 데이터 셀렉터의 각 출력단에 입력단이 연결되어 있는 복수 개의 매칭 회로를 각각 구비하는 복수 개의 매칭 회로부, 및 상기 복수 개의 매칭 회로부에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 위상 배열 안테나 시스템은 무선 신호원에 일측단이 각각 연결되어 있는 복수 개의 제1 스위치를 구비하는 복수 개의 제1 스위칭부, 상기 각 제1 스위치의 타측단에 입력단이 연결되어 있는 복수 개의 매칭 회로를 각각 구비하는 복수 개의 매칭 회로부, 상기 각 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 출력단에 일측단이 연결되어 있는 복수 개의 제2 스위치를 구비하는 복수 개의 제2 스위칭부, 및 상기 각 제1 스위칭부에 속한 각 제2 스위치의 타측단에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나를 포함한다.
상기 데이터 셀렉터는 외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 동작 상태가 변하여 복수 개의 출력단 중 하나를 상기 입력단과 연결시키는 RF 스위치일 수 있다.
상기 각 매칭 회로부의 각 매칭 회로는 저항성 성분, 용량성 성분 및 유도성 성분 중 적어도 하나를 갖는 수동 소자를 포함하거나 스텁을 포함할 수 있다.
동일한 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 임피던스 크기는 서로 상이할 수 있다.
각 안테나는 대응하는 매칭 회로부에 속한 모든 매칭 회로의 출력단에 연결될 수 있다.
상기 특징에 따른 위상 배열 안테나 시스템은 상기 각 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 출력단과 각 안테나 사이에 위치하는 복수 개의 스위치를 구비하는 복수 개의 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 안테나는 위상 배열 안테나일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 고가의 위상 변이기를 구비하는 대신 데이터 셀렉터를 이용하여 하나의 매칭 회로를 선택하므로 이미 정해진 복수 개의 위상값 중 해당하는 하나의 위상값을 선택할 수 있도록 하므로, 위상 배열 안테나 시스템의 제조 비용이 크게 감소한다.
또한, 위상 변이기의 동작을 제어할 필요가 없이, 간단하게 데이터 셀렉터의 동작을 제어하여 각 안테나에서 출력되는 신호의 위상과 진폭 제어가 용이하게 이루어지며 제어 회로의 구조 역시 간단해진다.
이에 더하여, 해당 안테나는 스위칭부에 의해 선택된 매칭 회로에만 연결되고 데이터 셀렉터에 의해 선택되지 않은 다른 매칭 회로와는 연결되지 않으므로 단절되어, 해당 안테나에 연결되지 않은 다른 매칭 회로에 의한 신호 왜곡없이 안정적으로 해당 안테나를 통한 무선 신호의 송신 동작이 이루어진다. 이로 인해, 위상 배열 안테나 시스템의 동작 효율이 향상된다.
또한, 데이터 셀렉터 대신 별도의 스위칭부를 추가함에 따라 회로 구조를 단순화시키며, 각 안테나와 연결되는 매칭 회로의 경우 수가 증가된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 4는 안테나의 위상값에 따른 빔 포밍 각도 변화를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템에 대해서 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템(100)에 대하여 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 것처럼, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100)은
무선 신호원(10), 무선 신호원(10)에 연결되어 있고, 하나의 입력단(IN)과 복수 개의 출력단(OUT1-OUT4)을 구비하고 있는 데이터 셀렉터(20), 그리고 데이터 셀렉터(20)에 연결되어 있고 각각 복수 개의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비하는 복수 개의 매칭 회로부(31-34), 그리고 각 매칭 회로부(31-34)에 연결되어 있는 복수 개의 안테나(41-44)를 구비한다.
무선 신호원(10)은 위상 배열 안테나 시스템(100)의 무선 통신을 위해 송신되는 무선 신호(RF signal)의 공급원이다.
데이터 셀렉터(20)는 복수 개의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비하고 있는 각 매칭 회로부(31-34)에서 하나의 매칭 회로를 선택하기 위한 것으로서, RF 스위치나 멀티플렉서 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 데이터 셀렉터(20)는 무선 신호원(10)에 연결되어 있는 입력단(IN)과 각 매칭 회로부(31-34)의 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 각각 연결되어 있는 복수 개의 출력단(예, 제1 내지 제4 출력단)(OUT1-OUT4)을 구비한다.
본 예의 경우, 각 매칭 회로부(31-34)는 임피던스 크기를 조정하여 각 연결되어 있는 안테나(41-44)에서 출력되는 안테나 신호의 위상을 조정하기 위한 것이다.
이러한 각 매칭 회로부(31-34)는 해당 크기의 임피던스를 갖는 네 개의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비하고 있으므로, 데이터 셀렉터(20)의 출력단(OUT1-OUT4)의 개수는 4개이다.
이때, 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 임피던스 크기는 서로 상이할 수 있다.
하지만, 데이터 셀렉터(20)의 출력단의 개수는 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되는 매칭 회로(311-314)의 개수에 따라 정해진다.
이러한 데이터 셀렉터(20)가 RF 스위치인 경우, 외부로부터 인가되는 제어 신호, 예를 들어, 도시하지 않은 제어부로부터 인가되는 제어 신호(CS1)에 따라 동작 상태가 변하여 입력단(IN)을 하나의 출력단(OUT1-OUT4)에 연결하는 SPxT(single-pole x-Throws, 여기서, x는 출력단의 개수임)로 이루어질 수 있다.
각 매칭 회로부(31-34)는 모두 동일한 구조를 갖고 있고, 데이터 셀렉터(20)의 선택 동작에 의해 연결되는 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 따라 안테나(41-44)의 위상을 조정한다.
이러한 각 매칭 회로부(31-34)는, 이미 기술한 것처럼, 복수 개의 매칭 회로(예, 제1 내지 제4 매칭 회로)(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비하고 있고, 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 입력단은 데이터 셀렉터(20)의 복수 개의 출력단(OUT1-OUT4) 중 하나에 연결되어 있고 출력단은 대응하는 안테나(41-44)에 연결된다.
본 예의 경우, 각 매칭 회로부(31-34)에서, 제1 매칭 회로(311, 321, 331, 341)는 모두 데이터 셀렉터(20)의 제1 출력단(OUT1)에 연결되며, 제2 매칭 회로(312, 322, 332, 342)는 데이터 셀렉터(20)의 제2 출력단(OUT2)에 연결되고, 제3 매칭 회로(313, 323, 333, 343)는 데이터 셀렉터(20)의 제3 출력단(OUT1)에 연결되며, 제4 매칭 회로(314, 324, 334, 344)는 데이터 셀렉터(20)의 제4 출력단(OUT4)에 연결된다.
이때, 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되는 매칭 회로의 개수는 조정하고자 하는 안테나의 위상값의 개수에 의해 정해진다.
따라서, 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되는 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)는 연결된 안테나(41-44)의 위상을 원하는 크기로 변경하기 위한 것으로서, 저항성 성분, 용량성 성분과 유도성 성분 중 적어도 하나를 갖는 소자, 예를 들어, 저항, 커패시터(capacitor) 및 인덕터(inductor) 중 적어도 하나의 수동 소자로 이루어져 있다.
각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)는 스텁(stub)를 이용하여 임피던스 크기를 조정해 안테나(41-44)의 위상 크기를 제어할 수 있다.
이로 인해, 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)는 저항성 성분, 용량성 성분 및 유도성 성분 중 적어도 하나를 갖는 수동 소자를 포함하거나 스텁을 구비할 수 있다. 따라서, 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 구비된 수동 소자의 크기 즉, 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 임피던스의 크기에 따라 연결된 안테나(41-44)의 위상과 진폭이 정해지게 되므로, 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되는 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 개수는 선택하고자 하는 위상의 개수와 동일하다.
본 예에서, 각 매칭 회로부(31-34)의 대응되는 위치에 위치하는 각 매칭 회로, 예를 들어 각 매칭 회로부(31-34)의 제1 매칭 회로(311, 321, 331, 341)의 구조는 모두 동일하며, 해당 성분(즉, 임피던스)의 크기는 서로 동일하지만, 상이할 수도 있다. 여기서, 해당 성분의 크기는 해당 매칭 회로에 속해 있는 모든 수동 소자의 크기(예를 들어, 저항값, 커패시턴스 값 인덕턴스 값 중 적어도 하나)나 스텁의 길이 등에 따라 정해질 수 있다.
예를 들어, 각 매칭 회로부(31)의 제1 매칭 회로(311, 321, 331, 341)는 해당 안테나(41-44)가 제1 위상값을 갖도록 하기 위한 것이고, 제2 매칭 회로(312, 322, 332, 342)는 해당 안테나(41-44)가 제2 위상값을 갖도록 하기 위한 것이며, 제3 매칭 회로(313, 323, 333 343)는 해당 안테나(41-44)가 제3 위상값을 갖도록 하기 위한 것이고, 제4 매칭 회로(314, 324, 334, 344)는 해당 안테나(41-44)가 제4 위상값을 갖도록 하기 위한 것이다.
이때, 인접한 두 위상값(예, 제1 위상값과 제2 위상값)의 차이 즉 위상차는 서로 동일할 수 있다.
각 안테나(41-44)는 위상 배열 안테나로서, 대응하는 각 매칭 회로부(31-34)에 연결되어 있고, 해당 매칭 회로부(31-34)에 소속되는 모든 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 연결되어 있다.
따라서, 각 안테나(41-44)에서 출력되는 무선 신호의 위상은 데이터 셀렉터(20)의 해당 출력단(예, OUT1)에 연결되어 있는 해당 매칭 회로(예, 311, 321, 331, 341)에 의해 정해진 위상값으로 제어되어, 해당 상태로의 위상 배열 빔포밍(beamforming) 이 이루어진다.
이처럼 각 정해진 성분의 크기를 갖는 매칭 회로의 선택 동작에 의해, 각 안테나(41-44)에서 송신되는 무선 신호의 위상이 제어되므로 위상 배열 안테나 시스템의 빔형성 각도가 선택된다.
이와 같이, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100)의 경우, 고가의 위상 변이기를 구비하는 대신 데이터 셀렉터(20)를 이용하여 이미 정해진 복수 개의 위상값 중 해당하는 하나의 위상값을 선택할 수 있도록 하므로, 위상 배열 안테나 시스템(100)의 제조 비용이 크게 감소한다.
또한 위상 변이기의 동작을 제어하기 위한 복잡한 제어 회로가 불필요하므로, 위상 배열 안테나 시스템(100)에서 각 안테나(41-44)에서 출력되는 신호의 위상과 진폭 제어가 용이하게 이루어지며 제어 회로의 구조 역시 간단해 진다.
다음, 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 배열 안테나 시스템(100a)에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 위상 배열 안테나 시스템(100)과 비교하여, 동일한 구조를 갖고 같은 동작을 수행하는 구성요소에 대하는 도 1과 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명도 생략한다.
도 2를 참고로 하면, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100a)는 도 1의 위상 배열 안테나 시스템(100)과 유사하게, 무선 신호원(10), 무선 신호원(10)과 연결되어 있고 복수 개의 출력단(OUT1-OUT4)을 구비하고 있는 데이터 셀렉터(20), 데이터 셀렉터(20)의 각 출력단(OUT1-OUT4)에 연결되어 있는 복수의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비한 복수 개의 매칭 회로부(31-34), 그리고 각 매칭 회로부(31-34)에 연결되어 있는 복수 개의 안테나(41-44)를 구비한다.
하지만, 도 1과 달리, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100a)은 각 매칭 회로부(31-34)와 해당 안테나(41-44) 사이에 위치하고 각각 복수 개의 스위치(511-514, 521-524, 531-534, 541-544)를 구비하고 있는 복수 개의 스위칭부(51-54)를 추가로 구비한다.
이때, 각 스위칭부(51-54)는 모두 동일한 구조를 갖고 있다.
이러한 각 스위칭부(51-54)에 구비된 스위치(511-514, 521-524, 531-534, 541-544)는 각각 대응하는 각 매칭 회로에 입력단이 연결되어 있고 해당 안테나(41-44)에 출력단이 연결되어 있다.
따라서, 각 안테나(41-44)는 연결된 해당 스위칭부(51-54)에 스위치(511-514, 521-524, 531-534, 541-544)의 동작 상태인 온오프(on/off) 상태에 따라 관련 매칭 회로부(41-44) 중에서 해당하는 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 연결되고, 이로 인해 연결된 해당 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 용량 크기에 따른 무선 신호의 위상값이 정해진다.
이러한 스위칭부(51-54)의 각 스위치(511-514, 521-524, 531-534, 541-544)는 도시하지 않은 제어부로부터 인가되는 제어 신호(CS2)에 따라 동작 상태가 변하여 온 또는 오프 상태를 유지하는 릴레이(relay)나 RF 스위치 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 각 매칭 회로부(31-34)의 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)와 해당 안테나(41-44)에 사이에 별도의 스위치(511-514, 521-524, 531-534, 541-544)가 존재하여, 원하는 크기를 갖는 매칭 회로와 해당 안테나(41-44)를 연결시키므로, 다른 매칭 회로에 의한 신호 간섭 동작이 추가적으로 발생하지 않는다.
즉, 도 1의 경우, 비록 데이터 셀렉터(20)의 동작에 의해 각 안테나(41-44)의 위상값이 선택되지만, 해당 안테나(예, 41)에 연결된 해당 매칭 회로부(예, 31)의 모든 매칭 회로(311-314)의 출력단에 해당 안테나(41)가 연결되어 있다.
따라서, 해당 안테나(41)는 데이터 셀렉터(20)에 의해 선택되지 않은 다른 매칭 회로(312-314)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으므로, 안테나(41)를 통해 송신되는 무선 신호는 다른 매칭 회로(312-314)에 영향을 받아, 송신되는 무선 신호의 왜곡 현상이 발생한다.
하지만, 본 예의 경우, 해당 안테나(41)는 스위칭부(예, 51)에 의해 선택된 매칭 회로(311)에만 연결되고 데이터 셀렉터(20)에 의해 선택되지 않은 다른 매칭 회로(312-314)와는 연결되지 않는다.
따라서, 해당 안테나(41)는 연결되지 않은 다른 매칭 회로(312-314)의 간섭 없이 선택된 매칭 회로(311)에 따라 정해진 해당 위상값에 관련된 무선 신호의 송신 동작을 실시하게 된다.
이로 인해, 해당 안테나(41)에서 송신되는 무선 신호의 위상과 진폭 상태가 왜곡없이 안정적으로 유지되어, 위상 배열 안테나 시스템(100a)의 동작 효율이 향상된다.
다음, 도 3을 참고로 하여 본 발명의 또 다른 예의 위상 배열 안테나 시스템(100b)를 설명한다.
도 2와 비교할 때, 동일한 구조를 갖고 같은 동작을 수행하는 구성요소에 대하는 도 2와 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명도 생략한다.
도 3의 위상 배열 안테나 시스템(100b)은 무선 신호원(10), 무선 신호원(10)과 연결되어 있는 복수의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비한 복수 개의 매칭 회로부(31-34), 각 매칭 회로부(31-34)에 연결되어 있는 복수 개의 스위칭부(51-55), 및 복수 개의 스위칭부(예, 복수 개의 제2 스위칭부)(51-55)에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나(41-44)를 구비한다.
또한, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100b)은 추가적으로 각 매칭 회로부(31-34)와 무선 신호원(10) 사이에 연결되어 있는 복수 개의 스위칭부(예, 복수 개의 제1 스위칭부)(61-64)를 더 구비하고 있다.
따라서, 도 2에 도시한 위상 배열 안테나 시스템(100a)와 비교할 때, 본 예의 위상 배열 안테나 시스템(100b)은 데이터 셀렉터(20)가 생략되고 복수 개의 제1 스위칭부(61-64)를 구비하고 있다.
각 제1 스위칭부(61-64)는 모두 동일한 구조를 갖고 있고, 서로 대응하는 각 매칭 회로부(31-34)에 구비된 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)와 동일한 개수의 스위치(611-614, 621-624, 631-634, 641-644)를 구비한다.
이로 인해, 본 예의 경우, 각 매칭 회로부(31-34)는 4개의 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)를 구비하고 있으므로, 제1 스위칭부(61-64) 각각 역시 4개의 스위치(611-614, 621-624, 631-634, 641-644)를 구비한다.
이때, 제1 스위칭부(61-64)의 각 스위치(611-614, 621-624, 631-634, 641-644)는 일측이 무선 신호원(10)에 연결되어 있고 타측은 각 대응되는 매칭 회로부(31-34)의 각 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)에 연결되어 있다.
제1 스위칭부(61-64)의 각 스위치(611-614, 621-624, 631-634, 641-644)는 릴레이나 RF 스위치 등으로 이루어져 있고, 이로 인해, 제2 스위칭부(51-54)와 같이, 제어부로부터 인가되는 제어 신호(CS3)에 따라 온 또는 오프된다.
따라서, 각 안테나(41-44)에 연결되는 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 선택은 제2 스위칭부(51-54)의 선택뿐만 아니라 제1 스위칭부(61-64)의 선택에 따라 정해진다.
또한, 동시에 온되는 제1 스위칭부(61-64)와 제2 스위칭부(51-54)의 개수를 조정하여, 해당 안테나(41-44)에 연결되는 매칭 회로(311-314, 321-324, 331-334, 341-344)의 개수(즉, 매칭 회로의 경우의 수)를 가변시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 스위칭부(61)의 스위치(611)가 온 되고 제2 스위칭부(51)의 스위치(511)가 온될 경우, 해당 안테나(41)는 제1 매칭 회로(311)에 연결되어, 제1 매칭 회로(311)에 의해 정해진 위상을 갖게 된다.
하지만, 제1 스위칭부(61)의 스위치(611, 612)가 온 되고 제2 스위칭부(51)의 스위치(511, 512)가 온될 경우, 해당 안테나(41)는 제1 매칭 회로(311)와 제2 매칭 회로(312)에 연결되므로, 이들 두 매칭 회로(311, 312)에 의해 정해진 크기의 위상을 갖게 된다.
따라서, 안테나(41-44)에 연결 가능한 매칭 회로의 개수는 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되어 있는 매칭 회로의 개수를 초과하게 되므로, 도 1 및 도 2에 비해 각 안테나(41-44)가 선택 할 수 있는 위상의 개수는 크게 증가한다.
이로 인해, 도 1 및 도 2의 경우, 빔포밍 패턴의 개수는 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되어 있는 매칭 회로의 물리적인 개수에 한정되지만, 도 3는 각 매칭 회로부(31-34)에 구비되어 있는 매칭 회로의 물리적인 개수를 초과하게 되어, 위상 배열 안테나 시스템(100b)의 동작 효율이 향상된다.
위상 배열 안테나 시스템의 경우, 안테나에서 출력되는 위상의 크기에 따라 빔포밍의 각도가 달라지므로, 데이터 셀렉터(20) 및 제1 및 제2 스위칭부(61-64, 51-54)를 이용하여 빔포밍 패턴의 개수와 빔포밍 각도를 용이하게 변화시킬 수 있다.
도 4는 구비된 각 안테나의 위상값에 따른 빔 포밍 각도 변화를 도시한 도면이다.
도 4를 참고로 하며, 두 개의 안테나(예, 제1 및 제2 안테나)에서 출력되는 신호의 위상값이 모두 동일할 경우, (a)와 같이 빔포밍 각도는 0도가 된다. 도 4의 (a)의 제1 안테나에서 출력되는 신호(예, 제1 안테나 신호)와 제2 안테나에서 출력되는 신호(예, 제2 안테나 신호)의 위상값은 예로서, 모두 0도이나 60도일 수 있다.
반면, 도 4의 (b)와 (c)처럼, 각 안테나에서 출력되는 제1 및 제2 안테나 신호의 위상값이 상이할 경우 작은 위상값을 갖는 안테나에서 출력되는 신호의 쪽으로 빔포밍 방향이 정해진다.
따라서, 도 4의 (b)에서, 제1 안테나 신호의 위상값은 0도(또는 -30도)이고 제2 안테나 신호의 위상값은 60도(또는 30도)인 경우로서, 제1 안테나 신호 쪽으로 빔포밍 방향이 정해진 경우이다.
또한, 도 4의 (c)의 경우, 제1 안테나 신호의 위상값은 60도(또는 30도)이고 제2 안테나 신호의 위상값은 0도(또는 -30도)로서, 제2 안테나 신호 쪽으로 빔포밍 방향이 정해짐을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 위상 배열 안테나 시스템의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 100a, 100b: 위상 배열 안테나 시스템 10: 무선 신호원
20: 데이터 셀렉터 31-34: 매칭 회로부
41-44: 안테나 51-54, 61-64: 스위칭부
311-314, 321-324, 331-334, 341-344: 매칭 회로
511-514, 521-524, 531-534, 541-544: 스위치
611-614, 621-624, 631-634, 641-644: 스위치

Claims (8)

  1. 무선 신호원에 연결된 입력단과 복수 개의 출력단을 구비하는 데이터 셀렉터;
    상기 데이터 셀렉터의 각 출력단에 입력단이 연결되어 있는 복수 개의 매칭 회로를 각각 구비하는 복수 개의 매칭 회로부;
    상기 복수 개의 매칭 회로부에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나; 및
    각 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 출력단과 각 안테나 사이에 위치하고 복수 개의 스위치를 구비하는 복수 개의 스위칭부
    를 포함하는 위상 배열 안테나 시스템.
  2. 무선 신호원에 일측단이 각각 연결되어 있는 복수 개의 제1 스위치를 구비하는 복수 개의 제1 스위칭부;
    상기 각 제1 스위치의 타측단에 입력단이 연결되어 있는 복수 개의 매칭 회로를 각각 구비하는 복수 개의 매칭 회로부;
    상기 각 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 출력단에 일측단이 연결되어 있는 복수 개의 제2 스위치를 구비하는 복수 개의 제2 스위칭부; 및
    상기 각 제1 스위칭부에 속한 각 제2 스위치의 타측단에 각각 연결되어 있는 복수 개의 안테나
    를 포함하는 위상 배열 안테나 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 데이터 셀렉터는 외부로부터 인가되는 제어 신호에 따라 동작 상태가 변하여 복수 개의 출력단 중 하나를 상기 입력단과 연결시키는 RF 스위치인 위상 배열 안테나 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 각 매칭 회로부의 각 매칭 회로는 저항성 성분, 용량성 성분 및 유도성 성분 중 적어도 하나를 갖는 수동 소자를 포함하거나 스텁을 포함하는 위상 배열 안테나 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    동일한 매칭 회로부에 속한 각 매칭 회로의 임피던스 크기는 서로 상이한 위상 배열 안테나 시스템.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    각 안테나는 대응하는 매칭 회로부에 속한 모든 매칭 회로의 출력단에 연결되어 있는 위상 배열 안테나 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나는 위상 배열 안테나인 위상 배열 안테나 시스템.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3944606B2 (ja) * 2005-01-31 2007-07-11 オプテックス株式会社 フェーズドアレーアンテナ装置
US20100127951A1 (en) * 2007-07-24 2010-05-27 Jean-Luc Robert Multi- antenna system feed device and wireless link terminal equipped with such a device
KR20110086201A (ko) * 2010-01-22 2011-07-28 (주)소노비젼 선반형 안테나 및 선반형 안테나 장치
US20140139373A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Industrial Technology Research Institute Multipath switching system having adjustable phase shift array
KR101404225B1 (ko) 2010-11-08 2014-06-05 한국전자통신연구원 버틀러 매트릭스 및 이를 구비한 다중단자 증폭기
US20140227982A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Rf Micro Devices, Inc. Front end circuitry for carrier aggregation configurations
KR20140114644A (ko) 2013-03-19 2014-09-29 한국전자통신연구원 광대역 버틀러 매트릭스 장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3944606B2 (ja) * 2005-01-31 2007-07-11 オプテックス株式会社 フェーズドアレーアンテナ装置
US20100127951A1 (en) * 2007-07-24 2010-05-27 Jean-Luc Robert Multi- antenna system feed device and wireless link terminal equipped with such a device
KR20110086201A (ko) * 2010-01-22 2011-07-28 (주)소노비젼 선반형 안테나 및 선반형 안테나 장치
KR101404225B1 (ko) 2010-11-08 2014-06-05 한국전자통신연구원 버틀러 매트릭스 및 이를 구비한 다중단자 증폭기
US20140139373A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Industrial Technology Research Institute Multipath switching system having adjustable phase shift array
US20140227982A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Rf Micro Devices, Inc. Front end circuitry for carrier aggregation configurations
KR20140114644A (ko) 2013-03-19 2014-09-29 한국전자통신연구원 광대역 버틀러 매트릭스 장치

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