KR102233948B1 - 안테나 어레이 - Google Patents

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KR102233948B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이는 제 1 안테나, 제 2 안테나, 및 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 빔 패턴의 형태에 기초하여 높이가 결정되는 유전체를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이에 따르면 안테나 상호 간의 커플링을 줄일 수 있다.

Description

안테나 어레이{ANTENNA ARRAY}
본 발명은 안테나 어레이에 관한 것이다.
일반적으로, 다이폴 다중 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 경우 빔의 입사각에 따른 위상 지연을 이용하여 수신되는 빔의 방향을 추정한다. 즉, 안테나 어레이로 입사되는 빔은 인접한 안테나 간에 일정한 거리 지연이 발생하며, 안테나 간의 간격, 안테나 간의 위상 차이를 이용하면 수신되는 빔의 입사각을 추정할 수 있다. 그러나, 다이폴 안테나의 경우 빔 패턴이 전방향으로 향하므로 입사되는 빔의 방향을 추정하기 위해서는 복수의 안테나를 사용해야 하는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위한 방법으로 지향성의 빔 패턴을 갖는 지향성 안테나가 사용되고 있다. 지향성 안테나를 이용하는 경우 수신되는 빔의 크기정보(예를 들어, 전력)와 빔 패턴 정보를 이용하여 입사각을 추정할 수 있다. 그러나, 지향성 안테나가 어레이 형태로 배열되는 경우 안테나 간의 거리에 따라 빔들이 겹치게 되어 커플링이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 안테나들 간의 커플링을 감소시킬 수 있는 안테나 어레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이는 제 1 안테나, 제 2 안테나, 및 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 빔 패턴의 형태에 기초하여 높이가 결정되는 유전체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나의 빔 패턴은 메인 로브의 빔 폭을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭은 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배보다 작은 경우 상기 유전체의 높이는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 상기 빔 폭을 정의하는 지점까지의 길이로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배 이상인 경우 상기 유전체의 높이는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이는 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유전체는 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 지향성 안테나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이는 제 1 안테나, 제 2 안테나, 및 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 결정되는 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장되는 유전체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭은 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배보다 작은 경우 상기 유전체는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 상기 빔 폭을 정의하는 지점까지의 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배 이상인 경우 상기 유전체는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이는 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 지향성 안테나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이에 따르면 안테나 상호 간의 커플링을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이에 따르면 빔 방향 추정 장치의 빔 방향 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이의 빔 패턴을 보여준다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 어레이를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 이용한 빔 방향 추정 장치를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 이용한 빔 송수신장치를 보여준다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 보여준다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이의 빔 패턴을 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이(100)는 제 1 안테나(110), 제 2 안테나(120), 및 유전체(130)를 포함할 수 있다. 이하에서, 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 끝단은 동일한 레벨에 위치하는 것으로 가정한다.
제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 빔 패턴을 형성할 수 있다. 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 빔 패턴은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 안테나(110)는 메인 로브(111) 및 사이드 로브(112)를 포함하는 빔 패턴을 형성하고, 제 2 안테나(120)는 메인 로브(121) 및 사이드 로브(122)를 포함하는 빔 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 빔 패턴은 제 1 방향(1st)을 향해 형성될 수 있다.
제 1 안테나(110)의 메인 로브(111) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(121)는 서로 동일한 길이(A)와 빔 폭(W)을 가질 수 있다. 제 1 안테나(110)의 메인 로브(111) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(121)의 빔 폭(W)은 기준점(s)으로부터 소정거리(L) 떨어진 지점에서 정의될 수 있다. 제 1 안테나(110)의 사이드 로브(112) 및 제 2 안테나(120)의 사이드 로브(122)는 서로 동일한 길이(h)를 가질 수 있다.
제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 지향성 안테나일 수 있다. 도 1에서 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)는 혼 안테나(horn antenna)인 것으로 도시되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유전체(130)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이에 배치될 수 있다. 유전체(130)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 끝단으로부터 제 1 방향(1st)으로 소정 높이(k)만큼 연장되는 형태로 배치될 수 있다. 도 1에서 유전체(130)가 예시적으로 직육면체 형태를 갖는 것으로 도시되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유전체(130)의 형태는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 형태를 고려하여 다양한 형태로 결정될 수 있다.
유전체(130)의 높이(k)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)와 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(111 및 121)의 빔 폭(W)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 유전체(130)의 높이는 아래의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015036936805-pat00001
여기서, k는 유전체(130)의 높이, L은 기준점(s)으로부터 메인 로브(111)의 빔 폭(W)을 정의하는 지점까지의 길이(L), d는 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 거리, h는 사이드 로브(112)의 길이를 나타낸다.
수학식 1을 참조하면, 유전체(130)의 높이(k)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)가 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(111, 121)의 빔 폭(W)의 2배보다 작은 경우 기준점(s)으로부터 메인 로브(111)의 빔 폭(W)을 정의하는 지점까지의 길이(L)로 결정될 수 있다.
또한, 유전체(130)의 높이(k)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)가 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(111, 121)의 빔 폭(W)의 2배 이상인 경우 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 사이드 로브(112, 122)의 길이(h)로 결정될 수 있다.
하지만, 수학식 1은 어디까지나 예시에 불과한 것으로 이해되어야 하며, 유전체(130)의 높이(k)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이의 커플링(coupling)을 줄일 수 있을 정도의 다양한 값으로 결정될 수 있다.
일 측면에서, 수학식 1은 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)가 임계값보다 작은 경우에 있어서의 유전체(130)의 높이(k)는 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)가 임계값보다 크거나 같은 경우에 있어서의 유전체(130)의 높이(k)보다 더 큰 값을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
다른 측면에서, 수학식 1은 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)가 가까울수록 유전체(130)의 높이(k)는 큰 값을 갖는 것으로 이해될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이(100)는 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120) 사이에 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 거리(d)와 제 1 안테나(110) 및 제 2 안테나(120)의 메인 로브(111, 121)의 빔 폭(W)에 기초하여 높이가 결정되는 유전체(130)를 포함함으로써 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이의 빔의 간섭에 의한 커플링을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이(100)는 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이에 유전체(130)를 배치함으로써 제 1 안테나(110)와 제 2 안테나(120) 사이에 결속을 높여 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 어레이를 보여준다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 어레이(200)는 복수의 안테나들(210, 220, 230) 및 복수의 유전체들(240, 250)을 포함할 수 있다.
복수의 유전체들(240, 250)은 복수의 안테나들(210, 220, 230) 사이에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 유전체(240)의 높이(k1)는 복수의 안테나들(210, 220) 사이의 거리와 복수의 안테나들(210, 220)의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 안테나들(210, 220, 230)의 배치에 따라 유전체(240)의 높이(k1) 유전체(250)의 높이(k2)는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
일반적으로, 안테나 어레이의 경우 반파장 이상의 간격을 이격시켜 복수의 안테나들을 배치시킴으로써 상호 커플링을 줄이는데, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 어레이(100, 도 1 참조) 및 안테나 어레이(200)에 따르면, 유전체(130, 240, 250)를 통해 복수의 안테나들 사이의 커플링을 줄일 수 있으므로 보다 자유로운 안테나 배치가 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 이용한 빔 방향 추정 장치를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 방향 추정 장치(1000)는 빔을 수신하는 복수의 안테나를 포함하는 안테나 어레이(1100), 수신되는 빔을 증폭하는 저잡음 증폭기(1200), 증폭된 빔의 이득을 조절하는 이득 조절부(1300), 이득 조절부(1300)로부터 전달되는 빔으로부터 위상 및 크기를 추출하는 빔 정보 추출부(1400), 및 추출된 빔 정보를 기초로 빔의 방향을 추정하는 빔 방향 추정부(1500)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 안테나 어레이(1000)는 도 1 또는 도 3을 참조하여 설명한 안테나 어레이(100 또는 200)일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이(100, 200)는 유전체(130, 240, 250)를 포함함으로써 안테나들 사이의 빔의 간섭에 의한 커플링을 줄일 수 있으므로 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 방향 추정 장치(1000)의 추정 정확도가 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 이용한 빔 송수신장치를 보여준다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 송수신장치(2000)는 빔을 수신하는 복수의 안테나를 포함하는 안테나 어레이(2100), 듀플렉스(2200), 송신부(2300), 빔 형성 계수 발생부(2400), 수신부(2500), 및 빔 방향 추정부(2600)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 안테나 어레이(2000)는 도 1 또는 도 3을 참조하여 설명한 안테나 어레이(100 또는 200)일 수 있다.
송신부(2300)는 빔 형성 계수 발생부(2400)로부터 전달되는 계수 정보를 이용하여 빔을 생성하고, 생성된 빔을 안테나 어레이(2100)를 통해 송신할 수 있다.
빔 형성 계수 발생부(2400)는 빔 형성을 위한 계수 정보(예를 들어, 위상 및/또는 크기)를 생성할 수 있다.
수신부(2500)는 도 4를 참조하여 설명한 저잡음 증폭기(1200), 이득 조절부(1300), 및 빔 정보 추출부(1400)를 포함할 수 있다. 수신부(2500) 및 빔 방향 추정부(2600)는 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 1100, 2100: 안테나 어레이
110: 제 1 안테나
120: 제 2 안테나
111, 121: 메인 로브
112, 122: 사이드 로브
130: 유전체
1000: 빔 방향 추정 장치
1200: 저잡음 증폭기
1300: 이득 조절부
1400: 빔 정보 추출부
1500, 2600: 빔 방향 추정부
2000: 빔 송수신장치
2200: 듀플렉스
2300: 송신부
2400: 빔 형성 계수 발생부
2500: 수신부

Claims (14)

  1. 제 1 안테나;
    제 2 안테나; 및
    상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 높이가 결정되는 유전체를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배보다 작은 경우 상기 유전체의 높이는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 상기 빔 폭을 정의하는 지점까지의 길이로 결정되는 안테나 어레이.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  4. 삭제
  5. 제 1 안테나;
    제 2 안테나; 및
    상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 높이가 결정되는 유전체를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배 이상인 경우 상기 유전체의 높이는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이로 결정되는 안테나 어레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 지향성 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  9. 제 1 안테나;
    제 2 안테나; 및
    상기 제 1 및 제 2 안테나 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 결정되는 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장되는 유전체를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배보다 작은 경우 상기 유전체는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 상기 빔 폭을 정의하는 지점까지의 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장되는 안테나 어레이.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  11. 삭제
  12. 제 1 안테나;
    제 2 안테나; 및
    상기 제 1 및 제 2 안테나 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리와 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭에 기초하여 결정되는 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장되는 유전체를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나 사이의 거리가 상기 제 1 및 제 2 안테나의 메인 로브의 빔 폭의 2배 이상인 경우 상기 유전체는 상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이만큼 상기 제 1 및 제 2 안테나의 끝단으로부터 연장되는 안테나 어레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나의 사이드 로브의 길이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 지향성 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나 어레이.
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