KR102264751B1 - 위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상 제거를 위한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법 - Google Patents

위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상 제거를 위한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법 Download PDF

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Abstract

위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상 제거를 위한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법이 개시된다.
이 비 평면형 입체 구조 배열 안테나는 위성 항법 수신용 비 평면형 입체 구조 배열 안테나로서, 복수의 안테나 소자를 포함한다. 복수의 안테나 소자가 평면상에서 방사 대칭형으로 배치될 수 있는 복수의 방사 대칭형 위치 중에서 하나의 위치를 제외한 나머지 위치에 복수의 안테나 소자 중에서 하나의 안테나 소자를 제외한 나머지 안테나가 각각 배치되어 있고, 복수의 안테나 소자 중에서 제외된 하나의 안테나 소자가 복수의 방사 대칭형 위치 중에서 제외된 하나의 위치에서 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되어 있다.

Description

위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상 제거를 위한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법 {Non-planar three-dimensional array antenna for eliminating symmetrical occurrence of interference sources on receiving Global Navigation Satellite System signal and method thereof}
본 발명은 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상을 제거할 수 있는 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법에 관한 것이다.
위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 인공위성 네트워크를 이용해 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추적해내는 시스템으로, GLONASS(Global Navigation Satellite System), GALILEO, GPS(Global Positioning System) 등이 여기에 속한다.
위성 항법 시스템은 광범위한 응용 범위를 가지고 있지만, 신호 체계가 공개되어 있으며, 수신기 잡음 수준 이하의 수신 전력으로 인하여 고의적 또는 비고의적인 전자파 간섭이나 재밍에 매우 취약하다. 따라서, 이러한 간섭을 제거하거나 완화시키기 위해 간섭 제거 장치가 사용되고 있다.
기존의 위성 항법 수신 시스템에서 사용되고 있는 배열 안테나의 경우 대부분 평면 구조로 제작되어 있으며, 이는 설계 및 제작의 용이성 등의 장점이 있어서 널리 사용되고 있다.
그러나, 특히 일정 고도 이상에서 운용되는 무인기 또는 드론 등의 비행체에 탑재되는 위성 항법 수신 시스템의 간섭 신호 처리 장치에 종래의 평면 구조의 배열 안테나를 적용하는 경우, 의도치 않게 유입되는 간섭 신호에 의해서 배열 안테나가 장착된 플랫폼 기준의 대칭 위치에서 발생하는 추가적인 가상의 간섭원에 의해서 배열 안테나 기반의 간섭 신호 처리 장치의 성능 저하 및 불능 상태가 야기될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 위성 항법 신호 수신시 간섭원의 대칭적 발생 현상을 제거할 수 있는 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 및 그 구성 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 비 평면형 입체 구조 배열 안테나가 제공되며, 이 비 평면형 입체 구조 배열 안테나는,
위성 항법 수신용 비 평면형 입체 구조 배열 안테나로서, 제1 평면상에 배치된 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 안테나 그룹, 그리고 상기 제1 평면과 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되는 제2 안테나 소자를 포함한다.
여기서, 상기 제1 안테나 그룹의 복수의 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형으로 배치되고, 상기 제2 안테나 소자는 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성된 방사 대칭형의 물리적 중심인 중심부에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치된다.
또한, 상기 제2 안테나 소자는, 상기 제2 안테나 소자가 배치된 위치가 수직으로 상기 제1 평면상에 투영되는 경우 상기 복수의 안테나 소자와 함께 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형이 되도록 하는 위치에 배치된다.
또한, 상기 미리 설정된 간격은 상기 비 평면형 입체 구조 배열 안테나에서 수신하는 신호의 파장의 1/4이다.
또한, 상기 복수의 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자의 합은 4개 또는 7개이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 방법이 제공되며, 이 방법은,
위성 항법 수신용 비 평면형 입체 구조 배열 안테나를 구성하는 방법으로서, 제1 평면상에 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계, 그리고 상기 제1 평면과 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 제2 안테나 소자가 배치되는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계에서, 상기 복수의 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형으로 배치되고, 상기 제2 안테나 소자가 배치되는 단계에서, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성된 방사 대칭형의 물리적 중심인 중심부에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치된다.
또한, 상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계 전에, 상기 복수의 안테나와 상기 제2 안테나 소자가 함께 상기 제1 평면상에 방사대칭형으로 배치될 위치가 결정되는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계에서, 상기 방사 대칭형으로 배치될 위치에 상기 복수의 안테나 소자가 배치되고, 상기 제2 안테나 소자가 배치되는 단계에서, 상기 방사 대칭형으로 배치될 위치 중에서 상기 제2 안테나 소자가 배치될 위치에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 상기 제2 안테나 소자가 배치된다.
또한, 상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계 전에, 상기 복수의 안테나가 상기 제1 평면상에 방사대칭형으로 배치될 위치가 결정되는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계는, 상기 복수의 안테나 중에서 하나의 안테나가 상기 방사 대칭형으로 배치될 위치의 물리적 중심인 중심부에 배치되는 단계, 그리고 상기 복수의 안테나 중에서 나머지 안테나가 상기 방사 대칭형으로 배치될 위치에 각각 배치되는 단계를 포함하며, 상기 제2 안테나 소자가 배치되는 단계에서, 상기 방사 대칭형으로 배치될 위치 중에서 상기 하나의 안테나 소자가 배치될 위치에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 상기 제2 안테나 소자가 배치된다.
본 발명에 따르면, 일반적인 배열 안테나를 적용하는 간섭 신호 처리 장치에서 식별하지 못하거나 또는 구분하지 못하는 간섭원의 대칭적 발생 현상을 효과적으로 제거할 수 있다.
이로 인해, 외부 간섭원의 대칭적 발생 현상으로 인한 간섭 신호 처리 장치의 성능 저하 및 불능 상태를 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 위성 항법 수신 시스템의 개략적인 구성 블록도이다.
도 2는 평면형 배열 안테나 사용시 수신 패턴상의 널 현상 발생을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 중 방사대칭 볼록 구조의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 중 방사대칭 오목 구조의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 중 비대칭 입체 구조의 개략적인 구성도이다.
도 6은 간섭원의 대칭 발생 현상에 대해 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 사용시와 기존의 평면형 배열 안테나 사용시를 구분하여 비교한 도면이다.
도 7은 배열 안테나를 통과한 신호에 대한 GNSS 수신기의 신호 획득 및 추적에 관계되는 코드 상관 결과에 대해 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 사용시와 기존의 평면형 배열 안테나 사용시를 구분하여 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 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 있는 것을 의미한다.
먼저, 일반적인 위성 항법 수신 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 위성 항법 수신 시스템의 개략적인 구성 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 위성 항법 수신 시스템(10)의 신호 수신 처리기(12)는 평면 구조의 배열 안테나(11)를 통해 항법 위성의 항법 신호를 수신하여 대응하는 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환한다.
간섭 제거기(13)는 신호 수신 처리기(12)에서 변환된 IF 신호에 대해 시공간 신호 처리(Space Time Signal Processing) 등을 적용하여 IF 신호로부터 간섭 신호를 제거한다.
위성 항법 수신기(14)는 간섭 제거기(13)로부터 간섭 신호가 제거된 항법 신호를 이용하여 현재의 위치를 산출한다.
그런데, 전술한 바와 같은 간섭 제거기(13)는 일반적인 배열 안테나 신호 처리 구조인 시공간 신호 처리 등을 적용함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 지상에서 발생하는 위성 항법 신호 간섭원에 의해서 대칭적으로 발생하는 가상의 간섭원에 의한 배열 안테나 수신 패턴상의 널 현상이 발생한다.
따라서, 기존의 간섭 제거기(13)에서는 도 2에 도시된 바와 같은 평면 구조의 배열 안테나(11)에 의해 발생하는 간섭원의 대칭적 발생 현상을 제거하지 못한다는 문제점을 가지고 있다.
이하, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조 배열 안테나 중 방사대칭 볼록 구조의 개략적인 구성도이고, 도 4는 방사대칭 오목 구조의 개략적인 구성도이며, 도 5는 비대칭 입체 구조의 개략적인 구성도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, (a)는 4소자 구조의 배열 안테나이고, (b)는 7소자 구조의 배열 안테나이다.
도 3에 도시된 방사 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(100, 110)는 간섭 신호의 유입 방향을 예측할 수 없는 경우에 수평 기준으로 전 방향에 대한 대칭성을 확보하기 위해서 하나의 안테나 소자(101, 111)를 배열 안테나(100, 110)의 물리적 중심(Physical Center, PC1, PC2)에서 상방으로 미리 설정된 간격(delta 1, delta 2)만큼 이격시켜서 배치시킴으로써, 평면 상의 상하 대칭 구조가 아닌 볼록 구조의 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나(100, 110)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 4소자 구조의 배열 안테나(100)의 경우, 4개의 안테나 소자(101, 102, 103, 104) 중 1개의 안테나 소자(101)를 배열 안테나(100)의 중심부, 즉 물리적 중심(PC 1)에서 미리 설정된 간격(delta 1)만큼 상방으로 이격된 위치(Delta Position, DP 1)에 배치하고, 이격된 위치(DP 1)가 아닌 중심부(PC 1)를 중심으로 가장자리 부분에 나머지 3개의 안테나 소자(102, 103, 104)를 방사 대칭형으로 배치함으로써, 볼록 구조의 비 평면형 배열 안테나(100)가 형성될 수 있다.
여기서, 중심부(PC 1)에서 상방으로 이격된 위치(DP 1)에 위치되는 안테나 소자(101)와 나머지 3개의 안테나 소자(102, 103, 104) 사이에 수평면을 기준으로 높이가 서로 다르도록 배치시키기 위해, 다른 지지수단을 사용하여 각 안테나 소자(101, 102, 103, 104)를 지지판(109)에 지지시킬 수 있다. 이 때, 3개의 안테나 소자(102, 103, 104)는 지지판(109)으로 형성되는 제1 평면상에 배열되는 제1 안테나 그룹을 형성하고, 나머지 하나의 안테나 소자(101)는 제1 평면을 기준으로 상방으로 delta 1만큼 이격된 위치(DP1)에 배열되는 제2 안테나를 형성할 수 있다. 선택적으로, 상기한 지지판(109)의 형상을 변형시키는 방식을 사용함으로써 전술한 위치(DP1)로의 상방 이격이 달성될 수도 있다.
마찬가지로, 도 3의 (b)에 도시된 7소자 구조의 배열 안테나(110)의 경우, 전술한 도 3의 (a)에 도시된 4소자의 배열 안테나(100)를 확장한 7소자의 배열 안테나(110)이므로, 도 3의 (a)를 참조하여 전술한 바와 유사하게, 7개의 안테나 소자(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117) 중 1개의 안테나 소자(111)를 배열 안테나(110)의 중심부, 즉 물리적 중심(PC 2)에서 미리 설정된 간격(delta 2)만큼 상방으로 이격된 위치(DP 2)에 배치하고, 이격된 위치(DP 2)가 아닌 중심부(PC 2)를 중심으로 가장자리 부분에 나머지 6개의 안테나 소자(112, 113, 114, 115, 116, 117)를 방사 대칭형으로 배치함으로써, 볼록 구조의 비 평면형 배열 안테나(110)가 형성될 수 있다.
여기서, 중심부(PC 2)에서 하방으로 이격된 위치(DP 2)에 위치되는 안테나 소자(111)와 나머지 6개의 안테나 소자(112, 113, 114, 115, 116, 117) 사이에 수평면을 기준으로 높이가 서로 다르도록 배치시키기 위해, 다른 지지수단을 사용하여 각 안테나 소자(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)를 지지판(119)에 지지시킬 수 있다. 이 때, 6개의 안테나 소자(112, 113, 114, 115, 116, 117)는 지지판(119)으로 형성되는 제1 평면상에 배열되는 제1 안테나 그룹을 형성하고, 나머지 하나의 안테나 소자(111)는 제1 평면을 기준으로 하방으로 delta 2만큼 이격된 위치(DP2)에 배열되는 제2 안테나를 형성할 수 있다. 선택적으로, 상기한 지지판(119)의 형상을 변형시키는 방식을 사용함으로써 전술한 위치(DP2)로의 상방 이격이 달성될 수도 있다.
여기서, 각 안테나 소자(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)를 배열 안테나(110)의 지지판(119)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
또한, 도 3의 (a) 및 (b)에서 이격되는 간격, 즉 미리 설정된 간격(delta 1, delta 2)은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이러한 간격(delta 1, delta 2)은 다수의 실험 또는 측정을 통해 미리 설정될 수 있는 값으로, 예를 들어 배열 안테나(100, 110)의 수신 신호의 파장의 1/4, 즉 λ/4일 수 있으며, 이러한 간격은 다수의 실험 등을 통해 산출될 수 있다.
다음, 도 4를 참조하면, (a)는 4소자 구조의 배열 안테나이고, (b)는 7소자 구조의 배열 안테나이다.
도 4에 도시된 방사 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(120, 130)는 간섭 신호의 유입 방향을 예측할 수 없는 경우에 수평 기준으로 전 방향에 대한 대칭성을 확보하기 위해서 하나의 안테나 소자(121, 131)를 배열 안테나(120, 130)의 물리적 중심(PC3, PC4)에서 하방으로 미리 설정된 간격(delta 3, delta 4)만큼 이격시켜서 배치함으로써, 평면 상의 상하 대칭 구조가 아닌 오목 구조의 비 평면형 입체 구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4의 (a)에 도시된 4소자 구조의 배열 안테나(120)의 경우, 4개의 안테나 소자(121, 122, 123, 124) 중 1개의 안테나 소자(121)를 배열 안테나(120)의 중심부, 즉 물리적 중심(PC 3)에서 미리 설정된 간격(delta 3)만큼 하방으로 이격된 위치(DP 3)에 배치하고, 이격된 위치(DP 3)가 아닌 중심부(PC 3)를 중심으로 가장자리 부분에 나머지 3개의 안테나 소자(122, 123, 124)를 방사 대칭형으로 배치함으로써, 오목 구조의 비 평면형 배열 안테나(120)가 형성될 수 있다.
여기서, 각 안테나 소자(121, 122, 123, 124)를 배열 안테나(120)의 지지판(129)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
마찬가지로, 도 4의 (b)에 도시된 7소자 구조의 배열 안테나(130)의 경우, 전술한 도 4의 (a)에 도시된 4소자의 배열 안테나(120)를 확장한 7소자의 배열 안테나(130)이므로, 도 4의 (a)를 참조하여 전술한 바와 유사하게, 7개의 안테나 소자(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137) 중 1개의 안테나 소자(131)를 배열 안테나(130)의 중심부, 즉 물리적 중심(PC 4)에서 미리 설정된 간격(delta 4)만큼 하방으로 이격된 위치(DP 4)에 배치하고, 이격된 위치(DP 4)가 아닌 중심부(PC 4)를 중심으로 가장자리 부분에 나머지 6개의 안테나 소자(132, 133, 134, 135, 136, 137)를 방사 대칭형으로 배치함으로써, 오목 구조의 비 평면형 배열 안테나(130)가 형성될 수 있다.
여기서, 각 안테나 소자(132, 133, 134, 135, 136, 137)를 배열 안테나(130)의 지지판(139)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 오목 구조의 비 평면형 배열 안테나(120, 130)는 하나의 안테나 소자(121, 131)가 중심부(PC3, PC4)에서 하방으로 이격된 위치(DP3, DP4)에 배치되어 오목 구조를 갖는다는 점을 제외하고는 전술한 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 볼록 구조의 비 평면형 배열 안테나(100, 110)와 유사하다.
마찬가지로, 도 4의 (a) 및 (b)에서 이격되는 간격, 즉 미리 설정된 간격(delta 3, delta 4)은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이러한 간격(delta 3, delta 4)은 다수의 실험 또는 측정을 통해 미리 설정될 수 있는 값으로, 예를 들어 배열 안테나(120, 130)의 수신 신호의 파장의 1/4, 즉 λ/4일 수 있다.
상기한 바와 같이, 도 3 및 도 4를 참조하여 4소자의 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나(100, 120)와 7소자의 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나(110, 130)에 대해 설명하였으나, 전술한 볼록형 구조 및 오목형 구조들은 다른 개수의 안테나 소자를 갖는 배열 안테나들에도 유연하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 3소자, 5소자, 8소자, 16 소자 등의 배열 안테나로의 확장 응용이 가능하다.
다음, 도 5를 참조하면, (a)는 4소자 구조의 배열 안테나이고, (b)는 7소자 구조의 배열 안테나이다.
도 5에 도시된 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(140, 150)는 안테나 소자(141, 152)를 대칭 구조일 때 위치해야 될 원래의 위치(Original Position, OP1, OP2)에서 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격(delta 5, delta 6)만큼 이격시켜서 배치함으로써, 평면 상의 상하 대칭 구조가 아닌 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(140, 150)가 형성될 수 있다. 여기서, 비대칭 구조의 비 평면형을 달성하는 데 사용되는 안테나 소자(141, 152)는 항공기 등에 장착되는 위치, 예를 들어 주변 구조물 등의 시야 가림을 고려하여 선택될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 4소자 구조의 배열 안테나(140)의 경우, 4개의 안테나 소자(141, 142, 143, 144) 중 1개의 안테나 소자(141)를 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치(OP1)에서 미리 설정된 간격(delta 5)만큼 상방으로 이격된 위치(DP 5)에 배치하고, 나머지 안테나 소자(142, 143, 144)를 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치에 각각 배치함으로써, 비대칭 구조의 비 평면형 배열 안테나(140)가 형성된다.
보다 구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 4소자 구조의 배열 안테나(140)의 경우, 4개의 안테나 소자(141, 142, 143, 144) 중 1개의 안테나 소자(141)를 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치(OP1)에서 미리 설정된 간격(delta 5)만큼 상방으로 이격된 위치(DP 5)에 배치하고, 나머지 안테나 소자(142, 143, 144)를 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치에 각각 배치함으로써, 비대칭 구조의 비 평면형 배열 안테나(140)가 형성된다.
여기서, 각 안테나 소자(141, 142, 143, 144)를 배열 안테나(140)의 지지판(149)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 도 5의 (b)에 도시된 7소자 구조의 배열 안테나(150)의 경우, 7개의 안테나 소자(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157) 중 1개의 안테나 소자(151)를 배열 안테나(150)의 중심부에 배치하고, 나머지 6개의 안테나 소자(152, 153, 154, 155, 156, 157)를 중심부(PC6)를 중심으로 가장자리 부분에 방사 대칭형으로 배치하되, 그 중에서 1개의 안테나 소자(152)를 방사 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치(OP2)에서 미리 설정된 간격(delta 6)만큼 상방으로 이격된 위치(DP 6)에 배치함으로써, 비대칭 구조의 비 평면형 배열 안테나(150)가 형성된다.
여기서, 각 안테나 소자(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157)를 배열 안테나(150)의 지지판(159)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
마찬가지로, 도 5의 (a) 및 (b)에서 이격되는 간격, 즉 미리 설정된 간격(delta 5, delta 6)은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이러한 간격(delta 5, delta 6)은 다수의 다양한 실험 또는 측정을 통해 미리 설정될 수 있는 값으로, 예를 들어 배열 안테나(140, 150)의 수신 신호의 파장의 1/4, 즉 λ/4일 수 있다.
이와 같이, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나(100, 110, 120, 130, 140, 150)를 사용함으로써, 가상의 간섭원의 대칭 위치에서의 발생 현상이 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 도면을 참조하면, (a)는 기존의 평면형 배열 안테나를 적용한 경우로서, 대칭 위치에서 간섭 현상(interference #1)이 발생하였음을 알 수 있다. 그러나, 도 6의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 미리 설정된 간격인 delta를 0.5(즉, λ/4)로 설정한 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나(100, 110, 120, 130, 140, 150)를 적용한 경우로서, 기존의 경우라면 나타났어야 하는 간섭 현상(interference #1)이 존재하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 배열 안테나를 통과한 신호에 대한 GNSS 수신기의 신호 획득 및 추적에 관계되는 코드 상관(code correlation) 결과를 표시한 것으로, (a)는 기존의 평면형 배열 안테나를 적용한 경우이고, (b)는 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나를 적용한 경우이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나를 적용한 경우, 즉 (b)에서는 GPS 수신에 요구되는 상관 결과 값이 주기적으로 관측됨을 시각적으로 확인할 수 있으나, 기존의 평면형 배열 안테나를 적용한 경우, 즉 (a)에서는 위와 같은 주기적인 상관 결과값을 확인할 수 없다.
특히, 전술한 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나 중에서 방사대칭 볼록 구조의 비 평면형 배열 안테나가 방사대칭 오목 구조의 비 평면형 배열 안테나에 비해 간섭원의 대칭적 발생 현상 제거 효율이 더 좋은 것으로 나타났다. 이것은 오목 구조의 경우, 배열 안테나 주변 소자의 방향이 우주에 있는 GPS 위성 수신에 적절하게 노출되지 못한 구조적인 한계 때문인 것으로 파악된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 4소자의 비대칭 구조의 비 평면형 입체배열 안테나에 대해 전술한 도 5의 (a)를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 도 5의 (a)에서와 같이 구성된 배열 안테나 외에, 도 8에서와 같은 형태로도 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나의 개략적인 구성도이다.
도 8을 참조하면, 4소자 구조의 배열 안테나(160)의 경우, 4개의 안테나 소자(161, 162, 163, 164) 중 1개의 안테나 소자(161)를 배열 안테나(160)의 중심부에 배치시키고, 나머지 3개의 안테나 소자(162, 163, 164)를 중심부를 중심으로 가장자리 부분에 방사 대칭형으로 배치하되, 그 중에서 1개의 안테나 소자(162)를 방사 대칭 구조일 경우에 위치해야 될 원래의 위치(OP3)에서 미리 설정된 간격(delta 7)만큼 상방으로 이격된 위치(DP 7)에 배치함으로써, 비대칭 구조의 비 평면형 배열 안테나(160)가 형성된다.
마찬가지로, 도 8에서 이격되는 간격은 다수의 다양한 실험 또는 측정을 통해 미리 설정될 수 있는 값으로, 예를 들어 파장의 1/4, 즉 λ/4일 수 있다.
여기서, 각 안테나 소자(161, 162, 163, 164)를 배열 안테나(160)의 지지판(169)에 지지시키는 구성에 대해서는 도 3의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나를 구성하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나를 구성하는 방법에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다. 도 9는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(100, 110, 120, 130)를 구성하는 방법에 대응한다. 또한, 도 9에 따른 방법은 일반적인 배열 안테나를 구성하는 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 먼저 평면 상에 배치될 복수의 안테나 소자, 예를 들어, 4개 또는 7개의 안테나 소자가 준비된다(S100).
그 후, 구성될 배열 안테나의 중심부, 즉 물리적 중심(PC)으로부터 미리 설정된 간격(delta)만큼 상방 또는 하방으로 이격된 위치(DP)가 결정된다(S110). 여기서, 미리 설정된 간격(delta)은 예를 들어 λ/4일 수 있다.
계속해서, 복수의 안테나 소자 중에서 하나의 안테나 소자가 상기 단계(S110)에서 결정된 위치(DP)에 배치된다(S120).
그런 다음, 배열 안테나의 중심부(PC)를 기준으로 가장자리에 복수의 안테나 소자 중에서 하나의 안테나 소자를 제외한 나머지 안테나가 방사 대칭형으로 배치될 수 있는 위치가 결정된다(S130). 예를 들어, 4소자의 배열 안테나가 구성되는 경우, 3개의 안테나 소자가 방사 대칭형으로 배치될 수 있는 위치가 결정될 수 있다.
마지막으로, 복수의 안테나 소자 중에서 상기 단계(S120)에서 배치된 하나의 안테나 소자를 제외한 나머지 안테나 소자가 상기 단계(S130)에서 결정된 각각의 위치에 배치된다(S140).
이렇게 복수의 안테나 소자가 모두 배치됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나가 구성될 수 있다. 이 때, 상기 단계(S110)에서 결정되는 위치(DP)가 배열 안테나의 중심부(PC)로부터 상방으로 이격된 위치인 경우에는 볼록 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나가 구성되는 것이지만, 위치(DP)가 배열 안테나의 중심부(PC)로부터 하방으로 이격된 위치인 경우에는 오목 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나가 구성될 것이다.
다음, 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나를 구성하는 방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다. 도 10은 도 5의 (a)를 참조하여 설명한 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(140)를 구성하는 방법에 대응한다. 또한, 도 10에 따른 방법은 일반적인 배열 안테나를 구성하는 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 10을 참조하면, 먼저, 평면 상에 배치될 복수의 안테나 소자, 예를 들어, 4개 또는 7개의 안테나 소자가 준비된다(S200).
그 후, 구성될 배열 안테나의 중심부(PC)를 기준으로 가장자리에 복수의 안테나 소자가 방사 대칭형으로 배치될 위치가 결정된다(S210).
다음, 복수의 안테나 소자 중에서 하나의 안테나 소자를 제외한 나머지 안테나 소자가 상기 단계(S210)에서 결정된 방사 대칭형 위치 중에서 하나를 제외한 나머지 위치에 각각 배치된다(S220).
계속해서, 상기 단계(S210)에서 결정된 방사 대칭형 위치 중에서 안테나 소자가 배치되지 않은 하나의 위치로부터 미리 설정된 간격(delta)만큼 상방 또는 하방으로 이격된 위치(DP)가 결정된다(S230). 여기서, 미리 설정된 간격(delta)은 예를 들어 λ/4일 수 있다.
마지막으로, 복수의 안테나 소자 중에서 상기 단계(S220)에서 제외된 하나의 안테나 소자가 상기 단계(S230)에서 결정된 이격된 위치(DP)에 배치된다(S240).
이렇게 복수의 안테나 소자가 모두 배치됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나가 구성될 수 있다.
다음, 다른 형태의 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나를 구성하는 방법에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나 구성 방법의 흐름도이다. 도 11은 도 5의 (b) 및 도 8을 참조하여 설명한 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나(150, 160)를 구성하는 방법에 대응한다. 또한, 도 11에 따른 방법은 일반적인 배열 안테나를 구성하는 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 먼저, 평면 상에 배치될 복수의 안테나 소자, 예를 들어, 4개 또는 7개의 안테나 소자가 준비된다(S300).
그 후, 구성될 배열 안테나의 중심부(PC)에 복수의 안테나 중에서 하나의 안테나가 배치된다(S310).
다음, 구성될 배열 안테나의 중심부(PC)를 기준으로 가장자리에 하나의 안테나 소자를 제외한 복수의 안테나 소자가 방사 대칭형으로 배치될 위치가 결정된다(S320).
그런 다음, 나머지 안테나 소자 중에서 하나의 안테나 소자를 제외한 나머지 안테나 소자가 상기 단계(S320)에서 결정된 방사 대칭형 위치 중에서 하나를 제외한 나머지 위치에 각각 배치된다(S330).
다음, 상기 단계(S320)에서 결정된 방사 대칭형 위치 중에서 안테나 소자가배치되지 않은 방사 대칭형 위치로부터 미리 설정된 간격(delta)만큼 상방 또는 하방으로 이격된 위치(DP)가 결정된다(S340). 여기서, 미리 설정된 간격(delta)은 예를 들어 λ/4일 수 있다.
마지막으로, 복수의 안테나 소자 중에서 상기 단계(S330)에서 제외된 하나의 안테나 소자가 상기 단계(S340)에서 결정된 이격된 위치(DP)에 배치된다(S350).
이렇게 복수의 안테나 소자가 모두 배치됨으로써, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 구조의 비 평면형 입체 배열 안테나가 구성될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 배열 안테나 12 : 신호 수신 처리기
13 : 간섭 제거기 14 : 위성 항법 수신기
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160: 비 평면형 입체 구조의 배열 안테나
101, 102, 103, 104 : 안테나 소자
111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 : 안테나 소자
121, 122, 123, 124 : 안테나 소자
131, 132, 133, 134, 135, 136, 137 : 안테나 소자
141, 142, 143, 144 : 안테나 소자
151, 152, 153, 154, 155, 156, 157 : 안테나 소자
161, 162, 163, 164 : 안테나 소자
109, 119, 129, 139, 149, 159, 169 : 지지판

Claims (10)

  1. 위성 항법 수신용 비 평면형 입체 구조 배열 안테나로서,
    제1 평면상에 배치된 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 안테나 그룹, 그리고
    상기 제1 평면과 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되는 제2 안테나 소자
    를 포함하며,
    상기 제1 안테나 그룹의 복수의 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형으로 배치되고,
    상기 제2 안테나 소자는 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성된 방사 대칭형의 물리적 중심인 중심부에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되며,
    상기 제1 안테나 그룹의 복수의 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 동일한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나를 구성하는,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 소자는, 상기 제2 안테나 소자가 배치된 위치가 수직으로 상기 제1 평면상에 투영되는 경우 상기 복수의 안테나 소자와 함께 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형이 되도록 하는 위치에 배치되는,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 간격은 상기 비 평면형 입체 구조 배열 안테나에서 수신하는 신호의 파장의 1/4인,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자의 합은 4개 또는 7개인,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나.
  6. 위성 항법 수신용 비 평면형 입체 구조 배열 안테나를 구성하는 방법으로서,
    제1 평면상에 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계, 그리고
    상기 제1 평면과 상방 또는 하방으로 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 제2 안테나 소자가 배치되는 단계
    를 포함하며,
    상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계에서,
    상기 복수의 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 방사 대칭형으로 배치되고,
    상기 제2 안테나 소자가 배치되는 단계에서,
    상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 평면상에서 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성된 방사 대칭형의 물리적 중심인 중심부에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 배치되며,
    상기 복수의 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 동일한 비 평면형 입체 구조 배열 안테나를 구성하는,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나 구성 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계 전에,
    상기 복수의 안테나와 상기 제2 안테나 소자가 함께 상기 제1 평면상에 방사대칭형으로 배치될 위치가 결정되는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 안테나 소자가 배치되는 단계에서,
    상기 방사 대칭형으로 배치될 위치에 상기 복수의 안테나 소자가 배치되고,
    상기 제2 안테나 소자가 배치되는 단계에서,
    상기 방사 대칭형으로 배치될 위치 중에서 상기 제2 안테나 소자가 배치될 위치에서 상방 또는 하방으로 상기 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 상기 제2 안테나 소자가 배치되는,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나 구성 방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 미리 설정된 간격은 상기 비 평면형 입체 구조 배열 안테나에서 수신하는 신호의 파장의 1/4인,
    비 평면형 입체 구조 배열 안테나 구성 방법.
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