KR102411588B1 - 위상배열 안테나 - Google Patents

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KR102411588B1
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김영담
황찬호
김기철
정길수
권대훈
서종우
정재수
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 위상배열 안테나에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 복수 개의 제1 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제1 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하는, 제1 층의 송신부, 복수 개의 제2 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제2 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하고, 상기 송신부와 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 층의 수신부, 상기 송신부 및 상기 수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부를 포함한다.

Description

위상배열 안테나{PHASED ARRAY ANTENNA}
본 발명은 위상배열 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방향 통신을 위한 송신 및 수신 위상배열 안테나에 관한 것이다.
최근 전장 환경에서 감시 및 정찰이 중요해짐에 따라 위험지역에서 수집된 정보를 전달하는 장거리/고속 무선통신 기술이 반드시 확보되어야 한다. 이러한 무선통신 기술은 일반적으로 지상통신망, 위성통신망, 공중통신망으로 분류된다. 지상통신망은 지형적 제약을 받으며 위성통신망은 날씨 및 재밍의 영향을 받는 단점이 있으므로, 지상통신망 대비 가시선 확보가 용이하고 위성통신망 대비 전송속도 증대가 용이한 공중통신망의 활용이 보다 요구된다.
또한 미래의 네트워크 중심 작전환경(NCOE)을 지원하기 위한 공중통신망의 구축을 위해서는 n(임무기):1(중계기) 통신이 가능한 다중빔 안테나 기술이 필수적으로 요구된다.
종래의 공중통신망은 지향성 안테나를 활용한 1:1 공중통신 노드를 형성하였다. 이는 기계식 구동 안테나를 통해 1:1 통신망을 구성하는 방식으로서, 다수의 임무기를 동시에 통신지원하기 위해서는 임무기의 수(예컨대, n)에 해당하는 송/수신 안테나 시스템이 요구되었다. 또한 임무기의 수에 해당하는 안테나 시스템으로 구성됨에 따라 그 크기 및 무게가 과도하게 증가되어 요구되는 위치에 탑재 시 효율적이지 못한 문제가 있었다.
또한 종래의 통신용 위상배열 안테나는 일반적으로 평판형 배열 형상을 나타내며, 이에 따라 빔은 지향 각도가 한정적이고 통신 성능이 열화되며, 임의의 방향에 있는 다수의 임무기에 통신을 지원하기 위한 전방향 연결성을 확보하기 어려웠다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
일본 등록특허 제6723382호
본 발명은 전방향 지향이 가능하면서도, 소형화 및 경량화가 가능하고 격리도를 향상시킬 수 있는 위상배열 안테나를 제공한다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 복수 개의 제1 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제1 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하는, 제1 층의 송신부, 복수 개의 제2 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제2 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하고, 상기 송신부와 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 층의 수신부, 상기 송신부 및 상기 수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 방사소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 복수 개의 제3 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제3 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하고, 상기 송신부와 상기 수신부의 사이에 배치되며, 복수 개의 돌출벽을 구비하는 제3층의 격리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 복수 개의 돌출벽은 서로 상이한 돌출길이를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 복수 개의 돌출벽은 서로 상이한 이격거리를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 회로부는 상기 복수 개의 제1 플레이트 및 상기 복수 개의 제2 플레이트에 대응하는 복수 개의 기판을 포함하며, 상기 복수 개의 기판은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 내측을 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 기판은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 기판은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아지는 사다리꼴 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 복수 개의 기판은 중심 공간을 구획하도록 고리모양으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상배열 안테나는 복수 개의 제4 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제4 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하는, 제4 층의 송수신부, 상기 송수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상배열 안테나에 있어서, 상기 회로부는 상기 복수 개의 제4 플레이트에 대응하는 복수 개의 기판을 포함하며, 상기 복수 개의 기판은 상기 제4 플레이트의 내측을 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 송신부 및 수신부의 프로파일이 다각형을 형성하여 전방향 통신 빔 형성이 가능하고, 안테나의 소형화 및 경량화가 가능하며, 인접한 송신부 및 수신부를 동시 활용하여 이득을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 프로파일이 다각형으로 형성되는 격리부를 더 포함하고, 격리부는 복수 개의 돌출벽을 구비함에 따라 송신부 및 수신부의 안테나 격리도 향상이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 송신부 및 수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부를 포함하여, 송신부 및 수신부와 간섭없이 회로부를 배치할 수 있으며, 안테나의 소형화 및 경량화가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나는 회로부가 중심 공간을 구획하도록 고리모양으로 배치됨에 따라, 그 중심 공간에 전원부 등이 배치될 수 있어 공간의 효율화가 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상배열 안테나는 송수신부의 프로파일이 다각형을 형성하여 전방향 통신 빔 형성이 가능하고, 송수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부를 포함하여 송수신부와 간섭없이 회로부를 배치할 수 있으며, 안테나의 소형화 및 경량화가 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대하여 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나를 도 1의 Ⅳ방향으로 바라본 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나의 지향범위를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나에서 인접한 플레이트를 활용한 빔 지향을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상배열 안테나를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수신부를 나타내는 사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 영역을 확대하여 나타내는 정면도 및 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신부(100)를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나를 도 1의 Ⅳ방향으로 바라본 평면도이다.
도 1을 참조하면, 위상배열 안테나(10)는 송신부(100), 수신부(200), 회로부(400)를 포함할 수 있다.
다중 통신방식에는 송신과 수신을 위한 주파수를 분리하는 통신방식인 주파수 분할 통신방식과, 송신과 수신을 위한 시간간격을 분리하는 방식인 시분할 통신방식이 일반적이다. 도 1의 위상배열 안테나(10)는 주파수 분할 통신방식으로서 송신부(100)와 수신부(200)가 분리된 형상일 수 있다.
송신부(100)는 표적체에 신호를 송신할 수 있는 부재로서, 복수 개의 제1 플레이트(110)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(110)는 사각형으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예로, 제1 플레이트(110)는 반사플레이트일 수 있으며, 신호를 반사하여 특정 방향으로 빔을 지향할 수 있다.
복수 개의 제1 플레이트(110)의 각각은 수직하여 위치하고 다각형의 각 변으로 배치되어, 복수 개의 제1 플레이트(110)가 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 즉, 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일은 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일은 4각형, 6각형, 8각형 및 10각형 등일 수 있으며, 다각형의 변의 개수는 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일이 정10각형인 것을 중심으로 설명하도록 할 것이다.
복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일은 다각형을 형성하여, 송신부(100)는 내부에 공간을 형성하고 복수 개의 제1 플레이트(110)로 구성된 제1 층을 형성할 수 있다. 여기서, 층을 형성한다는 것은 동일한 층의 각 플레이트는 동일한 레벨에 위치되도록 배치됨을 의미한다.
도 3을 참조하면, 복수 개의 제1 플레이트(110)의 각각은 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 방사소자(120)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 플레이트(110)의 일면에는 복수 개의 방사소자(120)가 수평 및 수직 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이때 복수 개의 방사소자(120)가 배치되는 제1 플레이트(110)의 일면은 반경방향 외측을 향한 면일 수 있다.
이에 따라, 송신부(100)의 제1 플레이트(110)는 반경방향 외측을 향해 신호를 송신할 수 있다. 또한, 복수 개의 제1 플레이트(110)가 다각형의 프로파일로 형성되고, 각각의 제1 플레이트(110)는 반경방향 외측을 향해 신호를 송신함에 따라 360˚의 전방향 송신을 가능하게 할 수 있다. 또한, 전방향 통신을 위해 다수의 안테나 장치를 필요로 하지 않고 하나의 위상배열 안테나(10)만을 배치하면 되므로 배치공간의 효율성을 향상시킬 수 있다.
복수 개의 방사소자(120)는 수평 방향의 간격(d1), 수직 방향의 간격(d2)만큼 이격될 수 있다. 또한, 복수 개의 방사소자(120)는 수평 방향의 간격(d1) 및 수직 방향의 간격(d2)만큼 이격되어 방사소자(120)의 행 및 열을 형성할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 방사소자(120)는 각 제1 플레이트(110)에서 4개의 행과 8개의 열, 즉 4 X 8 로 배치될 수 있다. 그러나, 복수 개의 방사소자(120)의 수평 방향의 간격(d1), 수직 방향의 간격(d2) 및 행과 열의 구성은 신호 파동의 간섭을 고려하여 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
수신부(200)는 표적체로부터 신호를 수신할 수 있는 부재로서, 복수 개의 제2 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(210)는 제1 플레이트(110)와 동일한 형상 및 동일한 크기로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(210) 모두 동일한 크기의 사각형으로 형성될 수 있으나, 또는 서로 상이한 크기의 사각형으로 형성될 수 있다.
복수 개의 제2 플레이트(210)의 각각은 수직하여 위치하고 다각형의 각 변으로 배치되어, 복수 개의 제2 플레이트(210)가 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 즉, 복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일은 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일은 4각형, 6각형, 8각형 및 10각형 등일 수 있으며, 다각형의 변의 개수는 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일은 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일과 동일할 수 있다. 즉, 복수 개의 제2 플레이트(210)가 형성하는 다각형은 복수 개의 제1 플레이트(110)가 형성하는 다각형과 실질적으로 동일한 형상 및 크기일 수 있다.
복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일은 다각형을 형성하여, 수신부(200)는 내부에 공간을 형성하고 복수 개의 제2 플레이트(210)로 구성된 제2 층을 형성할 수 있다. 이때, 제2 층의 수신부(200)는 제1 층의 송신부(100)와 제1 방향으로 이격하여 배치될 수 있다.
일 실시예로 제2 층의 수신부(200)는 제1 층의 송신부(100)와 수직 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 이때, 제1 층의 송신부(100)는 제2 층의 수신부(200)보다 수직방향으로 높은 위치에 배치될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 예컨대 제2 층의 수신부(200)보다 수직방향으로 낮은 위치에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 위상배열 안테나(10)는 송신부(100)와 수신부(200)가 이격되어 배치됨에 따라 송신 및 수신 신호 간의 간섭의 영향을 감소시킬 수 있다.
일 실시예로 제2 층의 수신부(200)는 제1 층의 송신부(100)와 수직 방향으로 포개지도록 배치될 수 있다. 즉, 도 1의 Ⅳ방향으로 바라보았을 때 수신부(200)의 제2 플레이트(210)와 송신부(100)의 제1 플레이트(110)는 원주방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다.
이때, 동일한 수직 평면 상에 위치하는 제2 플레이트(210)와 제1 플레이트(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 모듈로 형성될 수 있다. 이에 따라, 위상배열 안테나(10)를 모듈화할 수 있고 설계하고자 하는 안테나의 크기 및 프로파일에 따라 복수 개의 모듈을 배치하여 용이하게 위상배열 안테나(10)를 구성할 수 있다.
복수 개의 제2 플레이트(210)의 각각은 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 방사소자(220)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 플레이트(210)의 일면에는 복수 개의 방사소자(220)가 수평 및 수직 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이때 복수 개의 방사소자(220)가 배치되는 제2 플레이트(220)의 일면은 반경방향 외측을 향한 면일 수 있다.
이에 따라, 수신부(200)의 제2 플레이트(220)는 반경방향 외측으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또한, 복수 개의 제2 플레이트(220)가 다각형의 프로파일로 형성되고, 각각의 제2 플레이트(220)는 반경방향으로부터 신호를 수신함에 따라 360˚의 전방향 수신을 가능하게 할 수 있다. 또한, 전방향 통신을 위해 다수의 안테나 장치를 필요로 하지 않고 하나의 위상배열 안테나(10)만을 배치하면 되므로 배치공간의 효율성을 향상시킬 수 있다.
복수 개의 방사소자(220)는 수평 방향의 간격(d3), 수직 방향의 간격(d4)만큼 이격될 수 있다. 또한, 복수 개의 방사소자(220)는 수평 방향의 간격(d3) 및 수직 방향의 간격(d4)만큼 이격되어 방사소자(220)의 행 및 열을 형성할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 방사소자(220)는 각 제2 플레이트(210)에서 4개의 행과 8개의 열, 즉 4 X 8 로 배치될 수 있다. 그러나, 복수 개의 방사소자(220)의 수평 방향의 간격(d3), 수직 방향의 간격(d4) 및 행과 열의 구성은 신호 파동의 간섭을 고려하여 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 회로부(400)는 송신부(100) 및 수신부(200)에 급전하고 급전을 제어하는 부재로, 기타 위상변환기 등을 포함할 수 있다. 회로부(400)는 송신부(100) 및 수신부(200)가 형성하는 내부 공간 내에 배치될 수 있다. 즉, 회로부(400)는 송신부(100) 및 수신부(200)의 다각형 형상의 프로파일의 내부에 배치되어 송신부(100) 및 수신부(200)와 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 송신부(100) 및 수신부(200)의 외부에 회로부(400)를 배치하기 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않기 때문에 위상배열 안테나(10)를 소형화할 수 있다.
회로부(400)는 복수 개의 제1 플레이트(110) 및 복수 개의 제2 플레이트(210)에 대응하는 복수 개의 기판(410)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)의 개수가 예컨대 10개인 경우, 기판(410)도 이에 대응하여 10개일 수 있다. 각각의 기판(410)은 각각의 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)에 전력을 공급하기 위한 급전부, 급전을 제어하는 급전제어부 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 각각의 기판(410)은 대응하는 각각의 제1 플레이트(110) 및 각각의 제2 플레이트(210)의 신호를 제어할 수 있다.
또한 복수 개의 기판(410)은 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)의 내측을 따라 방사형으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 기판(410)은 그에 대응하는 각각의 제1 플레이트(110) 및 각각의 제2 플레이트(210)에 반경방향 내측으로 인접하도록 배치될 수 있다. 복수 개의 제1 플레이트(110) 및 복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일이 다각형이므로, 복수 개의 기판(410)은 대응하는 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)에 반경방향 내측으로 인접하도록 배치됨에 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
또한 각각의 기판(410)은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아지는 형상일 수 있다. 즉, 기판(410)의 반경방향 외측의 너비가 기판(410)의 반경방향 내측의 너비보다 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라 복수 개의 기판(410)은 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)의 내부에 배치되면서도, 기판(410) 상호간에 발생할 수 있는 간섭을 방지할 수 있다.
일 실시예로 각각의 기판(410)은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아지는 사다리꼴 형상일 수 있다. 기판(410)이 변, 특히 아랫변을 가지는 사다리꼴로 형성됨에 따라 복수 개의 기판(410)은 고리 모양으로서 그 중심에 기판(410)으로 둘러쌓이는 중심 공간(420)을 구획할 수 있다. 예컨대, 중심 공간(420)에는 송신부(100), 수신부(200)를 포함한 위상배열 안테나(10) 전체에 걸쳐 공통으로 사용될 수 있는 부재, 예컨대 전원부, 기준신호를 생성하는 기준신호부, 복수 개의 송신부(100) 또는 수신부(200)를 연동하는 연동부 등이 배치될 수 있다. 이 외에도 위상배열 안테나(10)를 구동하는데 필요한 공지의 구성이 배치될 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
따라서 송신부(100) 및 수신부(200)가 형성하는 다각형 형상의 프로파일의 내부 공간에서, 내부 공간의 반경방향 외측에는 회로부(400), 바람직하게는 복수 개의 기판(410)이 배치되어 대응하는 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210) 각각을 제어하고, 내부 공간의 반경방향 내측, 즉 복수 개의 기판(410)이 형성하는 중심 공간에는 위상배열 안테나(10) 전체에 걸쳐 공통으로 요구되는 부재를 배치하여 위상배열 안테나(10)를 소형화할 수 있으며 공간배치를 최적화할 수 있다.
도 2A는 도 1의 A 영역의 정면도이고, 도 2B는 도 1의 A 영역의 측면도이며, 도 2C는 도 2B의 C 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 2A 내지 도 2C를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)는 격리부(300)를 더 포함할 수 있다.
송신부(100)와 수신부(200)가 분리되어 있는 안테나의 경우에는 송신 및 수신 주파수 대역이 분리되어 있음에도 인접 거리로 인한 신호의 간섭이 발생할 수 있다.
격리부(300)는 송신부(100)와 수신부(200)를 격리하기 위한 부재로, 복수 개의 제3 플레이트(310)를 포함할 수 있다. 제3 플레이트(310)는 사각형으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 격리부(300)는 제3 플레이트(310)로부터 돌출되는 복수 개의 돌출벽(320)을 포함할 수 있다.
복수 개의 제3 플레이트(310)의 각각은 수직하여 위치하고 다각형의 각 변으로 배치되어, 복수 개의 제3 플레이트(310)가 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 즉, 복수 개의 제3 플레이트(310)의 프로파일은 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 복수 개의 제3 플레이트(310)의 프로파일은 4각형, 6각형, 8각형 및 10각형 등일 수 있으며, 다각형의 변의 개수는 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 제3 플레이트(310)의 프로파일은 복수 개의 제1 플레이트(110) 및 복수 개의 제2 플레이트(210)의 프로파일과 동일할 수 있다. 즉, 복수 개의 제3 플레이트(310)가 형성하는 다각형은 복수 개의 제1 플레이트(110) 및 복수 개의 제2 플레이트(210)가 형성하는 다각형과 실질적으로 동일한 형상 및 크기일 수 있다.
복수 개의 제3 플레이트(310)의 프로파일은 다각형을 형성하여, 격리부(300)는 내부에 공간을 형성하고 복수 개의 제3 플레이트(310)로 구성된 제3 층을 형성할 수 있다.
제3 층의 격리부(300)는 제1 층의 송신부(100)와 제2 층의 수신부(200) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 플레이트(310)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(210) 사이에 배치될 수 있다. 송신부(100) 및 수신부(200)는 격리부(300)에 의해 이격되고 후술할 돌출벽(420)으로 전기적 길이를 증가시켜 높은 격리도를 구비할 수 있고, 안테나의 이득을 감소시킬 수 있는 신호의 간섭을 최소화할 수 있다.
또한 제3 플레이트(310)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(210)와 수직방향으로 실질적으로 연속하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(210) 및 제3 플레이트(310)는 실질적으로 동일한 수직 평면 상에 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(210) 및 제3 플레이트(310)는 정렬되어 구조의 안정성을 향상시키고 효율적인 부피의 위상배열 안테나(10)를 형성할 수 있다.
일 실시예로 제3 층의 격리부(300)는 제1 층의 송신부(100) 및 제2 층의 수신부(200)와 수직 방향으로 포개지도록 배치될 수 있다. 즉, 도 1의 Ⅳ방향으로 바라보았을 때 격리부(300)의 제3 플레이트(310)와 송신부(100)의 제1 플레이트(110) 및 수신부(200)의 제2 플레이트(210)는 원주방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 이때, 동일한 수직 평면 상에 위치하는 제3 플레이트(310)와 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 모듈로 형성될 수 있다. 이에 따라, 위상배열 안테나(10)를 모듈화할 수 있고 설계하고자 하는 안테나의 크기 및 프로파일에 따라 복수 개의 모듈을 배치하여 용이하게 위상배열 안테나(10)를 구성할 수 있다.
격리부(300)의 돌출벽(320)은 제3 플레이트(310)로부터 반경방향 외측으로 돌출되어 복수 개 형성될 수 있다. 일 실시예로 돌출벽(320)은 돌출길이(e1)만큼 반경방향 외측으로 돌출되고, 제3 플레이트(310)의 수평 방향의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다. 이때, 돌출벽(320)은 제3 플레이트(310)의 수직 방향으로 이격거리(e2)만큼 이격하여 복수 개 형성될 수 있다. 이에 따라, 수신부(200)로 향하는 표면 전류를 억제하여 수신부(200)로 향하는 표면 전류로 인해 발생하는 송신부(100)의 자기 간섭을 감소시킬 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 돌출벽(320)은 서로 상이한 돌출길이(e1)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 복수 개의 돌출벽(320)은 수신부(200)로 향하는 송신부(100)의 신호 파동 사이에서 상쇄 간섭을 용이하게 발생시켜 송신부(100)와 수신부(200)의 간섭을 최소화할 수 있도록, 기 설정된 상이한 돌출길이(e1)를 가질 수 있다.
일 실시예로 복수 개의 돌출벽(320)은 서로 상이한 이격거리(e2)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 복수 개의 돌출벽(320)은 수신부(200)로 향하는 송신부(100)의 신호 파동 사이의 상쇄 간섭을 용이하게 발생시켜 송신부(100)와 수신부(200)의 간섭을 최소화할 수 있도록, 기 설정된 상이한 이격거리(e2)로 이격될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 위상배열 안테나(10)는 송신부(100), 수신부(200)를 내부에 수용하는 레이돔(500, radome)을 더 포함할 수 있다.
레이돔(500)은 위상배열 안테나(10)의 외격을 형성하며, 신호를 투과시킬 수 있다. 일 실시예로 레이돔(500)은 송신부(100) 및 수신부(200)를 커버하도록 원기둥으로 형성될 수 있다. 이때 레이돔(500)의 모서리는 곡률지게 형성될 수 있다. 또한 레이돔(500)은 일체로서 형성될 수 있다. 레이돔(500)은 이에 따라 외부의 풍압으로터 위상배열 안테나(10)를 보호하고 신호의 반사를 억제하면서 투과시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)의 지향범위를 나타내는 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)에서 인접한 플레이트를 활용한 빔 지향을 나타내는 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 위상배열 안테나(10)의 송신부(100)는 복수 개의 제1 플레이트(110)를 포함하며, 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일은 다각형을 형성할 수 있다. 도 5 및 도 6에서는 복수 개의 제1 플레이트(110)의 프로파일이 정10각형인 것을 예시하고 있으며, 이하에서는 이를 기준으로 송신부(100)를 예시로 하여 설명하나 이에 제한되지 않는다.
송신부(100)의 제1 플레이트(110) 각각은 360/n˚(여기서 n은 다각형의 변의 개수)의 빔 조향 범위를 커버 할 수 있다. 예컨대, 도 5에서 각각의 제1 플레이트(110)는 36˚의 빔 조향 범위를 커버한다. 각각의 제1 플레이트(110)가 36˚의 범위를 커버함에 따라, 복수 개의 제1 플레이트(110)가 다각형으로 배치된 본 발명의 위상배열 안테나(10)는 360˚의 전방향을 커버할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 플레이트(110)는 인접한 제1 플레이트(110)를 활용하여 동일한 방향으로 빔을 지향하여 안테나의 이득을 증가시킬 수 있다.
예컨대, 도 6a에서 중앙 제1 플레이트(110)는 플레이트 면에서 수직한 선에 대해 O˚로 빔을 지향할 수 있다. 이때, 중앙 제1 플레이트(110)에 인접한 좌측 및 우측 제1 플레이트(110)는 각각 플레이트 면에서 수직한 선에 대해 36˚ 및 -36˚로 빔을 지향하여 동일 방향에 대한 빔 지향성을 향상시키고 안테나 이득을 증가시킬 수 있다.
도 6b 및 도 6c는 각각 중앙 제1 플레이트(110)가 플레이트 면에서 수직한 선에 대해 각각 -18˚ 또는 18˚로 빔을 지향하는 경우를 나타낸다. 마찬가지로 이때, 중앙 제1 플레이트(110)에 인접한 좌측 및 우측 제1 플레이트(110)는 각각 플레이트 면에서 수직한 선에 대해 18˚ 및 -54˚ 또는 54˚ 및 -18˚로 빔을 지향하여 동일 방향에 대한 빔 지향성을 향상시키고 안테나 이득을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상배열 안테나(20)를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수신부(100')를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 위상배열 안테나(20)는 송수신부(100'), 회로부(400')를 포함할 수 있다.
다중 통신방식에는 송신과 수신을 위한 주파수를 분리하는 통신방식인 주파수 분할 통신방식과, 송신과 수신을 위한 시간간격을 분리하는 방식인 시분할 통신방식이 일반적이다. 도 7의 위상배열 안테나(20)는 시분할 통신방식으로서 송신부(100)와 수신부(200)가 일체로 형성된 형상일 수 있다. 이하에서는, 전술한 실시예와의 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 실시예에 따른 위상배열 안테나(20)는 전술한 실시예에 따른 위상배열 안테나(10)와 달리, 송신부(100)와 수신부(200)가 일체로 형성되는 송수신부(100')를 구비할 수 있다. 즉 위상배열 안테나(20)에서 송신부(100) 및 수신부(200)는 수직 방향으로 이격하여 배치되는 것이 아니라, 일체의 부재로 형성될 수 있다.
송수신부(100')는 표적체에 신호를 송신하고 표적체로부터 신호를 수신할 있는 부재로서, 복수 개의 제4 플레이트(110')를 포함할 수 있다. 제4 플레이트(110')는 사각형으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예로, 제4 플레이트(110')는 반사플레이트일 수 있으며, 신호를 반사하여 특정 방향으로 빔을 지향할 수 있다.
복수 개의 제4 플레이트(110')의 각각은 수직하여 위치하고 다각형의 각 변으로 배치되어, 복수 개의 제4 플레이트(110')가 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 즉, 복수 개의 제4 플레이트(110')의 프로파일은 다각형, 보다 상세하게는 정다각형을 형성할 수 있다. 복수 개의 제4 플레이트(110')의 프로파일은 4각형, 6각형, 8각형 및 10각형 등일 수 있으며, 다각형의 변의 개수는 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 제4 플레이트(110')의 프로파일이 정10각형인 것을 중심으로 설명하도록 할 것이다.
복수 개의 제4 플레이트(110')의 프로파일은 다각형을 형성하여, 송수신부(100')는 내부에 공간을 형성하고 복수 개의 제4 플레이트(110')로 구성된 제4 층을 형성할 수 있다. 여기서, 층을 형성한다는 것은 동일한 층의 각 플레이트는 동일한 레벨에 위치되도록 배치됨을 의미한다.
도 8을 참조하면, 복수 개의 제4 플레이트(110')의 각각은 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 방사소자(120')를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제4 플레이트(110')의 일면에는 복수 개의 방사소자(120')가 수평 및 수직 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이때 복수 개의 방사소자(120')가 배치되는 제4 플레이트(110')의 일면은 반경방향 외측을 향한 면일 수 있다.
이에 따라, 송수신부(100')의 제4 플레이트(110')는 반경방향 외측을 향해 신호를 송신하고 수신할 수 있다. 또한, 복수 개의 제4 플레이트(110')가 다각형의 프로파일로 형성되고, 각각의 제4 플레이트(110')는 반경방향 외측을 향해 신호를 송수신함에 따라 360˚의 전방향 통신을 가능하게 할 수 있다.
복수 개의 방사소자(120')는 수평 방향의 간격(d1'), 수직 방향의 간격(d2')만큼 이격될 수 있으나, 복수 개의 방사소자(120')의 수평 방향의 간격(d1'), 수직 방향의 간격(d2') 및 행과 열의 구성은 신호 파동의 간섭을 고려하여 설계하고자 하는 안테나의 성능에 따라 변경될 수 있다.
회로부(400')는 송수신부(100')가 형성하는 내부 공간 내에 배치될 수 있다. 즉, 회로부(400')는 송수신부(100')의 다각형 형상의 프로파일의 내부에 배치되어 송수신부(100')와 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 송수신부(100')의 외부에 회로부(400')가 배치되기 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않기 때문에 위상배열 안테나(20)를 소형화할 수 있다.
회로부(400')는 복수 개의 제4 플레이트(110')에 대응하는 복수 개의 기판(410')을 포함할 수 있다. 또한 복수 개의 기판(410')은 제4 플레이트(110')의 내측을 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
이상에서 위상배열 안테나(20)를 간략하게 설명하였으나, 본 실시예에서 기술하지 않은 위상배열 안테나(10)의 다른 구성이 위상배열 안테나(20)에 부가될 수 있음이 이해된다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
10: 위상배열 안테나 100: 송신부
200: 수신부 300: 격리부
400: 회로부 500: 레이돔
20: 위상배열 안테나 100': 송수신부
400': 회로부

Claims (11)

  1. 복수 개의 제1 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제1 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하는, 제1 층의 송신부;
    복수 개의 제2 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제2 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하고, 상기 송신부와 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 층의 수신부;
    상기 송신부 및 상기 수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부;를 포함하는 위상배열 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 방사소자를 포함하는, 위상배열 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    복수 개의 제3 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제3 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하고, 상기 송신부와 상기 수신부의 사이에 배치되며, 복수 개의 돌출벽을 구비하는 제3층의 격리부;를 더 포함하는, 위상배열 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출벽은 서로 상이한 돌출길이를 갖는, 위상배열 안테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출벽은 서로 상이한 이격거리를 갖는, 위상배열 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로부는 상기 복수 개의 제1 플레이트 및 상기 복수 개의 제2 플레이트에 대응하는 복수 개의 기판을 포함하며,
    상기 복수 개의 기판은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 내측을 따라 방사형으로 배치되는, 위상배열 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아지는, 위상배열 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 반경방향 내측으로 향할수록 너비가 좁아지는 사다리꼴 형상인, 위상배열 안테나.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 기판은 중심 공간을 구획하도록 고리모양으로 배치되는, 위상배열 안테나.
  10. 복수 개의 제4 플레이트를 포함하며, 상기 복수 개의 제4 플레이트의 프로파일이 다각형을 형성하는, 제4 층의 송수신부;
    상기 송수신부가 형성하는 내부 공간 내에 배치되는 회로부;를 포함하고,
    상기 회로부는 상기 복수 개의 제4 플레이트에 대응하는 복수 개의 기판을 포함하며,
    상기 복수 개의 기판은 상기 제4 플레이트의 내측을 따라 방사형으로 배치되는, 위상배열 안테나.
  11. 삭제
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