KR102427872B1 - Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same - Google Patents

Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same Download PDF

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KR102427872B1
KR102427872B1 KR1020210037051A KR20210037051A KR102427872B1 KR 102427872 B1 KR102427872 B1 KR 102427872B1 KR 1020210037051 A KR1020210037051 A KR 1020210037051A KR 20210037051 A KR20210037051 A KR 20210037051A KR 102427872 B1 KR102427872 B1 KR 102427872B1
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윤영중
차승국
김동현
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

According to a preferred embodiment of the present invention, provided are a single patch antenna having a multi feeding structure, a neural network-based direction finding device and a method using the same, wherein by implementing multiple radiation patterns through the single patch using the multi feeding structure, even if a plurality of antennas are not used, the same effect as a plurality of antennas can be obtained through one antenna, and by detecting direction based on a deep neural network (DNN)-based classification model using the single patch antenna which implements multiple radiation patterns through the single patch, the present invention can be used in areas requiring a low-complexity and low-cost direction finding system.

Description

다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나, 이를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치 및 방법{Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same}Single patch antenna with multi feeding structure, apparatus and method for finding direction based on DNN using the same

본 발명은 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나, 이를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 패치를 통해 다중 방사 패턴을 구현하는, 안테나, 이를 이용한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single patch antenna having a multi-feed structure, a neural network-based direction finding apparatus and method using the same, and more particularly, to an antenna for implementing multiple radiation patterns through a single patch, and an apparatus and method using the same .

방향 탐지 기술은 다양한 형태로 발전되어 오고 있으며, 하드웨어 뿐만 아니라 이를 뒤따르는 프로세스 측면에서도 다양한 연구가 이루어 지고 있다.The direction finding technology has been developed in various forms, and various studies are being conducted not only in terms of hardware but also in the process that follows it.

일반적인 방향 탐지 기술의 경우 다수의 안테나를 특정 간격으로 배열한 뒤 탐지 하고자 하는 신호를 수신하여 각 안테나에서 수신된 신호의 위상 차를 이용하는 방식이 대부분이다. 이 경우 정밀도 측면에서 유리하기 때문에 군수 분야, 민수 분야 등에서 다양하게 이용되고 있다.In the case of a general direction finding technique, most of the methods use a phase difference of a signal received from each antenna by arranging a plurality of antennas at a specific interval and receiving a signal to be detected. In this case, since it is advantageous in terms of precision, it is widely used in the field of military and civil affairs.

하지만, 이러한 위상 비교 방식은 알고리즘 자체의 복잡도가 높으며, 이는 탐지를 위한 프로세스 처리 시간과도 직결되는 문제이다. 이러한 부분은 실시간 방향 탐지 기술이 요구되는 분야에서는 더욱 치명적이다.However, this phase comparison method has high complexity of the algorithm itself, which is a problem directly related to the processing time for detection. This part is even more fatal in fields that require real-time direction finding technology.

도 1은 종래의 심층 신경망 기반 방향 탐지 모델을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 안테나의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional deep neural network-based direction detection model, and FIG. 2 is a diagram for explaining a driving method of the antenna shown in FIG. 1 .

이와 같은 종래의 방향 탐지 기술의 문제를 해결하기 위해, 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 이용하여 수신 신호의 도래각을 분류하는 연구가 진행되고 있다. 즉, N개의 단일 지향성 안테나(uni-directional antenna)를 수신 안테나로 사용하여, SPMT(single-pole multiple-throw) 스위치를 이용하여 N개의 서로 다른 전력 데이터(power data)를 수집하고, 수집한 전력 데이터를 기초로 SDAE(sparse denoising autoencoder) 기반 DNN 구조의 분류 모델을 학습하고, 학습된 분류 모델을 이용하여 수신 신호의 도래각을 분류하는 것이다. 1 by 4 스위치를 사용하여 순차적으로 구동하여 4개의 안테나로 4개의 전력 값을 수신한다.In order to solve the problem of the conventional direction detection technology, a study for classifying the angle of arrival of a received signal using a deep neural network (DNN) is being conducted. That is, by using N uni-directional antennas as receiving antennas, and using a single-pole multiple-throw (SPMT) switch to collect N different power data, the collected power A classification model of a DNN structure based on a sparse denoising autoencoder (SDAE) is learned based on the data, and the angle of arrival of the received signal is classified using the learned classification model. It is sequentially driven using a 1 by 4 switch to receive 4 power values with 4 antennas.

하지만, 위의 심층 신경망을 이용한 방법은 도래각 추정의 정확도를 향상시키기 위해서는 많은 양의 학습 데이터가 필요로 하나, 학습 데이터를 증가시키려면 수신 안테나의 개수가 많아져야 하며, 이는 시스템의 복잡도와 크기를 증가시키는 문제가 있다.However, the method using the deep neural network above requires a large amount of training data to improve the accuracy of the angle of arrival estimation. There is a problem with increasing

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 단일 패치를 통해 다중 급전 구조를 이용하여 다중 방사 패턴을 구현하는, 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a single patch antenna having a multi-feed structure that implements a multi-radiation pattern using a multi-feed structure through a single patch.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 목적은, 단일 패치를 통해 다중 방사 패턴을 구현하는 단일 패치 안테나를 이용하여 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반 분류 모델을 기반으로 방향을 탐지하는, 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.In addition, an object of the present invention is to detect a direction based on a deep neural network (DNN)-based classification model using a single patch antenna that implements multiple radiation patterns through a single patch. An object of the present invention is to provide a neural network-based direction finding apparatus and method using a single patch antenna.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified in the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나는, 소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자; 상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via); 복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및 복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;를 포함한다.A single patch antenna having a multiple feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity; one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves; a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions; a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and a power feeding control unit configured to control power to be fed to at least one of the plurality of feeding ports only.

여기서, 상기 메탈 비아는, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심을 기준으로 하여 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역이 서로 동일한 크기를 가지는 4개의 서브 영역으로 분할되도록, 상기 마이크로스트립 방사 소자에 복수개가 형성될 수 있다.Here, a plurality of the metal vias may be formed in the microstrip radiating element so that the entire area of the microstrip radiating element is divided into four sub-regions having the same size as the center of the microstrip radiating element. can

여기서, 상기 급전 포트는, 방위각면(Azimuth plane) 상으로 방사 패턴이 지향성을 갖도록 하는 위치에 형성될 수 있다.Here, the feeding port may be formed at a position such that the radiation pattern has directivity on an azimuth plane.

여기서, 상기 급전 포트는, 서브 영역 상에서, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심까지의 거리보다 상기 마이크로스트립 방사 소자의 가장자리까지의 거리가 더 짧고, 상기 메탈 비아가 형성된 라인까지의 거리보다 상기 메탈 비아가 형성된 라인을 마주보는 상기 마이크로스트립 방사 소자의 가장자리까지의 거리가 더 긴, 위치에 형성될 수 있다.Here, in the power supply port, on the sub-region, the distance to the edge of the microstrip radiating element is shorter than the distance to the center of the microstrip radiating element, and the metal via is shorter than the distance to the line in which the metal via is formed. It may be formed at a location where the distance to the edge of the microstrip radiating element facing the formed line is longer.

여기서, 4개의 서브 영역 각각에 형성된 4개의 상기 급전 포트는, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 기준으로 하면 서로 다른 위치에 형성되지만, 서브 영역을 기준으로 하면 서로 동일한 위치에 형성될 수 있다.Here, the four power supply ports formed in each of the four sub-regions are formed at different positions with respect to the entire area of the microstrip radiation element, but may be formed at the same positions with respect to the sub-regions.

여기서, 상기 마이크로스트립 방사 소자는, 2.0 GHz ~ 2.8 GHz에서 동작하고, 길이가 38 mm ~ 46 mm인 정사각형 형상이며, 상기 메탈 비아의 반경은, 0.3 mm ~ 0.7 mm이고, 상기 메탈 비아간 거리는, 1.25 mm ~ 2.25 mm이며, 상기 유전체 기판은, 길이가 45 mm ~ 65 mm인 정사각형 형상이고, 높이가 0.5 mm ~ 2 mm이며, 비유전율이 3.8 ~ 4.8일 수 있다.Here, the microstrip radiating element is operated at 2.0 GHz to 2.8 GHz, has a square shape with a length of 38 mm to 46 mm, the radius of the metal via is 0.3 mm to 0.7 mm, and the distance between the metal vias is, 1.25 mm to 2.25 mm, and the dielectric substrate may have a square shape having a length of 45 mm to 65 mm, a height of 0.5 mm to 2 mm, and a relative permittivity of 3.8 to 4.8.

여기서, 상기 급전 제어부는, 복수개의 상기 급전 포트 중 1개의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하거나, 복수개의 상기 급전 포트 중 인접하는 2개의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어할 수 있다.Here, the feed control unit may control to feed only one of the feed ports among the plurality of feed ports, or control to feed only two adjacent feed ports among the plurality of feed ports.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치는, 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나; 및 기 학습되어 구축된 분류 모델을 이용하여, 상기 단일 패치 안테나를 통해 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터(sector)별 추정 확률을 획득하고, 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각을 획득하는 방향 탐지부;를 포함하며, 상기 분류 모델은, 수신된 전력 데이터를 입력으로 하고 복수개의 섹터 각각에 대한 추정 확률을 출력으로 하는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 포함하고, 상기 단일 패치 안테나를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 학습되고, 상기 단일 패치 안테나는, 소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자; 상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via); 복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및 복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a neural network-based direction finding apparatus using a single patch antenna having a multi-feed structure, comprising: a single patch antenna having a multi-feed structure; and using the previously learned and constructed classification model, obtains an estimated probability for each sector of the received signal based on power data corresponding to the signal received through the single patch antenna, and It includes; a direction detector for obtaining the angle of arrival of the received signal based on the estimated probability for each sector, wherein the classification model takes the received power data as an input and outputs the estimated probability for each of the plurality of sectors as an output It includes a neural network (Deep Neural Network, DNN), and is learned through training data generated using the single patch antenna, wherein the single patch antenna includes: a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity; one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves; a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions; a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and a power feeding control unit configured to control power to be fed to at least one of the plurality of feeding ports only.

여기서, 상기 단일 패치 안테나의 상기 급전 포트의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 상기 학습 데이터를 이용하여 상기 분류 모델을 학습하는 학습부;를 더 포함할 수 있다.Here, a learning unit for learning the classification model using the training data generated based on a plurality of radiation patterns through feeding control of the feeding port of the single patch antenna; may further include.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법은, 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계; 기 학습되어 구축된 분류 모델을 이용하여, 상기 단일 패치 안테나를 통해 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터(sector)별 추정 확률을 획득하는 단계; 및 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각을 획득하는 단계;를 포함하며, 상기 분류 모델은, 수신된 전력 데이터를 입력으로 하고 복수개의 섹터 각각에 대한 추정 확률을 출력으로 하는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 포함하고, 상기 단일 패치 안테나를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 학습되고, 상기 단일 패치 안테나는, 소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자; 상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via); 복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및 복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;를 포함한다.In accordance with a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feeding structure, the method comprising: receiving a signal through a single patch antenna having a multi-feeding structure; obtaining an estimated probability for each sector of a received signal based on power data corresponding to the signal received through the single patch antenna using a pre-trained and constructed classification model; and obtaining an angle of arrival of the received signal based on the estimated probability for each sector of the received signal, wherein the classification model receives the received power data as an input and calculates the estimated probability for each of the plurality of sectors. It includes a deep neural network (DNN) as an output, and is learned through training data generated using the single patch antenna, wherein the single patch antenna includes: a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity; one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves; a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions; a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and a power feeding control unit configured to control power to be fed to at least one of the plurality of feeding ports only.

여기서, 상기 단일 패치 안테나의 상기 급전 포트의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 상기 학습 데이터를 이용하여 상기 분류 모델을 학습하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include: learning the classification model using the learning data generated based on a plurality of radiation patterns through feeding control of the feeding port of the single patch antenna.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나에 의하면, 다중 급전 구조를 이용하여 단일 패치를 통해 다중 방사 패턴을 구현함으로써, 복수개의 안테나를 사용하지 않더라도 1개의 안테나를 통해 복수개의 안테나와 동일한 효과를 낼 수 있다.According to the single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention, multiple radiation patterns are implemented through a single patch using the multi-feed structure, so that a plurality of It can produce the same effect as an antenna.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치 및 방법에 의하면, 단일 패치를 통해 다중 방사 패턴을 구현하는 단일 패치 안테나를 이용하여 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반 분류 모델을 기반으로 방향을 탐지함으로써, 저복잡도 및 저비용 방향 탐지 시스템이 요구되는 분야에서 활용될 수 있다.In addition, according to the neural network-based direction detection apparatus and method using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention, a deep neural network (Deep) using a single patch antenna implementing multiple radiation patterns through a single patch By detecting a direction based on a Neural Network (DNN)-based classification model, it can be utilized in a field requiring a low-complexity and low-cost direction detection system.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 심층 신경망 기반 방향 탐지 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 안테나의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면으로, 도 5의 (a)는 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 5의 (b)는 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 5의 (c)는 제3 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 5의 (d)는 제4 급전 포트만 급전되는 경우를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시한 방사 패턴의 전기장 분포를 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 6의 (b)는 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면으로, 도 7의 (a)는 제1 급전 포트와 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 7의 (b)는 제2 급전 포트와 제3 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 7의 (c)는 제3 급전 포트와 제4 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 7의 (d)는 제4 급전 포트와 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분류 모델의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 과정의 성능을 설명하기 위한 도면으로, 도 10의 (a)는 8개의 종래의 안테나를 이용하여 방향 탐지 과정을 수행한 결과를 나타내고, 도 10의 (b)는 본 발명에 따른 1개의 단일 패치 안테나를 이용하여 방향 탐지 과정을 수행한 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram for explaining a conventional deep neural network-based direction detection model.
FIG. 2 is a view for explaining a driving method of the antenna shown in FIG. 1 .
3 is a view for explaining a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a block diagram for explaining the configuration of a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a radiation pattern of a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. b) shows a case in which only the second feeding port is fed, FIG. 5 (c) shows a case in which only the third feeding port is fed, and FIG. 5 (d) shows a case in which only the fourth feeding port is fed.
6 is a view for explaining the distribution of the electric field of the radiation pattern shown in FIG. 5, in which (a) of FIG. 6 shows a case in which only the first feeding port is fed, and in FIG. 6 (b) is a case in which only the second feeding port is fed indicates the case.
7 is a view for explaining a radiation pattern of a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. , (b) of FIG. 7 shows a case in which only the second feeding port and the third feeding port are fed, FIG. 7 (c) shows a case in which only the third feeding port and the fourth feeding port are fed, and in FIG. 7(d) ) represents a case in which only the fourth feeding port and the first feeding port are fed.
8 is a block diagram illustrating a neural network-based direction finding apparatus using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining an example of a classification model according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining the performance of a neural network-based direction detection process using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. The result of performing the direction finding process is shown, and FIG. 10 (b) shows the result of performing the direction finding process using one single patch antenna according to the present invention.
11 is a flowchart illustrating a neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments published below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the publication of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present specification, terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In the present specification, identification symbols (eg, a, b, c, etc.) in each step are used for convenience of description, and identification symbols do not describe the order of each step, and each step is clearly Unless a specific order is specified, the order may differ from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have”, “may have”, “include” or “may include” indicate the presence of a corresponding feature (eg, a numerical value, function, operation, or component such as a part). and does not exclude the presence of additional features.

또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term '~ unit' as used herein means software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~ unit' performs certain roles. However, '-part' is not limited to software or hardware. '~unit' may be configured to reside on an addressable storage medium or may be configured to refresh one or more processors. Thus, as an example, '~' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data structures and variables. The functions provided in the components and '~ units' may be combined into a smaller number of components and '~ units' or further separated into additional components and '~ units'.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나, 이를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a single patch antenna having a multi-feed structure according to the present invention, a preferred embodiment of a neural network-based direction finding apparatus and method using the same will be described in detail.

먼저, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나에 대하여 설명한다.First, a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 4 .

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.3 is a diagram for explaining a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining the configuration of a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention. is a block diagram for

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나(이하 '단일 패치 안테나'라 한다)(100)는 단일 패치를 통해 다중 급전 구조를 이용하여 다중 방사 패턴을 구현한다. 즉, 종래의 단일 패치 안테나는 패치의 에지(edge) 부분에 장(field)이 유기된다. 이에 반면, 본 발명은 구조물을 패치에 삽입하여 에지 부분의 장(field)을 분절시키고, 분절된 영역에 장(field)이 유기되기 위한 복수개의 급전 포트를 이용한다.Referring to FIG. 3 , a single patch antenna (hereinafter referred to as a 'single patch antenna') 100 having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention generates multiple radiation patterns using a multi-feed structure through a single patch. implement That is, in the conventional single patch antenna, a field is induced in the edge portion of the patch. On the other hand, the present invention uses a plurality of feeding ports to segment the field of the edge portion by inserting the structure into the patch, and to induce the field in the segmented area.

이를 위해, 본 발명에 따른 단일 패치 안테나(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(110), 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자(130), 복수개의 메탈 비아(metal via)(150), 복수개의 급전 포트(port)(170) 및 급전 제어부(190)를 포함할 수 있다.To this end, the single patch antenna 100 according to the present invention is, as shown in FIG. 4, a dielectric substrate 110, one microstrip radiation element 130, a plurality of metal vias (metal via) ( 150 ), a plurality of power feeding ports 170 , and a power feeding control unit 190 may be included.

유전체 기판(110)는 소정의 비유전율을 가질 수 있다.The dielectric substrate 110 may have a predetermined relative permittivity.

이때, 유전체 기판(110)은 길이가 45 mm ~ 65 mm인 정사각형 형상이고, 높이가 0.5 mm ~ 2 mm이며, 비유전율이 3.8 ~ 4.8일 수 있다. 특히, 유전체 기판(110)은 길이가 55 mm인 정사각형 형상이고, 높이가 1 mm이며, 비유전율이 4.3일 수 있다.In this case, the dielectric substrate 110 may have a square shape having a length of 45 mm to 65 mm, a height of 0.5 mm to 2 mm, and a relative permittivity of 3.8 to 4.8. In particular, the dielectric substrate 110 may have a square shape with a length of 55 mm, a height of 1 mm, and a relative permittivity of 4.3.

하나의 마이크로스트립 방사 소자(130)는 유전체 기판(110)의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사할 수 있다.One microstrip radiation element 130 is formed on the upper surface of the dielectric substrate 110 and can radiate electromagnetic waves.

이때, 마이크로스트립 방사 소자(130)는 2.0 GHz ~ 2.8 GHz에서 동작하고, 길이가 38 mm ~ 46 mm인 정사각형 형상일 수 있다. 특히, 마이크로스트립 방사 소자(130)는 2.4 GHz에서 동작하고, 길이가 42 mm인 정사각형 형상일 수 있다.At this time, the microstrip radiating element 130 may be operated in 2.0 GHz to 2.8 GHz, and may have a square shape having a length of 38 mm to 46 mm. In particular, the microstrip radiating element 130 operates at 2.4 GHz and may have a square shape with a length of 42 mm.

복수개의 메탈 비아(150)는 마이크로스트립 방사 소자(130)에 형성되어, 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할할 수 있다.The plurality of metal vias 150 may be formed in the microstrip radiating element 130 to divide the entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions.

즉, 메탈 비아(150)는 마이크로스트립 방사 소자(130)의 중심을 기준으로 하여 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역이 서로 동일한 크기를 가지는 4개의 서브 영역으로 분할되도록, 마이크로스트립 방사 소자(130)에 복수개가 형성될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역을 복수개의 메탈 비아(150)를 통해 제1 서브 영역(도 4의 왼쪽 위 영역), 제2 서브 영역(도 4의 왼쪽 아래 영역), 제3 서브 영역(도 4의 오른쪽 아래 영역), 및 제4 서브 영역(도 4의 오른쪽 위 영역)으로 분할할 수 있다.That is, the metal via 150 is a microstrip radiating element ( 130) may be formed in plurality. For example, as shown in FIG. 4 , the entire area of the microstrip radiation element 130 is formed through a plurality of metal vias 150 to form a first sub-region (upper-left region in FIG. 4 ) and a second sub-region ( FIG. 4 ). ), a third sub-region (lower-right region of FIG. 4 ), and a fourth sub-region (upper-right region of FIG. 4 ).

이때, 메탈 비아(150)의 반경은 0.3 mm ~ 0.7 mm이고, 메탈 비아(150)간 거리는 1.25 mm ~ 2.25 mm일 수 있다. 특히, 메탈 비아(150)의 반경은 0.5 mm이고, 메탈 비아(150)간 거리는 1.75 mm일 수 있다.In this case, the radius of the metal vias 150 may be 0.3 mm to 0.7 mm, and the distance between the metal vias 150 may be 1.25 mm to 2.25 mm. In particular, the radius of the metal vias 150 may be 0.5 mm, and the distance between the metal vias 150 may be 1.75 mm.

다시 설명하면, 복수개의 메탈 비아(150)를 이용하여 마이크로스트립 방사 소자(130) 상에 전류량을 제한할 수 있다. 마이크로스트립 방사 소자(130) 전면에 전류가 흐르지 않고, 분절된 영역 내에서 전류가 흐르도록 하여, 분절된 영역의 에지(edge)에만 장(field)이 유기되도록 할 수 있다.In other words, the amount of current on the microstrip radiation element 130 may be limited by using the plurality of metal vias 150 . A current does not flow in the entire surface of the microstrip radiation element 130, but a current flows in the segmented region, so that a field is induced only at the edge of the segmented region.

복수개의 급전 포트(170)는 복수개의 메탈 비아(150)를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 마이크로스트립 방사 소자(130)로 전송할 수 있다.The plurality of feeding ports 170 may be formed in each of a plurality of sub-regions divided through a plurality of metal vias 150 , and may transmit power supplied from a power source to the microstrip radiation element 130 .

예컨대, 복수개의 메탈 비아(150)를 통해 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역이 4개의 서브 영역으로 분할된 경우, 제1 서브 영역(도 4의 왼쪽 위 영역)에는 제1 급전 포트(170)가 형성되고, 제2 서브 영역(도 4의 왼쪽 아래 영역)에는 제2 급전 포트(170)가 형성되며, 제3 서브 영역(도 4의 오른쪽 아래 영역)에는 제3 급전 포트(170)가 형성되고, 제4 서브 영역(도 4의 오른쪽 위 영역)에는 제4 급전 포트(170)가 형성될 수 있다.For example, when the entire area of the microstrip radiation element 130 is divided into four sub-regions through the plurality of metal vias 150 , the first power supply port 170 is provided in the first sub-region (the upper left region of FIG. 4 ). ) is formed, a second feeding port 170 is formed in the second sub-region (lower left region in FIG. 4), and a third feeding port 170 is formed in the third sub-region (lower right region in FIG. 4). formed, and a fourth power supply port 170 may be formed in the fourth sub-region (the upper right region of FIG. 4 ).

이때, 급전 포트(170)는 방위각면(Azimuth plane) 상으로 방사 패턴이 지향성을 갖도록 하는 위치에 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 서브 영역별 급전 포트(170)의 위치는 안테나 매칭과 직결되는 요소이며, 본 발명에 따른 안테나 구조는 방위각면(Azimuth plane) 상으로 방사 패턴이 지향성을 갖도록 설계되어 방향 탐지를 용이하게 하고자 함이므로, 이와 같은 요건을 충족하기 위한 위치에 급전 포트(170)를 형성할 수 있다. 급전 포트(170)가 안테나 중앙으로 가깝게 위치할 경우 방사 패턴의 수직 방향 지향성이 증가하게 되며, 4개의 분절된 영역 내에서도 패치의 가장자리 쪽이 임피던스가 50 옴에 가까워지므로, 도 4에 도시된 바와 같이 각 서브 영역별 급전 포트(170)의 위치를 결정할 수 있다.In this case, the feeding port 170 may be formed at a position such that the radiation pattern has directivity on an azimuth plane. In other words, the position of the feeding port 170 for each sub-region is an element directly connected to the antenna matching, and the antenna structure according to the present invention is designed to have a directivity of the radiation pattern on the azimuth plane to facilitate direction detection. Since it is intended to do so, it is possible to form a power supply port 170 at a location for meeting such requirements. When the feed port 170 is located close to the center of the antenna, the vertical directionality of the radiation pattern increases, and the impedance of the edge of the patch approaches 50 ohms even within the four segmented regions, so each The position of the feeding port 170 for each sub-region may be determined.

즉, 서브 영역 각각에 형성된 급전 포트(170)는 마이크로스트립 방사 소자(130)의 중심에 가까운 위치가 아닌, 마이크로스트립 방사 소자(130)의 가장자리에 가까운 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 급전 포트(170)는 서브 영역 상에서, 마이크로스트립 방사 소자(130)의 중심까지의 거리보다 마이크로스트립 방사 소자(130)의 가장자리까지의 거리가 더 짧고, 메탈 비아(150)가 형성된 라인까지의 거리보다 메탈 비아(150)가 형성된 라인을 마주보는 마이크로스트립 방사 소자(130)의 가장자리까지의 거리가 더 긴, 위치에 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 서브 영역을 서로 동일한 크기를 가지는 4개의 구역으로 구분하면, 서브 영역의 왼쪽 라인과 아래쪽 라인은 메탈 비아(150)가 형성된 라인이고, 서브 영역의 오른쪽 라인과 위쪽 라인은 마이크로스트립 방사 소자(130)의 가장자리인 상태를 기준으로, 왼쪽 위 구역 내에 급전 포트(170)가 형성될 수 있다. That is, the feeding port 170 formed in each of the sub-regions may be formed at a position close to the edge of the microstrip radiating element 130 rather than a position close to the center of the microstrip radiating element 130 . For example, the feed port 170 has a shorter distance to the edge of the microstrip radiating element 130 than the distance to the center of the microstrip radiating element 130 on the sub-region, and up to the line on which the metal via 150 is formed. The distance to the edge of the microstrip radiation element 130 facing the line on which the metal via 150 is formed is longer than the distance of may be formed at a position. In other words, if the sub-region is divided into four regions having the same size, the left line and the lower line of the sub-region are lines on which the metal via 150 is formed, and the right and upper lines of the sub-region are microstrip radiation. Based on the state of the edge of the device 130 , the power supply port 170 may be formed in the upper left region.

그리고, 복수개의 메탈 비아(150)를 통해 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역이 4개의 서브 영역으로 분할된 경우, 4개의 서브 영역 각각에 형성된 4개의 급전 포트(170)는 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역을 기준으로 하면 서로 다른 위치에 형성되지만, 서브 영역을 기준으로 하면 서로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 제2 서브 영역 내지 제4 서브 영역을 마이크로스트립 방사 소자(130)의 중심을 기준으로 회전시켜 제1 서브 영역과 겹치게 하면, 제2 서브 영역 내지 제4 서브 영역 각각에 형성된 제2 급전 포트(170) 내지 제4 급전 포트(170)가 형성된 위치는 제1 서브 영역에 형성된 제1 급전 포트(170)의 위치와 동일하게 된다.And, when the entire area of the microstrip radiating element 130 is divided into four sub-regions through the plurality of metal vias 150 , the four feeding ports 170 formed in each of the four sub-regions are the microstrip radiating elements. They are formed at different positions based on the entire area of 130 , but may be formed at the same position with respect to the sub-regions. In other words, when the second sub-region to the fourth sub-region are rotated based on the center of the microstrip radiation element 130 to overlap the first sub-region, the second sub-region formed in each of the second sub-region to the fourth sub-region The positions at which the feeding ports 170 to the fourth feeding ports 170 are formed are the same as the positions of the first feeding ports 170 formed in the first sub-region.

급전 제어부(190)는 복수개의 급전 포트(170) 중에서 적어도 하나의 급전 포트(170)에만 급전되도록 제어할 수 있다.The power feeding control unit 190 may control to feed power only to at least one feeding port 170 among the plurality of feeding ports 170 .

즉, 급전 제어부(190)는 복수개의 급전 포트(170) 중 1개의 급전 포트(170)에만 급전되도록 제어하거나, 복수개의 급전 포트(170) 중 인접하는 2개의 급전 포트(170)에만 급전되도록 제어할 수 있다.That is, the feed control unit 190 controls to feed only one feed port 170 among the plurality of feed ports 170 , or controls to feed only two adjacent feed ports 170 among the plurality of feed ports 170 . can do.

예컨대, 복수개의 메탈 비아(150)를 통해 마이크로스트립 방사 소자(130)의 전체 영역이 4개의 서브 영역으로 분할된 경우, 복수개의 방사 패턴을 획득하기 위해, 급전 제어부(190)는 RF 스위치(도시하지 않음)를 이용하여, 4개의 급전 포트(170) 중에서 일부의 급전 포트(170)에만 급전이 되도록 하는 급전 제어를 할 수 있다. 즉, 급전 제어부(190)는 제1 서브 영역에 형성된 제1 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제1 모드, 제2 서브 영역에 형성된 제2 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제2 모드, 제3 서브 영역에 형성된 제3 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제3 모드, 제4 서브 영역에 형성된 제4 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제4 모드, 제1 서브 영역에 형성된 제1 급전 포트(170)와 제2 서브 영역에 형성된 제2 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제5 모드, 제2 서브 영역에 형성된 제2 급전 포트(170)와 제3 서브 영역에 형성된 제3 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제6 모드, 제3 서브 영역에 형성된 제3 급전 포트(170)와 제4 서브 영역에 형성된 제4 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제7 모드, 및 제4 서브 영역에 형성된 제4 급전 포트(170)와 제1 서브 영역에 형성된 제1 급전 포트(170)에만 급전이 되고 나머지 급전 포트(170)들을 오픈(open) 상태로 하는 제8모드로 동작하여, 하나의 마이스크로스트립 방사 소자(130)를 통해 총 8개의 방사 패턴을 구현할 수 있다.For example, when the entire area of the microstrip radiation element 130 is divided into four sub-regions through a plurality of metal vias 150 , in order to obtain a plurality of radiation patterns, the power supply control unit 190 may be configured to operate an RF switch (shown in FIG. not), it is possible to perform power feeding control such that power is fed only to some of the power feeding ports 170 among the four feeding ports 170 . That is, the power feeding control unit 190 feeds only the first feeding port 170 formed in the first sub-region, and the remaining power feeding ports 170 are opened in the first mode and the second sub-region formed in the first mode. In the second mode in which power is fed only to the second feeding port 170 and the remaining feeding ports 170 are in an open state, only the third feeding port 170 formed in the third sub-region is fed, and the remaining feeding ports 170 ) in an open state, a fourth mode in which only the fourth power supply port 170 formed in the fourth sub-region is fed and the remaining power supply ports 170 are in an open state, the first A fifth mode in which power is supplied only to the first feeding port 170 formed in the sub-region and the second feeding port 170 formed in the second sub-region, and the remaining power feeding ports 170 are in an open state, the second sub-region A sixth mode, a third sub-region in which power is supplied only to the second feeding port 170 formed in the region and the third feeding port 170 formed in the third sub-region, and the remaining power feeding ports 170 are in an open state. A seventh mode in which power is supplied only to the third feeding port 170 formed in the fourth power feeding port 170 and the fourth feeding port 170 formed in the fourth sub-region, and the remaining power feeding ports 170 are in an open state, and a fourth sub-region It operates in an eighth mode in which power is supplied only to the fourth feeding port 170 formed in the first feeding port 170 and the first feeding port 170 formed in the first sub-region, and the remaining power feeding ports 170 are opened in an open state. A total of eight radiation patterns may be implemented through the microstrip radiation element 130 .

이와 같이, 본 발명은 각 서브 영역에 형성된 급전 포트(170)와 RF 스위치를 결합하여 단순 온/오프의 조합을 통해, 1개의 안테나 구조로 복수개의 방사 패턴을 생성할 수 있다. 즉, 안테나 구동을 위한 급전 포트(170)의 온/오프의 조합을 통해, 단일 급전 포트(170) 급전 시에는 4개의 방사 패턴을 생성하고, 서로 인접한 2개의 급전 포트(170) 급전 시에는 4개의 방사 패턴을 생성하여, 1개의 패치를 통해 총 8개의 방사 패턴을 생성할 수 있다.As described above, the present invention can generate a plurality of radiation patterns with one antenna structure through a simple on/off combination by combining the power supply port 170 and the RF switch formed in each sub-region. That is, through a combination of on/off of the feeding port 170 for driving the antenna, four radiation patterns are generated when the single feeding port 170 is fed, and when feeding the two feeding ports 170 adjacent to each other, 4 It is possible to generate a total of 8 radiation patterns through one patch by generating the number of radiation patterns.

아울러, 본 발명은 급전 포트(170)에 급전 시, 특정 위상 값을 인가하여 특정 방향으로의 빔을 지향하는 것이 아니라, RF 스위치가 결합되어 단순 온/오프만으로도 특정 방향으로의 빔 지향이 가능하다. 이는 위상 천이기를 이용하는 방식보다 본 발명이 더 소형화된 구조를 구현할 수 있게 할 수 있다.In addition, the present invention does not direct the beam in a specific direction by applying a specific phase value when power is supplied to the power feeding port 170, but rather the RF switch is coupled to direct the beam in a specific direction only with simple ON/OFF. . This may enable the present invention to implement a more compact structure than a method using a phase shifter.

그러면, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 방사 패턴에 대하여 설명한다.Next, a radiation pattern of a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7 .

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면으로, 도 5의 (a)는 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 5의 (b)는 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 5의 (c)는 제3 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 5의 (d)는 제4 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 6은 도 5에 도시한 방사 패턴의 전기장 분포를 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 6의 (b)는 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면으로, 도 7의 (a)는 제1 급전 포트와 제2 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 7의 (b)는 제2 급전 포트와 제3 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내며, 도 7의 (c)는 제3 급전 포트와 제4 급전 포트만 급전되는 경우를 나타내고, 도 7의 (d)는 제4 급전 포트와 제1 급전 포트만 급전되는 경우를 나타낸다.5 is a view for explaining a radiation pattern of a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. b) shows a case in which only the second feeding port is fed, FIG. 5 (c) shows a case in which only the third feeding port is fed, FIG. 5 (d) shows a case in which only the fourth feeding port is fed, FIG. 6 It is a view for explaining the electric field distribution of the radiation pattern shown in FIG. 5. FIG. 6 (a) shows a case in which only the first feeding port is fed, and FIG. 6 (b) shows a case in which only the second feeding port is fed. , FIG. 7 is a view for explaining a radiation pattern of a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. 7 (b) shows a case in which only the second feeding port and the third feeding port are fed, and FIG. 7 (c) shows a case in which only the third feeding port and the fourth feeding port are fed, and in FIG. d) shows a case in which only the fourth feeding port and the first feeding port are fed.

도 5 및 도 6을 참조하면, 각 급전 포트(170)별 개별 급전 시, 즉 제1 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 5의 (a) 참조), 제2 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 5의 (b) 참조), 제3 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 5의 (c) 참조), 및 제4 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 5의 (d) 참조), 4개 방향의 방사 패턴을 생성(peak: Θ=22°, Φ=45°, 135°, 225°, 315°)할 수 있다.5 and 6, when each feeding port 170 is individually fed, that is, when only the first feeding port 170 is fed (see FIG. 5 (a)), only the second feeding port 170 is fed. When the power is fed (refer to (b) of FIG. 5), when only the third feeding port 170 is fed (refer to (c) of FIG. 5), and when only the fourth feeding port 170 is fed (in FIG. 5) (d)), it is possible to generate a radiation pattern in four directions (peak: Θ=22°, Φ=45°, 135°, 225°, 315°).

도 7을 참조하면, 인접하는 2개의 급전 포트(170)에 급전 시, 즉, 제1 급전 포트(170)와 제2 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 7의 (a) 참조), 제2 급전 포트(170)와 제3 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 7의 (b) 참조), 제3 급전 포트(170)와 제4 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 7의 (c) 참조), 및 제4 급전 포트(170)와 제1 급전 포트(170)만 급전되는 경우(도 7의 (d) 참조), 4개 방향의 방사 패턴을 생성(peak: Θ=42°, Φ=0°, 90°, 180°, 270°)할 수 있다.Referring to FIG. 7, when power is fed to two adjacent power feeding ports 170, that is, when only the first feeding port 170 and the second feeding port 170 are fed (see (a) of FIG. 7), When only the second feeding port 170 and the third feeding port 170 are fed (see (b) of FIG. 7), when only the third feeding port 170 and the fourth feeding port 170 are fed (FIG. 7 (c)), and when only the fourth feeding port 170 and the first feeding port 170 are fed (refer to FIG. 7 (d)), a radiation pattern in four directions is generated (peak: Θ) =42°, Φ=0°, 90°, 180°, 270°).

그러면, 도 8 및 도 9을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치에 대하여 설명한다.Next, a neural network-based direction finding apparatus using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분류 모델의 일례를 설명하기 위한 도면이다.8 is a block diagram illustrating a neural network-based direction finding apparatus using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an example of a classification model according to a preferred embodiment of the present invention. It is a drawing for explanation.

도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치(이하 '방향 탐지 장치'라 한다)(200)는 단일 패치를 통해 다중 방사 패턴을 구현하는 단일 패치 안테나(100)를 이용하여 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반 분류 모델을 기반으로 방향을 탐지한다.Referring to FIG. 8 , a neural network-based direction finding device (hereinafter referred to as a 'direction finding device') 200 using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention includes multiple radiation patterns through a single patch. A direction is detected based on a deep neural network (DNN)-based classification model using a single patch antenna 100 that implements .

이를 위해, 방향 탐지 장치(200)는 본 발명에 따른 단일 패치 안테나(100), 학습부(210) 및 방향 탐지부(230)를 포함할 수 있다.To this end, the direction finding apparatus 200 may include a single patch antenna 100 , a learning unit 210 , and a direction finding unit 230 according to the present invention.

학습부(210)는 단일 패치 안테나(100)의 급전 포트(170)의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 학습 데이터를 이용하여 분류 모델을 학습할 수 있다.The learning unit 210 may learn the classification model by using the training data generated based on a plurality of radiation patterns through feeding control of the feeding port 170 of the single patch antenna 100 .

즉, 본 발명에 따른 단일 패치 안테나(100)는 각 서브 영역에 형성된 급전 포트(170)와 RF 스위치를 결합하여 단순 온/오프의 조합을 통해, 1개의 안테나 구조로 복수개의 방사 패턴을 생성할 수 있다. 즉, 안테나 구동을 위한 급전 포트(170)의 온/오프의 조합을 통해, 단일 급전 포트(170) 급전 시에는 4개의 방사 패턴을 생성하고, 서로 인접한 2개의 급전 포트(170) 급전 시에는 4개의 방사 패턴을 생성하여, 1개의 패치를 통해 총 8개의 방사 패턴을 생성할 수 있다. 이는 분류 모델의 학습 데이터 증가를 위한 하드웨어 증가를 방지할 수 있고, 방향 탐지 시스템의 소형화의 측면으로도 활용될 수 있다.That is, the single patch antenna 100 according to the present invention combines the power supply port 170 and the RF switch formed in each sub-region to generate a plurality of radiation patterns with one antenna structure through a simple on/off combination. can That is, through a combination of on/off of the feeding port 170 for driving the antenna, four radiation patterns are generated when the single feeding port 170 is fed, and when feeding the two feeding ports 170 adjacent to each other, 4 It is possible to generate a total of 8 radiation patterns through one patch by generating the number of radiation patterns. This can prevent an increase in hardware for increasing the training data of the classification model, and can be utilized in the aspect of miniaturization of the direction finding system.

여기서, 분류 모델은 수신된 전력 데이터를 입력으로 하고 복수개의 섹터(sector) 각각에 대한 추정 확률을 출력으로 하는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 포함하고, 단일 패치 안테나(100)를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 학습될 수 있다.Here, the classification model includes a deep neural network (DNN) that takes the received power data as an input and outputs an estimated probability for each of a plurality of sectors, and uses a single patch antenna 100 It can be learned through the generated learning data.

예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 분류 모델은 2개의 인코더(encoder) 및 1개의 소프트맥스 레이어(softmax layer)를 포함할 수 있다. 인코더(encoder)는 입력 데이터(개별 패턴으로부터 수신된 전력 데이터)의 크기 특성을 출력 데이터의 형태에 맞게 추출할 수 있다. 소프트맥스 레이어(softmax layer)는 입력 데이터의 총 합이 1이 되도록 만들어, 데이터들의 크기를 정규화하여 출력 데이터(각 섹터별 추정 확률)를 출력할 수 있다.For example, as shown in FIG. 9 , the classification model may include two encoders and one softmax layer. The encoder may extract the size characteristic of the input data (power data received from the individual pattern) according to the shape of the output data. The softmax layer makes the sum of the input data equal to 1, so that the size of the data is normalized to output the output data (estimated probability for each sector).

방향 탐지부(230)는 학습부(210)를 통해 기 학습되어 구축된 분류 모델을 이용하여 단일 패치 안테나(100)를 통해 수신된 신호에 대응되는 방향을 탐지할 수 있다.The direction detector 230 may detect a direction corresponding to a signal received through the single patch antenna 100 using a classification model that has been pre-trained and built through the learner 210 .

즉, 방향 탐지부(230)는 분류 모델을 이용하여, 단일 패치 안테나(100)를 통해 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 획득하고, 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각(angle of arrival)을 획득할 수 있다.That is, the direction detector 230 obtains an estimated probability for each sector of the received signal based on the power data corresponding to the signal received through the single patch antenna 100 using the classification model, and the received signal An angle of arrival of the received signal may be obtained based on the estimated probability for each sector for .

그러면, 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 과정의 성능에 대하여 설명한다.Then, with reference to FIG. 10, the performance of the neural network-based direction detection process using a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 과정의 성능을 설명하기 위한 도면으로, 도 10의 (a)는 8개의 종래의 안테나를 이용하여 방향 탐지 과정을 수행한 결과를 나타내고, 도 10의 (b)는 본 발명에 따른 1개의 단일 패치 안테나를 이용하여 방향 탐지 과정을 수행한 결과를 나타낸다.10 is a diagram for explaining the performance of a neural network-based direction detection process using a single patch antenna having a multi-feeding structure according to a preferred embodiment of the present invention. The result of performing the direction finding process is shown, and FIG. 10 (b) shows the result of performing the direction finding process using one single patch antenna according to the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 1개의 단일 패치 안테나(100)를 기반으로 8개의 방사 패턴으로 수신한 입력 데이터를 통해 획득한 섹터별 추정 결과(도 10의 (b) 참조)는 종래의 8개의 안테나를 기반으로 수신한 입력 데이터를 통해 획득한 섹터별 추정 결과(도 10의 (a) 참조)와 유사함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the estimation result for each sector (refer to FIG. 10 (b)) obtained through input data received with eight radiation patterns based on one single patch antenna 100 according to the present invention is a conventional method. It can be seen that the estimation results for each sector obtained through input data received based on 8 antennas are similar to (refer to FIG. 10(a) ).

이에 따라, 본 발명에 따른 1개의 단일 패치 안테나(100)를 이용하면 크기를 소형화할 수 있고, 안테나 개수 증가나 구조 증가가 없이도 비슷한 성능을 획득할 수 있다.Accordingly, if one single patch antenna 100 according to the present invention is used, the size can be reduced and similar performance can be obtained without an increase in the number of antennas or an increase in the structure.

그러면, 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법에 대하여 설명한다.Next, a neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11 .

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feed structure according to a preferred embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 방향 탐지 장치(200)는 단일 패치 안테나(100)를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 분류 모델을 학습할 수 있다(S110).Referring to FIG. 11 , the direction finding apparatus 200 may learn a classification model through training data generated using the single patch antenna 100 ( S110 ).

즉, 방향 탐지 장치(200)는 단일 패치 안테나(100)의 급전 포트(170)의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 학습 데이터를 이용하여 분류 모델을 학습할 수 있다.That is, the direction finding apparatus 200 may learn the classification model by using the training data generated based on the plurality of radiation patterns through the feeding control of the feeding port 170 of the single patch antenna 100 .

이후, 방향 탐지 장치(200)가 단일 패치 안테나(100)를 통해 신호를 수신하면(S130), 방향 탐지 장치(200)는 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 획득할 수 있다(S150).Thereafter, when the direction finding device 200 receives a signal through the single patch antenna 100 ( S130 ), the direction finding device 200 responds to the received signal for each sector based on power data corresponding to the received signal. An estimated probability may be obtained (S150).

그런 다음, 방향 탐지 장치(200)는 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각을 획득할 수 있다(S170).Then, the direction finding apparatus 200 may obtain the angle of arrival of the received signal based on the estimated probability for each sector of the received signal (S170).

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.Even though all the components constituting the embodiment of the present invention described above are described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may operate by selectively combining one or more. In addition, all of the components may be implemented as one independent hardware, but some or all of the components are selectively combined to perform some or all functions of the combined components in one or a plurality of hardware program modules It may be implemented as a computer program having In addition, such a computer program is stored in a computer readable media such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., read and executed by a computer, thereby implementing an embodiment of the present invention. The computer program recording medium may include a magnetic recording medium, an optical recording medium, and the like.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes and substitutions are possible within the scope that does not depart from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are for explaining, not limiting, the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 단일 패치 안테나,
110 : 유전체 기판,
130 : 마이크로스트립 방사 소자,
150 : 메탈 비아,
170 : 급전 포트,
190 : 급전 제어부,
200 : 방향 탐지 장치,
210 : 학습부,
230 : 방향 탐지부100: single patch antenna;
110: a dielectric substrate;
130: microstrip radiating element,
150: metal via,
170: feed port,
190: feed control unit,
200: direction finding device;
210: learning department,
230: direction finding unit

Claims (11)

소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판;
상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자;
상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via);
복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및
복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;
를 포함하며,
상기 메탈 비아는, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심을 기준으로 하여 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역이 서로 동일한 크기를 가지는 4개의 서브 영역으로 분할되도록, 상기 마이크로스트립 방사 소자에 복수개가 형성되고,
상기 급전 포트는, 방위각면(Azimuth plane) 상으로 방사 패턴이 지향성을 갖도록 하는 위치에 형성되며,
상기 급전 포트는, 서브 영역 상에서, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 중심까지의 거리보다 상기 마이크로스트립 방사 소자의 가장자리까지의 거리가 더 짧고, 상기 메탈 비아가 형성된 라인까지의 거리보다 상기 메탈 비아가 형성된 라인을 마주보는 상기 마이크로스트립 방사 소자의 가장자리까지의 거리가 더 긴, 위치에 형성되는,
다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나.a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity;
one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves;
a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions;
a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and
a power feeding control unit controlling to feed power only to at least one of the feeding ports among the plurality of feeding ports;
includes,
A plurality of the metal vias are formed in the microstrip radiating element so that the entire area of the microstrip radiating element is divided into four sub-regions having the same size as the center of the microstrip radiating element,
The feeding port is formed at a position such that the radiation pattern has directivity on an azimuth plane,
In the sub-region, the distance to the edge of the microstrip radiating element is shorter than the distance to the center of the microstrip radiating element, and the line in which the metal via is formed than the distance to the line in which the metal via is formed. is formed in a position where the distance to the edge of the microstrip radiating element facing the is longer,
A single patch antenna with a multi-feed structure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에서,
4개의 서브 영역 각각에 형성된 4개의 상기 급전 포트는,
상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 기준으로 하면 서로 다른 위치에 형성되지만, 서브 영역을 기준으로 하면 서로 동일한 위치에 형성되는,
다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나.In claim 1,
The four feed ports formed in each of the four sub-regions,
It is formed at different positions based on the entire area of the microstrip radiation element, but is formed at the same position with respect to the sub-region,
A single patch antenna with a multi-feed structure. 제1항에서,
상기 마이크로스트립 방사 소자는, 2.0 GHz ~ 2.8 GHz에서 동작하고, 길이가 38 mm ~ 46 mm인 정사각형 형상이며,
상기 메탈 비아의 반경은, 0.3 mm ~ 0.7 mm이고,
상기 메탈 비아간 거리는, 1.25 mm ~ 2.25 mm이며,
상기 유전체 기판은, 길이가 45 mm ~ 65 mm인 정사각형 형상이고, 높이가 0.5 mm ~ 2 mm이며, 비유전율이 3.8 ~ 4.8인,
다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나.In claim 1,
The microstrip radiating element, operating in 2.0 GHz to 2.8 GHz, has a square shape of 38 mm to 46 mm in length,
The radius of the metal via is 0.3 mm to 0.7 mm,
The distance between the metal vias is 1.25 mm to 2.25 mm,
The dielectric substrate has a square shape with a length of 45 mm to 65 mm, a height of 0.5 mm to 2 mm, and a relative permittivity of 3.8 to 4.8,
A single patch antenna with a multi-feed structure. 제1항에서,
상기 급전 제어부는,
복수개의 상기 급전 포트 중 1개의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하거나, 복수개의 상기 급전 포트 중 인접하는 2개의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는,
다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나.In claim 1,
The power supply control unit,
Controlling to feed only one of the feeding ports of the plurality of feeding ports, or controlling to feed only the adjacent two feeding ports among the plurality of feeding ports,
A single patch antenna with a multi-feed structure. 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나; 및
기 학습되어 구축된 분류 모델을 이용하여, 상기 단일 패치 안테나를 통해 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터(sector)별 추정 확률을 획득하고, 수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각을 획득하는 방향 탐지부;
를 포함하며,
상기 분류 모델은,
수신된 전력 데이터를 입력으로 하고 복수개의 섹터 각각에 대한 추정 확률을 출력으로 하는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 포함하고, 상기 단일 패치 안테나를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 학습되고,
상기 단일 패치 안테나는,
소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판;
상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자;
상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via);
복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및
복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;
를 포함하는 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치.a single patch antenna having a multi-feed structure; and
Using a pre-trained and built-up classification model, based on the power data corresponding to the signal received through the single patch antenna, an estimated probability for each sector of the received signal is obtained, and the sector for the received signal is obtained. a direction detector for obtaining an angle of arrival of a received signal based on a star estimation probability;
includes,
The classification model is
It includes a deep neural network (DNN) that takes the received power data as an input and outputs an estimated probability for each of a plurality of sectors, and is learned through the training data generated using the single patch antenna,
The single patch antenna,
a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity;
one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves;
a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions;
a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and
a power feeding control unit controlling to feed power only to at least one of the feeding ports among the plurality of feeding ports;
A neural network-based direction finding device using a single patch antenna having a multi-feed structure comprising a. 제8항에서,
상기 단일 패치 안테나의 상기 급전 포트의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 상기 학습 데이터를 이용하여 상기 분류 모델을 학습하는 학습부;
를 더 포함하는 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 장치.In claim 8,
a learning unit for learning the classification model using the training data generated based on a plurality of radiation patterns through feeding control of the feeding port of the single patch antenna;
A neural network-based direction finding device using a single patch antenna having a multi-feed structure further comprising a. 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계;
기 학습되어 구축된 분류 모델을 이용하여, 상기 단일 패치 안테나를 통해 수신된 신호에 대응되는 전력 데이터를 기반으로 수신된 신호에 대한 섹터(sector)별 추정 확률을 획득하는 단계; 및
수신된 신호에 대한 섹터별 추정 확률을 기반으로 수신된 신호의 도래각을 획득하는 단계;
를 포함하며,
상기 분류 모델은,
수신된 전력 데이터를 입력으로 하고 복수개의 섹터 각각에 대한 추정 확률을 출력으로 하는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 포함하고, 상기 단일 패치 안테나를 이용하여 생성된 학습 데이터를 통해 학습되고,
상기 단일 패치 안테나는,
소정의 비유전율을 가지는 유전체 기판;
상기 유전체 기판의 상부면에 형성되고, 전자기파를 방사하는 하나의 마이크로스트립(microstrip) 방사 소자;
상기 마이크로스트립 방사 소자에 형성되어, 상기 마이크로스트립 방사 소자의 전체 영역을 복수개의 서브 영역으로 분할하는 복수개의 메탈 비아(metal via);
복수개의 상기 메탈 비아를 통해 분할되는 복수개의 서브 영역 각각에 형성되고, 전력원으로부터 급전받은 전력을 상기 마이크로스트립 방사 소자로 전송하는 복수개의 급전 포트(port); 및
복수개의 상기 급전 포트 중에서 적어도 하나의 상기 급전 포트에만 급전되도록 제어하는 급전 제어부;
를 포함하는 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법.Receiving a signal through a single patch antenna having a multi-feed structure;
obtaining an estimated probability for each sector of a received signal based on power data corresponding to a signal received through the single patch antenna by using a pre-trained and constructed classification model; and
obtaining an angle of arrival of the received signal based on the estimated probability for each sector of the received signal;
includes,
The classification model is
It includes a deep neural network (DNN) that takes the received power data as an input and outputs an estimated probability for each of a plurality of sectors, and is learned through the training data generated using the single patch antenna,
The single patch antenna,
a dielectric substrate having a predetermined relative permittivity;
one microstrip radiation element formed on the upper surface of the dielectric substrate and emitting electromagnetic waves;
a plurality of metal vias formed on the microstrip radiating element to divide an entire area of the microstrip radiating element into a plurality of sub-regions;
a plurality of power feeding ports formed in each of a plurality of sub-regions divided through the plurality of metal vias and transmitting power supplied from a power source to the microstrip radiation element; and
a power feeding control unit controlling to feed power only to at least one of the feeding ports among the plurality of feeding ports;
A neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feed structure comprising a. 제10항에서,
상기 단일 패치 안테나의 상기 급전 포트의 급전 제어를 통한 복수개의 방사 패턴을 기반으로 생성된 상기 학습 데이터를 이용하여 상기 분류 모델을 학습하는 단계;
를 더 포함하는 다중 급전 구조를 가지는 단일 패치 안테나를 이용한 신경망 기반 방향 탐지 방법.
In claim 10,
learning the classification model using the training data generated based on a plurality of radiation patterns through feeding control of the feeding port of the single patch antenna;
A neural network-based direction detection method using a single patch antenna having a multi-feeding structure further comprising a.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101803208B1 (en) * 2016-10-19 2017-12-28 홍익대학교 산학협력단 Beamfoaming anttena using single radiator multi port
JP2019129439A (en) * 2018-01-25 2019-08-01 株式会社Ｓｏｋｅｎ Antenna device
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