KR102628657B1 - 배열 안테나 및 배열 안테나의 동작 방법 - Google Patents

배열 안테나 및 배열 안테나의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

배열 안테나 및 배열 안테나의 동작 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 배열 안테나는 M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛(antenna array unit)을 포함하는 제1 배열 안테나, R x M(단, R은 미리 정해진 비율을 지시하는 2 이상의 자연수)개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하는 제2 배열 안테나, 및 용도에 대응하는 방사 패턴(radiation pattern)을 생성하도록 상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나를 제어하는 제어회로를 포함하고, 상기 제1 배열 안테나 유닛은 R x N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자(antenna elements)를 포함하고, 상기 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 제2 안테나 소자를 포함한다.

Description

배열 안테나 및 배열 안테나의 동작 방법{ARRAY ANTENNA AND OPERATION METHOD OF ARRAY ANTENNA}
아래 실시예들은 배열 안테나 및 배열 안테나의 동작 방법에 관한 것이다.
차량, 로봇 등에서 활용되는 기존 레이더 센서는 복수의 객체 검출을 위해 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향에서의 고분해능 센싱이 필요하다. 그러나 고분해능 센싱을 위해 송수신기 개수가 늘어나 장치 설계상 제약이 있고, 응용장치별로 다른 디자인이 필요하며, 선형 안테나 어레이의 경우 수신신호가 테이퍼링(tapering)되어 생산공정에 민감하다는 문제점이 있다.
일 실시예에 따른 배열 안테나는 M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛(antenna array unit)을 포함하는 제1 배열 안테나; R x M(단, R은 미리 정해진 비율을 지시하는 2 이상의 자연수)개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하는 제2 배열 안테나; 및 용도에 대응하는 방사 패턴(radiation pattern)을 생성하도록 상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나를 제어하는 제어회로를 포함하고, 상기 제1 배열 안테나 유닛은 R x N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자(antenna elements)를 포함하고, 상기 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 제2 안테나 소자를 포함한다.
상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각은 상기 제어회로의 해당 독립 포트에 연결될 수 있다.
상기 제어회로는 상기 용도에 대응하여, 상기 독립 포트의 온-오프 제어를 통해 상기 용도에 적합한 상기 방사 패턴을 생성할 수 있다.
상기 제어회로는, 상기 용도에 대응하여, 상기 독립 포트의 동위상(in-phase) 연결 제어를 통해 상기 용도에 적합한 상기 방사 패턴을 생성할 수 있다.
상기 제어회로는 상기 제1 배열 안테나 유닛 1개와 상기 제2 배열 안테나 유닛 2개를 제어하여 테이퍼링된 가상 배열 안테나 유닛(virtual antenna array unit)를 생성할 수 있다.
상기 가상 배열 안테나 유닛은 상기 R이 2인 경우, (4N-1)개의 가상 안테나 소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 유닛의 개구면(aperture)은 상기 제2 배열 안테나 유닛의 개구면의 두 배일 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각에서, 상기 안테나 소자들 사이의 거리가 동일할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 유닛 및 상기 제2 배열 안테나 유닛은 모노폴(monopole) 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나가 송신 안테나일 경우, 상기 제2 배열 안테나는 수신 안테나이고, 상기 제1 배열 안테나가 수신 안테나일 경우, 상기 제2 배열 안테나는 송신 안테나일 수 있다.
상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)상에 형성될 수 있다.
상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 패치(patches), 둥근 패치(round patches) 또는 슬롯(slots) 중 적어도 하나로 만들어질 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛은 선형 배열 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛은 고도(elevation) 방향으로 배치되어 고도 방향 스캐닝을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 배열 안테나의 동작 방법은 사용자의 입력을 수신하는 단계; 및 상기 입력에 대응하는 방사 패턴을 생성하도록 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 배열 안테나는 M개의 제1 배열 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제2 배열 안테나는 R x M개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 배열 안테나 유닛은 R x N개의 안테나 소자를 포함하고, 상기 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 안테나 소자를 포함한다.
상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각은 제어회로의 해당 독립 포트에 연결되고, 상기 제어하는 단계는 상기 입력에 대응하여, 상기 독립 포트의 온-오프를 제어하는 단계; 및 상기 입력에 대응하여, 상기 독립 포트의 동위상 연결을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나를 제어하여 테이퍼링된 가상 배열 안테나(virtual antenna array)를 생성할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나 각각에서, 상기 안테나 소자들 사이의 거리가 동일할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자율주행 차량 제어 시스템에 사용되는 3차원 레이더의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배열 안테나의 구조를 설명하 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 n=1 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 n=2 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 n=N 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나 유닛의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 N=3 일 때, 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 2에 도시된 배열 안테나의 연결 제어를 통해 생성된 방사 패턴 및 해당 방사 패턴에 대응되는 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나를 생성하기 위한 다양한 배열 안테나 형태를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 12b는 일 실시예에 따른 배열 안테나의 성능에 관한 실험을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 자율주행 차량 제어 시스템에 사용되는 3차원 레이더의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 레이더(3D radar)는 자율주행 차량 제어 시스템 구현에 있어서 중요한 센서 중 하나일 수 있다. 전방에 위치한 물체와의 거리, 상대 속도 및 방위각에 관한 2차원 정보(수평(azimuth) 방향 정보)를 주로 제공하는 기존의 2차원 레이더와는 달리, 3차원 레이더는 전방 물체와의 거리, 전방 물체의 방위각, 전방 물체의 상대 속도, 및 전방 물체의 높이를 포함하는 3차원 정보를 제공할 수 있다. 3차원 레이더를 이용하면 전방의 경사로를 식별하거나 전방의 육교, 고가로, 또는 도로 상의 공중에 있는 장애물 아래로 차량이 통과할 수 있는 지에 판단하는 것이 가능할 수 있다.
3차원 레이더의 성능을 나타내는 파라미터로 안테나의 시야각(field of view ; FoV)과 안테나의 분해능(resolution)이 있을 수 있다. 안테나의 시야각은 안테나가 안테나의 특성을 유지하면서 효율적으로 스캔할 수 있는 각도의 범위를 의미할 수 있다. 안테나의 분해능은 안테나 복사패턴에서, 메인 로브(Main Lobe)의 최대 복사방향에 대해 이득이 - 3 dB 이 되는 두 점 사이의 각을 의미하는 반전력빔폭(Half Power Beam Width ; HPBW)을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따른 3차원 레이더는 배열 안테나를 통해 전방을 향해 전자기파를 송신하고, 반사된 전자기파를 수신할 수 있다. 배열 안테나는 복수 개 송신 안테나와 복수 개 수신 안테나를 갖는 구조 즉, MIMO(Multi Input Multi Output) 타입 안테나 구조일 수 있다. 안테나 소자(antenna element)를 규칙적으로 공간상에 배열하여 사용하는 것을 배열 안테나(array antenna)라고 할 수 있고, 복수 개의 안테나 소자를 일직선상으로 배열된 배열 안테나를 선형 배열 안테나(linear array antenna)라고 할 수 있다. 작은 크기의 안테나로 하나의 큰 안테나가 갖는 예리한 지향 특성을 얻기 위해서, 여러 개의 작은 크기의 안테나 소자를 배열하여 사용할 수 있다. 일반적으로 단일 안테나 소자의 방사 패턴은 광역 빔으로 방사전력을 퍼지게 하는 경향이 있으나, 이를 일정한 규칙을 배열하여 사용하면 지향성을 갖는 안테나로 사용할 수 있다. 지향성은 특정 방향으로 전자파 에너지를 집중시킬 수 있는 능력을 의미할 수 있다.
지향성 안테나들은 방사된 에너지를 주어진 관심 시야각에 포커싱하는데 이용될 수 있다. 3차원 레이더는 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해, 예를 들어 자율주행 차량 제어 시스템(autonomous vehicle control system)에 이용될 수 있다.
일 실시예에 다른 배열 안테나의 경우, 사용자가 임의로 배열 안테나의 특성(예를 들어, 방사 패턴의 방향, 크기 등)을 결정할 수 있다. 배열 안테나의 특성은 안테나 소자의 배열 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 송신 안테나 소자와 수신 안테나 소자의 수와 위치를 적절하게 배열하여, 사용자가 원하는 배열 안테나의 특성을 결정할 수 있다. 구체적으로, 사용자는 안테나 소자의 진폭과 위상 제어를 통해 가상 배열 안테나 소자를 형성할 수 있고, 가상 배열 안테나 소자를 통해 사용하고자 하는 용도에 알맞은 지향성 방사 패턴을 생성할 수 있다. 아래에서, 도 2 내지 도 5를 참조하여 수평(azimuth) 방향 정보 뿐만 아니라, 수직(elevation) 방향 정보를 제공할 수 있는 배열 안테나의 안테나 소자의 배열 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 배열 안테나의 구조를 설명하 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 배열 안테나(200)는 제1 배열 안테나(210), 제2 배열 안테나(220) 및 제어회로(230)를 포함한다.
제1 배열 안테나는 M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛(antenna array unit)을 포함하고, 제2 배열 안테나는 R x M(단, R은 미리 정해진 비율을 지시하는 2 이상의 자연수)개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함한다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여 제1 배열 안테나(210)는 2개의 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)을 포함하고, 제2 배열 안테나(220)는 4개의 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)을 포함하는 것을 기준으로 설명한다. 이 경우 ,R은 2일 수 있다.
배열 안테나 유닛은 배열 안테나의 서브 어레이일 수 있다. 배열 안테나는 배열 안테나 유닛을 통해 손쉽게 확장 가능할 수 있다. 일 실시예에 따른 배열 안테나는 안테나를 재설계하지 않고, 배열 안테나 유닛의 순차적 연결을 통해 하나의 안테나 유닛을 사용하는 경우보다 더 높은 분해능 및/또는 더 넓은 시야각을 제공할 수 있다.
제1 배열 안테나 유닛은 2N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자를 포함하고, 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 제2 안테나 소자를 포함한다. 이하에서, 설명의 편의를 위해 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)는 각각 4개의 제1 안테나 소자를 포함하고, 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)은 각각 2개의 제2 안테나 소자를 포함하는 것을 기준으로 설명한다.
제1 배열 안테나 유닛(211, 212)과 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)은 복수 개의 안테나 소자를 일직선상으로 배열한 선형 배열 안테나 형태로 구현될 수 있다. 배열 안테나는 안테나 소자 간의 배열 간격에 따라 배열 간격을 일정하게 하는 "등간격 배열"과 배열 간격이 일정하지 않은 "부등간격 배열"로 구분할 수 있다. 일 실시예에 따른 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)과 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)는 복수 개의 안테나 소자들의 배열 간격이 일정한 "등간격 배열"의 형태일 수 있다.
제어회로(230)는 용도에 대응하는 방사 패턴을 생성하도록 제1 배열 안테나(210)와 제2 배열 안테나(220)를 제어할 수 있다. 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)과 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224) 각각은 제어회로(230)의 해당 독립 포트(independent ports)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 배열 안테나 유닛(211, 212) 각각은 제어회로(230)의 독립 포트 Rx#1, Rx#2에 연결될 수 있고, 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224) 각각은 제어회로(230)의 독립 포트 Tx#1, Tx#2, Tx#3, Tx#4에 연결될 수 있다. 배열 안테나는 쌍대성(Reciprocal)을 갖기 때문에, 송신 안테나와 수신 안테나의 구분이 없을 수 있다. 예를 들어, 제1 배열 안테나가 송신 안테나일 경우, 제2 배열 안테나는 수신 안테나이고, 제1 배열 안테나가 수신 안테나일 경우, 제2 배열 안테나는 송신 안테나일 수 있다. 제어회로(230)의 동작 방법은 아래 도 8a 내지 도 8d에서 상세히 설명된다.
제1 배열 안테나 유닛(211, 212)과 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)에는 서로 다른 수의 안테나 소자가 배치될 수 있다. 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)은 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224) 보다 2배 많은 수의 안테나 소자가 배치되기 때문에, 제1 배열 안테나 유닛(211, 212)의 개구면(aperture)은 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)의 개구면의 두 배일 수 있다. 1 배열 안테나 유닛(211, 212)의 개구면(aperture)은 제2 배열 안테나 유닛(221, 222, 223, 224)의 개구면의 두 배이기 때문에, 배열 안테나는 수직 평면(vertical plane)에서 가능한 가장 작은 크기를 갖을 수 있다.
2N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛과, N개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛은 하나의 가상 배열 안테나 유닛(virtual antenna array unit)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 4개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛(211)과, 2개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛(221, 222)은 하나의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다. 가상 배열 안테나 유닛을 통해 가장 낮은 사이드 로브(side lobe), 가장 높은 시야각/분해능 비율, 안테나 표면(antenna surface)의 최소 사용을 가능케할 수 있다. 이하에서, 도 3 내지 도 5를 통해 가상 배열 안테나 유닛의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 n=1 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신 안테나(LAA1)는 1개의 제1 안테나 소자를 포함하는 2개의 제1 배열 안테나 유닛을, 송신 안테나(LAA2)는 2개의 제2 안테나 소자를 포함하는 1개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성될 수 있다. 전술한바와 같이, 안테나의 쌍대성으로 인해 송신 안테나와 수신 안테나는 바뀔 수 있다. 도 3에서, 안테나 소자는 단단한 경계가 있는 정사각형으로 표시되고, 점들은 각 배열 안테나 유닛의 안테나 소자의 위상(phase) 중심일 수 있다.
수신 안테나(LAA1)와 송신 안테나(LAA2)는 안테나 소자를 일직선상으로 배열한 선형 배열 안테나 형태일 수 있다. N개의 안테나 소자를 선형으로 균일 배열한 선형 배열 안테나의 위상 성분과 어레이팩터(AF)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
d는 안테나 소자 사이의 간격일 수 있다. 수학식 1에 따르면, 수신 안테나(LAA1)의 어레이팩터와 송신 안테나(LAA2)의 어레이팩터는 각각 수학식 2, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
수신 안테나(LAA1)와 송신 안테나(LAA2)의 라인들의 곱셈을 통해 3개의 가상 안테나 소자를 갖는 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)을 획득할 수 있다. 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)의 어레이팩터는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4에 따르면, 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)는 3개의 가상 안테나 소자를 갖고, 제1 가상 안테나 소자는 -α°의 위상과 의 크기를 갖고, 제2 가상 안테나 소자는 0°의 위상과 의 크기를 갖고, 제3 가상 안테나 소자는 α°의 위상과 의 크기를 갖을 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 n=2 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 수신 안테나(LAA1)는 2개의 제1 안테나 소자를 포함하는 2개의 제1 배열 안테나 유닛을, 송신 안테나(LAA2)는 4개의 제2 안테나 소자를 포함하는 1개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성될 수 있다.
전술한바와 같은 방법을 통해 7개의 가상 안테나 소자를 갖는 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)을 획득할 수 있다. 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)의 어레이팩터는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Where ,
도 5는 일 실시예에 따른 n=N 일 때 가상 배열 안테나 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 수신 안테나(LAA1)는 N개의 제1 안테나 소자를 포함하는 2개의 제1 배열 안테나 유닛을, 송신 안테나(LAA2)는 2N개의 제2 안테나 소자를 포함하는 1개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성될 수 있다.
전술한바와 같은 방법을 통해 (4N-1)개의 가상 안테나 소자를 갖는 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)을 획득할 수 있다. 가상 배열 안테나 유닛(VLAA)의 어레이팩터는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Where ,
도 6은 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나 유닛의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나 유닛의 방사 패턴은 위상 α° 제어에 따라 패턴(610), 패턴(620) 및 패턴(630) 형태를 갖을 수 있다. 예를 들어, 빔이 편향되지 않고 주 방향(main direction)으로 향하는 경우 수학식 6은 수학식 7과 같이 단순화될 수 있고, 그 때 방사 패턴은 패턴(610)과 같을 수 있다.
안테나 빔 패턴에서, 안테나가 찾고자 하는 타겟은 메인 로브에 위치하고, 그 외의 대상인 비타겟은 사이드 로브에 위치할 수 있다. 여기에서 메인 로브와 사이드 로브의 안테나 이득 최대값 간의 차이를 SLL(Side Low Level)이라고 하는데, SLL이 높을수록 배열안테나가 메인 로브와 사이드 로브에 전자파를 복사하는 양의 차이가 커진다. 결과적으로. SLL이 높을수록 배역안테나가 위치한 메인 로브에는 많은 전자파를 복사하고 사이드 로브에는 상대적으로 적은 전자파를 복사하게 되어 SLL이 높을수록 안테나가 찾고자 하는 타겟의 검출에 유리하게 된다. 배열안테나에 대하여 테이퍼링을 적용하는 경우 SLL이 높아지게 되어 타겟 검출에 유리할 수 있다.
수학식 7 및 패턴(610)에 따를 경우, 가상 배열 안테나 유닛은 테이퍼링(tapering)된 안테나 어레이로서 동작할 수 있다. 중간에 위치한 소자는 2N에 비례하는 최대 진폭을 갖을 수 있고, 극 소자(extreme elements)는 1에 비례하는 최소 진폭을 갖을 수 있다. 패턴(610)과 같은 방사 패턴을 갖는 안테나는 수직 평면(elevation plane)에서 한 대상의 위치를 추적할 필요가 있을 때 사용되는 추적 레이더에 사용될 수 있다.
빔이 α'° 만큼 편향되는 경우 수학식 6은 수학식 8과 같이 단순화될 수 있고, 그 때 방사 패턴은 패턴(620)과 같을 수 있다.
최소 수학식 8 및 패턴(620)에 따를 경우, 가상 배열 안테나 유닛은 사이드 로브 레벨 및 최대의 시야각/분해능 비율을 제공하는 3상 소자(3-phase elements)를 갖는 안테나 어레이로서 동작할 수 있다.
빔이 α'° 보다 크게 편향되는 경우 수학식 6은 수학식 9과 같이 단순화될 수 있고, 그 때 방사 패턴은 패턴(630)과 같을 수 있다.
수학식 9 및 패턴(630)에 따를 경우, 가상 배열 안테나 유닛은 중심 소자의 현저한 저하를 갖는 안테나 어레이로서 동작할 수 있고, 이 경우 사이드 로브가 굉장히 커지게 되기 때문에 3차원 레이더는 빔이 α'° 보다 크게 편향되는 경우에는 동작하지 않을 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 N=3 일 때, 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 N=3 일 때, 시야각/분해능 비율이 2임을 알 수 있다.
수학식 7 및 패턴(610)에 따를 경우, 이기 때문에,이고, 일 수 있다. 일 경우, 이고, 빔폭은 이고, 시야각/분해능 비율은 2일 수 있다.
N 이 1 내지 4일 경우의 α', 분해능, 시야각은 표 1과 같을 수 있다.
N α ' Resolution FoV
1 19,4° 40° 80°
2 9,6° 20° 40°
3 6,0° 12° 24°
4 4,8° 9,6° 20°
일 실시예에 따른 배열 안테나(200)는 제어회로(230)를 통해 단순화된 안테나 스케일링을 제공할 수 있다. 제어회로(230)는 용도에 대응하는 방사 패턴을 생성하도록 제1 배열 안테나(210)와 제2 배열 안테나(220)를 제어할 수 있다. 배열 안테나 유닛은 배열 안테나의 서브 어레이일 수 있다. 배열 안테나는 제어회로(230)에 의한 배열 안테나 유닛 연결을 통해 손쉽게 확장 가능할 수 있다.
2N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛과, N개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛은 하나의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다. 하나의 가상 배열 안테나 유닛을 순차적으로 서로 결합시켜, 가상 테이퍼링된 N=1인 가상 배열 안테나 유닛의 특징을 유지하면서, 수직 평면에서 사용자가 원하는 시야각 및 분해능을 얻을 수 있다. 더 높은 분해능 및/또는 더 넓은 시야각을 제공하기 위해 지정된 요구 사항을 충족시키는 새로운 안테나를 설계하는 대신 배열 안테나 유닛의 순차적 연결을 통해 가상 배열 안테나 유닛을 순차적으로 서로 결합시켜 적합한 분해능과 시야각을 얻을 수 있다.
배열 안테나(200)는 제어회로(230)를 통해 배열 안테나 유닛들의 연결을 제어하여 새로운 안테나를 설계하지 않고 하나의 장치에서 다중 모드 레이더를 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 인쇄 회로 기판(printed circuit board ; PCB)으로 구현된 배열 안테나를 이용하여, 배열 안테나 유닛들의 위상 연결 및 전원 온/오프 제어를 통해 용도에 맞는 모드를 제공할 수 있다.
제어회로(230)는 용도에 맞는 해상도 및 빔의 편향 정도를 갖는 방사 패턴을 생성하는 가상 배열 안테나를 형성하게 하는데 적합한 임의의 위상 및 진폭을 제어할 수 있고, 해당 제어에 필요한 계산은 안테나 배열 이론에 따라 수행될 수 있다. 제어회로(230)는 용도에 대응하여, 독립 포트의 온-오프 제어를 통해 용도에 적합한 방사 패턴을 생성할 수 있다. 또한, 제어회로(230)는 용도에 대응하여, 독립 포트의 동위상(in-phase) 연결 제어를 통해 용도에 적합한 방사 패턴을 생성할 수 있다. 아래의 도 8a 내지 도 8d에서, 용도에 따른 방사 패턴을 생성하는 방법이 상세히 설명된다.
도 8a 내지 도 8d는 도 2에 도시된 배열 안테나의 연결 제어를 통해 생성된 방사 패턴 및 해당 방사 패턴에 대응되는 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 8개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛으로 구성된 제1 배열 안테나와, 4개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성된 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나를 도시한다. 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나는 각각 송신 안테나(또는 수신 안테나)와 수신 안테나(또는 송신 안테나)일 수 있다.
도 8a를 참조하면, 배열 안테나는 표 1의 N이 2일때에 해당하므로, 시야각/분해능 비율은 2이고, 안테나 이득(gain)이 상대적으로 높기 때문에 중간 범위 레이더(middle-range radar)에 적합할 수 있다. 도 8a와 같은 방사 패턴을 생성하기 위해, 제어회로(230)는 Rx#1과 Rx#2, Tx#1과 Tx#2, Tx#3와 Tx#4를 각각 동위상(in-phase)이 되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 1개의 제1 배열 안테나 유닛과 2개의 제2 배열 안테나 유닛은 중간 범위 레이더에 적합한 방사 패턴을 생성하는 1개의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다.
도 8b는 일 실시예에 따른 8개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛으로 구성된 제1 배열 안테나와, 8개의 제2 안테나 소자를 포함하는 1개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성된 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나를 도시한다. 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나는 각각 송신 안테나(또는 수신 안테나)와 수신 안테나(또는 송신 안테나)일 수 있다.
도 8b를 참조하면, 배열 안테나는 시야각/분해능 비율은 1이기 때문에 객체 스캔에는 적합하지 않고, 높은 이득을 제공하기 때문에 표적을 추적하는 장거리 레이더(long-range radar)에 적합할 수 있다. 도 8b와 같은 방사 패턴을 생성하기 위해, 제어회로(230)는 Rx#1과 Rx#2, Tx#1, Tx#2, Tx#3 및 Tx#4를 각각 동위상(in-phase)이 되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 1개의 제1 배열 안테나 유닛과 1개의 제2 배열 안테나 유닛은 장거리 레이더에 적합한 방사 패턴을 생성하는 1개의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다.
도 8c는 일 실시예에 따른 4개의 제1 안테나 소자를 포함하는 2개의 제1 배열 안테나 유닛으로 구성된 제1 배열 안테나와, 2개의 제2 안테나 소자를 포함하는 4개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성된 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나를 도시한다. 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나는 각각 송신 안테나(또는 수신 안테나)와 수신 안테나(또는 송신 안테나)일 수 있다.
도 8c를 참조하면, 배열 안테나는 시야각/분해능 비율이 크고, 낮은 이득을 제공하기 때문에 단거리 레이더(short-range radar)에 적합할 수 있다. 도 8c와 같은 방사 패턴을 생성하기 위해, 제어회로(230)는 모든 독립 포트를 온 상태로 제어할 수 있다. 이를 통해, 2개의 제1 배열 안테나 유닛과 4개의 제2 배열 안테나 유닛은 단거리 레이더에 적합한 방사 패턴을 생성하는 2개의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 각각의 배열 안테나는 모든 배열 안테나 유닛(제1 배열 안테나 유닛 8개, 제2 배열 안테나 유닛 8개)을 사용하였고, 각각의 배열 안테나의 분해능은 모두 동일할 수 있다.
도 8d는 일 실시예에 따른 4개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛으로 구성된 제1 배열 안테나와, 2개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성된 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나를 도시한다. 제1 배열 안테나의 나머지 4개의 제1 안테나 소자와 제2 배열 안테나의 나머지 4개의 제2 안테나 소자는 사용되지 않을 수 있다. 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나는 각각 송신 안테나(또는 수신 안테나)와 수신 안테나(또는 송신 안테나)일 수 있다.
도 8d를 참조하면, 배열 안테나는 도 8c의 배열 안테나와 마찬가지로 시야각/분해능 비율이 크고, 낮은 이득을 제공하기 때문에 단거리 레이더(short-range radar)에 적합할 수 있다. 또한, 도 8d의 배열 안테나는 도 8c의 배열 안테나에 비해 분해능이 증가하기 때문에 도 8d의 배열 안테나의 시야각/분해능 비율은 도 8c의 배열 안테나의 시야각/분해능 비율보다 약간 작을 수 있다.
도 8d와 같은 방사 패턴을 생성하기 위해, 제어회로(230)는 Rx#1는 온, Rx#2는 오프, Tx#1과 Tx#2는 온, Tx#3와 Tx#4를 오프(또는, 반대로 Rx#1는 오프, Rx#2는 온, Tx#1과 Tx#2는 오프, Tx#3와 Tx#4를 온) 상태가 되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 1개의 제1 배열 안테나 유닛과 2개의 제2 배열 안테나 유닛은 단거리 레이더에 적합한 방사 패턴을 생성하는 1개의 가상 배열 안테나 유닛을 생성할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나를 생성하기 위한 다양한 배열 안테나 형태를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 배열 안테나(200)뿐만 아니라 2N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자를 포함하는 M개의 제1 배열 안테나 유닛과, N개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2M개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하는 어떠한 형태의 배열 안테나도 일 실시예에 따른 가상 배열 안테나를 생성할 수 있다. 예를 들어 배열 안테나(910 내지 980)는 모두 전술한 조건을 만족하기 때문에 본 발명에 따른 가상 배열 안테나를 생성할 수 있다.
제1 배열 안테나 유닛 및 제2 배열 안테나 유닛은 모노폴(monopole) 안테나를 포함하고, 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)상에 형성될 수 있다. 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자가 인쇄회로기판 상에 형성되는 경우, 수직 평면(elevation plane)의 어레이 모서리에 대한 패치의 크기를 줄이지 않고도 적용 할 수 있다. 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자는 패치(patches), 둥근 패치(round patches) 또는 슬롯(slots) 중 적어도 하나로 만들어질 수 있다. 일 실시예에 따른 배열 안테나는 3차원 레이더를 구현하기 위한 기존의 MIMO 구성과 조합하여 사용될 수도 있다. 또한, 1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛은 고도(elevation) 방향으로 배치되어 고도 방향 스캐닝을 수행할 수 있다.
도 10 내지 도 12b는 일 실시예에 따른 배열 안테나의 성능에 관한 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 실험용 배열 안테나 샘플을 도시한 도면이다. 일 실시예에 따른 실험용 배열 안테나 샘플은 6개의 제1 안테나 소자를 포함하는 1개의 제1 배열 안테나 유닛으로 구성된 제1 배열 안테나와, 3개의 제2 안테나 소자를 포함하는 2개의 제2 배열 안테나 유닛으로 구성된 제2 배열 안테나를 포함할 수 있다.
실험 결과는 도 11a(요약 방사 패턴, 79 GHz, 주 방향), 도 11b(레이더 평면에 대한 요약 및 차이 방사 패턴, 79 GHz, 추적 레이더), 도 11c (3 차원 레이더에 대한 고도 평면 및 방위각 평면에서의 빔 형성, 79 GHz, 3차원 레이더)에 도시된다.
일 실시예에 따른 배열 안테나는 추적 레이더와 3차원 레이더 모두에 사용될 수 있다. 또한, 추적 레이더의 경우, 사이드 로브 레벨은 -27dB일 수 있다. 3차원 레이더의 경우, 송수신 안테나의 개구율의 특별한 비율을 실현하기 때문에, 시야각 내의 사이드 로브 레벨은 수직 평면에서 -10dB를 초과하지 않을 수 있다.
또한, 실험 중에 제안 된 안테나의 분해능, 즉 시야 내에 위치한 다른 물체를 구별 할 수 있는 능력이 검증되었다. 예를 들어 두 개의 물체가 주 광선(main beam) 영역에 있으면 레이더가 동일한 물체로 간주될 수 있다. 빔이 스캔되면 특정 시점에 이러한 물체 중 하나만 빔 영역에 나타날 수 있으며, 두 번째 물체는 레이더에 보이지 않을 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능할 수 있다.
도 12a, 12b를 참조하면, 스캐닝 동안 얻어진 안테나 패턴을 볼 수 있다. 특히 5 개의 위치(주 광선 방향이 -5 °, -2.5 °, 0 °, 2.5 °, 5 °)가 표시될 수 있다. 0dB에서 -3dB까지의 레벨에서 위의 차트의 일부를 보여주며 이 범위 내에서 다른 대상을 탐지하는 레이더의 성능을 테스트하였다.
테스트는 3 가지 상황, 즉 1) 객체 #1과 #2가 레이더의 관점에서 10 ° 미만의 거리에 서로 가깝게 위치하는 케이스, 2) 객체 #1과 객체 #2는 레이더의 관점에서 10 °를 초과하는 상대적으로 먼 케이스, 3) 객체 #1, #2 및 #3은 레이더의 관점에서 -10 °, 0 ° 및 10 ° 지점에 위치하는 케이스에서 진행될 수 있다.
테스트 결과는 표 2와 같을 수 있다.
Situation / Main beam direction -5° -2,5° 0° 2,5° 5°
1) 2 objects close 1 2 2 2 1
2) 2 objects away 1 1 1 - 1
3) 3 objects 2 1 1 1 2
표 2와 도 12b에서 볼 수 있듯이, 스캐닝에서 실제로 레이더가 두 개의 물체, 한 개의 물체 또는 전혀 물체를 감지하지 못하는 순간이 있을 수 있다. 첫 번째 케이스에서는 레이더가 두 개체를 분리 할 수 없다. 두 번째 케이스에서는 레이더는 레이더 분해능 이상의 거리에 있는 2 개의 물체를 분리 할 수 있다. 세 번째 케이스에서는 레이더는 3 개의 물체를 분리 할 수 있다.
일 실시예에 따른 배열 안테나의 동작 방법은 사용자의 입력을 수신하는 단계, 입력에 대응하는 방사 패턴을 생성하도록 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나를 제어하는 단계를 포함하고, 제1 배열 안테나는 M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛을 포함하고, 제2 배열 안테나는 2M개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하고, 제1 배열 안테나 유닛은 2N(단, N은 자연수)개의 안테나 소자를 포함하고, 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 안테나 소자를 포함한다.
제1 배열 안테나 유닛과 제2 배열 안테나 유닛 각각은 제어회로의 해당 독립 포트에 연결되고, 제어하는 단계는 입력에 대응하여, 독립 포트의 온-오프를 제어하는 단계, 및 입력에 대응하여 독립 포트의 동위상 연결을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
제어하는 단계는 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나를 제어하여 테이퍼링된 가상 배열 안테나(virtual antenna array)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나 각각에서, 안테나 소자들 사이의 거리가 동일할 수 있다.
일 실시예에 따른 배열 안테나는 자동차 항법, 운전자 보조, 자율 주행, 로봇 항법 및 많은 다른 적절한 응용을 위해 다중 모드 3D 레이더에 사용될 수 있다. 특히, 헬스 케어 로봇, 조리 로봇 등의 서비스 로봇을 제어하기 위해 사용하는 경우, 네비게이션은 주변 공간의 3차원 레이더 스캔 맵(radar-scanned map)을 기반으로 할 수 있다. 레이더를 사용하여 운전자 또는 자율 주행을 돕는 경우 장애물 및 이동 차량을 3차원 스캐닝하여 더 빨라진 차선을 감지 할 수 있으며 사운드, 디스플레이, 헤드 업 디스플레이 또는 조향과 같은 능동적인 피드백으로 운전자에게 알릴 수 있다. 또한, 자율 주행의 경우에 사용되는 경우, 제한된 수의 송신기 및 수신기로 레이더 분해능을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 상이한 애플리케이션에 대해 동일한 장치로 사용할 수 있게 할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛(antenna array unit)을 포함하는 제1 배열 안테나;
    R x M(단, R은 미리 정해진 비율을 지시하는 2 이상의 자연수)개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하는 제2 배열 안테나; 및
    동작 모드를 포함하는 사용자 입력을 수신하고, 상기 동작 모드에 대응하는 방사 패턴(radiation pattern)을 생성하는 가상 배열 안테나 유닛을 형성하도록 상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나를 제어하는 제어회로
    를 포함하고,
    상기 제1 배열 안테나 유닛은 R x N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나 소자(antenna elements)를 포함하고,
    상기 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 가상 배열 안테나 유닛은 복수의 가상 안테나 소자를 포함하고, 상기 복수의 가상 안테나 소자의 수는 상기 제2 안테나 소자의 수에 기초하여 결정되는 배열 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각은 상기 제어회로의 해당 독립 포트에 연결되는, 배열 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어회로는
    상기 동작 모드에 대응하여, 상기 독립 포트의 온-오프 제어를 통해 상기 동작 모드에 적합한 상기 방사 패턴을 생성하는, 배열 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    상기 동작 모드에 대응하여, 상기 독립 포트의 동위상(in-phase) 연결 제어를 통해 상기 동작 모드에 적합한 상기 방사 패턴을 생성하는, 배열 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는
    상기 제1 배열 안테나 유닛 1개와 상기 제2 배열 안테나 유닛 2개를 제어하여 테이퍼링된 가상 배열 안테나 유닛(virtual antenna array unit)를 생성하는, 배열 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가상 배열 안테나 유닛은
    상기 R이 2인 경우, (4N-1)개의 가상 안테나 소자를 포함하는, 배열 안테나.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각에서, 상기 안테나 소자들 사이의 거리가 동일한, 배열 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛 및 상기 제2 배열 안테나 유닛은 모노폴(monopole) 안테나를 포함하는, 배열 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나가 송신 안테나일 경우, 상기 제2 배열 안테나는 수신 안테나이고,
    상기 제1 배열 안테나가 수신 안테나일 경우, 상기 제2 배열 안테나는 송신 안테나인, 배열 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)상에 형성되는, 배열 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 패치(patches), 둥근 패치(round patches) 또는 슬롯(slots) 중 적어도 하나로 만들어지는, 배열 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛은
    선형 배열 안테나를 포함하는, 배열 안테나.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛은
    고도(elevation) 방향으로 배치되어 고도 방향 스캐닝을 수행하는, 배열 안테나.
  15. 동작 모드를 포함하는 사용자의 입력을 수신하는 단계; 및
    상기 동작 모드에 대응하는 방사 패턴을 생성하는 가상 배열 안테나 유닛을 형성하도록 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 배열 안테나는 M(단, M은 자연수)개의 제1 배열 안테나 유닛을 포함하고,
    상기 제2 배열 안테나는 R x M(단, R은 미리 정해진 비율을 지시하는 2 이상의 자연수)개의 제2 배열 안테나 유닛을 포함하고,
    상기 제1 배열 안테나 유닛은 R x N(단, N은 자연수)개의 안테나 소자를 포함하고,
    상기 제2 배열 안테나 유닛은 N개의 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 가상 배열 안테나 유닛은 복수의 가상 안테나 소자를 포함하고, 상기 복수의 가상 안테나 소자의 수는 상기 제2 안테나 소자의 수에 기초하여 결정되는 배열 안테나의 동작 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 유닛과 상기 제2 배열 안테나 유닛 각각은 제어회로의 해당 독립 포트에 연결되고,
    상기 제어하는 단계는
    상기 동작 모드에 대응하여, 상기 독립 포트의 온-오프를 제어하는 단계; 및
    상기 동작 모드에 대응하여, 상기 독립 포트의 동위상 연결을 제어하는 단계
    를 포함하는, 배열 안테나의 동작 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나를 제어하여 테이퍼링된 가상 배열 안테나(virtual antenna array)를 생성하는 단계
    를 포함하는, 배열 안테나의 동작 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나 각각에서, 상기 안테나 소자들 사이의 거리가 동일한, 배열 안테나의 동작 방법.
  19. 하드웨어와 결합되어 제15항 내지 제18항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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