KR20010052155A - 적응 어레이 안테나 장치 - Google Patents

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KR20010052155A
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타카시 사와이
니폰 덴신 덴와 가부시끼가이샤
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Abstract

TDD방식과 같이 송신과 수신을 시분할로 행하는 통신시스템의 송수신기에서 사용되는 어레이 안테나에 관한 것이며, 각 안테나 소자의 진폭과 위상의 교정을 외부로부터의 정보에 의하지 않고 송수신기내에서 또한 실제의 통신 중에 행한다.
제1의 송신기(1－3－1)는 송신신호를 안테나 소자(1－1－1)에 송신함과 동시에 적어도 하나의 수신기(1－4－1∼1－4－k)에 송신하는 수단(1－5－1)을 갖고, 제1의 송신기 이외의 송신기(1－3－2∼1－3－k)는 송신신호를 대응하는 안테나 소자(1－1－2∼1－1－k)에 송신함과 동시에 제1의 송신기에 대응하는 제1의 송신기(1－4－1)에 송신하는 수단(1－5－k)을 갖는다.
제1의 수신기(1－4－1)에서 얻어지는 진폭/위상치와 제1의 수신기 이외의 수신기(1－4－2∼1－4－k)에서 얻어지는 진폭/위상치로부터 소망의 방사패턴에 따라 각 안테나 소자의 중첩된 진폭/위상치를 제공한다.

Description

적응 어레이 안테나 장치{ADAPTIVE ARRAY ANTENNA DEVICE}
근년의 휴대전화나 PHS(Personal Handyphone System) 등의 이동 통신의 급속한 보급에 따라, 한정된 주파수대에 있어서 가능한 한 많은 가입자를 확보하는 일이 필요하게 되었다.
그 때문에, 이동 통신에서는, 다수의 가입자의 필요에 대응하여 특정한 채널을 할당하는 멀티채널 액세스방식을 채용하는 것이 현재의 주류를 이루고 있다.
셀룰러 시스템(cellular system)이나 PHS 등으로 대표되는 현재의 이동 통신 시스템에서는, 멀티채널 액세스방식으로서 주로 시분할 다중화(Time Division Multiple Access : TDMA)방식이 채택되고 있다.
또한, 주파수의 이용효율이 우수한 마이크로 셀 방식에서는, 하나의 주파수로 송신과 수신을 시간을 분할하여 행하는 시분할 복신전송(Time Division Duplex : TDD)방식이 채용되고 있다.
한편, 무선구간에서 주파수의 이용효율을 높이기 위해서는, 인접 셀로부터의 간섭파의 영향을 저감시키는 것이 필요하게 된다.
간섭파를 저감시키는 기술로서 적응 어레이 안테나가 알려져 있다.
이 사실은 예를 들면 문헌(Monzingo et. al,"Introduction to adaptive Array", John Willy ＆ Sons New York,1980) 등에 개시되어 있다.
적응 어레이 안테나는 복수의 안테나 소자를 어레이 형상으로 배열하고, 어레이 안테나의 각 브랜치마다 입력된 신호에 대해 진폭과 위상을 중첩시키는 것에 의하여, 간섭파의 방향으로 어레이 안테나의 방사패턴의 널(null)을 형성하여, 간섭파의 영향을 저감시키는 기술이다.
적응 어레이 안테나를 상기한 TDD 시스템에서 사용하는 경우의 구성도를 도 13에 도시한다.
적응 어레이 안테나를 TDD 시스템에 적용시키는 경우에는, 송신과 수신의 주파수가 동일하다는 것을 이용하여, 수신측에서 얻은 안테나의 방사패턴을 송신에서도 그대로 사용할 수가 있으며, 송신시의 특성을 고려하면 적응 어레이 안테나는 TDD 방식에 적합하다고 할 수 있다.
도 13에서, 13－1－1∼13－1－N은 N개(N은 2이상의 정수)의 소자안테나를 나타내며, 각각, 송수신 전환스위치(13－2－1∼13－2－N)을 통해 송신기(13－3－1∼13－3－), 또는, 수신기 13－4－1∼13－4－N 으로 접속된다.
수신신호는 안테나 소자로부터 송수신 전환스위치를 통해 수신기에 인가되고, 그 출력은 지향성 제어연산회로(13－7)에 입력되어 각 채널의 진폭치와 위상치를 계산한다.
중첩 곱셈회로(승산회로)13－6은 그 진폭치와 위상치를 송신되는 신호에 승산하며, 승산결과를 송신기와 송수신 전환스위치를 통해서 안테나 소자에 인가한다.
각 안테나 소자에 인가되는 송신신호의 진폭과 위상은, 소망하는 안테나 빔을 형성하도록 중첩시켜 승산회로에 의해서 제어되고 있다.
따라서, 수신기에서 얻어진 신호에 대하여 지향성 연산회로에 의해 얻어지는 각 채널의 진폭치와 위상치와 송신되는 신호를 중첩시켜 승산회로 중에서 승산하고, 이 값을 사용하여 송신을 행하는 것으로서, 원리적으로는 수신측에서 얻어진 안테나의 방사패턴을 송신에서도 그대로 실현시킬 수 있다.
그러나, 적응 어레이 안테나에서 사용하는 어레이 안테나 장치는 그들의 진폭과 위상이 각 브랜치 사이에서 동등한 것이 이상적이기는 하지만, 실제에 있어서는 전력 증폭기 등의 고주파회로나 케이블의 개체의 차이, 설치장소의 온도특성의 변동 등에 의하여 상이한 경우가 많으며, 이들의 오차에 의해 이상적인 방사패턴에 대하여 널(null)의 저하나 사이드 로브(side lobe)의 상승이 발생하여, 적응 어레이 안테나가 본래 갖는 간섭파 억압특성을 열화시키는 요인으로 되고 있다.
이 사실은, 예를 들면 문헌(J.Litva et. al, "Digital Beamforming in Wireless Communications", Artech House Publishers,1996) 등에 개시되어 있다.
이 현상의 한 예를 도 11에 나타낸다.
도 11에서는 3소자 원형배열의 어레이 안테나에 있어서, 이상적으로는 (a)에 나타내는 진폭·위상조건이 주어진 경우에 대하여, (b)에는 (a)의 각 소자의 진폭·위상조건치에 대하여, 각 소자의 진폭과 위상에 오차를 준 경우의 방사패턴의 널 심도를 나타내고 있다.
(a)로부터 이상적으로는 180°방향으로 널을 갖는 패턴을 형성하는데 대하여, (b)에서도 알 수 있는 바와 같이 어레이 안테나의 각 소자의 진폭과 위상이 이상적인 값과 상이한 것에 의하여, 현저하게 방사패턴의 열화를 초래하고 만다는 것을 알 수 있다.
따라서, TDD 시스템에 있어서 적응 어레이 안테나의 송신과 수신의 패턴을 일치시키기 위해서는, 어레이 안테나의 각 브랜치 사이의 진폭과 위상을 교정하는 기술이 필요하게 된다.
어레이 안테나의 각 브랜치 사이의 진폭과 위상치를 교정하는 기술로서, 원방계(far field)로부터 도래하는 신호 또는 원방계에서 어레이 안테나의 송신하는 신호를 수신하고, 각 브랜치 마다의 위상기(位相器)를 순차적으로 회전시키는 방법이 사용되고 있다.
이와 같은 방법은 이른바 소자전계 벡터 회전법이라고 불리어지고 있으며, 예를 들면 문헌(마노, 가다키, "Phased Array Antenna의 소자진폭 위상측정법", 전자정보 통신학회 논문지(B), Vol. J－65－B, No.5, pp.555－560)에 개시되어 있다.
그러나, 일반적으로 마이크로 셀 이동 통신에서는 사용되는 기지국은 반드시 규칙적으로 설치되는 것은 아니며, 통화 지역의 불감지대 해소나 트래픽에 따라 기지국 설치를 행하기 때문에, 각 기지국에 대하여 상기의 방법을 사용하는 것은 곤란하다.
또, 단말 등으로부터 교정에 상당하는 정보를 부여하는 방법도 고려할 수 있으나, 교정용 정보를 통신 중에 발송할 필요가 생기기 때문에, 통신프레임의 전송효율을 저하시킨다는 문제가 일어난다.
따라서, 이동 통신 등의 환경 조건에서는 장치 내에서 어레이 안테나의 각 브랜치 사이의 진폭과 위상을 교정할 수 있을 것이 요망된다.
장치 내에서 각 브랜치의 진폭·위상을 교정하는 수단으로서, 종래부터 장치 내에 교정용 기준신호를 가지며, 이 기준신호를 사용하는 방법이 제안되고 있다.
이 사실은 예를 들면 문헌(J.Litva et. al, "Digital Beamforming in Wireless Communications", Artech House Publishers,1996)에 개시되어 있다.
이 교정회로의 구성도를 도 12에 도시한다.
이 교정회로에 있어서의 어레이 안테나의 교정 수순은 다음과 같다.
(1) 기준신호 발생기(12－11)로부터 분기수단(12－14a)을 통해서 각 브랜치에 공통의 신호가 수신기(12－3)로 발송된다.
각 브랜치의 수신기에서 얻어진 값을 어느 브랜치의 값을 기준치로 하여 수신기에 있어서의 교정치를 구한다.
(2) 송신기(12－4)로부터 신호를 스위치(12－13)와 감쇠기(12－12)를 통해서 수신기(12－3)로 보내고, 각 브랜치마다 얻어진 값을 상기 (1)에서 기준으로 한 브랜치의 값을 기준치로 하여 교정치를 구한다.
(3) (1)과 (2)에서 구한 교정치를 차감하고, 송신기의 교정치를 구한다.
따라서, 도 12의 교정회로를 사용함으로서, 장치 내에서 어레이 안테나의 각 브랜치 사이의 진폭과 위상을 교정하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 도 12에 나타내는 바와 같은 종래의 장치 내에서 교정을 실현하는 방법에서는, 송신기와 수신기의 교정이 완전히 독립해서 행하여지기 때문에, TDD방식과 같은 송신과 수신이 상이한 시간에 행하여지는 것과 같은 시스템에서는, 통신 중에 교정을 행할 수가 없으며, 기지국의 설치장소나 통신 중의 온도변화 등에 있어서의 환경변화에 추종할 수 없다는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 통신장치 그 자체 만을 사용하므로서 실제의 통신 중에 교정할 수 있는 적응어레이 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명은 각 브랜치의 진폭과 위상의 교정을 위해 외부신호를 사용하지 않고, 그러므로 전송효율의 저하는 발생하지 않는다.
본 발명은, 어레이 안테나 장치에 관한 것이며, 특히 TDD(Time Division Duplex : TDD)방식 등의 송신과 수신을 시분할로 상이한 시간에 행하는 통신시스템에 있어서, 어레이 안테나의 진폭과 위상을 장치 내에서 또한 통신 중에 자동적으로 교정하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일반적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예의 블록도.
도 3은 도 2에 따라 교정치를 구하기 위한 플로우 챠트.
도 4는 본 발명의 별도의 실시예의 블록도.
도 5는 도 4에 따라 교정치를 구하기 위한 플로우 챠트.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도.
도 7은 도 6에 따라 교정치를 구하기 위한 플로우 챠트.
도 8은 도 6에 따라 교정치를 구하기 위한 별도의 플로우 챠트.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도.
도 10은 도 9에 따라 교정치를 구하기 위한 플로우 챠트.
도 11은 어레이 안테나에 대해서 이상적인 진폭 위상의 상태로부터 각 브랜치간에서 진폭위상의 오차를 부여한 때의 널 심도의 예를 나타내는 도면.
도 12는 종래의 교정회로를 나타내는 도면.
도 13은 종래의 적응 어레이 안테나를 TDD시스템에 적용한 경우의 구성을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명을 TDD통신방식에 적용하는 경우의 동작 타임 차트.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1－1－1 : 안테나 소자 1－3－1 : 송신기
1－4－1 : 수신기 1－6 : 진폭위상 교정치 연산회로
1－7 : 지향성 제어연산회로 12－12 : 감쇠기
12－11 : 기준신호발생기 12－7 : 진폭/위상 교정치계산부
13－6 : 중첩승산회로 13－7 : 지향성 제어연산회로
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(1－1－1∼1－1－N)와, N개의 송신기(1－3－1∼1－3－N)와, N개의 수신기(1－4－1∼1－4－N)와, 각 안테나 소자로부터 대응하는 수신기에 입력된 신호에 대하여 진폭과 위상의 중첩을 행한 후, 합성을 행하여 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하는 지향성 연산회로(1－7)를 구비하는 적응 어레이 안테나 장치에 있어서, 상기한 적응 어레이 안테나는 TDD통신시스템을 사용하고, 각 송신기는 통신에 있어서 통신타임슬롯 동안에 대응하는 안테나 소자와 접속되며, 적어도 하나의 수신기에 송신신호의 일부를 송신하기 위한 수단(1－5－1∼1－5－N)을 갖고, 송신타임슬롯 동안에 송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 2개의 수신기의 출력을 수신하는 진폭/위상 교정연산회로(1－6)와, 상기한 적어도 2개의 수신기의 출력의 비에 의해 상기한 송신기와 수신기에 대응하는 브랜치의 진폭/위상 교정치를 제공하는 것으로 구성된 적응 어레이 안테나이다.
본 실시예에 의하면 본 발명에 따른 적응 어레이 안테나는, N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(2－1－1∼2－1－N)와, N개의 송신기(2－3－1∼2－3－N)와, N개의 수신기(2－4－1∼2－4－N)와, 대응하는 안테나 소자를 대응하는 송신기와 대응하는 수신기에 선택적으로 접속하기 위해 구비된 N개의 제1의 스위치(2－2－1∼2－2－N)와, 각 수신기의 진폭과 위상에 인가된 신호를 중첩하여 중첩된 신호를 합성하므로서 상기한 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(2－10)와, 상기한 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 송신신호와 진폭 및 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(2－11)와, 대응하는 송신기의 출력을 대응하는 안테나 소자에 접속하고 송신신호의 일부를 분리하기 위해 각 송신기에 구비된 N개의 분기수단(2－5－1∼2－5－N)와, 2번째 수신기(2－4－2∼2－4－N)를 통한 하나의 제1의 분기수단(2－5－1)에 의해 분리된 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(2－6)와, 제1의 수신기(2－4－1)와 함께 N번째 분기수단(2－5－2∼2－5－N)을 통한 두 번째에 의해 분리된 신호를 접속하기 위한 제3의 스위치(2－7)와, 대응하는 제1의 스위치(2－2－i) 또는 제2의 스위치(2－6) 또는 제3의 스위치(2－7)로부터의 신호를 통해 대응하는 안테나 소자(2－1－i)의 신호와 각 수신기(2－4－i)의 입력을 접속하기 위한 제4의 스위치(2－8－1∼2－8－N)와, 각 수신기로부터 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 각 안테나 소자의 진폭/위상 교정치를 구하기 위한 진폭/위상교정치 연산회로(2－9)와, 바람직하게는 진폭/위상 교정치 연산회로(2－9)는 제1의 송신기(2－3－1)로부터의 신호를 분리하므로서 i 번째 안테나 소자의 교정치를 제공하고, 제2의 스위치(2－6)를 통해 i 번째(2＝＜i＝＜N, i는 정수) 제4의 스위치(2－8－i)의 분리된 신호를 접속하며, i번째 제4의 스위치를 통해 상기한 분리된 신호를 수신하는 i번째 수신기(2－4－i)의 출력에서 값(1)을 얻고, i번째 송신기(2－3－i)로부터의 신호를 분리하며, 상기한 제3의 스위치(2－7)를 통해 제1의 제4의 스위치(2－8－1)로 분리된 신호를 접속하며, i번째 송신기(2－4－i)로부터 분리된 신호를 수신하는 제1의 수신기(2－4－1)의 출력에서 값(2)을 얻고, i번째 브랜치의 교정치로서 (상기의 값(1))/(상기의 값 (2))의 비를 얻는 구성으로 된 적응 어레이 안테나이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 적응 어레이 안테나는, N(N2 N은 정수)개의 안테나 소자(4－1－1∼4－1－N)와, N개의 송신기(4－3－1∼4－3－N)와, N개의 수신기(4－4－1∼4－4－N)와, 대응하는 송신기(4－3－i)와 대응하는 수신기(4－4－i)에 안테나 소자(4－1－i)를 전환하기 위한 각 안테나 소자에 구비된 제1의 스위치(4－2－1∼4－2－N)와, 각 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩하고 중첩된값을 합성하므로서 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(4－10)와, 송신신호와 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(4－11)와, 각 송신기의 출력을 두 개의 신호로 분리하기 위한 N개의 분기수단(4－5－1∼4－5－N)과, k번째 수신기(4－4－k)입력을 (k－1)번째 분기수단(4－5－k) (2kN－1, k는 정수) 또는 (k＋1)번째 분기수단(4－5－(k＋1))에 접속하기 위한 (N－2)개의 제2의 스위치(4－6－2∼4－6－(N－1))와, k번째 분기수단(4－5－k)을 (k－1)번째 수신기(4－4－(k－1))의 입력 또는 (k＋1)번째 수신기(4－4－(k＋1))의 입력에 접속하기 위한 (N－2)개의 제3의 스위치(4－7－2∼4－7－(N－1))와, 제1의 스위치 또는 제2의 스위치(4－6－1)로부터의 신호와, 또는 제3의 스위치(4－7－i)의 하나(4－2－i)를 통해서 대응하는 안테나 소자(4－1－i)에 대응하는 수신기(4－4－i)의 입력을 접속하기 위한 제4의 스위치(4－8－1∼4－8－N)와, 상기한 각 수신기로 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 각 안테나 소자의 진폭/위상 교정치를 제공하기 위한 진폭/위상 교정치 연산회로(4－9)와, 바람직하게는 상기한 진폭/위상교정치 연산회로(4－9)는,
i＝1일 때, C(i)
i≠1일 때, D(i)＝C(i－1)C(i)
가 되도록 C(i)＝A(i)/B(i),(1i＜N－1, i는 정수), 및 (i＋1)번째 브랜치의 진폭/위상 교정치를 할당하는 연산을 행하고, 여기서 A(i)는 i 번째 분기수단(4－5－i)과 제2스위치(4－6(i＋1))와, (i＋1) 번째 제4의 스위치(4－8－(i＋1))를 통해 i번째 송신기(4－3－i)의 출력을 수신하는 (i＋1)번째 수신기(4－4－(i＋1))의 출력이고, B(i)는 (i＋1)번째 분기수단(4－5－(i＋1))과 제3의 스위치(4－7－i)와 i번째 제4의 스위치(4－8－i)를 통해 (i＋1)번째 송신기의(4－3－(i＋1))의 출력을 수신하는 i번째 수신기(4－4－i)의 출력으로 구성된 적응 어레이 안테나이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적응 어레이 안테나는 N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(6－1－1∼6－6－N)와, N개의 송신기(6－3－1∼6－3－N)와, N개의 수신기(6－4－1∼6－4－N)와, 각각의 안테나 소자(6－1－i)와 각각의 송신기(6－3－i)와, 각각의 수신기(6－4－i)를 전환하기 위한 제1의 스위치(6－2－1∼6－2－N)와, 각각의 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩시키고 중첩치를 합성하므로서 상기 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(6－10)와, 송신신호와 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(6－11)와, 각 송신기의 출력신호를 분리하기 위해 각 송신기에 구비된 N개의 분기수단(6－5－1∼6－5－N)과, 제1의 분기수단(6－5－1)으로부터 N번째 수신기(6－4－1∼6－4－N)를 통한 제1의 하나로 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(6－6)와, 제1의 수신기(6－4－1)의 입력을 N번째 분기수단(6－5－1∼6－5－N)을 통한 제1의 하나로 접속하기 위한 제3의 스위치(6－7)와, 제1의 스위치(6－2－1)와 또는 제2의 스위치(6－6) 또는 제3의 스위치(6－7)로부터의 신호를 통해 제1의 안테나 소자(6－1－1)에 각각의 수신기(6－8－i)의 입력을 접속하기 위한 N개의 제4의 스위치(6－8－1∼6－8－N)와, 각 수신기에서 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 각 안테나 소자의 진폭/위상교정치를 제공하기 위한 진폭/위상교정치 연산회로(6－9)와, 바람직하게는 진폭/위상교정치 연산회로는 제1의 분기수단(6－5－1)을 사용하므로서 제1의 송신기(6－3－1)로부터의 신호를 분리하므로서 i번째 안테나 소자의 교정치를 제공하고, 상기한 제2의 스위치(6－6)를 통해 i번째(1iN) 제4의 스위치(6－8－i)의 분리된 신호를 결합하고, i번째 제4스위치를 통해 분리된 신호를 수신하는 i번째 수신기(6－4－i) 의 출력에서 값(1)을 얻고, i번째분기수단(6－5－i)을 사용하므로서 i번째 송신기(6－3－i)로부터의 신호를 분리하고, 상기 제3의 스위치(6－7)를 통해 제1의 제4스위치(6－8－1)의 분리된 신호를 결합하고, 상기한 제1의 제4스위치(6－8－1)를 통해 i번째 송신기(6－3－1)로부터의 분리된 신호를 수신하는 제1의 수신기(6－4－1)의 출력에서 값(2)를 얻고, i번째 안테나 소자의 교정치로서 (상기 값(1))/(상기값 (2))의 비를 제공하는 구성의 적응 어레이 안테나이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 적응 어레이 안테나는, N(N＞＝2, N은 정수)개의 안테나 소자(9－1－1∼9－1－N)와, N개의 송신기(9－3－1∼9－3－N)와, N개의 수신기(9－4－1－∼9－4－N)와, 각각의 송신기와 각각의 수신기에 안테나 소자를 전환하기 위한 각각의 안테나 소자에 구비된 제1의 스위치(9－2－1∼9－2－N)와, 각 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩하고 중첩된 값을 합성하므로서 상기한 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(9－10)와, 송신신호와 상기한 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(9－11)와, 각각의 송신기로부터의 신호를 분리하기 위해 각각의 송신기에 구비된 N개의 분기수단(9－5－1∼9－5－N)과, N번째 수신기(9－4－1∼9－4－N)를 통해 제1의 하나에 제1의 분기수단(9－5－1)의 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(9－6)와, k번째 수신기의 입력과 제1의 분기수단(9－5－1)으로부터의 입력 및 k번째 (2kN, k는 정수)분기수단로부터의 입력을 접속하기 위한 제3의 스위치(9－7－2∼9－7－N)와, 각각의 수신기의 입력을 각각의 제1의 스위치, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를 통해 각각의 안테나 소자로부터의 신호에 접속하기 위한 N개의 제4의 스위치(9－8－1∼9－8－N)와, 각 수신기에서 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 안테나 소자의 진폭/위상 교정치를 제공하기 위한 진폭/위상 교정치 연산회로(9－9)와, 바람직하게는 상기한 진폭/위상 교정치 연산회로는,
C(i)＝A(i)/A(1)
D(i)＝B(k＝i)/A(i)
를 연산하고, i번째 안테나 소자의 진폭/위상교정치로서 C(i)/D(i)를 할당한다.
여기서, A(i)는 제1의 분기수단(9－5－1)과 제2의 스위치(9－6)와 i번째 제4의 스위치(9－8－i)를 통해 제1의 송신기(9－3－1)의 출력을 수신하는 i번째 수신기(9－4－i)의 출력이고, B(k)(2k＜N, k는 정수)는 k번째 분기수단(9－5－k)과, 제3의 스위치(9－7－2)와, k번째 제4의 스위치(9－8－k)를 통해 k번째 수신기의 출력을 수신하는 k번째 수신기(9－4－k)의 출력으로 구성된 적응 어레이 안테나이다.
종래의 기술에서는 송신과 수신의 패턴을 일치시키기 위해 송신부와 수신부를 별도로 교정하고 있었다.
따라서, 수신기용과 송신기용에 각각 교정장치를 필요로하고있었다.
그러나, 일반적으로 적응 어레이 안테나는 수신시에 있어서는 브랜치간에 진폭/위상오차가 존재하는 경우에도 그 값을 고려한 최적의 지향성을 형성하므로서 간섭 저감이 가능하다.
또, 실제는 송신을 행하는 때에 수신시에 최적이 되는 패턴이 결과적으로 송신되면 되기 때문에, TDD시스템과 같은 송신과 수신이 다른 시간에서 실현되는 시스템에 있어서는 송신중에 송신부와 수신부의 양쪽의 교정이 구해지면 된다.
본 발명에서는 송신신호를 수신신호에 귀환시키는 루프를 복수개 설치하고, 그들 귀환이 자기 브랜치만이 아니고, 다른 브랜치의 수신부로 귀환되는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 종래기술과 같이 자기브랜치에 대해 송신부로부터의 신호를 수신부로 귀환시키는 것이 아니고, 브랜치간에서 송신신호를 귀환시키므로서 통신 중에 송신부와 수신부의 교정치를 구할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.
도 2와 도 3의 실시예는 1개의 브랜치를 기준으로 해서 기타의 브랜치와 기준브랜치간에서 송신신호의 귀환과 수신기측으로의 귀환을 실현하므로서 통신 중에 송신기와 수신기의 교정치를 얻는 및 진폭/위상 교정치 연산회로의 교정을 계산하기 위한 수단을 나타낸다.
도 4와 도 5의 실시예는 기준브랜치와 기타의 브랜치 사이의 송신신호의 수신기로의 귀환에 사용되는 스위치분기수를 삭감하기 위한 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 2개의 브랜치간에서 필요한 교정치를 구하여 이들 값을 순차로 구하므로서 필요한 교정치를 얻는 것을 특징으로 한다.
또, 진폭/위상교정치 연산회로의 교정을 계산하기 위한 수단을 나타낸다.
도 6과 도 7과 도 8에 나타내는 실시예는 송신부와 수신부의 교정치가 통신 중에 동시에 얻어질 뿐만 아니라 송신부와 수신부의 교정치가 별도로도 얻을수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 진폭/위상 교정치 연산회로의 교정을 계산하기 위한 수단을 나타낸다.
도 9와 도 10의 실시예는 송신부와 수신부의 교정치가 통신 중에 동시에 얻어질 뿐만 아니라 송신부와 수신부의 교정치가 별도로도 구해질 수 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 기준이 되는 브랜치이외의 송신신호의 귀환은 자기브랜치에 대한 수신기에의 귀환만이기 때문에 교정회로의 배선 등의 빼냄이 비교적 용이하게되는 것을 특징으로 한다.
또한, 진폭/위상교정치 연산회로의 교정을 계산하기 위한 수단을 나타낸다.
TDD통신방식에서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 송신의 타임슬롯(T)와 수신의 타임슬롯(R)이 교대로 배치된다.
하나의 타임슬롯의 시간길이는 대단히 짧다.
따라서, 송신의 타임슬롯(T)의 사이는 수신기는 휴지기간이다.
본 발명은 이 휴지기간에 송신신호의 일부를 수신기에 귀환시켜서 어레이 안테나의 교정을 행한다.
교정은, 예를 들면 각 송신타임슬롯에 있어서, 하나의 안테나 소자에 대한 교정을 행하도록 한다.
예를 들면, 어떤 타임슬롯에서 i＝2의 안테나 소자에 대한 교정을 행한 때에는 다음의 타임슬롯에서는 i＝3의 안테나 소자에 대한 교정을 행하고, 이 동작을 반복해서 모든 안테나 소자에 대한 교정을 행한다.
안테나 소자에 대한 교정이 종료되면, 그 안테나 소자의 진폭 및 위상은 교정된 값으로 고정된다.
교정은 소정시간마다(예를 들면 1시간마다) 행해진다.
도 1은 본 발명의 일반적인 블록도이다.
도 1에서 1－1(1－1－1∼1－1－k)는 안테나 소자, 1－2(1－2－1∼1－2－k)는 송신/수신 분기회로, 1－3(1－3－1∼1－3－k)는 송신기, 1－4(1－4－1∼1－4－k)는 수신기, 1－5(1－5－1∼1－5－k)는 분기수단, 1－6은 진폭/위상교정치 연산회로, 1－7은 방사패턴 제어연산회로이다.
본 발명에 있어서의 동작원리를 다음에 설명한다.
다음의 진폭 위상치의 표현을 간소화하기 위해 각 매개변수를 복소수로 표현하는 것으로 한다.
예를 들면 A를 진폭 θ를 위상으로 한 때 이들을 정리해서 B라는 매개변수, 즉, B＝Aexp(jθ)로 표현하는 것으로 한다.
수신에 있어서의 i번째의 브랜치의 출력 yri는 다음의 식으로 표시된다.
yri＝Wop1Xi＝WiMiRiXi(1)
여기서, Xi는 i번째의 브랜치에 대한 입력신호, Wop1은 수신시에 있어서 각 브랜치간의 진폭 위상차가 존재하지 않는 경우의 최적 중첩치, Wi는 수신기에 의해 진폭변동과 위상변동이 주어진 수신신호를 사용하므로서 얻어진 i번째 소자를 위한 중첩치, Mi는 안테나와 안테나 케이블에 의해 얻어진 진폭과 위상, Ri는 수신기에 의해 얻어진 진폭과 위상이다.
다른 한편, 어레이 안테나를 위한 방사패턴 제어후의 공간에 대한 i번째 송신기의 출력 yti는 다음과 같이 표시된다.
yti＝WisiMiTi(2)
여기서, si는 i번째 송신기의 출력, Ti는 송신기에 의해 얻어진 진폭과 위상이다.
송신패턴과 수신패턴을 일치시키기 위해서는 yti＝yri의 관계를 만족시키지 않으면 안된다.
식 (1)과 (2)에서 Wi를 소거하면 다음 식이 얻어진다.
yti＝(Wopt/MiRi)siMiTi＝Woptsi(Ti/Ri) (3)
식 (3)에서 안테나 소자와 안테나케이블에 의해 얻어진 진폭과 위상은 송신측과 수신측에 의해 생략된다.
그러므로 i번째 브랜치에서 얻어진 진폭/위상 Ki은 다음과 같이 얻어진다.
Ki＝Ri/Ti(4)
이 값 Ki를 각 브랜치마다 구하고 특정한 브랜치를 기준 브랜치로서 할당하면, 값 Ki의 대응하는 값은 기준치에 대응하는 값이 얻어진다.
대응하는 값은 브랜치간의 진폭과 위상의 교정을 제공한다.
예를 들면, 기준브랜치가 제1의 브랜치일 때 i번째 브랜치의 교정치 Hi는 다음과 같이 얻어진다.
Hi＝(KiK1)＝(RiTi)/R1T1)＝T1Ri/(TiR1) (5)
교정된 출력 y'ti는 (3)식과 (5)식을 사용해서 다음과 같이 얻어진다.
y'ti＝WoptsiTi/RiHi＝Woptsi(1/K1) (6)
식 (6)에 있어서, K1은 일정치이기 때문에 식 (6)을 사용하면 수신시에 있어서의 각 브랜치간의 진폭/위상차가 존재하지 않는 경우의 최적 중첩치로 송신을 행하는 것이 가능해진다.
따라서, 식 (5)를 구할수가 있으면 송신시만에 각 브랜치간의 교정이 가능해진다.
여기서 도 1에서는 식 (5)를 구하기 위해 동일 브랜치의 수신기에만이 아니라 다른 브랜치에도 송신신호를 귀환시킨다.
예를 들면, k번째 브랜치에서 값 Tk/Rk는 송신기로서 동일한 브랜치의 수신기에 송신신호를 귀환시키므로서 얻어지고, 그러나 이 값은 요구되는 교정치를 얻기에는 불충분하다.
그러므로 각각 T1Rk및 TkR1이 얻어질 수 있도록 제1의 송신기로부터 k번째 수신기로 신호를 송신하기 위한 루프와, k번째 송신기로부터 제1의 수신기로 신호를 송신하기 위한 루프가 제1의 브랜치와 k번째 브랜치간에 구비된다.
식의 값은 그들 값(T1Rk및 TkR1)의 비에 의해 얻어지고, 그러므로 제1의 브랜치에 대응하는 k번째 송신기/수신기의 진폭/위상교정치가 얻어진다.
그러므로 송신중에 다른 브랜치에 송신신호를 귀환시키는 루프를 조합하므로서 본 발명의 필요한 교정치가 얻어지는 것이 바람직하다.
(본 발명의 제1의 실시예)
도 2는 본 발명의 블록도이며, 도 3은 도 2의 회로를 사용하므로서 교정의 수순을 나타내는 동작 플로우 챠트이다.
도 2에서 브랜치의 수는 N이며, 부호 2－k－i에서 i(1＝＜i＝＜N)는 i번째 브랜치에 접속된 소자를 나타낸다.
도 2에서 화살표는 신호의 방향을 나타낸다.
도면에서 2－1(2－1－1∼2－1－N)은 안테나 소자를 나타내고 2－2(2－2－1∼2－2－N)는 송신기와 수신기에 안테나 소자를 접속하기 위한 제1의 스위치를 나타내고, 2－3(2－3－1∼2－3－N)은 송신기, 2－4(2－4－1∼2－4－N)는 수신기를, 2－5(2－5－1∼2－5－N)는 대응하는 안테나 소자에 송신기의 출력을 접속하고 송신기의 출력의 일부를 분리하기 위한 분기수단, 2－6(2－6－1∼2－6－N)은 2－5－N을 통해 제1의 분기수단(2－5－1)으로부터의 신호를 하나의 수신기(2－5－1)에 접속하기 위한 제2의 스위치, 2－7은 제2의 분기수단(2－5－2)으로부터의 신호의 하나를 2－5－N을 통해 제1의 수신기(2－4－1)에 접속하기 위한 제3의 스위치, 2－8(2－8－1∼2－8－N)은 제2의 스위치(2－6) 또는 제3의 스위치(2－7)를 수신기(2－4)에 접속하기 위한 제4의 스위치이며, 2－9는 진폭/위상교정치 연산회로, 2－10은 방사패턴 제어연산회로, 및 2－11은 중첩연산회로를 나타낸다.
다음에 각 브랜치의 식(5)이 어떻게 얻어지는가의 순서와 도 2의 동작을 도 3의 플로우 챠트에 따라 설명한다.
(1) i번째 브랜치에서 제1의 브랜치의 송신기(2－3－1)는 신호를 수신기(2－4－i)에 송신한다.
이것을 도 3의 S－21에 나타낸다.
신호는 분기수단(2－5－1)과, 제2의 스위치(2－6)와 제4의 스위치(2－8)를 통과한다.
이 단계에서의 처리에서 진폭/위상교정회로(2－9)는 값,
T1R1(7)
을 수신한다.
충분한 송신출력을 제공하기 위해 안테나 단계 이전에 전력 증폭기가 구비되어 있고, 만일 전송신호가 그대로 수신되면 수신레벨은 지나치게 높고, 최고의 수신레벨을 초과하기 때문에 신호를 2－3－1로부터 2－8로 송신하는데 왜 분기수단이 사용되었는가의 이유는 수신기에 의해 수신레벨을 감쇠시키기 위한 것이다.
그러므로 2－3－1로부터 2－8로의 신호는 그 레벨이 실제 전송신호보다 낮게 설정되어 있다.
분기수단은 예를 들면 커플러로 되어 있다.
제2의 스위치가 사용된 이유는 브랜치 1을 제외하고 하나의 브랜치의 수신기에 브랜치 1의 송신신호를 송신하기 위한 것이다.
제4의 스위치가 사용된 이유는 통신 중에 수신시에 i번째 수신기가 i번째 안테나 소자의 신호만을 요구하기 때문이며, 또한 그것은 교정치를 얻기 위해 제1의 송신기(2－3－1)에 의해 송신된 신호만을 요구하기 때문이다.
(2) (1)의 단계와 동시에 신호는 i번째 브랜치의 송신기(2－3－i)로부터 제1의 브랜치의 수신기 2－4－1로 송신된다.
이것을 도 3의 S－22에 나타내고 있다.
신호는 분기수단(2－5－i)과, 제3의 스위치(2－7)와 제4의 스위치(2－8－1)를 통과한다.
이 단계의 순서로서 진폭/위상 교정연산회로(2－9)는 값,
TiR1(8)
을 수신한다.
신호를 2－3－i로부터 2－8로 송신하기 위해 분기수단이 사용된 이유는 단계 (1)의 (S－21)과 같다.
제3의 스위치가 사용된 이유는 하나의 i번째 브랜치(i＝2∼N)의 송신신호를 제1의 브랜치의 수신기에 송신하기 위한 것이다.
제4의 스위치가 사용된 이유는 통신중 수신시에 제1의 수신기가 안테나 소자로부터의 신호만을 요구하고, 또한 교정을 위한 송신기(2－3－i)로부터의 신호만을 요구하기 때문이다.
(3) 식 (7)과 식 (8)의 비(식 (7)/식 (8))는 식 (5)을 제공한다.
그러므로 제1의 브랜치(S－23)에 대응하는 i번째 브랜치의 교정치가 얻어진다.
(4) 단계 (1) 내지 (3)은 값 i가 (i＝i＋1)로 증가된 후 값 i가 N에 도달할 때까지 반복된다.
최종적으로 중첩치 승산회로 2－11은 이렇게 해서 얻어진 교정치와 수신신호의 진폭/위상치를 승산하고, 상기한 승산의 결과를 사용해서 송신은 실행된다.
그리하여 어레이 안테나의 브랜치중의 교정은 송신기/수신기내에서 자체로 수행되고, 만일 브랜치중에 진폭차이와 위상차이가 없으면 우수한 송신이 제공된다.
그러므로 본 발명에 따르면 브랜치중의 진폭과 위상이 교정된다.
본 발명은 실제의 송신신호를 사용해서 교정치를 제공하고 그리하여 실제의 통신 중에 실시간대로 교정이 실행되는 것이 바람직하다.
본 발명은 고주파회로에서의 온도특성을 보상할 수 있다.
종래의 기술에서는 이 보상은 불가능했었다.
(본 발명의 다른 실시예)
도 4는 본 발명의 블록도를 나타내고, 도 5는 도 4의 회로를 사용하여 교정을 행하는 동작 플로우 챠트를 나타낸다.
도 4에서, 4－k－i(1＜i＜N, i는 정수)에서 기호 i는 일반적으로 i번째 브랜치에 대응하는 장치를 나타낸다.
도 4에서 화살표는 신호의 방향을 나타낸다.
부호 4－1(4－1－1∼4－1－N)은 안테나 소자, 4－2(4－2－1∼4－2－N)는 송신과 수신간에서 안테나 소자를 전환하기 위한 제1의 스위치, 4－3(4－3－1∼4－3－N)은 송신기, 4－4(4－4－1∼4－4－N)는 수신기, 4－5(4－5－1∼4－5－N)는 분기수단, 4－7－k(2＜k＜N－1; k는 정수)은 4－5－k로부터의 신호를 4－4－k－1 또는 4－4－k＋1에 접속하기 위한 제3의 스위치, 4－6－k(2＜k＜N－1; k는 정수)는 4－5－k－1 또는 4－5－k＋1 로부터의 신호를 4－4－k에 접속하기 위한 제2의 스위치, 4－8(4－8－1∼4－8－N)은 4－4를 4－6 또는 4－7에 접속하기 위한 제4의 스위치, 4－9는 진폭/위상 교정연산회로, 4－10은 방사패턴 제어연산회로이다.
기호 4－11은 중첩치 승산회로이다.
다음에 도 5의 플로우 챠트에 따라 식 (5)의 값이 어떻게 얻어지는가를 설명한다.
(1) i＝1로 가정한다.
이 경우 제1의 브랜치와 제2의 브랜치간의 교정치가 얻어진다.
제1의 브랜치의 송신기(4－3－1)는 분기수단(4－5－1)과 제2의 스위치(4－6－2) 및 제4의 스위치(4－8－2)를 통해서 제2의 브랜치의 수신기(4－4－2)에 신호를 송신한다.
이 절차에서 진폭/위상교정연산회로의 출력치는 다음과 같다.
T1R2(9)
신호를 4－3－1로부터 4－4－2로 송신하기 위해 분기수단이 사용되는 이유는 송신에 충분한 출력을 제공하기 위해 안테나 소자의 입력측에 전력 증폭기가 사용되었기 때문이며, 만일 수신기가 송신출력을 그대로 수신했다면 수신레벨은 허용할 수 있는 최고 수신레벨을 초과하게 될 것이다.
그러므로 4－3－1로부터 4－4－2로의 신호는 실제 송신신호에 비해 감쇠되어 있다.
분기수단은 예를 들면 커플러를 사용해서 수행된다.
제2의 스위치가 사용된 이유는 후술하는 바와 같이 수신기(4－4－2)가 브랜치 1의 송신신호만이 아니라 브랜치 3의 송신신호도 또한 수신하지 않으면 안되기 때문이다.
제4의 스위치를 사용하는 이유는 수신기가 실제의 통신시에 안테나 소자로부터의 신호만을 요구하고, 또한 그것은 제1브랜치의 송신기(4－3－1)로부터의 신호를 요구하기 때문이다.
(2) 제2브랜치의 송신기(4－3－2)는 분기수단(4－5－2)과 제3의 스위치(4－7－2) 및 제4의 스위치(4－8－1)를 통해서 제1브랜치의 수신기(4－4－1)에 신호를 송신한다.
이 절차의 진폭/위상 교정연산회로의 출력은 다음과 같다.
T2R1(10)
신호를 4－3－2에서 4－4－1로 송신하는데 분기수단이 사용되는 이유는 상술한 바와 같다.
제3의 스위치를 사용하는 이유는 후술하는 바와 같이 브랜치 2의 송신신호를 브랜치 1의 수신기에 만이 아니라 브랜치 3의 수신기에도 송신하지 않으면 안되기 때문이다.
제4의 스위치를 사용하는 이유는 실제의 통신 중에 수신기(4－4－1)가 안테나 소자(4－1－1)의 신호만을 요구하고, 교정수순 중에 송신기(4－3－2)의 신호만을 요구하기 때문이다.
(3) 식(9)와 식 (10)의 비는 i＝1일 때 식 (5)의 값이 (식9/식 10)이 되도록 얻어진다.
그리하여 브랜치 1에 대응하는 브랜치 2의 교정치가 얻어진다.
(4) 그러면 값 i는 i＝i＋1이 되도록 수행된다.
상기한 (1),(2)의 순서는 각각 (1)과 (2)의 순서에서 다음의 값이 얻어지도록 반복된다.
T2R3(11)
T3R2(12)
(식 (11)/식 (12))의 비는 제2브랜치에 대응해서 제3브랜치의 교정치를 제공한다.
(5) 교정치를 사용하므로서 실제의 송신이 실행될 때, 특정의 기준브랜치에 대응하는 모든 브랜치의 교정치가 얻어지지 않으면 안된다.
기준브랜치를 제1의 브랜치로 가정한다.
H2,1＝(식 (9)/식(10)), 및 H3,2(식 (11)/식 (12))로 가정하면, 제1브랜치에 대응하는 제3브랜치의 교정치 H3,1는 다음과 같이 된다.
H3,1＝H2,1H3,2
＝[T1R2/(T2R1)][T2R3/(T3R2)]
＝T1R3/(T3R1)
＝(R3/T3)/(R1/T1) (13)
(6) 상술한 바와 같이 i－1브랜치에 대응하는 i번째 브랜치의 교정치 Hi,i－1에 의해 i번째 브랜치의 교정치가 얻어지고, 제1브랜치에 대응하는 i－1브랜치의 교정치 Hi－1,1이 다음과 같이 얻어진다.
Hi,1＝Hi－1,1Hi,i－1
＝[T1Ri－1/(Ti－1)][Ti－1Ri/(TiRi－1)]
＝T1Ri/(TiR1)
＝(RiTi)/R1T1) (14)
최종적으로 중첩치 승산회로는 이렇게 얻어진 교정치와 각 브랜치를 위한 수신된 진폭/위상치의 승산을 실행한다.
중첩치를 사용하므로서 송신은 실행된다.
이렇게 해서 어레이 안테나의 브랜치간의 진폭치와 위상치의 보상이 송신기자체내에서 실행되고, 송신은 진폭오차와 위상오차가 없는 것처럼 실행된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 실제 통신 중에 어레이 안테나의 브랜치간의 진폭오차와 위상오차의 보상을 제공한다.
그러므로 종래의 기술에서는 불가능했던 온도특성의 보상을 본 발명에서는 가능하게 한다.
또한, 도 4의 구조는 도 2의 실시예에서는 N－1이었던 것이 스위치의 출력의 수가 2만이 되는 이점이 있고, 또한 교정을 위한 스위치의 수가 도 2에 비해서 증가하게 된다.
상업적으로 입수 가능한 스위치에 의해 2개의 출력단자를 갖는 스위치가 수행되고, 그러므로 도 4의 구조는 안테나 소자의 수가 증가한 경우에도 수행된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 블록도이며, 도 7 및 도 8은 도 6의 장치를 사용하므로서 교정을 위한 동작 플로우 챠트이다.
도 6의 6－k－i(1＜k＜i,1＜i＜N; i는 정수)에서 i는 i 번째 브랜치에 대응하는 장치를 나타낸다.
도 6에서 화살표는 신호의 방향을 나타낸다.
6－1(6－1－1∼6－1－N)은 안테나 소자를 나타내고, 6－2(6－2－1∼6－2－N)은 송신과 수신간의 안테나 소자를 전환하기 위한 제1의 스위치를 나타내고, 6－3(6－3－1∼6－3－N)은 송신기를 나타내고, 6－4(6－4－1∼6－4－N)은 수신기를, 6－5(6－5－1∼6－5－N)은 분기수단을, 6－6은 6－4－N을 통해서 6－5－1로부터의 신호를 수신기(6－4－1)의 하나에 접속하기 위한 제2의 스위치를, 6－7은 6－5－N을 통해서 수신기(6－4－1)로부터의 신호를 분기수단(6－5－1)중의 하나에 접속하기 위한 제3의 스위치를, 6－8(6－8－1∼6－8－N)은 수신기 6－4－i를 제2의 스위치(6－6) 또는 제3의 스위치(6－7)에 접속하기 위한 제4의 스위치를, 6－9는 진폭/위상교정연산회로를, 6－10은 방사패턴 제어연산회로를 나타낸다.
6－11은 중첩승산회로를 나타낸다.
다음에 도 7에 따라 각 브랜치의 식 (5)의 값을 얻기 위한 동작을 설명한다.
(1) 제1브랜치의 송신기(6－3－1)는 분기수단(6－5－1)과 제2의 스위치(6－6)와, 제4의 스위치(6－8－i)를 통해서 i번째 브랜치의 수신기(6－4－i)에 신호를 송신한다.
이 절차로 진폭/위상 교정연산회로 6－9에서 얻어진 출력은 다음과 같다.
T1R1(15)
6－3－1로부터 6－4－i로 신호를 송신하는데 분기수단이 사용되는 이유는, 적당한 송신전력을 제공하기 위해 송신기에는 전력 증폭기가 사용되었기 때문이며, 또한, 만일 전력 증폭된 신호가 수신기에 그대로 인가된 때에는 수신레벨은 허용될 수 있는 최대 레벨을 초과하기 때문이다.
그러므로 6－3－1로부터 6－7로의 신호는 실제통신신호에 비해 감쇠되어 있다.
분기수단은, 예를 들면 커플러로 수행된다.
제2의 스위치가 사용된 이유는 제1브랜치(1)의 송신신호를 브랜치 1∼N의 수신기의 하나에 송신하기 위한 것이다.
제4스위치를 사용하는 이유는 수신기가 실제 통신 중에 안테나 소자 i에 의해 수신한 신호만을 요구하기 때문이며, 또한 수신기가 교정 동작중에 송신기(6－3－1)로부터의 신호만을 요구하기 때문이다.
(2) 분기수단(6－5－i), 제3의 스위치(6－7) 및 제4의 스위치(6－8－1)를 통해 i번째 브랜치의 송신기(6－3－i)로부터 제1브랜치(1)의 수신기(6－4－1)로 신호가 송신된다.
그리하여 진폭/위상 교정연산회로의 출력은 다음과 같다.
TiR1(16)
6－3－i(i＝2－N)로부터 6－7로 신호를 송신하기 위해 분기수단을 사용하는 이유는 제1의 절차 (1)과 같다.
제3의 스위치를 사용하는 이유는 하나의 송신기의 신호를 제1의 브랜치(1)의 수신기에 신호를 송신하기 위해서이다.
제4의 스위치를 사용하는 이유는, 수신기(6－4－1)가 실제통신 중에 안테나 소자(6－1－1)로부터의 신호만을 요구하고, 또한 교정 동작중에 송신기(6－3－i)로부터의 신호만을 요구하기 때문이다.
(3) (식(15)/식(16))의 비는 식(5)의 값을 제공한다.
그러므로 브랜치 i의 교정치는 브랜치 1에 대응한다.
(4) i의 값은 i＝i＋1이 되도록 증가되고, (1)∼(3)의 순서는 i＝N이 될 때까지 반복된다.
최종적으로 중첩치 승산회로는 각 브랜치를 위해 수신된 진폭/위상치에 이렇게 해서 얻어진 교정치를 승산하고, 송신은 중첩치를 사용해서 실행된다.
그리하여 어레이 안테나는 브랜치간의 진폭오차와 위상오차가 보상된다.
그리고 보상은 실제의 송신기를 사용해서 실행된다.
그리하여 현재의 실시예는 종전의 실시예와 유사하게 어레이 안테나의 브랜치간의 진폭오차와 위상오차의 보상을 제공한다.
본 발명에 따른 교정회로는 실제 통신신호를 사용하므로서 교정치를 제공하고, 실제 통신 중에 실시간 교정이 가능하고, 종래기술에서는 불가능했던 온도변화의 보상이 가능해진다.
그런데, 적응 어레이 안테나가 수신신호의 방향을 계산하기 위해 알고리즘을 사용하면, 각 브랜치의 송신기와 수신기의 전체의 브랜치의 교정치만이 아니라 유일한 송신기와 유일한 수신기의 브랜치의 교정치가 요구된다.
도 8은 각각 송신기와 수신기의 교정치를 제공하기 위한 동작 플로우 챠트를 나타낸다.
도 8의 루프(1)는 각 브랜치 1∼N의 식 (15)의 값이 얻어지고, 그리고 다음의 수신측의 교정치만이 얻어진다.
RiR1(17)
유사하게 도 8의 루프(2)는 각 브랜치 1∼N를 위한 식(16)의 값이 얻어지고, 그리고, 다음의 송신측의 교정치만이 얻어진다.
TiT1(18)
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이며, 도 10은 도 9의 장치를 사용한 교정의 동작 플로우 챠트이다.
도 9의 9－k－i(1＜i＜N; i는 정수)의 i는 i번째 브랜치에 대응하는 장치를 나타내고, 도 9의 화살표는 신호의 방향을 나타낸다.
도 9에서 9－1(9－1－1∼9－1－N)은 안테나 소자를 나타내고, 9－2(9－2－1∼9－2－N)는 송신과 수신간의 안테나 소자를 전환하기 위한 제1의 스위치를 나타내며, 9－3(9－3－1∼9－3－N)은 송신기를 나타내고, 9－4(9－4－1∼9－4－N)는 수신기를, 9－5(9－5－1∼9－5－N)는 분기수단을, 9－6은 9－4－N을 통해서 9－5－1로부터의 신호를 수신기(9－4－1)의 하나에 접속하기 위한 제2의 스위치를, 9－7(9－7－2∼9－7－N)은 9－5－m(2m＜N)으로부터의 신호를 9－4－m에 접속하기 위한 제3의 스위치를, 9－8(9－8－1∼9－8－N)은 9－4(9－4－N)를 9－6 또는 9－7에 접속하기 위한 제4의 스위치를, 9－9는 진폭/위상교정연산회로를, 9－10은 방사패턴 제어연산회로를 9－11은 중첩승산회로를 나타낸다.
다음에 도 10의 플로우 챠트에 따라 식 (5)의 값을 얻기 위한 동작을 설명한다.
(1) 제1브랜치의 송신기(9－3－1)는 i번째 브랜치(1＜i＜N)의 수신기(9－4－i)에 신호를 송신한다.
이 신호는 분기수단(9－5－1), 제2의 스위치(9－6), 및 제4의 스위치(9－7－i)를 통과한다.
이 절차로 진폭/위상 교정연산회로(9－9)의 출력은 다음과 같다.
T1Ri(19)
송신기(9－3－1)로부터 제2의 스위치(9－6)로 신호를 송신하는데 분기수단이 사용되는 이유는 송신기에는 전력 증폭기가 사용되었기 때문이고, 분기수단을 사용하지 않으면 수신기의 수신레벨은 허용될 수 있는 최대 레벨을 초과하기 때문이며, 그러므로 9－3－1로부터 9－6으로의 신호는 실제통신레벨에 비해 감쇠되어 있다.
분기수단은 예를 들면 커플러로 수행된다.
제2의 스위치(9－6)가 사용된 이유는 제1브랜치(1)의 신호를 브랜치 1∼N의 수신기의 하나에 송신하기 위한 것이다.
제4의 스위치 9－8(9－8－1∼9－8－N)를 사용하는 이유는 수신기가 실제 통신 중에 안테나 소자의 신호만을 요구하기 때문이며, 또한 수신기가 교정 동작중에 송신기(9－3－1)로부터의 신호만을 요구하기 때문이다.
(2) 분기수단(9－5－k), 제2의 스위치(9－7)를 통해 k번째 브랜치(1＜k＜N)의 송신기 9－3－k는 k번째 브랜치의 수신기 9－4－k로 신호를 송신한다.
그리하여 이 절차의 진폭/위상 교정연산회로의 출력은 다음과 같다.
TkRk(20)
9－3－k로부터 9－7－k로 신호를 송신하기 위해 분기수단을 사용하는 이유는 제1의 절차 (1)과 같다.
제3의 스위치(9－7)를 사용하는 이유는 k번째 브랜치의 송신기의 신호를 k번째 브랜치의 수신기에 송신하기 위해서이다.
제4의 스위치(9－8)를 사용하는 이유는 수신기가 실제통신 중에 안테나 소자로 부터의 신호만을 요구하고, 또한 교정 동작중에 송신기 9－3－k로부터의 신호만을 요구하기 때문이다.
(3) i와 k의 값은 i＝i＋1 및 k＝k＋1이 되도록 증가되고, (1)∼(2)의 절차는 i＝N 및 k＝N이 될 때까지 반복된다.
(4) 식 (20)에서 값 k＝1 이 할당되며, (식 19/20)의 비가 얻어지고, 다음의 관계가 제공된다.
T1Ri/(T1R1)＝Ri/R1(21)
식 (21)은 제1브랜치에 대응하는 i번째 브랜치의 교정치를 나타낸다.
(5) k＝i(i는 1이 아님) 일 때 (식20/ 식21)의 비가 연산되고, 다음의 관계가 얻어진다.
TiRi/(T1Ri)＝Ti/T1(22)
식 (22)는 제1의 브랜치에 대응하는 i번째 브랜치의 송신기의 교정치를 나타낸다.
(6) (식21/식22)의 비가 연산되면 다음의 관계가 얻어진다.
(RiR1)/(TiT1)＝T1Ri/(TiR1)＝Hi(23)
그러므로 식(5) 또는 제1브랜치에 대응하는 i번째 브랜치의 교정치가 얻어진다.
최종적으로 중첩치 승산회로(9－11)는 각 브랜치를 위해 수신된 진폭/위상치에 이렇게 해서 얻어진 교정치를 승산하고, 송신은 이렇게 해서 연산된 중첩치를 사용해서 실행된다.
그리하여 어레이 안테나의 브랜치간의 진폭과 위상의 보상이 송신기 자체 내에서 실행되고, 송신은 진폭오차와 위상오차가 없는 것처럼 실행된다.
그리하여 본 실시예는 어레이 안테나의 브랜치간의 진폭오차와 위상오차의 보상을 제공한다.
그리하여 현재의 보정시스템은 실제의 통신신호를 사용하므로서 교정치를 제공하고, 실시간 보정이 가능하다.
그리하여 본 발명에서는 종래의 기술에서는 보상이 불가능했던 온도특성의 보상이 가능해진다.
식 (21) 및 (22)의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 6의 구조의 경우와 같이 도 9의 구조는 각각 송신측과 수신측의 교정치를 제공할 수 있다.
또한, 송신신호는 대응브랜치를 제외하고 자체브랜치의 수신기로만 귀환되기 때문에 다른 실시예의 그것보다 와이어의 길이가 짧다.
이것은 교정시스템을 제조하는데 유익하다.
이상 상세히 기술한 바와 같이 본 발명은 교정이 송수신기 자체내에서 실행되고, 그러므로 외부신호를 사용할 때 발생할 수 있는 송신효율의 감소가 방지된다.
또한, 교정치가 실제의 통신 중에 얻어지기 때문에 기지국의 위치에 의한 환경조건에 기인하는 진폭오차와 위상오차 및 통신중의 온도특성의 변화가 보상될 수 있다.

Claims (9)

  1. N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(1－1－1∼1－1－N)와,
    N개의 송신기(1－3－1∼1－3－N)와,
    N개의 수신기(1－4－1∼1－4－N)와,
    각 안테나 소자로부터 대응하는 수신기에 입력된 신호에 대하여 진폭과 위상의 중첩을 행한 후, 합성을 행하여 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하는 지향성 연산회로(1－7)를 구비하고, TDD통신시스템에 사용되는 적응 어레이 안테나 장치로서,
    각 송신기는 통신에 있어서 통신타임슬롯 동안에 각각의 안테나 소자와 접속됨과 동시에, 적어도 하나의 수신기에 송신신호의 일부를 송신하기 위한 수단(1－5－1∼1－5－N)을 구비하고,
    송신타임슬롯 동안에 송신기로부터 신호를 수신하는 적어도 2개의 수신기의 출력을 수신하고, 상기 적어도 2개의 수신기의 출력의 비에 의해 상기 송신기와 수신기에 대응하는 브랜치의 진폭/위상교정치를 제공하는 진폭/위상 교정연산회로(1－6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  2. 제1항에 있어서,
    N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(2－1－1∼2－1－N)와,
    N개의 송신기(2－3－1∼2－3－N)와,
    N개의 수신기(2－4－1∼2－4－N)와,
    각각의 안테나 소자를 각각의 송신기와 각각의 수신기에 선택적으로 접속하기 위해 구비된 N개의 제1의 스위치(2－2－1∼2－2－N)와,
    각 수신기의 진폭과 위상에 인가된 신호를 중첩하여 중첩된 신호를 합성하므로서 상기 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(2－10)와,
    상기 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 송신신호와 진폭 및 위상을 승산하기 위한 중첩연산회로(2－11)와,
    각각의 송신기의 출력을 각각의 안테나 소자에 접속하고 송신신호의 일부를 분리하기 위해 각 송신기에 구비된 N개의 분기수단(2－5－1∼2－5－N)과,
    N번째 수신기(2－4－2∼2－4－N)를 통한 하나의 제1의 분기수단(2－5－1)에 의해 분리된 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(2－6)와,
    제1의 수신기(2－4－1)와 함께 N번째 분기수단(2－5－2∼2－5－N)을 통한 두 번째에 의해 분리된 신호를 접속하기 위한 제3의 스위치(2－7)와,
    각각의 제1의 스위치(2－2－i) 또는 제2의 스위치(2－6) 또는 제3의 스위치(2－7)로부터의 신호를 통해 각각의 안테나 소자(2－1－i)의 신호와 각 수신기(2－4－i)의 입력을 접속하기 위한 제4의 스위치(2－8－1∼2－8－N)와,
    각 수신기로부터 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하여 각 안테나 소자의 진폭/위상 교정치를 구하기 위한 진폭/위상교정치 연산회로(2－9)를 구비한 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  3. 제2항에 있어서,
    진폭/위상 교정치 연산회로(2－9)는,
    제1의 송신기(2－3－1)로부터의 신호를 분리하고,
    분리된 신호를 제2의 스위치(2－6)를 통해 제4의 스위치(2－8－i)의 i 번째(2＝＜i＝＜N, i는 정수)에 접속하며,
    제4의 스위치중의 i번째의 스위치를 통해 상기 분리된 신호를 수신하는 i번째 수신기(2－4－i)의 출력에서 값(1)을 얻고,
    i번째 송신기(2－3－i)로부터의 신호를 분리하며,
    상기 제3의 스위치(2－7)를 통해 제1의 제4의 스위치(2－8－1)로 분리된 신호를 접속하고,
    i번째 송신기(2－4－i)로부터 분리된 신호를 수신하는 제1의 수신기(2－4－1)의 출력에서 값(2)를 얻고,
    i번째 브랜치의 교정치로서 [상기의 값(1))/(상기의 값 (2)]의 비를 얻으므로서, 그 결과를 안테나 소자의 i번째의 교정치로 하는 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  4. 제1항에 있어서,
    N(N2 N은 정수)개의 안테나 소자(4－1－1∼4－1－N)와,
    N개의 송신기(4－3－1∼4－3－N)와,
    N개의 수신기(4－4－1∼4－4－N)와,
    각각의 송신기(4－3－i)와 각각의 수신기(4－4－i)와 각각의 안테나 소자(4－1－i)를 전환하는 각 안테나 소자에 구비된 제1의 스위치(4－2－1∼4－2－N)와,
    각 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩하고 중첩된 값을 합성하므로서 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하는 방사패턴 제어연산회로(4－10)와,
    송신신호와 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(4－11)와,
    각 송신기의 출력을 두 개의 신호로 분리하기 위한 N개의 분기수단(4－5－1∼4－5－N)과,
    k번째 수신기(4－4－k)입력을 (k－1)번째 분기수단(4－5－k)(2kN－1, k는 정수) 또는 (k＋1)번째 분기수단[4－5－(k＋1)]에 접속하기 위한 (N－2)개의 제2의 스위치[4－6－2∼4－6－(N－1)]와,
    k번째 분기수단(4－5－k)를 (k－1)번째 수신기[4－4－(k－1)]의 입력 또는 (k＋1)번째 수신기[4－4－(k＋1)]의 입력에 접속하기 위한 (N－2)개의 제3의 스위치[4－7－2∼4－7－(N－1)]와,
    제1의 스위치 또는 제2의 스위치(4－6－1)로부터의 신호와, 또는 제3의 스위치(4－7－i)의 하나(4－2－i)를 통해서 각각의 안테나 소자(4－1－i)에 각각의 수신기(4－4－i)의 입력을 접속하기 위한 제4의 스위치(4－8－1∼4－8－N)와,
    상기 각 수신기로 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 각 안테나 소자의 진폭/위상교정치를 제공하기 위한 진폭/위상교정치 연산회로(4－9)를 구비한 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  5. 상기 진폭/위상교정치 연산회로(4－9)는,
    i＝1일 때 C(i)
    i≠1일 때 D(i)＝C(i－1)C(i)
    가 되도록 C(i)＝A(i)/B(i),(1i＜N－1, i는 정수), 및 (i＋1)번째 브랜치의 진폭/위상교정치를 할당하는 연산을 행하고, 여기서 A(i)는 i 번째 분기수단(4－5－i)과 제2스위치[4－6(i＋1)]와, (i＋1)번째 제4의 스위치[4－8－(i＋1)]를 통해 i번째 송신기(4－3－i)의 출력을 수신하는 (i＋1)번째 수신기[4－4－(i＋1)]의 출력이고, B(i)는 (i＋1)번째 분기수단[4－5－(i＋1)]과 제3의 스위치(4－7－i)와 i번째 제4의 스위치(4－8－i)를 통해 (i＋1)번째 송신기[4－3－(i＋1)]의 출력을 수신하는 i번째 수신기(4－4－i)의 출력으로 구성된 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  6. N(N2, N은 정수)개의 안테나 소자(6－1－1∼6－6－N)와,
    N개의 송신기(6－3－1∼6－3－N)와,
    N개의 수신기(6－4－1∼6－4－N)와,
    각각의 안테나 소자(6－1－i)와 각각의 송신기(6－3－i)와 각각의 수신기(6－4－i)를 전환하기 위한 제1의 스위치(6－2－1∼6－2－N)와,
    각각의 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩시키고 중첩치를 합성하므로서 상기 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(6－10)와,
    송신신호와 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(6－11)와,
    각 송신기의 출력신호를 분리하기 위해 각 송신기에 구비된 N개의 분기수단(6－5－1∼6－5－N)과,
    제1의 분기수단(6－5－1)으로부터 N번째 수신기(6－4－1∼6－4－N)를 통한 제1의 하나로 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(6－6)와,
    제1의 수신기(6－4－1)의 입력을 N번째 분기수단(6－5－1∼6－5－N)을 통한 제1의 하나로 접속하기 위한 제3의 스위치(6－7)와,
    제1의 스위치(6－2－1) 또는 제2의 스위치(6－6) 또는 제3의 스위치(6－7)로부터의 신호를 통해 제1의 안테나 소자(6－1－1)에 각각의 수신기(6－8－i)의 입력을 접속하기 위한 N개의 제4의 스위치(6－8－1∼6－8－N)와,
    각 수신기에서 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 각 안테나 소자의 진폭/위상교정치를 제공하기 위한 진폭/위상교정치 연산회로(6－9)를 구비한 적응 어레이 안테나장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진폭/위상 교정치 연산회로는,
    제1의 분기수단(6－5－1)을 사용하므로서 제1의 송신기(6－3－1)로부터의 신호를 분리하고,
    상기 분리된 신호를 상기 제2의 스위치(6－6)를 통해 제4의 스위치(6－8－i)의 i번째(1iN)에 접속하고,
    i번째 제4스위치를 통해 분리된 신호를 수신하는 i번째 수신기(6－4－i) 의 출력에서 값(1)을 얻고,
    i번째 분기수단(6－5－i)을 사용하므로서 i번째 송신기(6－3－i)로부터의 신호를 분리하고,
    상기 제3의 스위치(6－7)를 통해 제1의 제4스위치(6－8－1)의 분리된 신호를 결합하고,
    상기 제1의 제4스위치(6－8－1)를 통해 i번째 송신기(6－3－1)로부터의 분리된 신호를 수신하는 제1의 수신기(6－4－1)의 출력에서 값(2)를 얻고,
    i번째 안테나 소자의 교정치로서 [상기 값(1))/(상기값 (2)]의 비를 제공하므로서, i번째 안테나 소자의 교정치로 제공하는 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  8. 제1항에 있어서,
    N(N＞＝2,N은 정수)개의 안테나 소자(9－1－1∼9－1－N)와, N개의 송신기(9－3－1∼9－3－N)와,
    N개의 수신기(9－4－1－∼9－4－N)와, 각각의 송신기와 각각의 수신기에 안테나 소자를 전환하기 위한 각각의 안테나 소자에 구비된 제1의 스위치(9－2－1∼9－2－N)와,
    각 수신기에 인가된 신호의 진폭과 위상을 중첩하고 중첩된 값을 합성하므로서 상기 적응 어레이 안테나의 방사패턴을 제어하기 위한 방사패턴 제어연산회로(9－10)와,
    송신신호와 상기 방사패턴 제어연산회로에서 얻어진 진폭과 위상을 승산하기 위한 중첩승산회로(9－11)와,
    각각의 송신기로부터의 신호를 분리하기 위해 각각의 송신기에 구비된 N개의 분기수단(9－5－1∼9－5－N)과,
    N번째 수신기(9－4－1∼9－4－N)를 통해 제1의 하나에 제1의 분기수단(9－5－1)의 신호를 접속하기 위한 제2의 스위치(9－6)와,
    k번째 수신기의 입력과 제1의 분기수단(9－5－1)으로부터의 입력 및 k번째 (2kN, k는 정수)분기수단으로부터의 입력을 접속하기 위한 제3의 스위치(9－7－2∼9－7－N)와,
    각각의 수신기의 입력을 각각의 제1의 스위치, 제2의 스위치 및 제3의 스위치를 통해 각각의 안테나 소자로부터의 신호에 접속하기 위한 N개의 제4의 스위치(9－8－1∼9－8－N)와,
    각 수신기에서 얻어진 진폭치와 위상치를 사용하므로서 안테나 소자의 진폭/위상 교정치를 제공하기 위한 진폭/위상 교정치 연산회로(9－9)를 구비한 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진폭/위상 교정치 연산회로는,
    C(i)＝A(i)/A(1)
    D(i)＝B(k＝i)/A(i)
    를 연산하고, i번째 안테나 소자의 진폭/위상교정치로서 C(i)/D(i)를 할당하며,
    여기서, A(i)는 제1의 분기수단(9－5－1)과 제2의 스위치(9－6)와 i번째 제4의 스위치(9－8－i)를 통해 제1의 송신기(9－3－1)의 출력을 수신하는 i번째 수신기(9－4－i)의 출력이고, B(k)(2kN, k는 정수)는 k번째 분기수단(9－5－k)과 제3의 스위치(9－7－2)와, k번째 제4의 스위치(9－8－k)를 통해 k번째 수신기의 출력을 수신하는 k번째 수신기(9－4－k)의 출력으로 구성된 것을 특징으로 하는 적응 어레이 안테나장치.
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