KR20030051269A - 초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나제어방법 - Google Patents

초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나제어방법 Download PDF

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Abstract

다소자 어레이안테나에 있어서 초지향성 이득을 실현한다.
초지향성을 실현할 수 있는 소자간격(1/4파장 이하의 간격)으로 설치된 복수의 안테나소자(A-1∼A-4)로 구성되는 어레이안테나를 사용한다. 이 어레이안테나를 구성하는 안테나소자(A-1∼A-4) 각각의 위상차 및 진폭차와, 각 안테나소자(A-l∼A-4) 각각의 지향성데이터에 따라서 초지향성 웨이트생성회로에 의해, 웨이트데이터를 생성한다. 이 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 각 안테나소자(A-1∼A-4)에 대하여 가중을 행한다.

Description

초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나 제어방법{SUPERGAIN ARRAY ANTENNA SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING SUPERGAIN ARRAY ANTENNA}
본 발명은 초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나제어방법에관한 것으로, 특히 소형·고지향성 이득을 실현하는 것이 가능한 초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 어레이안테나를 소형화하면 개구면적(개구길이)이 작아지기 때문에 이득이 저하한다. 그런데 소형화된 면적(길이)안에 좁은 간격으로 안테나소자를 채워 넣어, 특정한 위치관계 및 진폭관계를 부여하면, 이득저하를 억제할 수 있다. 이러한 안테나는 초지향성(슈퍼게인)안테나라고 불린다. 이 초지향성안테나는 통상을 훨씬 넘는 지향성 이득을 얻을 수 있는 것으로, 그 이론은 오래전부터 알려져 있다. 예를 들면, Bloch A, Medhurst A and Pool S에 의한 문헌 "A new approach to the design of Super directive aerial arrays" (proc. Inst. Electr. Eng., 100, Part Ⅲ, 67, p. 303(Sept. 1953))나, 문헌 "전자정보통신학회편 안테나공학핸드북", p. 211, (1980)에 기재되어 있다. 그런데, 후술한 바와 같이 물리적 제약 등이 엄격하기 때문에 실용화되지 않는다.
도 9(a)에는 어레이안테나의 구성이 나타나 있다. 동 도면(a)에 나타나 있는 어레이안테나는 4개의 안테나소자(A-1∼A-4)에 의해서 구성되어 있다. 이들 4개의 안테나소자(A-1∼A-4)에 의한 수신신호는 RF(radio frequency)합성되어 출력할 수 있다.
이와 같이 구성된 어레이안테나에 대한 방향에 대한 지향성이득(이후, 지향성패턴이라고 부른다)이 동 도면(b)에 나타나 있다.
동 도면(a)에 나타나 있는 바와 같은 소자간격이 좁은(예를 들면 파장 λ의 1/4정도 이하; 이후 λ/4라 한다) 어레이안테나에 통상의 동상합성을 하면, 소자간격이 감소함에 따라서, 지향성이득은 저하한다. 즉, 도 10중의 파선으로 나타나 있는 바와 같이, 소자간격이 좁은 어레이안테나에 통상의 동상합성을 하면, 소자간격이 감소함에 따라서 지향성이득은 저하한다. 이 때의 지향성패턴 및 리턴로스 (S11)가 도 9(b) 및 도 9(c)에 나타나있다.
한편, 도 11(a)에 나타나 있는 바와 같이 안테나소자(A-1∼A-4)사이의 위상차를 교대로 반전시키는 것 같은 급전(給電)을 하고, 초지향성 안테나를 구성하는 경우를 생각한다. 이러한 구성에 있어서, 안테나소자를 N개(N은 2이상의 정수)로 하고, N개의 안테나소자의 소자간격을 0에 가까이 한 경우, 이론적으로는 N2의 지향성이득을 얻을 수 있는 것이 알려져 있다. 즉, 도 10 중의 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 소자수 2 일 때 지향성이득이 22= 4, 소자수 3일 때 지향성이득이 32= 9, 소자수 4일 때 지향성이득이 42= 16이 된다. 이 때의 지향성패턴이 도 11(b)에, 리턴로스(S11)가 도 11(c)에 나타나 있다. 양 도면을 참조하면, 초지향성안테나에 있어서는, 빔폭이 좁아지고 또한 대역폭도 좁아지는 것을 알 수 있다.
그러나, 초지향성안테나는 높은 이득화의 대상으로서 불가시역으로의 전력방사가 증대하기 때문에 안테나의 Q값이 커진다. 이 때문에 급전부를 포함시킨 안테나내부에서의 도체손실이 커져 안테나의 효율저하가 발생한다. 또, 지향성이득을 D로 하면, Q = D/F(F는 효율계수)이다.
이 안테나의 효율저하를 개선하기 위해서는 안테나 및 급전회로를 냉각하여, 도체손실을 억제하는 것이 필요하다. 즉, 도 11(a)에 있어서는, N개의 안테나소자는 항온용기내에 수용되어, 또한, 냉각장치가 준비되어 있다.
또한, 초지향성안테나는 방사전력보다 안테나근방의 리액티브전력쪽이 훨씬 크다. 이 때문에, 지극히 좁은 대역인 안테나가 된다.
또한, 이 초지향성을 얻는 데 필요한 각 안테나소자사이에서의 위상 및 진폭의 관계는, 미묘하고 근소한 위상의 차이가 있더라도 초지향성상태가 붕괴되어 버린다. 예를 들면, 어떤 안테나소자의 위상을 1도 벗어나는 것만으로 초지향성이 아니게 되어 버리는 경우도 있다. 이 미묘한 위상 및 진폭을 마이크로슬립선로 등의 급전회로에서 실현(RF합성)하는 것은 물리적 제한(제작정밀도·안정도)보다 용이하지 않고, 안테나소자수가 증가함에 따라서 그 곤란도도 높아진다.
2소자로 리칼안테나를 사용한 초지향성안테나의 실측예는 보고되어 있지만, RF합성에 필요한 정합회로의 미묘한 조정이 필수이기 때문에, 다소자화는 어렵다. 이것은 K. Itoh, O. Ishi, Y. Nagai, N. Suzuki, Y. Kimachi and O. Michikami에 의한 문헌, "High-Tc Superconducting Small Antennas" (IEEE Trans. Applied Superconductivity, Vol. 3. No. 1, March 1993)에 기재되어 있다. 이 때문에, 다소자 어레이에 있어서의 초지향성의 실현예는 보고되어 있지 않다.
한편, 급전회로(RF합성)에 의해서 위상 및 진폭을 고정적으로 부여하면 안테나계 전체가 좁은 대역이 되어, 수신기를 포함시킨 계도 좁은 대역이 되어 버린다. 그 결과로 넓은 대역의 통신시스템에 적용할 수가 없게 된다는 문제점도 있다.
지향성합성에 관해서도 중요한 문제가 존재한다. 초지향성용 어레이안테나는 안테나소자간격이 지극히 좁기 때문에, 소자사이의 전자적 상호결합이 크고 각소자의 지향성은 같아지지 않는다. 이에 대하여, 소자간격λ/2정도 이상의 어레이안테나이면 양 끝단의 소자를 제외하여 거의 같은 지향성을 얻을 수 있고, 지향성합성에 지장은 없다. 초지향성 합성은 인접하는 소자사이에서 반전하는 것과 같은 위상관계가 필요하기 때문에, 각 소자 지향성은 중요한 설계요인이다. 요컨대, 초지향성이 되는 위상 및 진폭을 얻기 위해서는 각 소자의 동작시의 소자지향성이 필요하다.
여기서, 수학적으로는, 무지향성의 안테나를 가정하면 초지향성으로 되는 위상 및 진폭을 구할 수 있다. 그러나, 실제로는 소자사이결합이 있어, 지향성을 갖는 안테나에 그들의 값을 적용하더라도 초지향성을 실현할 수는 없다.
종래의 급전회로를 사용한 합성방법(RF합성)에 있어서 동작상태, 즉 위상 및 진폭을 부여한 급전회로와 접속되어 설치한 상태에서의 소자지향성을 측정할 수가 없기 때문에 소자지향성을 고려한 초지향성 합성은 어렵다.
이와 같이 복수의 설계요소를 모두 고려한 후에 다소자·고정밀도·넓은 대역의 초지향성 안테나계 하드웨어를 설계하는 것은 기술적으로 곤란하였다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 결점을 해결하기 위해서 행하여진 것으로서, 그 목적은 다소자 어레이안테나에 있어서 초지향성 이득을 실현하는 것, 소자지향성을 고려한 보다 고정밀도인 초지향성을 합성하는 것, 또한, 안테나시스템 전체로 하여 넓은 대역성을 확보할 수 있는 초지향성 어레이안테나시스템, 초지향성 어레이안테나제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 도시한 도면, (c)는 리턴로스특성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1중의 초지향성 웨이트생성회로의 구성예를 나타내는 블록도,
도 3은 도 1중의 초지향성 웨이트생성회로의 처리순서를 나타내는 도면,
도 4는 각 안테나소자에 대한 지향성데이터의 예를 나타내는 도면,
도 5는 소자간 캘리브레이션처리를 하기 위한 구성을 나타내는 도면，
도 6(a)는 본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 나타내는 도면, (c)는 리턴로스특성을 나타내는 도면,
도 7(a)는 본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 3 실시예의 구성을 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 나타내는 도면, (c)는 리턴로스특성을 나타내는 도면,
도 8(a)는 본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 4 실시예의 구성을 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 나타내는 도면, (c)는 리턴로스특성을나타내는 도면,
도 9(a)는 어레이안테나의 일반적인 구성을 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 도시한 도면, (c)는 리턴로스특성을 도시한 도면,
도 10은 초지향성 어레이안테나의 소자간격과 지향성이득과의 관계를 나타내는 도면,
도 11(a)은 초지향성 합성안테나의 구성예를 나타내는 블록도, (b)는 지향성패턴을 나타내는 도면, (c)는 리턴로스를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 10-1∼10-N : 초지향성 웨이트생성회로
11 : 소자지향성데이터메모리
12 : 초지향성 웨이트생성부
20 : 듀플렉서
30, 30-1∼30-N 30-T, 30-R : 웨이트부
A-1∼A-4, A-1R∼A-4R, A-1T∼A-4T : 안테나소자
R-1∼R-4 : 수신기
T-1∼T-4 : 송신기
본 발명의 청구항 1에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 복수의 안테나소자로 구성되어 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나를 포함하는 초지향성 어레이안테나시스템으로서, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자 각각의 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하는 웨이트생성수단과, 이 웨이트생성수단에 의해 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 하는 가중수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 2에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1에 있어서, 상기 초지향성이 실현되는 소자간격은 수신 및 송신의 적어도 한쪽이 이루어지는 신호에 대한 1/4파장이하의 간격인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 3에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1에 있어서, 상기 웨이트생성수단은, 잡음에 대한 신호의 비를 최대로 하는 웨이트데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 4에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1 에 있어서, 상기 웨이트생성수단은, 복수의 안테나소자에 대한 캘리브레이션처리와, 이 처리부에 의해서 취득되는 지향성데이터에 대한 보존처리와, 이 보존처리된 지향성데이터를 참조하여 상기 웨이트데이터를 계산하는 웨이트계산처리를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 5에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1 에 있어서, 상기 어레이안테나에 대한 신호계통을 복수로 분기하여, 이 분기된 복수의 신호계통 각각 상기 웨이트생성수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 6에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1 에 있어서, 상기 어레이안테나에 대한 신호계통을 송신용 및 수신용으로 분기하여, 이 분기된 송신용 및 수신용의 신호계통에 공통으로 상기 웨이트생성수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 7에 의한 초지향성 어레이안테나시스템은, 청구항 1 에 있어서, 상기 어레이안테나를 송신용 및 수신용에 각각 설치하여, 그들 어레이안테나에 대하여 공통으로 설치된 웨이트생성수단에 의해 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 그들 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 8에 의한 초지향성 어레이안테나 제어방법은, 복수의 안테나소자로 구성되어 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나의 제어방법으로서, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자 각각의 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하는 웨이트생성스텝과, 이 웨이트생성스텝에 있어서 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 하는 가중 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 9에 의한 초지향성 어레이안테나제어방법, 청구항 8에 있어서, 상기 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격은 수신 및 송신의 적어도 한쪽이 이루어지는 신호에 대한 1/4파장 이하의 간격인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 10에 의한 초지향성 어레이안테나 제어방법은, 청구항 8 또는 9에 있어서, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는, 잡음에 대한 신호의 비를 최대로 하는 웨이트데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 11에 의한 초지향성 어레이안테나제어방법은 청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는, 복수의 안테나소자에 대한 캘리브레이션처리와, 이 처리부에 의해서 취득되는 지향성데이터에 대한 보존처리와, 이 보존처리된 지향성데이터를 참조하여 상기 웨이트데이터를 계산하는 웨이트계산처리를 하는 것을 특징으로 한다.
요컨대, 이 시스템에서는, 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나와, 각각의 소자에 접속된 수신기와, 각각의 소자지향성데이터를 기록·축적하는 장치와 초지향성 합성회로를 탑재하여, 디지털빔합성에 의해 다소자·넓은 대역의 초지향성 어레이안테나를 실현하고 있는 것이다.
[발명의 실시의 형태]
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서 참조하는 각 도면에 있어서는, 다른 도면과 동일한 부분에 동일부호가 붙여져 있다. 이하, 도 1∼도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 실시예에 대하여 설명한다.
(제 1 실시예)
본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 1 실시예의 구성이 도 1에 나타나 있다. 동 도면(a)에 있어서는, 소자간격 λ/4 이하의 어레이안테나를사용하고 있다. 또한, 어레이안테나는 4소자의 것을 사용하고 있다. 이 어레이안테나의 각 안테나소자(A-1∼A-4)에 수신기(Rx)(R-1 ∼R-4)가 부착되어 있다. 이들 수신기(R-1∼R-4)는 각 안테나소자에 의해서 수신되는 RF아날로그신호를 베이스밴드디지털신호로 변환하는 장치이다.
각각의 안테나소자데이터는 초지향성 웨이트생성회로(10)에 전송되어 캘리브레이션 및 소자지향성데이터로서 처리·보존된다. 초지향성 웨이트생성회로(10)는 방사하고 싶은 방향에 대하여 상기 지향성데이터를 바탕으로 하여 초지향성 웨이트생성회로(10)에 의해 웨이트데이터를 생성한다. 생성된 웨이트데이터는 웨이트부 (30)에 주어져, 각 수신기(R-1∼R-4)의 출력에 승산된다. 이 승산 후의 베이스밴드신호가 합성되어 출력된다.
여기서, 초지향성 웨이트생성회로(10)는 안테나의 잡음에 대한 신호의 비 (signal-to-noise ratio; 이하 SNR이라 한다)를 최대로 하도록 동작하고 있다. 이 초지향성 웨이트생성회로(10)의 구성예에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 동 도면을 참조하면, 초지향성 웨이트생성회로(10)는 소자지향성 데이터메모리(11)와, 초지향성 웨이트생성부(12)를 포함하여 구성되어 있고, 소자지향성데이터를 입력으로 하고, 안테나웨이트데이터를 출력으로 한다.
초지향성 웨이트생성회로(10)에 있어서의 초지향성 합성순서에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 동 도면에 나타나 있는 바와 같이, 초지향성 합성순서에는 소자사이 캘리브레이션처리(S1) 및 소자지향성데이터취득·보존처리(S2)로 이루어지는 페이즈(0)과, 소자지향성데이터참조처리(S3), 초지향성 웨이트계산처리 (S4),및 초지향성 합성처리(S5)로 이루어지는 페이즈(1)가 있다.
페이즈(0)에 있어서는, 우선, 소자사이 캘리브레이션처리(S1) 및 소자지향성데이터취득·보존처리(S2)를 한다. 어레이안테나를 베이스밴드로 합성할 때(디지털빔포밍)는 안테나소자로부터 입력되어 베이스밴드로 변환되는 경로에 있어서, 전달함수가 각 안테나소자사이에서 동일하게 되는 것이 필요하다. 어떤 전파가 입력될 때에, 안테나소자사이에서 생기는 위상차 및 진폭차가 베이스밴드에 있어서도 유지되는 것은 어렵다. 이 때문에, 미리 안테나소자사이의 위상차 및 진폭차를 측정하여(S1), 이것을 보존한다 (S2). 그리고, 이 보존한 데이터를 사용하여 운용시에 보정한다.
소자지향성 데이터메모리(11)에 보존해 둔 데이터는 도 4에 나타나 있는 바와 같은, 어레이안테나를 구성하는 각 안테나소자(A-1∼A-4) 각각에 대한 지향성패턴에 대한 데이터(디지털데이터)이다. 동 도면에 나타나 있는 데이터는 세로축이 각도(안테나를 중심으로 하는 방향)에서, 세로축이 지향성 이득이다.
구체적으로는, 도 5에 나타나 있는 구성을 사용하여 안테나소자(A-1 ∼A-4) 각각의 상호간의 위상차 및 진폭차를 측정하고 보존한다. 즉, 각 안테나소자(A-1∼A-N) 각각에 대응시켜 수신기(R-1∼R-N)를 설치한다. 각 안테나소자(A-1∼A-N)와 수신기(R-1∼R-N)와의 사이에는, 필터(f-1∼f-N) 및 앰프(g-1∼g-N)를 설치해 둔다. 이러한 구성에 있어서 각 안테나소자(A-1∼A-N)에 의해서 수신한 아날로그신호를, 필터(f-1∼f-N) 및 앰프(g-1 ∼g-N) 및 수신기(R-1∼R-N)에 의해서 베이스밴드신호로 변환하여, 소자지향성데이터를 얻는다. 이 데이터를 소자지향성 데이터메모리(11)에 보존한다.
이상과 같이, 소자사이 캘리브레이션처리(S1) 및 소자지향성데이터취득·보존처리(S2), 즉 상기의 페이즈(0)에 있어서는, 상기의 지향성패턴데이터를 미리 측정하여, 이것을 소자지향성 데이터메모리(11)에 보존한다.
다음에, 도 2에 있어서의 초지향성 웨이트생성부(12)에 있어서의 처리, 즉 도 3에 있어서의 소자지향성데이터참조처리(S3), 초지향성 웨이트계산처리(S4) 및 초지향성합성처리(S5)에 대해서 설명한다. 이들의 처리(S3 ∼S5) 즉 상기의 페이즈(1)에서는, 소자지향성 데이터메모리(11)에 보존되어 있는 소자지향성데이터를 참조하여, 어레이안테나에 대한 SNR을 최대로 하기 위한 웨이트데이터를 구한다.
본 시스템에 있어서는, 어레이안테나에 대한 SNR을 최대로 하기 위한 수법으로서, 예를 들면, Robert J. Dinger, Donald R. Bowling, and Anna M. Martin에 의한 문헌 "A Survey of Possible Passive Antenna Application of High-Temperature Superconductors", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 39, NO. 9, p. 1503, (sept. 1991)에 기재되어 있는 수법을 사용한다. 동 문헌에 기재되어 있는, SNR을 최대로 하기 위한 웨이트데이터를 계산하는 수법에 대하여, 이하 설명한다.
우선, 각도 θ의 함수인 지향성함수 f(θ)는 식(1)과 같이 된다.
여기서, Wn= Anejθ, k = 2π/λ(λ는 파장)이다. 그리고, 식(1)에서의 웨이트 Wn은, 식(2)의 벡터 Wn로 주어진다.
식(2)에 있어서, T는 전치행렬인 것을 나타내고 있다. 소자지향성데이터를 An(θ)로 하면, 신호 벡터는,
이 된다. 식(1)을 간략화하면, 식(4)과 같이 된다.
각도 θ의 함수인 신호출력전력은 식(5)과 같이 된다.
여기서, 식(5)의 우변의 P는 무거운 스펙트럼 밀도행렬(cross- spectral density matrix)이고, P = SS*로 주어지는 텐솔곱이다.
한편, 노이즈출력전력은 식(6)과 같이 된다.
여기서, 식(6)의 우변의 R은 노이즈 공분산행렬(noise covariance matrix)이고, 식(7)으로 주어진다.
식(7)에 있어서, ni(t)은 소자 i에서의 노이즈이고, 시간(t)의 함수이다.식(5) 및 식(6)을 결합하면, θ의 함수인 SNR(θ)은 식(8)으로 주어진다.
이 식(8)으로 주어지는 SNR(θ)을 최대로 하는 W는,
웨이트데이터 Wopt는 식(10)으로 주어진다.
안테나Q는 식(11)로 주어진다.
이상이 도 3 중의 소자지향성데이터참조처리(S3) 및 초지향성 웨이트계산처리(S4)이다. 상기의 식(10)에 의해서 요구되는 웨이트데이터 Wopt를 사용하여, 도 3 중의 초지향성합성처리(S5)가 행하여진다.
이상과 같이, 이 시스템에 의하면, 소자간격이 좁은(초지향성을 실현할 수 있는 소자간격) 어레이안테나, 초지향성 웨이트생성회로 및 베이스밴드수신·합성계통에 의해, 도 1(b)과 같은 지향성패턴 및 도 1(c)과 같은 리턴로스특성을 갖는 초지향성안테나를 실현할 수가 있다.
또, 도 1에서는, 어레이안테나는 직선배열로 되어 있지만, 원고리형상이나 평면형상 등의 임의의 배열에 대해서도 본 실시예를 적용할 수 있는 것은 명백하다.
(제 2 실시예)
본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 2 실시예의 구성이 도 6(a)에 나타나 있다. 본 실시예에 있어서도 소자간격 λ/4이하의 어레이안테나를 사용한다. 본 실시예는, 상술한 제 1 실시예(도 1)에 있어서, 각 소자의 베이스밴드디지털신호가 복수계통의 처리장치에 분배되는 구성이다. 본 예에서는 N개의 계통#1∼#N에 분배되어 있다. 그리고, 각 계통 각각에 대하여, 초지향성 웨이트생성회로(10-1∼10-N), 및 웨이트부(30-1∼30-N)를 설치하고 있다. 이들 초지향성 웨이트생성회로(10-1∼10-N) 및 웨이트부(30-1∼30-N)에서의 처리는 상술한 제 1 실시예의 경우와 마찬가지다.
이러한 구성에 의하면, 안테나소자 및 수신기가 가질 수 있는 대역내에서 복수의 서브대역용의 합성을 복수의 처리장치가 분담할 수가 있다.
요컨대, 본 실시예는 초지향성 합성회로 자체가 좁은 대역필터의 기능을 갖는 구성이다. 이 구성에 의해, 동 도면(b) 및 (c)에 표시되어 있도록, 시스템전체에서의 대역을 확대하여, 넓은 대역화를 실현할 수가 있다.
(제 3 실시예)
본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 3 실시예의 구성이 도 7에 나타나 있다. 본 실시예에 있어서도 소자간격 λ/4이하의 어레이안테나를 사용한다. 본 실시예는, 상술한 제 1 실시예(도 1)에 있어서, 듀플렉서(20)를 추가하고, 송신기(Tx)(T-1∼T-4) 및 웨이트부(30-T)를 포함하는 송신계통을 부가한 구성이다. 즉, 안테나소자(A-1∼A-4)에 의한 안테나를, 수신계통 및 송신계통에 대해서 공통으로 사용하고 있다. 초지향성 웨이트생성회로(10) 및 웨이트부(30-T 및 30-R)에서의 처리는, 상술한 제 1 실시예의 경우와 마찬가지이다.
이러한 구성에 의해, 송신시에 있어서도, 초지향성합성을 실현할 수 있다. 본 실시예에서는 공통안테나를 사용하기 때문에, 안테나소자수를 증가시키지 않고, 수신계통 및 송신계통을 갖는 시스템전체를 소형화할 수 있다.
(제 4 실시예)
본 발명에 의한 초지향성 어레이안테나시스템의 제 4 실시예의 구성이 도 8에 나타나 있다. 본 실시예에 있어서도 소자간격 λ/4이하의 어레이안테나를 사용한다. 본 실시예는, 상술한 제 1 실시예(도 1)에 있어서, 안테나소자(A-1R∼A-4R)에 의한 수신계통과 안테나소자(A-1T∼A-4T)에 의한 송신계통을 따로따로 설치하여, 양 계통에 공통에 초지향성 웨이트생성회로(10)를 설치한 구성이다. 초지향성 웨이트생성회로(10) 및 웨이트부(30-T 및 30-R)에서의 처리는 상술한 제 1 실시예의 경우와 마찬가지이다.
이러한 구성에 의해, 송신시에 있더라도 초지향성합성을 실현할 수 있다. 본 실시예에서는 공통의 초지향성 웨이트생성회로를 사용하기 때문에, 동 회로의 개수를 증가시키지 않고, 수신계통 및 송신계통을 갖는 시스템전체를 소형화할 수 있다.
그런데, 이상 설명한 초지향성 어레이안테나시스템에 있어서는, 아래와 같은 초지향성 어레이안테나제어방법이 실현되어 있다. 즉, 복수의 안테나소자로 구성되어 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나의 제어방법으로,상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자 각각의 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하는 웨이트생성스텝과, 이 웨이트생성스텝에 있어서 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 행하는 가중스텝을 포함하는 제어방법이 실현되어 있다. 이 때, 상기 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격은 수신 및 송신의 적어도 한쪽이 이루어지는 신호에 대한 1/4파장 이하의 간격이다.
그리고, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는, 잡음에 대한 신호의 비를 최대로 하는 웨이트데이터를 생성한다. 또한, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는 복수의 안테나소자에 대한 캘리브레이션처리와, 이 처리부에 의해서 취득되는 지향성데이터에 대한 보존처리와, 이 보존처리된 지향성데이터를 참조하여 상기 웨이트데이터를 계산하는 웨이트계산처리를 한다.
이상의 제어방법을 채용한 경우, 디지털빔 합성에 의해 다소자·넓은 대역의 초지향성 어레이안테나를 실현할 수가 있다.
청구항의 기재에 관하여, 본 발명은 또한 이하의 형태를 만들 수 있다.
(1) 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나와, 각각의 소자에 접속된 수신기와, 각각의 소자지향성데이터를 기록·축적하는 장치와, 초지향성합성회로를 탑재하여 디지털빔 합성에 의해 초지향성을 실현하는 안테나장치.
(2) 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나와, 안테나출력을 분배하는 분배기와 각각의 소자에 접속된 수신기와, 각각의 소자지향성데이터를 기록·축적하는 장치와 초지향성 합성회로를 탑재하여 디지털빔 합성에 의해 초지향성을 실현하는 안테나장치.
(3) 상기(1)의 안테나장치에 있어서, 각각의 소자에 듀플렉서와, 그것에 접속된 송신기를 갖는 안테나장치.
(4) 상기(1)의 안테나장치에 있어서, 송신전용의 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나와, 그것에 접속된 송신기를 갖는 안테나장치.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 복수의 안테나소자 각각의 위상차 및 진폭차와 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하여, 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 각 안테나소자에 대하여 가중을 행하는 것에 의해, 종래 불가능하였던 다소자 초지향성 어레이안테나를 실현할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 이러한 구성을, 안테나소자에 대하여 복수계통 설치하는 것에 의해, 넓은 대역통신시스템에 적용할 수 있는 안테나시스템을 실현할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 송신측 및 수신측의 안테나를 공통화하거나, 웨이트데이터의 생성 및 가중을 공통의 구성으로 하는 것에 의해, 시스템전체를 소형화할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 복수의 안테나소자로 구성되어 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나를 포함하는 초지향성 어레이안테나 시스템으로서, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자 각각의 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하는 웨이트생성수단과, 이 웨이트생성수단에 의해 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 하는 가중수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초지향성이 실현되는 소자간격은 수신 및 송신의 적어도 한쪽이 이루어지는 신호에 대한 1/4파장 이하의 간격인 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이트생성수단은 잡음에 대한 신호의 비를 최대로 하는 웨이트데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이트생성수단은 복수의 안테나소자에 대한 캘리브레이션처리와, 이 처리부에 의해서 취득되는 지향성데이터에 대한 보존처리와, 이 보존처리된 지향성데이터를 참조하여 상기 웨이트데이터를 계산하는 웨이트계산처리를 행하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 어레이안테나에 대한 신호계통을 복수로 분기하여, 이 분기된 복수의 신호계통 각각에 상기 웨이트생성수단을 설치한 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 어레이안테나에 대한 신호계통을 송신용 및 수신용으로 분기하여, 이 분기된 송신용 및 수신용의 신호계통에 공통에 상기 웨이트생성수단을 설치한 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 어레이안테나를 송신용 및 수신용에 각각 설치하여, 그것들 어레이안테나에 대하여 공통으로 설치된 웨이트생성수단에 의해 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 그들 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 행하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나시스템.
  8. 복수의 안테나소자로 구성되어 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격을 갖는 어레이안테나의 제어방법으로서, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자 각각의 지향성데이터에 따라서 웨이트데이터를 생성하는 웨이트생성스텝과, 이 웨이트생성 스텝에 있어서 생성된 웨이트데이터를 사용하여, 상기 어레이안테나를 구성하는 복수의 안테나소자에 대하여 가중을 행하는 가중스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 초지향성을 실현할 수 있는 소자간격은 수신 및 송신의 적어도 한쪽이 이루어지는 신호에 대한 1/4파장 이하의 간격인 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나제어방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는, 잡음에 대한 신호의 비를 최대로 하는 웨이트데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나제어방법.
  11. 제 8 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨이트생성스텝에 있어서는, 복수의 안테나소자에 대한 캘리브레이션처리와, 이 처리부에 의해서 취득되는 지향성데이터에 대한 보존처리와, 이 보존처리된 지향성데이터를 참조하여 상기 웨이트데이터를 계산하는 웨이트계산처리를 행하는 것을 특징으로 하는 초지향성 어레이안테나제어방법.
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