KR20040071847A - 복수의 배열 안테나들이 구비된 이동용 위성-안테나 장치 - Google Patents

복수의 배열 안테나들이 구비된 이동용 위성-안테나 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이동 수단에 부착되어, 인공 위성으로부터의 무선 신호를 수신 및 처리하여 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송하는 위성-안테나 장치이다. 이 위성-안테나 장치는 적어도 n(n은 3 이상의 정수) 개의 배열 안테나들을 포함한다. 각각의 배열 안테나에서는 복수의 안테나 소자들이 배열된다. 또한, 배열 안테나들에 의하여 n각형이 형성되어, 배열 안테나들이 인공 위성에 대하여 서로 다른 방위각들을 갖도록 배치된다. 그리고, 인공 위성에 대한 이동 수단의 방위각에 따라 배열 안테나들중에서 한 배열 안테나의 수신 신호가 처리되어 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송된다.

Description

복수의 배열 안테나들이 구비된 이동용 위성-안테나 장치{Satellite-antenna apparatus for moving with plural array antennas}
본 발명은, 위성-안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량, 선박, 및 항공과 같은 이동 수단에 부착되어, 인공 위성으로부터의 무선 신호를 수신 및 처리하여 상기 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송하는 위성-안테나 장치에 관한 것이다.
통상적인 위성-안테나 예를 들어, 미국 특허 제5,943,324호에 제시된 위성-안테나는, 이동 수단에 고정됨에 따라, 이동 수단의 기울어짐 및 위치에 따라 인공 위성에 대한 위성-안테나의 방위각(azimuthal angle)이 수시로 변한다. 이에 따라, 위성-안테나의 수신 성능이 불안정하다는 본질적인 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 그 수신 성능을 안정적으로 극대화할 수 있고, 위성-안테나가 이동 수단 안에서 차지하는 공간을 줄일 수 있는 위성-안테나 장치를 제공하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 위성-안테나 장치의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 위성-안테나 장치의 구성을 보여주는 일측 단면도이다.
도 2는 도 1a의 위성-안테나 장치의 구성을 상세히 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1a 내지 2의 위성-안테나 장치의 한 엘.엔.비(Low Noise Block down converter)의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1a 내지 2의 위성-안테나 장치의 제어 회로를 보여주는 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
MA...위성 안테나 장치, 1...레이돔/편파판,
2a, 2b, 2c...배열 안테나들, 3a, 3b, 3c...능동 회로 보드들,
PS#1 내지 PS#1...위상 천이기, 41a, 41b, 41c...신호 합성부들,
6...제어 회로 보드, 61...지.피.에스(G.P.S) 신호 처리부,
62...자이로-신호 처리부, 63...제어부,
DRV...위상천이기 구동부, 9...지.피.에스(G.P.S) 수신부,
10X...X-자이로스코프, 10Y...Y-자이로스코프,
13a, 13b, 13c...엘.엔.비(Low Noise Block down converter)들,
41...KU-밴드 믹서, 42...중간-주파수 증폭기,
PS...전원 스위치, 15...F-커넥터,
SS...영역 선택 스위치, SBb...셋탑 박스,
TV...텔레비전.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 이동 수단에 부착되어, 인공 위성으로부터의 무선 신호를 수신 및 처리하여 상기 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송하는 위성-안테나 장치이다. 이 위성-안테나 장치는 적어도 n(n은 3 이상의 정수) 개의 배열 안테나들을 포함한다. 상기 각각의 배열 안테나에서는 복수의 안테나 소자들이 배열된다. 또한, 상기 배열 안테나들에 의하여 n각형이 형성되어, 상기 배열 안테나들이 상기 인공 위성에 대하여 서로 다른 방위각들을 갖도록 배치된다. 그리고, 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각에 따라 상기 배열 안테나들중에서 한 배열 안테나의 수신 신호가 처리되어 상기 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송된다.
상기 본 발명의 위성-안테나 장치에 의하면, 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각에 따라 상기 배열 안테나들중에서 한 배열 안테나의 수신 신호를 선택할 수 있다. 이에 따라, 상기 이동 수단의 기울어짐 및 위치에 따라 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각이 조정될 수 있다. 이에 따라, 상기 위성-안테나 장치의 수신 성능이 안정적으로 극대화될 수 있다. 또한, 상기 배열 안테나들을 움직이기 위한 별도의 구동 수단이 필요하지 않으므로, 상기 위성-안테나 장치가 이동 수단 안에서 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
도 1a, 1b 및 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위성-안테나 장치의 구성을보여준다. 도 3은 도 1a 내지 2의 위성-안테나 장치의 한 엘.엔.비(Low Noise Block down converter)의 내부 구성을 보여준다. 도 4는 도 1a 내지 2의 위성-안테나 장치의 제어 회로를 보여준다. 도 1a 내지 4에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다. 도 1에서 참조 부호 VR1 및 VR2는 각 회로에 바이어스 전압을 공급하기 위한 전압 조정기들을 가리킨다. 도 1에서 참조 부호 PS는 전원 스위치를 가리킨다.
도 1a 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 위성-안테나 장치는, 이동 수단에 부착되어, 인공 위성으로부터의 무선 신호를 수신 및 처리하여 이동 수단 안의 텔레비전(TV)의 셋탑 박스(SBb)에 전송하는 위성-안테나 장치이다. 여기서, 셋탑 박스(SBb)는 디.비.에스(Direct Broadcast Satellite) 수신기(SBb)의 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 위성-안테나 장치는 3 개의 배열 안테나들(2a, 2b, 2c)을 포함한다. 각각의 배열 안테나에서는 64 개의 안테나 소자들(제1 배열 안테나의 경우 ANT#1 내지 ANT#64)이 배열된다. 또한, 3 개의 배열 안테나들(2a, 2b, 2c)에 의하여 3각형이 형성되어, 배열 안테나들(2a, 2b, 2c)이 인공 위성에 대하여 서로 다른 방위각들을 갖도록 배치된다. 그리고, 인공 위성에 대한 이동 수단의 방위각에 따라 배열 안테나들(2a, 2b, 2c)중에서 한 배열 안테나의 수신 신호가 처리되어 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스(SBb)에 전송된다.
본 발명에 따른 위성-안테나 장치는 레이돔/편파판(1), 배열 안테나들(2a, 2b, 및 2c), 능동 회로 보드들(3a, 3b, 3c), 신호 합성부들(41a, 41b, 41c), 엘.엔.비들(13a, 13b, 13c, Low Noise Block down converters), 영역 선택 스위치(SS), 기울어짐 감지부로서의 X-자이로스코프(10X)와 Y-자이로스코프(10Y), 지.피.에스(Global Positioning System) 수신부(9), 및 제어 회로 보드(6)를 포함한다.
레이돔/편파판(1)은, 안테나 장치(MA)의 내부를 보호하며, 선편파 신호(Linear Polarization signal)를 원편파 신호(Circular Polarization signal)로 변환시킨다.
도 2에서 참조 부호 BIAS는 바이어스 전압 공급기들을 가리킨다.
각각의 안테나 소자(제1 배열 안테나인 경우 ANT#1 내지 ANT#64)로부터의 수신 신호들은, 각각의 능동 회로 보드(3a, 3b, 3c)에 구비된 저잡음 증폭기들(제1 배열 안테나 영역인 경우 LNA#1 내지 LNA#64)에 입력되어, 그 노이즈가 제거되고 증폭된다. 저잡음 증폭기들(LNA#1 내지 LNA#64)로부터의 출력 신호들은 4 개씩 그룹화되어, 각각의 능동 회로 보드(3a, 3b, 3c)에 구비된 16 개의 신호 합성 모듈들(제1 배열 안테나 영역인 경우 SC1 내지 SC16)에 입력된다. 신호 합성 모듈들(SC1 내지 SC16)로부터의 각 수신 신호들은 저잡음 증폭기들(제1 배열 안테나 영역인 경우 LNA#65 내지 LNA#80)을 통하여 위상 천이기들(제1 배열 안테나 영역인 경우 PS#1 내지 PS#16)에 각각 입력된다. 도 2에서 참조 부호 DRV는 위상 천이기들(PS#1 내지 PS#16)의 구동기들을 가리킨다.
각각의 위상 천이부(제1 배열 안테나 영역의 위상 천이부인 경우 PS#1 내지 PS#16)로부터의 출력 신호들은 상응하는 신호 합성부(41a, 41b, 41c)에서 합성된다. 각각의 신호 합성부(41a, 41b, 41c)로부터의 출력 신호들은 상응하는 엘.엔.비(Low Noise Block down converter, 13a, 13b, 13c)에 입력된다. 각각의 엘.엔.비(Low Noise Block down converter, 13a, 13b, 13c)로부터의 출력 신호들은 영역 선택 스위치(SS)에 입력된다. 영역 선택 스위치(SS)로부터의 선택 신호는 F-커넥터(15) 및 셋탑 박스(SBb)를 통하여 텔레비전(TV)에 입력된다.
그 구동부(DRV)에 의하여 동작하는 각각의 위상 천이부(제1 배열 안테나 영역의 위상 천이부인 경우 PS#1 내지 PS#16)는 저잡음 증폭부(제1 배열 안테나 영역의 위상 천이부인 경우 LNA#65 내지 LNA#80)로부터의 수신 신호들의 위상을 천이시킨다.
각각의 신호 합성부(41a, 41b, 41c)로부터의 합성 신호의 주파수는 약 12 기가헬쯔(GHz)의 KU-밴드에 속한다. 이에 따라, 각각의 엘.엔.비(13a, 13b, 13c)에 포함된 KU-밴드 믹서(도 3의 41)는, 셋탑 박스(SBb) 안의 디.비.에스(D.B.S) 수신기로부터의 저주파수 신호(LO)를 사용하여, 상응하는 신호 합성부(41a, 41b, 41c)로부터의 합성 신호의 주파수를 중간 주파수(Intermediate Frequency)로 변환시킨다. KU-밴드 믹서(41)로부터의 중간 주파수 신호는 중간-주파수 증폭기(도 3의 42)에서 증폭되어, 영역 선택 스위치(SS)에 입력된다.
기울어짐 감지부로서의 X-자이로스코프(10X)와 Y-자이로스코프(10Y)는 이동 수단의 기울어짐을 감지하여 기울어짐 신호를 발생시킨다. 수평면이 X축 및 Y축의 좌표들을 가지고 수평면의 수직축이 Z축으로 설정된 경우, X-자이로스코프(10X)는 X축과 Z축 좌표의 기울어짐 신호를 발생시키고, Y-자이로스코프(10Y)는 Y축과 Z축좌표의 기울어짐 신호를 발생시킨다.
지.피.에스(G.P.S) 수신부는 지.피.에스(G.P.S)로부터 이동 수단의 위치 정보를 수신한다. 지.피.에스(G.P.S)로부터의 이동 수단의 위치 정보는 위도, 경도, 및 진행 방위를 포함한다.
제어 회로 보드(6) 안의 제어 구동부(도 4의 61, 62, 및 63)는 지.피.에스(G.P.S) 신호 처리부(61), 자이로-신호 처리부(62), 및 제어부(63)를 포함한다. 지.피.에스(G.P.S) 신호 처리부(61)는 지.피.에스(G.P.S) 수신부(9)로부터의 위도, 경도, 및 진행 방위의 정보를 처리하여 이동 수단의 수평면 좌표 즉, X축 및 Y축의 좌표를 계산한다. 자이로-신호 처리부(62)는 X-자이로스코프(10X) 및 Y-자이로스코프(10Y)로부터의 기울어짐 신호들을 처리하여 이동 수단의 기울어짐 각도(tilt angle)를 계산한다. 제어부(63)는, 지.피.에스(G.P.S) 신호 처리부(61)로부터의 XY 좌표와 자이로-신호 처리부(62)로부터의 기울어짐 각도를 처리하여, 인공 위성에 대한 이동 수단의 현재 방위각과 가상적 현재 앙각(elevation angle)을 계산한다. 또한, 제어부(63)는, 이동 수단의 현재 방위각이 목표 방위각에 근접하도록 영역 선택 스위치(SS)를 제어하고, 이동 수단의 가상적 현재 앙각이 목표 앙각이 되도록 위상천이기 구동부(DRV)를 제어한다.
이에 따라, 영역 선택 스위치(SS)에서 선택되어 출력되는 신호는, 이동 수단의 현재 방위각에 상응하여 인공 위성에 대한 목표 방위각에 근접되게 위치한 어느 한 배열 안테나(2a, 2b, 또는 2c)의 수신 신호가 처리된 신호이다. 또한, 각각의 위상 천이부(제1 배열 안테나 영역의 위상 천이부인 경우 PS#1 내지 PS#16)로부터출력되는 신호는, 이동 수단의 가상적 현재 앙각에 상응하여 인공 위성에 대한 목표 앙각을 가지는 어느 한 선택된 배열 안테나(2a, 2b, 또는 2c)의 수신 신호가 처리된 신호이다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 위성-안테나 장치에 의하면, 인공 위성에 대한 이동 수단의 방위각에 따라 상기 배열 안테나들중에서 한 배열 안테나의 수신 신호를 선택할 수 있다. 이에 따라, 상기 이동 수단의 기울어짐 및 위치에 따라 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각이 조정될 수 있다. 이에 따라, 상기 위성-안테나 장치의 수신 성능이 안정적으로 높아질 수 있다. 또한, 상기 배열 안테나들을 움직이기 위한 별도의 구동 수단이 필요하지 않으므로, 상기 위성-안테나 장치가 이동 수단 안에서 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
추가적으로, 상기 위상 천이부를 제어함에 의하여 인공 위성에 대한 이동 수단의 앙각이 간접적으로 조정될 수 있으므로, 위성-안테나 장치의 수신 성능이 안정적으로 보다 높아질 수 있다. 또한, 배열 안테나들이 지상의 수평면을 기준으로 소정 각도의 기울기를 가질 필요가 없으므로, 위성-안테나 장치가 이동 수단 안에서 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (2)

  1. 이동 수단에 부착되어, 인공 위성으로부터의 무선 신호를 수신 및 처리하여 상기 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송하는 위성-안테나 장치에 있어서,
    적어도 n(n은 3 이상의 정수) 개의 배열 안테나들을 포함하고,
    상기 각각의 배열 안테나에서 복수의 안테나 소자들이 배열되며,
    상기 배열 안테나들에 의하여 n각형이 형성되어, 상기 배열 안테나들이 상기 인공 위성에 대하여 서로 다른 방위각들을 갖도록 배치되고,
    상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각에 따라 상기 배열 안테나들중에서 한 배열 안테나의 수신 신호가 처리되어 상기 이동 수단 안의 텔레비전의 셋탑 박스에 전송되는 위성-안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 배열 안테나의 안테나 소자들로부터의 수신 신호들의 위상을 천이시키는 n 개의 위상 천이부들;
    상기 각각의 위상 천이부로부터의 수신 신호들을 합성하는 n 개의 신호 합성부들;
    상기 n 개의 신호 합성부들로부터의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 영역 선택 스위치;
    상기 이동 수단의 기울어짐을 감지하여 기울어짐 신호를 발생시키는 기울어짐 감지부;
    지.피.에스(G.P.S)로부터 상기 이동 수단의 위치 정보를 수신하는 지.피.에스(G.P.S) 수신부; 및
    상기 기울어짐 감지부로부터의 기울어짐 신호와 상기 지.피.에스(G.P.S) 수신부로부터의 위치 정보를 처리하여, 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 방위각에 따라 상기 영역 선택 스위치를 제어하고, 상기 인공 위성에 대한 상기 이동 수단의 앙각에 따라 상기 위상 천이부들을 제어하는 제어 구동부를 포함한 위성-안테나 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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