KR20050006997A - 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치 - Google Patents

차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20050006997A
KR20050006997A KR1020030046998A KR20030046998A KR20050006997A KR 20050006997 A KR20050006997 A KR 20050006997A KR 1020030046998 A KR1020030046998 A KR 1020030046998A KR 20030046998 A KR20030046998 A KR 20030046998A KR 20050006997 A KR20050006997 A KR 20050006997A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
dipole
satellite
diversity
reception
Prior art date
Application number
KR1020030046998A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100539650B1 (ko
Inventor
린덴마이어하인즈
Original Assignee
푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게 filed Critical 푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게
Priority to KR10-2003-0046998A priority Critical patent/KR100539650B1/ko
Publication of KR20050006997A publication Critical patent/KR20050006997A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100539650B1 publication Critical patent/KR100539650B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0802—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection
    • H04B7/0822—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection according to predefined selection scheme
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18523—Satellite systems for providing broadcast service to terrestrial stations, i.e. broadcast satellite service

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

다이폴(dipole) 특성을 갖는 복수의 안테나에 의해 원 편파(circularly polarized waves) 및/ 또는 수직 편파(vertically polarized waves)를 수신하기 위한 결합 시스템으로 구성되고, 이들의 확장은 파장의 3/4보다 더 크지 않은, GHz 주파수 범위에 대한 자동차용 수신 안테나 장치.
다이버시티 기능을 구현하기 위하여, 다이버시티 면에서 상이하고 상기 다이폴 특성을 갖는 안테나(3)로부터 수신되는 적어도 하나의 두 신호가 보다 적합한 하나 혹은 복수의 수신 신호(4)를 선택하기 위해 다이버시티 수신(5)을 위한 적어도 하나의 안테나 접속점에 선택적으로 공급되는 방식으로 구현되는 리버싱 장치(reversing device)(2)가 존재한다.

Description

차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치{RECEPTION ANTENNA ARRANGEMENT FOR SATELLITE AND/OR TERRESTRIAL RADIO SIGNALS ON MOTOR VEHICLES}
예를 들어 SDARS로 알려져 있는 위성 무선 시스템과 같은 위성 무선 시스템들의 위성 무선 신호는 일반적으로 원 편파(circular polarization)로 전송된다. 실질적으로 자유 무선를 갖는 수신 영역에 대해서는, 20 또는 30도 보다 큰 상승각(angles of elevation)에 대해 이득이 약 3dBi인 방위 라운드도(azimuthal round diagram)을 갖는 방향도가 신호들의 수신을 위해 요구된다. 이런 유형의 안테나 및 방향도(directional diagram)가 충족해야 하는 요건들은, 예를 들면 PATSIOKAS ET AL: Satellite; SAE 2001-01; ISSN 0148-7191; 3/2001에 설명되어 있다. 낮은 상승 각의 범위에 있는 이득에 대해 상대적으로 높은 요건은 위성의 위치로 인해 빈번히 발생하는 위성 무선파의 낮은 입사각에 의해 조절된다.
위성 무선 시스템에 대한 위성 무선 신호의 공급을 지원하기 위해, 예를 들어 SDARS 시스템과 연결된 특별한 경우에 위성 무선 주파수로부터 약간 벗어나는 전송 주파수로 지상 무선국에 의한 추가 공급을 위한 준비가 이루어진다. 지상 방사파는 수직으로 편향된다. 따라서, 이 신호들의 수신을 위해, 가파른 방사와 관련하여 높은 이득값을 생략하고 낮은 입사각에서 증가된 이득을 갖는 수신 안테나의 라운드도, 예를 들어, 대략 수직의 직선형 안테나의 방향도를 방위각으로 나타내는 것이 목표이다. 이런 유형의 안테나의 조합은 또한 인용된 문헌 자료에 특정되어 있다. 작은 타임 오프셋으로 수신기에 도달하는, 지상 무선국의 동일한 정보 내용을 전송함으로써 밀집 영역에 특별히 추가 공급이 제공된다. 빌딩, 나무 등에 의한 차단에 의해 위성 무선 접속의 불연속성이 발생하는 경우에도, 총 수신 정보는 수신기의 디지털 평면에서 조정되고 통합되어 무선 신호를 형성한다. 무선 신호에 대한 전송 안전성을 더 지원할 목적으로, 제2의 타임 오프셋 위성 신호의 수신을 위한 SDARS 시스템과 관련하여 최적 수신 결과의 확보를 보장하기 위한 동일한 정보 내용을 제공한다.
특히, 도심 지역에 있어서, 위성으로부터 직접 입사되는 파는 물체 상에서 산란되는 파와 흔히 중첩되기 때문에, 안테나 수신 신호는 라이스 분포(Rice distribution)가 발생하고, 위성과의 직접적인 시야(sight) 연결이 차단되면, 레일리 분포(Rayleigh distribution)도 또한 빈번히 발생할 것이다. 이로 인해 발생된 국부적인 신호 페이딩(local signal fading)은 신호 페이딩의 깊이로 인해, 그리고 수신기의 위성 무선 신호의 낮은 신호 레벨에 의해, 약 2.3 GHz의 주파수에서도 정보의 실질적인 손실을 유발시킬 수 있다는 것을 측정으로부터 알 수 있다. 이들 효과들이 방해되더라도, 예를 들면 2개의 위성 신호들을 다중 공급하는 SDARS 시스템과 관련한 추가적인 지상 공급을 하는 도심 지역이더라도, 무선 접속의 차단(또는 손실)은 고립된 경우에만 발생하는 것은 아니다. 이러한 차단을 다시 행하는 것은 수신기에서 개별적으로 수신된 정보의 요소들에 대하여 요구되는 조정 및 동기화로 인해 많은 양의 시간을 소비한다.
도심 지역에서의 수신 레벨의 측정 결과가 도 1에 도시된 예로서 나타나는 레벨 변동이다. 도 1에 도시된 레일리 분포는 평륜 레벨값 Um을 갖는다. 실제 레벨이 Un으로 표시되는 잡음 임계치에 미달되면, 간섭이 발생할 것이다. 간섭 확률 ps는 드라이브의 과정에서 간섭이 발생하는 상대적인 시간 간격의 합을 나타낸다.
분리된 출력들을 갖고, 원 편파용 안테나 및, 필요하다면, 수직 편파용 안테나를 갖는 수신 시스템의 문제점은, 이 유형의 레벨 페이딩이 도 1에 도시된 크기 순서로 위성 수신 신호 및 지상 수신 신호 모두의 분포 영역에서 발생할 수 있다는 점에 있다. 이를 구체화하기 위해, 수신 레벨의 측정된 가능한 밀도 분포와, 동일한 효과의 값 Um을 갖는 이론적으로 얻어진 레일리 분포가 도 3에서 비교된다.
따라서, 본 발명의 과제는 독립 청구항의 전반부에 따른 수신 장치에서의 이러한 문제점을 피하는 것이고, 간섭 확률을 실질적으로 줄이고 결과적으로 분포되지 않은 입사파 영역과 다중 방향 전파 영역 모두에서 신호의 품질을 상당히 향상시키는 것이다.
이 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항의 특징부에 의해 해결된다.
도 1은 시간에 따른 레벨 곡선을 이용하여 간섭 확률 p, 신호 품질 q 및 다이버시티 효율(diversity efficiency) n의 정의를 나타낸 도면.
도 2는 이동 거리 s에 따른 3개의 상이한 안테나 신호들 및 그 포락선을 나타낸 신호 곡선들.
도 3은 측정값의 레벨 곡선과 이론값의 레벨 곡선의 확률 밀도를 비교한 도면.
도 4a는 본 발명에 의해 정의된 안테나 장치를 도시한 도면.
도 4b는 도 4a와 유사하며, 지상 및 위상 수신용 수신기가 추가된 도면.
도 5a는 도전 평면 상에 다이폴 특성을 갖는 프레임의 수직도.
도 5b는 도전 평면 상에 분리점 및 용량성 소자를 갖는 프레임에 대한 수직도.
도 6a는 도전체 그라운드 상의 전기적 다이폴에 대한 수평도.
도 6b는 상부 우측에 도시된 다이폴의 수직도이고 상부 좌측은 그의 3차원 방향도.
도 7a 내지 도 7c는 "반전된-V"형의 다르게 설계된 안테나들의 수직 방향도.
도 8a 및 도 8b는 각각 상부 우측에 도시된 도전 평면 위의 U-애드콕-안테나(U-Adcock-antenna)의 수평 및 수직도이고 상부 좌측은 그의 3차원 방향도.
도 9는 본 발명에 의해 정의된 바와 같이 지상 접속 게이트와 위성 접속 게이트를 갖는 다이폴 특성 및 리버싱 장치(reversing device)를 갖는 안테나 장치를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 의해 정의된 바와 같이 지상 접속 게이트와 위상 접속 게이트를 갖는 다이폴 특성 및 리버싱 장치 뿐만 아니라 추가의 접속 게이트를 갖는 안테나 장치를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 의해 정의된 바와 같이 다이폴 특성을 갖는 안테나의 상대적인 진폭 및 위상 응답을 방위각(azimuth angle) φ에 대해 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 의해 정의된 바와 같이 다이폴 특성을 갖고, "반전된-V"형의 다이폴들, 및 지상 수신 신호를 분리시키기 위한 고주파 분리를 갖는 안테나 장치를 나타낸 도면.
도 13은 상이한 다이버시티 효율 n 값들에 대한 각각의 안테나 SNDS의 신호 대 잡음 레벨에 따른 다이버시티 모드의 신호/잡음 거리 SND를 나타낸 도면.
도 14는 다이버시티 효율 n의 상이한 값들에 대한 각각의 SNDS의 신호의 신호 대 잡을 레벨에 따른 다이버시티 모드의 에러 확률 및 수학적 도출을 도시한 도면.
도 15는 본 발명에 의해 정의된 바와 같이 서로 독립적이고 각각 모든 가능한 안테나 신호들에 대한 액세스를 갖는 위성 및 지상 수신 모두를 위한 다이버시티 시스템을 갖는 안테나 장치를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
0: 수신 안테나 장치
1: 수신 안테나
2: 리버싱(변경) 장치
3: 다이폴 특성을 갖는 안테나(D1, D2)
4: 더 바람직한 수신 신호
5: 다이버시티 수신을 위한 안테나 접속점
6: 위성 접속 게이트
7: 지상 접속 게이트
M: 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나
8: 프레임 안테나
9: 수평으로 지향된, 도전성 기저면
10: 전기적 다이폴
11: 수직 중심선
M: 수직 모노폴 안테나
S: 대칭점
12: 반전된 V 다이폴
13: 다이폴 수신 신호
14: 모노폴 수신 신호
15: 부가적인 안테나 접속점
18: 위성 수신기
19: 지상
20: 증폭기
21: 고주파 분리
22: 다이버시티 프로세서
본 발명은 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
본 발명에 따르면, 다이버시티 기능을 도출하기 위해, 다이폴 특성을 갖는 안테나로부터 조합되고, 위성 수신을 위한 원 편파용의 방향도를 생성하는 위상 요소와 함께 스위칭되거나, 또는 지상 신호들을 수신하기 위한 수직 모노폴을 갖는, 특정 형태의 안테나와 관련될 수 있다. 이러한 안테나로부터 독립적으로 수신된 다이폴 특징을 갖는 상이한 안테나의 3개의 수신 신호들의 일반적인 레벨 곡선 A1 내지 A3이 도 2에 도시된다.
두껍게 표시한 포락선은, 다이버시티 프로세서 및 리버싱(또는 변경) 장치의 도움으로 선택될 수 있고 수신기로 스위칭될 수 있는 가장 강한 신호의 특징을 갖는다. 따라서, 본 발명은, 서로 떨어져 있고 적절하게 무상관한 안테나로써 사용가능한 다이폴 특성을 갖는 안테나로부터 안테나에 결합된 개별 안테나들을 렌더링 하는 것을 포함한다.
도 4a는 본 발명의 가장 단순한 형태를 표현하는 수신 안테나 장치를 보여준다. 이 장치는 위성 접속 게이트(6) 상의 원 편파된 위성 신호의 수신, 및 지상 게이트 접속 상의 수직 편파된 지상 신호의 수신을 위해 설계되는 형태의 수신 안테나를 포함한다. 본 발명에 따라, 다중 방향 무선 영역에서, 무상관한 방식으로 양측 게이트 상에 발생하는 레벨 페이딩 이벤트에 기인하는, 위성 접속 게이트(6)의 지상에 대한 상부 지상 신호(superior terrestrial signal)를 수신하는 것 및, 그 역으로, 지상 접속 게이트(7) 상의 더욱 바람직한 위성 수신 신호를 수신하는 것이 이제 가능하다. 이것은 본 발명에 따라, 다이버시티 수신부(5)에 대해 더 양호한 수신 신호를 안테나 접속 포인트에 제공하는 리버싱 장치의 도움으로 달성된다. 이것은 스위칭된 다이버시티 안테나와 관련한 경우이기 때문에, 리버싱 장치(2)는 이에 따라 수신기로부터 제어된다. 따라서, 결합된 지상의 지지를 갖는 위성 전파에 대해, 위성 수신기(18) 및 지상 수신기(19)를 포함하는 수신기가 이용되고, 각각은 그 자신의 별도의 입력을 가지며, 이에 따라 각 입력을 위성 수신 및 지상 수신에 대해 대응하는 안테나에 접속할 수 있다.
본 발명의 다른 유용한 개선점에 따라, 리버싱 장치(2)는 도 4b에 이용된다. 리버싱 장치(2)에는 다이버시티 면에서 더욱 양호한 수신 신호(2)를 선택하기 위한 제1 리버싱 장치(2) 및 제2 리버싱 장치(2)가 있다. 이 리버싱 장치들(2a, 2b) 각각의 출력은 대응하는 입력, 즉 각각 지상 수신기(19) 및 위성 수신기(18)에 공급된다. 이러한 방식으로, 수신 안테나(1)의 위성 접속 게이트(6) 및 지상 접속 게이트(7) 상의 양측의 신호들은 다이버시티 프로세서(22)에 의한 선택을 위해 수신기의 양측 입력에 교대로 이용할 수 있다.
다이폴 특성을 갖는 안테나의 기본 구성이 다음에 설명된다. 공간 상에서 90도 만큼 편향하고, 그들의 수신 신호에 90도의 위상차를 중첩한 유사한 안테나와 결합되어 있는 이들 기본 구성은, 원 편파에 대한 방향도를 제공한다. 방위각으로 말하자면, 이에 관해서는 원 편파으로 수신된 신호에 대해 항상 라운드도가 필요하다. 그러나, 상이한 위성 궤도들에 대해 상이한 수직도들이 종종 필요하다. 이하에 기술하는 모든 안테나 장치들은 본 발명의 응용에 적합하다.
예를 들어, 도 5a는 도전 평면 상의 각도에 독립적인 고도도(angle-independent elevation diagram)를 나타낸다. 유사한 프레임이 도 5b에 도시되어 있으며, 이는 용량적으로 적절하게 배선된 적절한 분리 영역을 대칭적으로 도시한 것이고, 그 아래에는 그의 수직도를 도시한다. 이 도면의 약점은 천정각(zenith angle) 영역에서 공간적으로 90도 만큼 회전되고 위상이 90도 만큼 오프셋되어 있었던 동일한 프레임 다이폴과 상호 접속하면, 넓은 범위에서 방위각에 상관없는 수직도에 영향을 끼친다는 것이다. 본 발명에 따라, 수평 다이폴은 도 6b에 도시된 도전 평면 상부에서와 유사한 방식으로 이용되며, 도 6a는 수평도이고 도 6b는 수직도이다. 이러한 다이폴의 변형들이 도 7a 내지 7c에 도시되어 있으며, 이들은 수직도를 적절하게 생성(또는 형성)하기 위한 중요한 수직 콤포넌트를 갖는다. 이접속에 대하여 특히 필요한 것은, 도 7a에서 다이폴의 천정 영역에서 과도하게 높아지는 방사 - 반전된 V로 알려져 있음 - 가 감소해야만 한다는 것이다. 최종적으로, 도전 평면 상의 도 8에 도시된 한쌍의 모노폴(monopole)은 학문적으로 명칭 U-Adcock으로 알려져 있는 것으로, 또한 원 편파도를 생성하는 기능을 할 수도 있다. 공간도에 추가하여, 도 8a는 수평도를 나타내고, 두 8b는 이러한 구성의 수직도를 나타낸다.
도 5 내지 도 8에 도시된 안테나 다이폴 D1, D2의 모든 기본 구성들은 실질적으로 고도에 관계 없는 방위각 방향도를 포함한다. 다이폴의 공간 방향에 기초하여, 이 방위각 방향도는 도 6a와 도 8a에 도시된 바와 같은 코사인 형태의 방향도를 도시한다. 안테나 다이폴 D1 및 D2의 공간 방향을 오프셋함으로써 그리고 수신 전압에 90도의 위상차(또는 위상각)를 중첩함으로써, 전방위 방사(azimuthal omni-directional radiation)를 갖는 원하는 원 편파 방향도를, 여기에 도시하는 이러한 유형의 모든 다이폴 안테나가 획득할 수 있다. 따라서, 원 편파 방향도의 차는 수직도에 제한된다.
도 9는 본 발명에 의해 정의되는 수신 안테나 장치(0)를 도시한다. 이 장치의 수신 안테나(1)는 위성 접속 게이트(6)를 구현하기 위해 도 5a에 도시된 프레임 다이폴 안테나를 사용하여 구현되며, 프레임 안테나는 람다/2 길이의 케이블과 대칭되고, 그렇게 얻어진 프레임 전압은 서로에 대해 90도씩 위상이 바뀌고 합해져서, 위성 접속 게이트(6) 상에 원 편파 방향도를 형성하게 된다. 대칭성 때문에, 중심선(11)을 따라 다이폴 특성을 갖는 수직 편파 안테나 M을 도입하는 것이 가능하다. 이 안테나는 그의 하부단에 지상 접속 게이트(7)를 포함한다. 본 발명에 따라 도 4a와 관련한 상술된 설명과 유사한 방식으로, 위성 접속 게이트(6) 및 지상 접속 게이트(7)가 리버싱 장치(2)의 입력부에 접속되어, 다이버시티 기능을 위한 두 신호들이 다이버시티 수신용의 안테나 접속 사이트 내의 상기 리버싱 장치의 출력부 상에 교대로 형성된다.
본 발명의 다른 유용한 실시예에 있어서, 도 4에 채용된 것과 같은 리버싱 장치(2)는 위성 수신기(18) 및 지상 수신기(19) 양측에 대해 이러한 구성의 안테나를 갖는 다이버시티 기능을 획득할 목적으로 이용된다. 다이버시티의 관점에서 추가의 수신 신호를 형성할 목적으로, 추가의 리버싱 장치(2)가 이 접속에 이용되어, 반전(reversing)에 의해 90도의 위상각(또는 위상차)을 다이폴 수신 신호에 중첩하는 것을 막고 선택적 반전에 의해 별개의 다이폴 출력부 A1 혹은 A2 상에서 신호들이 선택적으로 이용가능하게 되도록 하는 방식으로 설계되며, 이들은 수신 안테나 시스템(0)에 포함된다. 서로 독립적으로 이용가능한 신호들의 수는 이 방법으로 상당량 증가된다.
본 발명과 관련하여 다이버시티 효율을 가능한 한 확장하도록 하여 렌더하기 위한 목적은 위에서 논의된 에러 확률 pd가 현저하게 감소되도록 하는 것이 목적이다. 상기 에러 확률은 도 1에 정의된다. 하나의 개별적인 안테나를 가질 때의 에러 확률과 비교하여, 이것은 다이버시티 안테나 시스템의 다이버시티 효율 n을 가져온다. 도 1에 따른 방법과 동일한 방법으로 정의된 바와 같이, 간섭 확률은 다이버시티 기능을 이용하여 pd로 감소된다. 따라서 다이버시티 효율 n은 다이버시티 모드에서 신호 품질 qd대 동일한 레일리 수신 필드에서 구동 중의 단일 안테나 모드 qs에 대한 비로서 정해진다. 신호 품질은 동일한 방법으로 도 1에서 정의된다.
주목할만한 다이버시티 효율을 위해서는 개별적인 수신 신호들이 서로 독립적일 것을 요구한다. 수신 안테나 장치를 위해 본 발명에서 정의된 바와 같이, 한 공간 방향에 기초한 방위각 방향도의 가변성 또는 다이폴 특성을 갖는 각각의 안테나의 상이한 방위각 위상 응답때문에, 레일리 수신 필드에서 n에 대해 비교적 높은 값들을 획득한다. 도 10의 안테나의 이들도의 기본적 구성은 도 11에서 다이폴 1(접속 A1), 다이폴 2(접속 A2), 원 편파에 대한 접속(접속 A3), 그리고 모노폴(접속 A4)에 대해 도시되어 있으며, 위의 도면은 진폭에 대한 상대적 의존성이, 아래 도면은 위상에 대한 방위각 의존성이 도시되어 있다.
따라서, 도 10에서, 도 9의 안테나의 다이폴 D1 및 D2 양측의 수신 전압은 그러한 수신 안테나 장치의 다이버시티 기능의 확장의 의미에서 다이버시티 기능에 대해 별도로 추가로 이용가능하게 된다. 이를 위하여, 추가의 리버싱 장치들(2)이 다이버시티 면에서 독립적인 추가적인 수신 신호를 형성하기 위해 도입되며, 이러한 신호들은 반전으로 다이폴 수신 신호(13)들에 90도 위상 차(또는 각도)를 중첩하는 것을 방해하고, 다이폴 수신 신호들(13)이 분리된 다이폴 출력 A1 및 A2 상에서 선택적 반전에 의해 선택적으로 이용가능하도록 하는 방식으로, 수신 안테나 장치에서 구성되고 도입된다. 이것은 실질적으로 획득할 수 있는 다이버시티 효율 n을 증대시킨다.
본 발명에 의해 정의된 수신 안테나 장치와 동일한 정도로 효과가 있는 장치에서는, 실질적으로 수평인 다이폴을 갖는 안테나가, 수평으로 지향된 도전성 기저면(9) 상방에 사용되며, 이에 따라 다이폴 특성을 갖는 수직 편파 안테나(M)를 생성하기 위하여, 캐리어의 최하점에서의 고주파 분리(21)에 의해, 대칭적으로 공급되는 다이폴(D1, D2)의 캐리어 내에 지상 접속 게이트(7)가 형성된다.
2개의 출력(A3, A4) 모두에 대해 신호 진폭의 전방위 수신(azimuthal omni-reception)이 조절(획득)되더라도, 2개의 출력들에 대한 신호의 방위 위상 응답은 기본적으로 상이하다. 도 11은 방위 위상 응답을 방위각에 따라 선형적으로 변화하는 가산 회로의 출력(A3) 상의 위상, 및 출력(A4) 상의 방위적으로 독립적인 위상 응답으로 나타낸다. 레일리(Rayleigh) 수신 필드에서 이동하는 차량에서 항상 2개 신호 이상을 스위칭 다이버시티로 선택할 경우, n=1.9의 다이버시티 효과를 갖는 안테나가 얻어진다. 이러한 접속에서는 대략의 관계가 적용될 수 있는데, Pd는 신호 페이딩에 의해 조건이 설정되는 2개 안테나 다이버시티 모드에서의 간섭 발생 확률을 나타내고, Ps는 동일한 레일리 필드에서 단일 안테나 모드에서의 간섭 발생 확률을 나타낸다. 따라서, 에러 확률의 감소는 다음의 수학식으로 주어진다.
또한, 2개의 추가 다이버시티 안테나 출력들(A1, A2)이 생성된다. 따라서, 원 편파된 신호용 출력(A3) 및 전방위 수신용 출력(A4)과 함께, 다이버시티 측면에서는 3개 신호들까지 이용가능하다. 아래의 표는 동등한 신호들의 개수 n을 나타내는데, 이는 스위칭 다이버시티 구성에서 개별적인 출력들에 대해 발생하는 신호들을 사용할 경우, 상기 정의에 따라 통계학적으로 서로 독립적이다.
도 11의 다양한 도면들로부터, 예를 들면, 도 10의 안테나 장치에 대해 접속 A1 내지 A4, 및 그리 높지 않은 고도로 입사되는 지상 신호 및 위성 신호들 모두에 대한 다이버시티 효율에 관하여 다음과 같은 값들이 얻어진다.
출력 번호 n
본 발명에서 얻어지는 진보성을 나타내기 위하여, 도 13은 다이버시티 모드의 에러 확률 Pd를 SNDs의 함수로서 나타낸다. 이 도면에서, SNDs는 신호-대-잡음비를, 하나의 단일 안테나를 이용하여 레일리 필드로 수신되는 레벨 Um의 실효값과, 잡음 임계값 Umin간의 dB의 비율로서 나타낸다. 이러한 규칙성은 도 14에 나타난 관계들로부터 유도될 수 있는데, Un은 잡음 전압을 나타내고, SNRmin은 최소한으로 요구되는 신호-대-잡음 거리를 나타낸다. 간섭 확률 상의 이러한 감소는 동일한 이동 거리에 대해 동일한 간섭 확률을 갖는 개별적인 안테나에 제공될 필요가 있는 SND로 표현되는 신호-대-잡음비의 가상의 상승으로 이해될 수 있다. 잡음 전압 Un이 미리 설정된 경우, 이는 도 13에 나타낸 양만큼 실효값 Um이 가상 상승함을 의미한다. 반대로, 이러한 상승은 다양한 n값에 대해 도 13에 나타낸 SNDs의 함수이다. 따라서, 예를 들면, 접속 A3 및 A4를 배타적으로 사용할 경우, 이미 n=2에 대한 함수의 곡선에서도 다이버시티 모드의 수신 상황의 뛰어난 개선을 나타낸다.
도 15는, 개별적인 게이트들 상에 발생하는 임피던스 및 부하 조건이 수신 신호를 손상하지 않는 것을 증폭기(20)를 통해 보장할 수 있는 방식, 및 손상에 대해 출력의 분할을 보호할 수 있는 방법을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따르면, 리버싱(reversing) 공정에 필요한 블록킹 및 통과 허용 소자들에 의해 제어될 수 있는 다이오드를 제공하는 것도 유용하다.
본 발명에 의하면, 간섭 확률을 실질적으로 줄이고 결과적으로 분포되지 않은 입사파 영역과 다중 방향 영역 모두에서 신호의 품질을 상당히 향상된다.

Claims (14)

  1. GHz 주파수 범위에 대한 차량용 수신 안테나 장치에 있어서,
    다이폴(dipole) 특성을 갖는 복수의 안테나의 조합에 의해 원 편파(circularly polarized waves) 및/또는 수직 편파(vertically polarized waves)를 수신하기 위해 구성되고, 이러한 안테나 조합의 확장은 공간 방향으로 파장의 3/4보다 더 크지 않고,
    다이버시티 기능을 구현하기 위하여, 다이폴 특성을 갖는 안테나로부터 수신된 적어도 2개의 신호들 - 상기 신호들은 다이버시티의 측면에서 상이함 - 이, 더욱 적합한 수신 신호(4) 또는 복수의 수신 신호들(4)을 선택하기 위해 다이버시티 수신(5)을 위한 적어도 하나의 안테나 접속점에 선택적으로 공급되는 방식으로 구현되는 리버싱 장치(reversing device)(2)를 포함하는 수신 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 안테나 장치는 원 편파된 위성 신호들, 및 수직 편파되고 지상에서 송신된 신호들의 조정된 수신을 위해 예를 들어 디지털 위성 무선 시스템 SDARS에 대해 규정된 요구조건에 따라 구현된 하나의 수신 안테나를 포함하고,
    원 편파된 위성 무선 신호들을 수신하기 위해, 서로 수직으로 지향되는 다이폴 특성을 갖는 2개의 안테나(D1, D2)를 포함하고, 그의 방위각 방향도는 코사인 형태이고 그의 다이폴 수신 신호(13)들은 90도 위상 각도로 중첩되어 위성 수신에할당된 위성 접속 게이트에 공급되며,
    지상에서 송신된 신호를 수신하기 위해, 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나(M)를 포함하고, 그의 수신 신호는 지상 수신에 할당된 지상 접속 게이트(7)에 공급되고,
    다이버시티 기능을 구현하기 위해, 상기 접속 게이트(6, 7) 상의 신호들은 다이버시티 수신용 안테나 접속점(5)에 선택적으로 공급되는 수신 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    방위각 방향도에 대해 서로 수직으로 지향하는 다이폴 특성을 갖는 2개의 안테나(D1, D2)는, 도전성이며 실질적으로 수평으로 지향된 기저면(9)을 통해 동일한 유형의 프레임 안테나(8)의 형태로 실질적으로 구현되고,
    그들의 프레임 영역들 각각은 상기 실질적으로 수평으로 지향된 기저면에 대해 실질적으로 수직으로 지향되며,
    상기 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나는 수평으로 지향된 도전성 기저면(9) 상방에 수직 모노폴(monopole)의 특성을 갖는 안테나 형태로 구현되는 수신 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    실질적으로 프레임 안테나의 형태로 구현되는 다이폴 특성을 갖는 안테나(D1, D2)는, 도전성이며 실질적으로 수평으로 지향된 기저면(9) 상방에 구현되며,
    상기 안테나의 프레임 영역은 각각 상기 기저면(9)에 대해 수직으로 지향하며,
    두 프레임 안테나는 수직 중심선(11)에 대해 대칭적이며, 상기 수직 중심선(11)에 대해 대칭적으로 프레임 내에 분리점들을 포함하고, 상기 분리점들에는 적합한 용량성 블라인드 소자가, 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나가 실질적으로 수평으로 지향된 도전성 기저면(9) 상방에 수직 모노폴 특성을 갖는 안테나(M) 형태로 구현되는 방식으로 설치되는 수신 안테나 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    다이폴 특성을 갖는 상기 두 안테나(D1, D2)는 실질적으로 코사인 형상의 방위각 방향도에 대해 서로 수직으로 지향하고, 실질적으로 수평으로 교차하는, 도전성이고 실질적으로 수평으로 지향된 기저면(9) 상방의 전기적 다이폴들(10)을 통해 구성되며,
    두 전기적 다이폴들(10)은 수직 중심선(11)에 대해 대칭적으로 구현되고,
    상기 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나는 실질적으로 수평으로 지향된 도전성 기저면(9) 상방에 수직 모노폴 안테나(M)의 특성을 갖는 안테나의 형태로 구현되는 수신 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 두개의 교차하는 전기적 다이폴들(10) 각각은 예컨대, 반전된 V-다이폴(12)과 같은, 대칭점(S)으로부터 두드러진 수평 및 수직 하향 확장을 갖는 수신 안테나 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    실질적으로 코사인 형상의 방위각 방향도에 대해 서로 수직으로 지향된 상기 다이폴 특성을 갖는 두 안테나는, 실질적으로 수평으로 지향된 기저면(9) 상의 사각형 프리셋(preset)의 대각선 중 하나의 단부들에 각각 배치된 두 쌍의 수직으로 지향하는 전기적 모노폴 안테나(M) 형태로 구현되고, 상기 안테나의 각 쌍의 모노폴 안테나(M)의 수신 전압은 그 차이를 형성함으로써 다이폴 특성을 갖는 두 안테나(D1, D2)의 다이폴 수신 신호(13)를 형성하고, 상기 다이폴 특성을 갖는 수직 편파된 안테나는 수평으로 지향된, 도전성 기저면(9) 상방에 수직 모노폴(M) 특성을 갖는 안테나 형태로 구현되는 수신 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 장치의 대칭성을 보전하기 위해, 다이폴 특성을 갖는 수직으로 지향하는 안테나(M)는 4개의 모노폴 안테나들 모두의 모노폴 수신 신호(14)의 합으로부터 형성되는 수신 안테나 장치.
  9. 제2항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 장치는 원 편파된 위성 신호 및 위성 수신기(18)에 지상으로 송신되고 지상 수신기(19)에 접속된 수직 편파 신호의 수신을 조절하고,
    다이버시티 수신(5)을 위한 상기 안테나 접속점은 상기 위성 수신기(18)의 입력과 접속되고,
    상기 위성 수신기(18)에 실제로 더욱 적합한 수신 신호(4)를 선택하기 위해 상기 리버싱 장치(2)를 제어하는 다이버시티 프로세서(21)를 상기 수신기 내에 포함하고,
    상기 지상 접속 게이트(7)는 상기 지상 수신기(19)의 입력부에 부가적으로 접속되는 수신 안테나 장치.
  10. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 장치는 원 편파된 위성 신호 및 수직 편파된 지상으로 송신되는 신호의 조절된 수신을 위해 위성 수신기(18) 및 지상 수신기(19)에 접속되고,
    다이버시티 수신(5)을 위한 상기 안테나 접속점은 상기 지상 수신기(19)의 입력부에 접속되고,
    상기 리버싱 장치(2)를 제어하기 위한 다이버시티 프로세서(21)는, 상기 지상 수신기(19)에 실제로 더욱 적합한 수신 신호(4)를 선택하기 위해 상기 수신기에 포함되고,
    상기 위성 접속 게이트(6)는 상기 위성 수신기(18)의 입력에 추가로 접속되는 수신 안테나 장치.
  11. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 리버싱 장치(2a)가 위성 수신기에 대해 다이버시티 측면에서 더욱 적합한 수신 신호(4)를 선택하기 위해 포함되고,
    제2 리버싱 장치(2b)가 지상 수신기에 대해 다이버시티 측면에서 더욱 적합한 수신 신호(4)를 선택하기 위해 포함되고,
    상기 수신기들은, 각 수신기가 상기 위성 접속 게이트(6) 상의 수신 신호 및 상기 지상 접속 게이트(7) 상의 수신 신호 양자를 입력측에서 공급받고, 안테나 접속점이 다이버시티 수신을 위해 그 출력부들에 존재하되, 그들 중 하나는 상기 위성 수신기(18)의 입력부에, 다른 하나는 상기 지상 수신기(19)의 입력부에 접속되고, 두 수신기 각각은 각 수신기에 대해 실제로 더욱 적합한 수신 신호(4)를 선택하기 위해, 상기 두 리버싱 장치(2a, 2b)를 제어하는 다이버시티 프로세서(21)를 포함하는 방식으로 설계되는 수신 안테나 장치.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이버시티 측면에서 추가의 독립 수신 신호를 형성하기 위해, 적어도 하나의 추가의 리버싱 장치(2)를 포함하고, 이는 상기 다이폴 수신 신호(13)에 반전으로 90도 위상차를 중첩하는 것을 방해하고, 선택적 반전으로 적어도 하나의 다이폴 수신 신호(13)가 선택적으로 별개의 다이폴 출력(각각 A1, A2)에서 가용한 방식으로 설계되는 수신 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수신 안테나 장치는 원 편파된 위성 신호를 배타적으로 수신하고,
    다이폴 특성을 갖는 별개의 수직 편파된 안테나(M)가 포함되지 않고,
    다이버시티 측면에서 독립적인 수신 신호를 형성하기 위해, 제1 리버싱 장치(2a)가 포함되고, 반전에 의해 90도 위상차로 다이폴 수신 신호(13)를 중첩하는 것이 방해되는 경우에, 상기 다이폴 수신 신호들(13) 중 하나는 별개의 다이폴 출력부(예컨대, A1)에서 선택적으로 가용하고, 이러한 스위칭 조건에서, 다른 다이폴의 수신 신호(13)는 따라서 상기 위성 접속 게이트(6)에서 가용한 방식으로, 상기 수신 안테나 장치에 포함되고,
    제2 리버싱 장치(2b)가 포함되고, 이는 입력측에서 상기 별개의 다이폴 출력부(예컨대, A1)와 상기 위성 접속 게이트(6)의 신호가 제공되어, 제1 및 제2 리버싱 장치(2a, 2b)의 조절된 반전에 의해, 다이버시티 측면에서 상이한 다이폴 수신 신호(13)와 원 편파된 위성 신호 양자가 의도하는 방식으로 선택적으로 가용한 수신 안테나 장치.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    고유 저잡음(LNA: low inherant noise)을 갖는 증폭기가 상기 리버싱 장치(2)에 포함되고, 그로 인해 개별 게이트에서 발생하는 임피던스와 부하 조건이상기 수신 신호를 손상하지 않고 상기 출력의 분할이 손상없이 가능하다는 것을 그 자체로 알려진 방식으로 보장하고, 상기 리버싱 프로세스에 필요한 블로킹 및 통과 허용 소자가 제어가능한 다이오드의 형태로 구현되는 수신 안테나 장치.
KR10-2003-0046998A 2003-07-10 2003-07-10 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치 KR100539650B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0046998A KR100539650B1 (ko) 2003-07-10 2003-07-10 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0046998A KR100539650B1 (ko) 2003-07-10 2003-07-10 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050006997A true KR20050006997A (ko) 2005-01-17
KR100539650B1 KR100539650B1 (ko) 2005-12-29

Family

ID=37220737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0046998A KR100539650B1 (ko) 2003-07-10 2003-07-10 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100539650B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100775918B1 (ko) * 2006-09-11 2007-11-15 인하대학교 산학협력단 Ｔｄ-ｓｃｄｍａ 네트워크에 적용할 수 있는 원형 분극파의측위방법
KR100785996B1 (ko) * 2005-09-12 2007-12-14 푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게 차량의 무선 수신용 안테나 다이버시티 시스템
KR20230117816A (ko) * 2022-02-03 2023-08-10 한국과학기술원 등방성 전파 산란체 및 이를 포함하는 발사체

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0964639A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Uniden Corp ダイバーシチ・アンテナ回路
JPH11272062A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Toshiba Corp 現像装置および画像形成装置
US5977929A (en) * 1998-07-02 1999-11-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Polarization diversity antenna
US6356242B1 (en) * 2000-01-27 2002-03-12 George Ploussios Crossed bent monopole doublets

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785996B1 (ko) * 2005-09-12 2007-12-14 푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게 차량의 무선 수신용 안테나 다이버시티 시스템
KR100775918B1 (ko) * 2006-09-11 2007-11-15 인하대학교 산학협력단 Ｔｄ-ｓｃｄｍａ 네트워크에 적용할 수 있는 원형 분극파의측위방법
KR20230117816A (ko) * 2022-02-03 2023-08-10 한국과학기술원 등방성 전파 산란체 및 이를 포함하는 발사체

Also Published As

Publication number Publication date
KR100539650B1 (ko) 2005-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230275634A1 (en) Small cell beam-forming antennas
US5923303A (en) Combined space and polarization diversity antennas
US6911946B2 (en) Antenna arrangement for satellite and/or terrestrial radio signals for motor vehicles
US8493278B2 (en) Antennas and methods to provide adaptable omnidirectional ground nulls
US20160248166A1 (en) Multi-band, multi-polarized wireless communication antenna
KR102279153B1 (ko) 샤크 핀 안테나
US8466838B2 (en) Circularly polarized microstrip antennas
US20040014432A1 (en) Antenna diversity arrangement
US20100007573A1 (en) Multibeam antenna
US7847747B2 (en) Orientation-independent antenna (ORIAN) with shorts
US8525748B2 (en) Variable directivity antenna apparatus provided with antenna elements and at least one parasitic element connected to ground via controlled switch
WO2009133448A2 (en) Broadband micropatch antenna system with reduced sensitivity to multipath reception
US8988303B1 (en) Extended performance SATCOM-ORIAN antenna
US4687445A (en) Subsurface antenna system
US20100053024A1 (en) Antenna with an improved radiation pattern
US5969687A (en) Double-delta turnstile antenna
US20140191914A1 (en) Multi-channel antenna device
KR100539650B1 (ko) 차량의 위성 및/또는 지상 무선 신호용 수신 안테나 장치
JP3923847B2 (ja) 偏波ダイバーシチアンテナ
JP2005311551A (ja) 無指向性アンテナ
US6930645B2 (en) Automotive on-board antenna
US4947182A (en) Method of feeding electromagnetic power from an antenna element
JP2000036780A (ja) 移動体用ダイバーシチアンテナ装置
CN108539390B (zh) 一种平面双向圆极化天线
Halpern et al. The monopole slot as a two-port diversity antenna for UHF land-mobile radio systems

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121207

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131210

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141209

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151211

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161208

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee