KR20050033065A - 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치 및 그에대응하는 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치는 빔 형성 망(17; 17')에 있는 입력(19) 중에서 2개 이상의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 19.4)이 동시에 및/또는 공동으로 및/또는 동 위상으로 신호를 공급받고, 2개 이상의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 19.4)이 접속될 때에 생성되는 개개의 로브(16, 116)가 동 위상으로 더해질 수 있도록 사전에 방사체(3, 3')를 조정하여 중간 로브(20) 또는 추가의 상이한 방위 방향 빔 정향을 얻는 것을 그 특징으로 한다.

Description

스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치 및 그에 대응하는 동작 방법{CALIBRATION DEVICE FOR A SWITCHABLE ANTENNA ARRAY AND CORRESPONDING OPERATING METHOD}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치 및 그에 대응하는 동작 방법에 관한 것이다.

전제된 유형의 안테나 어레이(그룹 안테나)는 통상적으로 다수의 1차 방사체이되, 서로 나란히 상하로 배치되는 2개 이상의 방사체를 포함하고, 그에 따라 2차원적인 어레이 배열이 제공된다. "스마트 안테나(smart-antenna)"라는 개념으로 공지된 그러한 안테나 어레이는 예컨대 군사 부문에서도 타깃을 추적하는데 사용된다. 그러나, 근래에는 그러한 안테나가 특히 800 ㎒ 내지 1000 ㎒ 또는 1700 ㎒ 내지 2200 ㎒의 주파수 범위에 있는 이동 무선 장치에도 사용되고 있다.

새로운 1차 방사체 시스템이 개발됨으로써, 이제는 특히 수평 또는 수직에 대해 +45°또는 -45°의 편파 정향을 갖는 이중 편파 안테나 어레이(dual polarized antenna array)의 구조까지도 구현되고 있다.

그러한 유형의 안테나 어레이는 그것이 이중 편파 방사체로 이뤄지든지 단순한 편파 방사체로만 이뤄지든지를 불문하고 착신된 신호의 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 개개의 칼럼에 공급되는 송신 신호의 위상 위치를 동조시킴으로써 동시에 방사 방향을 변경할 수도 있다. 즉, 선택적인 빔 형성을 실행할 수 있다.

그와 같이 상이한 수평 방향으로 안테나를 정향시키는 것은 예컨대 빔 형성 망(beam-forming-network)에 의해 실행된다. 그러한 유형의 빔 형성 망은 예컨대 4개의 입력과 4개의 출력을 갖는 소위 버틀러 매트릭스(Butler matrix)로 이뤄질 수 있다. 그러한 빔 형성 망은 접속되는 입력의 여하에 따라 개개의 다이폴(dipole) 열에 있는 방사체들 사이에 다르지만 고정된 위상 관계를 수립한다. 버틀러 매트릭스를 갖는 그러한 유형의 안테나 구조는 예컨대 전제된 유형에 속하는 미국 특허 제6,351,243호로부터 공지되어 있다.

전술된 미국 특허로부터 공지된 안테나 어레이는 예컨대 수직 방향으로 연장되고 수평 방향으로 서로 나란히 놓이는 4개의 칼럼을 구비하고, 그 4개의 칼럼에는 각각 4개의 방사체 또는 방사 장치가 서로 상하로 수용된다. 하나의 칼럼에 배치된 각각의 방사체에 대한 4개의 입력(이후로 그 일부를 칼럼 입력으로 지칭하기도 함)은 선행 직렬 접속된 버틀러 매트릭스의 4개의 출력에 접속된다. 버틀러 매트리스는 예컨대 4개의 입력을 갖는다. 버틀러 매트릭스의 형태의 그러한 선행 직렬 접속된 빔 형성 망은 통상적으로 접속되는 입력의 여하에 따라, 즉 접속 케이블이 4개의 입력 중의 어느 것에 접속되는지의 여하에 따라 4개의 칼럼에 있는 방사체들 사이에 다르지만 고정된 위상 관계를 수립한다. 그럼으로써, 주 빔 방향 및 그에 따른 주 로브(main lobe)의 4가지 상이한 정향이 결정된다. 환언하면, 수평 평면에서의 주 빔 방향이 상이한 각 위치로 설정될 수 있게 된다. 또한, 안테나 어레이가 기본적으로 주 빔 방향 및 그에 따른 주 로브의 하강 각을 아울러 변경하기 위한 하향 경사 장치(down-tilt-device)를 구비할 수 있음은 물론이다.

그러나, 예컨대 버틀러 매트릭스의 형태의 선행 직렬 접속된 적절한 빔 형성 망을 사용하는 그러한 유형의 안테나 어레이에는 기본적으로 2가지 문제점이 있다. 그 하나는 방위 방향 (azimuth direction)으로 주 빔 방향을 조정하는 것이 입력의 개수에 따른 상이한 접속에 의해 미리 주어지는 소정의 단계로만 가능하다는 것이다. 그로 인해, 예컨대 4개의 입력과 4개의 출력을 갖는 버틀러 매트릭스의 경우에는 안테나 어레이에서 단지 4개의 상이한 방위각만이 설정될 수 있게 된다.

또한, 방향 설정을 위한 버틀러 매트릭스가 선행 직렬 접속될 때에는 교정이 매우 복잡한 경우에 특정의 문제점이 있게 된다. 왜냐하면, 위상 위치가 버틀러 매트릭스에 따라 일관적이지 않기 때문이다. 또한, 안테나의 다수의 1차 방사체는 버틀러 매트릭스의 어느 입력이 접속되는지의 여부와는 상관이 없이 신호 중의 일부를 받게 된다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 도시된 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 구체적으로, 첨부 도면 중에서,

도 1은 교정 장치용 프로브가 함께 도시된 본 발명에 따른 안테나 어레이의 개략적인 평면도이고;

도 2는 도 1에 도시된 안테나 어레이의 칼럼을 가로지르는 수직 평면을 따른 개략적인 부분 수직 횡단면도이며;

도 3은 버틀러 매트릭스의 조력 하에 그룹 안테나에 의해 생성되는 전형적인 4개의 수평 다이어그램을 나타낸 도면이고;

도 4는 교정을 실행하기 이전의 상태에서의 개개의 칼럼에 있는 방사체들 사이의 위상 관계를 설명하기 위한 도표이며;

도 5는 교정을 실행 한 이후의 상태에서의 도 4에 상응하는 도면이고;

도 6은 본 발명에 따라 추가의 중간 로브가 생성될 수 있다는 것을 파악할 수 있는 안테나 어레이의 전형적인 수평 다이어그램을 나타낸 도 3에 상응하는 도면이며;

도 7은 커플러 장치를 사용하는 조합 망을 구비한 교정 장치를 나타낸 도면이고;

도 8은 도 7에 구축된 교정 장치로서, 예컨대 수평에 대해 +45°및 -45°로 정향되는 2개의 편파를 갖는 안테나용으로 확장된 교정 장치를 나타낸 도면이며;

도 9는 도 7에 상응하지만, 커플러 장치를 사용하지 않고 프로브(하우징으로부터 안테나에 조립될 수 있는)를 사용하는 교정 장치를 나타낸 도면이다.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 교정에 의해 안테나 어레이가 방위 방향으로 아무런 지장이 없이 빔 방향에 대한 한층 더 많은 수의 상이한 각으로 설정될 수 있도록 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치, 특히 예컨대 버틀러 매트릭스의 형태의 빔 형성 망이 선행 직렬 접속된 안테나 어레이용 교정 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그에 상응하는 안테나 어레이를 동작시키는 대응 동작 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 교정 장치에 있어서는 청구항 1에 규정된 특징에 따른 교정 장치에 의해, 그리고 방법에 있어서는 청구항 20에 규정된 특징에 따른 방법에 의해 달성되게 된다. 본 발명의 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 규정져 있다.

이제, 본 발명에 따라 그 자체 공지되어 있는 예컨대 버틀러 매트릭스의 형태의 빔 형성 망에 의해 예컨대 미리 정해진 4개의 상이한 입력(본 입력을 매개로 하여 안테나를 방위 방향으로 4개의 상이한 방사 각으로 설정할 수 있음)과는 상관이 없이 안테나 어레이를 방위 방향으로 또 다른 각 정향으로 추가로 설정하는 것이 가능하다는 사실은 대단히 놀랍다고 하지 않을 수 없다. 본 발명에 따르면, 그것은 예컨대 버틀러 매트릭스의 형태의 빔 형성 망의 하나 이상의 입력, 그러나 바람직하게는 그 빔 형성 망의 2개 이상의 입력이 상응하게 맞춰져 교정된 위상 위치로 신호를 공급받도록 함으로써 가능하게 되는데, 그리하여 본 발명에 따라 예컨대 중간 로브(intermediate lobe)를 생성하는 것이 가능해진다. 즉, 그럼으로써, 안테나 어레이의 방사 방향이 미리 정해진 주된 각(main angle)에 대한 추가의 중간 각으로 설정될 수 있게 된다.

그러나, 본 발명에 따르면, 그것은 버틀러 매트릭스를 경유하여 신호를 공급받는 방사체에 대한 위상 조정을 사전에 실행하여 예컨대 2개의 입력이 접속될 때에 개개의 로브가 동 위상으로 더해지도록 하기만 하면 가능하게 된다.

그것은 안테나 어레이의 적어도 단일의 칼럼에 배치된 방사체에 대해 다수의 입력이 동시에 접속될 때에 신호를 공급받는 방사체가 로브의 원하는 선회를 얻는데 상응하게 트리거링되도록 예컨대 버틀러 매트릭스의 형태의 빔 형성 망의 입력에 앞서 위상이 이동될 수 있게 함으로써 구현되는 것이 바람직하다.

4개의 칼럼과 4개씩의 방사체 또는 방사체 그룹을 구비한 4 x 4 안테나 어레이의 경우에는 모든 방사체의 위상 위치가 동시에 상응하게 이동되는 것이 바람직하다.

위상 위치의 교정은 버틀러 매트릭스의 해당 입력에 선행 직렬 접속된 액추에이터에 의해 실행될 수 있는 것이 바람직하다. 선택적으로, 그것은 버틀러 매트릭스에 대한 선행 직렬 접속된 보조 라인을 사용함으로써 실행될 수도 있는데, 그러한 보조 라인은 원하는 위상 조정을 구현하는데 적합한 길이로 선택되어야 한다.

또한, 상응하는 교정 신호를 검출하여 교정 망에 의해 위상 조정을 실할 수 있는 프로브(probe)가 안테나 어레이 그 자체에 미리 배치되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.

끝으로, 조합 망이 유손실 소자(lossy component)를 포함하도록 함으로써 추가의 개선이 얻어질 수 있다. 왜냐하면, 그러한 소자는 공진의 감소에 기여하기 때문이다.

개개의 칼럼의 입력 또는 안테나 입력으로부터의 전송의 위상 위치는 동일한 크기로 되는 것이 바람직하기는 하지만, 실제로 위상 위치(또는 그룹 지연)는 이상적인 위상 위치에 대해 공차에 기인하는 다소 큰 편차를 갖는다. 이상적인 위상 위치는 모든 경로에 대한 위상이 동일하게 되도록 함으로써, 특히 빔 형성과 관련하여서도 동일하게 되도록 함으로써 제공된다. 공차에 기인하는 다소 큰 편차는 오프셋으로서 부가적으로 생기거나 주파수에 의존하여 상이한 주파수 응답으로 인해 생기게 된다. 여기서, 본 발명에 따라 조치되는 것은 바람직하게는 안테나 어레이 또는 빔 형성 망의 입력으로부터 프로브 출력까지의 구간이나 입력으로부터 프로브 출력들까지의 루트 상에 있는 모든 전송 경로에 걸쳐, 그리고 바람직하게는 전체의 동작 주파수 범위에 걸쳐 편차를 측정하는 것이다(예컨대, 안테나의 제조 시에). 커플러 장치를 사용할 경우에는 바람직하게는 안테나 어레이 또는 빔 형성 망의 입력으로부터 커플러 출력 또는 커플러 출력들까지의 구간 상에 있는 전송 경로를 측정한다. 그러고 나서, 그와 같이 검출된 데이터를 데이터 레코드에 저장할 수 있다. 적절한 형태로 저장된, 예컨대 이제 막 예시된 데이터 레코드에 저장된 그러한 데이터는 나중에 개개의 신호의 위상 위치를 전자적으로 생성하는데 고려되도록 송신 장치 또는 기지국에 제공될 수 있다. 예컨대, 그러한 데이터 또는 해당 데이터가 담긴 전술된 데이터 레코드를 안테나의 일련 번호에 배속시키는 것이 매우 바람직한 것으로 판명되었다.

도 1에는 반사판(5)의 전방에 배치된 예컨대 다수의 이중 편파 방사체 또는 방사체 요소(3)를 포함하는 안테나 어레이의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 긴 세로 측면에는 예컨대 반사판에 속한 에지 경계부(5')가 반사판(5)에 마련되는데, 그 에지 경계부(5')는 반사판의 평면에 대해 직각에 이르기까지 각이 지게 정렬된다. 흔히, 그러한 반사판 에지 경계부(5')는 방사 방향의 바깥쪽으로 경사져 정렬된다.

도시된 실시예에서는 안테나 어레이가 수직으로 배치된 4개의 칼럼(7)을 보이고 있는데, 도시된 실시예에서의 각각의 칼럼에는 4개의 방사체 또는 방사체 그룹(3)이 서로 상하로 된다.

도 1 및 도 2에 따른 안테나 어레이에서는 전체적으로 4개씩의 방사체 또는 방사체 그룹(3)이 수직 방향으로 서로 상하로 위치된 4개의 칼럼이 마련된다. 개개의 방사체 또는 방사체 그룹(3)은 개개의 칼럼에서 반드시 동일한 높이에 배치될 필요는 없다. 예컨대, 방사체 또는 방사체 그룹(3)은 인접된 2개의 칼럼(7)마다에서 인접된 2개의 방사체 사이의 수직 간격의 절반만큼 서로 엇갈려 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 그와는 달리, 도 1의 개략적인 평면도에는 인접된 칼럼(7)에 있는 방사체 또는 방사체 그룹(3)이 동일한 높이 선상에 각각 놓여져 있는 도면이 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 이중 편파 안테나의 경우에는 방사체(3)가 예컨대 십자형 다이폴 방사체 또는 다이폴 정방체(quadrate)로 이뤄질 수 있다. 예컨대, WO 00/39894로부터 공지된 것과 같은 이중 편파 다이폴 방사체가 특히 적합하다. 그 선행 공개물의 개시 내용은 전체적으로 본 출원의 내용에 포함되어 참조된다.

끝으로, 도 1에는 예컨대 4개의 입력(19)과 4개의 출력(21)을 구비한 빔 형성 망(17)도 마련되어 있다. 그러한 빔 형성 망(17)의 4개의 출력은 안테나 어레이의 4개의 입력(15)에 접속된다. 출력의 개수(N)는 입력의 개수(n)와는 다르다. 즉, 특히 출력의 개수(N)가 입력의 개수(n)보다 더 많을 수 있다. 그 경우, 그러한 유형의 빔 형성 망(17)에서는 예컨대 신호 공급 케이블(23)이 입력(19) 중의 하나에 접속되고, 그에 따라 모든 출력(21)이 똑같이 신호를 공급받게 된다. 즉, 예컨대 신호 공급 케이블(23)이 빔 형성 망의 제1 입력(19.1)에 접속되면, 도 3에 따른 개략적인 다이어그램으로부터 그것을 알아볼 수 있는 바와 같이 예컨대 좌측으로 -45°의 각을 갖는 수평 방사체 정향(16.1)이 이뤄지게 된다. 예컨대, 신호 공급 케이블(23)이 가장 우측 접점(19.4)에 접속되면, 우측으로 +45°의 각을 이루는 안테나 어레이의 방사계의 주 로브의 해당 정향(16.4)이 구현되게 된다. 그와 마찬가지로, 신호 공급 케이블(23)이 접점(19.2) 또는 접점(19.3)에 접속되면, 안테나 어레이는 예컨대 안테나 수직 대칭면에 대해 좌측 또는 우측으로 15°만큼의 선회가 일어날 수 있도록 동작된다. 즉, 상이한 방위 방향으로 동작되게 된다.

따라서, 그러한 유형의 빔 형성 망(17)에서는 안테나 어레이의 주 로브의 상이한 방위 각 정향을 위해 그에 상응하는 개수의 입력을 마련하는 것이 통상적인데, 그 경우에 출력의 개수는 일반적으로 안테나 어레이의 칼럼의 개수와 동일하다. 그와 더불어, 각각의 입력이 다수의 출력에 접속되되, 일반적으로는 각각의 입력이 빔 형성 망(17)의 모든 출력에 접속된다.

빔 형성 망(17)은 예컨대 그 4개의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 19.4)이 모든 출력(21.1, 21.2, 21.3, 21.4)에 접속되어 방사체(3)가 라인(38)을 경유하여 신호를 공급받도록 하는 공지의 버틀러 매트릭스(17')일 수 있다.

그러나, 기본적으로 도 3에 따른 주 빔 방향의 상이한 설정을 가능하게 하는 예컨대 버틀러 매트릭스(17')의 형태의 빔 형성 망(17)에서 주 빔 방향을 다른 방위 각 위치로도 조정할 수 있기를 원한다면, 그것은 원칙적으로 구현될 수 없다. 왜냐하면, 신호 공급 케이블(23)을 입력(19.1 내지 19.4)에 접속시키는 것에 의해서는 단지 도 3에 해당되는 주 빔 방향의 정향만을 구현할 수 있을 뿐이기 때문이다.

그러나, 그에도 불구하고 도 3에 따른 다이어그램에 보충하여 중간 주 로브(16) 내지 중간 위치 또는 다른 각 설정을 아울러 구현하려면, 이제는 신호 공급 케이블(23)이 분기점 또는 합류점(summing point)(26)을 경유하여 단지 하나의 입력이 아니라 2개 이상의 입력 또는 입력(19.1 내지 19.4) 중의 다수에 접속되도록 하는 것이 필요하다.

그러나, 그것은 다만 쓸모가 없는 결과를 초래할 뿐이다. 즉, 도 3에 따른 다이어그램에서의 "빈 틈"에 추가의 중간 로브를 상응하게 생성하는 것은 우선 버틀러 매트릭스에 앞서, 즉 빔 형성 망(17)에 앞서 상응한 위상 조정을 실행하여 개개의 로브가 정확하게 더해질 수 있도록 하는 경우에만 가능하게 된다.

그를 위해서는, 우선 버틀러 매트릭스 및 접속된 안테나 어레이의 교정을 실행해야만 한다. 그것은 먼저 버틀러 매트릭스(17')의 형태인 것이 바람직한 빔 형성 망(17)의 출력(21.1 내지 21.4)에서의 위상 추이를 전체적으로 측정하되, 일단 한 번 버틀러 매트릭스(17')의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 또는 19.4)을 경유하여 공급 신호를 공급하는 것에 의존하여 그와 같이 측정하는 것을 필요로 한다. 버틀러 매트릭스(17')의 형태의 빔 형성 망(17)은 접속되는 입력(19.1 내지 19.4)의 여하에 따라 다이폴 또는 다이폴 열, 즉 방사체(3)의 상이한 위상 할당으로 인해 상이한 방사 다이어그램을 생성한다. 예컨대, 방사체(3, 3')가 4개의 칼럼(7)에 수직으로 배치된 경우에는 4개의 상이한 수평 다이어그램이 생성된다. 개개의 칼럼에 있는 방사체들 사이의 위상 관계는 도 4에 따른 도표로 주어진다.

도 4에 따른 도표에는 4개의 입력(19.1 내지 19.4)이 아래쪽에 로마 숫자 Ⅰ 내지 Ⅳ로 나타내져 있다. Y축 상에는 상대 위상 관계 또는 위상 차(예컨대, 도 단위의)가 각각 기록되어 있다. 그에 따르면, 도 4에 따른 다이어그램으로부터 도시된 4개의 직선 형태의 측정 곡선이 주어져 있다.

예시적으로 설명되는 이중 편파 방사체(3')를 사용하는 이중 편파 안테나의 경우, 예컨대 각종의 편파의 1차 방사체(3, 3')들 사이에는 예를 들어 180°의 위상 도약이 생길 수 있다.

이제, 예컨대 버틀러 매트릭스(17')의 형태의 빔 형성 망(17)의 모든 입력(19.1 내지 19.4)에 대한 위상 조정을 실행하기 위해, 도 4에 도시된 측정 곡선(직선)을 화살표로 도시된 것(28)에 상응하게 그 위치에 있어 변경시켜 직선(30, 32)의 형태의 2개의 상부 측정 곡선이 도 4의 하부에 놓여 가파르게 연장되는 2개의 측정 곡선(34, 36)과 공통의 교점(X)에서 교차되도록 해야 하는데, 그것은 도 5에 도시된 바와 같다.

즉, 환언하면, 도시된 실시예에서는 이제 도 5에 따른 공통의 교점을 얻기 위해 예컨대 적절한 위상 액추에이터에 의해 입력(19.1, 19.4) 또는 입력(19.2, 19.3)과 관련하여 상응하는 위상 조정을 실행해야 한다. 그것은 예컨대 도 1에 따른 도면과 상응하게 버틀러 매트릭스(17')의 입력(19,1 내지 19.4)에 선행 직렬 접속된 위상 액추에이터(37)에 이뤄질 수 있어 전체의 회로에 대한 입력(A 내지 D)이 제공되게 된다. 도 1에 도시된 위상 액추에이터(37) 대신에, 개개의 입력(19.1 내지 19.4)에 대응하는 부가의 케이블 섹션을 선행 직렬 접속할 수도 있는데, 그러한 부가의 케이블 섹션의 길이는 원하는 위상 이동이 생기도록 그 크기가 정해진다.

이제, 그러한 형식으로 위상 조정을 실행하고 난 후에는 입력(19.1, 19.2 또는 19.2, 19.3 또는 19.3, 19.4)이 상호 접속된 경우를 예로 들어 도 6에 따른 다이어그램에 의거하여 도시된 바와 같이 중간 로브(116)가 생성될 수 있게 된다. 모든 입력에 동일한 출력이 공급되는 것이 바람직하다.

이제, 전술된 원하는 바의 교정은 매우 소수의 프로브 또는 커플러 장치를 구비한 본 발명에 따른 장치에 의해 실행될 수 있게 된다. 선행 기술에서는 그러한 유형의 교정 장치를 빔 형성 망의 입력에 두었었다. 그 반면에, 본 발명의 범위에서는 개개의 칼럼에 직접 커플링시키는 조치가 취해진다. 그것은 보다 더 우수한 정밀도를 제공하는데, 그 이유는 버틀러 매트릭스의 공차가 이미 교정되어 제거되면서도 필요로 하는 커플러 장치의 개수를 줄이는 것이 가능하기 때문이다.

도 7은 공급 라인의 위상 조정을 위한 장치, 즉 이상 교정을 실행하는 장치를 나타낸 것이다. 버틀러 매트릭스(17')의 위상 액추에이터에 의해 중간 로브(116)를 생성하기 위한 전술된 위상 조정이 실행되고, 그럼으로써 그 위상 액추에이터는 안테나 공급 라인에 추가의 조치를 취함이 없이 입력(A, B 또는 B, C 또는 C, D)의 결합에 의해 편리하게 사용될 수 있게 된다.

출력(21.1, 21.4)(또는 21.2, 21.3)에는 각각의 신호의 미소 부분을 각각 커플링시키는 최대한으로 동일한 2개의 커플러(111)가 마련된다. 커플링된 신호는 결합 망(27)(그것은 도면에 "Comb"으로서도 약칭되어 있는 "결합기(combiner)"임)에서 가산된다. 신호의 커플링 및 가산의 결과는 결합 망(27)에 있는 부가의 접점(S)을 경유하여 측정될 수 있다.

이제, 버틀러 매트릭스(17')에 대한 공급 라인의 위상 조정을 위해서는 예컨대 입력(A)에 대한 공급 라인에 적절한 교정 신호, 즉 기지의 신호를 제공하여 결합 망(Comb)의 출력(S)에서 절대 위상을 측정한다. 그것은 입력(B), 입력(C), 및 입력(D)에 대해서도 실행될 수 있다.

입력(A 내지 D)에 대한 모든 공급 라인이 정확하게 동일한 길이(전기적으로)인 경우(그리고, 그렇지 않은 경우에도 동일하다고 간주할 수 있음)에는 결합 망의 출력에서 동일한 절대 위상이 주어진다. 즉, 입력(A 내지 D)이 교호적으로 접속될 경우에는 위상 차가 생기지 않는다.

접점(A 내지 D)에 대한 공급 라인이 동일한 경우에 동일한 위상 값이 나타나는 상황은 입력에서의 중간 로브(116)를 위한 위상 조정에 의해 가능하게 되는데, 왜냐하면 그러한 조치에 의해 출력(21.1, 21.4 또는 21.2, 21.3)(즉, 커플러가 장착된 출력)에서의 위상의 합이 입력(A 내지 D)에 대해 도 5에 도시된 바와 같은 4개의 직선의 교점(X)의 정확히 2배의 값으로 항상 주어지기 때문이다.

도 7에 따른 도시로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 커플러(111)는 안테나 어레이의 배속 칼럼(7)의 각각의 출력(21)과 각각의 입력(15) 사이에 접속되는 것이 바람직하다. 즉, 커플러는 기본적으로 버틀러 매트릭스(17')에 통합되어 수용된 망과 안테나 어레이 배속 칼럼(7)에 있는 하나 이상의 방사체(3, 3') 사이에 접속되어야 한다.

도 8에 따르면, 예컨대 +45°및 -45°의 2개의 편파를 갖는 안테나에 있어서 공급 라인의 위상 조정을 위한 망이 어떻게 조합될 수 있는지가 도시되어 있다. 그러한 조합은 예컨대 버틀러 매트릭스가 커플러 및 결합 망과 함께 회로 기판 상에서 구현될 수 있을 경우에 편리한데, 왜냐하면 그럼으로써 거의 동일한 유닛(각각의 커플러 및 결합 망)이 제조될 수 있기 때문이다.

도 7에 따른 도면에 비해 확장되도록 하는 것은 예컨대 결합기(Comb)의 형태의 각각의 결합 망(27, 27')의 2개의 출력이 후속 직렬 접속된 역시 결합기(Comb)의 형태의 제2 결합 망(27")의 입력과 합쳐져서 공통의 출력(S)에 인가되도록 함으로써 이뤄지게 된다. 즉, 결합 망(27)은 하나의 편파에 대해 방사체 요소에서의 위상 위치를 결정하는 역할을 하는 한편, 결합 망(27')은 다른 편파에 대해 해당 방사체에서의 위상 위치를 결정하는데 사용된다.

단지 완벽을 기하기 위해, 각각의 매트릭스의 출력에 있는 단일의 커플러로 처리함에도 불구하고, 입력(A 내지 D)과는 상관이 없이 항상 동일한 위상을 측정하도록 빔 형성 망(17), 즉 예컨대 버틀러 매트릭스(17')의 입력에 있는 위상 액추에이터를 세팅하는 것이 기본적으로 가능함을 아울러 언급하기로 한다.

예컨대, 교정 커플러의 형태의 각각의 커플러(111)를 4개의 라인(35) 모두에 배치하여 도 4 및 도 5에 따른 다이어그램에 도시된 직선을 얻기 위한 보다 더 많은 측정점을 획득하는 것도 역시 가능함은 물론이다.

그러나, 전술된 커플러(111) 대신에 예컨대 핀의 형태로 형성된 프로브(11)를 사용할 수도 있는데, 그러한 프로브(11)는 반사판(5)의 평면으로부터 직각으로 들어올려지는 것이 바람직하고, 정해진 방사체(3)에 배속된다. 그러한 프로브(11)는 바람직하게는 정전 커플링 핀(capacitive coupling pin)으로 이뤄질 수 있다. 그러나, 프로브(11)는 유도 동작형 커플링 루프(inductively-operated coupling loop)로 형성될 수도 있다. 양자의 경우, 프로브(11)는 반사판으로부터 방사체의 인접 전자계로 돌출된다. 전술된 프로브(11)는 이중 편파 방사체(3')에도 사용될 수 있는데, 그 이유는 그것에 의해 2개의 편파가 측정될 수 있기 때문이다. 도 1에서는 예컨대 좌측 및 우측 칼럼에 있어서 평면도로 도시된 그러한 유형의 프로브(11, 11b)가 가장 아래쪽에 놓인 방사체(3, 3')에 배속되어 있다. 그 경우, 그러한 프로브는 도 7 및 도 8에 도시된 교정 커플러(11)를 대신하여 결합 망(27) 또는 이중 편파 안테나에서의 결합 망(27', 27")에서 그에 의해 측정된 신호를 평가하는데 사용될 수 있다. 도 9에는 2개의 프로브(11), 즉 프로브(11a, 11b)로 동작하는 결합 망(27)이 도시되어 있다.

기본적으로, 여기서도 역시 4개의 프로브, 즉 정확히 칼럼의 수만큼의 프로브가 사용될 수도 있음은 물론이다. 단지 단일의 프로브만을 사용하여 그에 의해 개개의 칼럼에 있는 방사체의 미리 주어진 고정된 위상 관계를 확인하는 것도 또한 기본적으로 생각해 볼 수 있다.

결합 망은 간단한 편파 안테나에 적합하다. 그러한 결합 망은 기본적으로는 이중 편파 안테나 어레이에도 역시 적합하다. 특히, 그 경우에는 프로브(11)를 사용하는 것이 적합한데, 왜냐하면 이중 편파 방사체 배열(3, 3')에 단지 단일의 프로브를 배속시키는 것만으로 충분하기 때문이다. 그것은 2개의 편파 중에서 원하는 부분 신호가 최종적으로 그 하나의 프로브에 의해 수신될 수 있다는데 그 이유가 있다. 커플러 장치의 경우에는 각각의 편파에 대해 하나의 커플러 장치를 사용해야 한다. 즉, 이중 편파 안테나 어레이의 경우에는 하나의 프로브 대신에 한 쌍의 커플러 장치가 필요하게 된다.

Claims (21)

1. 바람직하게는 다수의 방사체(3, 3')가 서로 상하로 각각 배치되어 있는 2개 이상의 수직 칼럼(7)을 구비한 하나 이상의 안테나 어레이(1)를 포함하고, 입력(15)에 선행 직렬 접속된 바람직하게는 버틀러 매트릭스(17')의 형태의 빔 형성 망(17)을 구비하며, 빔 형성 망(17)의 출력(21)은 그에 할당된 안테나 어레이(1)의 입력(15)에 각각 접속되어 칼럼(7)에 마련된 방사체(3, 3')에 신호를 공급하되, 빔 형성 망(17)은 접속되는 입력(19.1 내지 19.4)의 여하에 따라 칼럼(17)에 배치된 방사체(3, 3') 사이에 다르지만 바람직하게는 고정된 위상 관계를 수립하여 방위 방향으로의 상이한 방사 정향을 얻는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치에 있어서,

   추가로,

   - 빔 형성 망(17; 17')에 있는 입력(19) 중에서 2개 이상의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 19.4)이 동시에 및/또는 공동으로 및/또는 공통의 신호 공급 케이블(23)을 경유하여 신호를 공급받고,

   - 2개 이상의 입력(19.1, 19.2, 19.3, 19.4)이 접속될 때에 생성되는 개개의 로브(16, 116)가 동 위상으로 더해질 수 있도록 사전에 방사체(3, 3')를 조정하여 중간 로브(20) 또는 추가의 상이한 방위 방향 빔 정향을 얻으며,

   - 빔 형성 망(17)에 후속 직렬 접속된 추가의 프로브(11) 및 또는 커플러 장치(111)가 마련되어 교정을 실행하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
2. 제1항에 있어서, 위상 이동을 실행할 수 있는 위상 액추에이터(37)가 빔 형성 망(17, 17')에 선행 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
3. 제1항에 있어서, 미리 정해진 길이의 부가의 라인이 바람직하게는 버틀러 매트릭스(17')의 형태의 빔 형성 망(17)의 선택된 개개의 입력(19,1, 19.2, 19.3, 19.4)에 선행 직렬 접속될 수 있거나 그에 접속될 수 있어 그에 의해 모든 출력(21)의 위상 조정이 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 여러 칼럼(7)에 마련된 방사체(3, 3')에 대한 상응하는 위상 조정을 위해 교정 망(27, 27', 27")이 구비되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 칼럼, 바람직하게는 2개 이상의 칼럼(7)은 방사체(3, 3')에 각각 배속된 하나 이상씩의 프로브(11)를 포함하여 그에 의해 교정 단계에서 교정 망(27, 27', 27")에 부분 신호가 공급될 수 있고, 그에 따라 위상 조정이 확인될 수 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 칼럼, 바람직하게는 2개 이상의 칼럼(7)은 방사체(3, 3')에 배속된 하나 이상의 커플러 장치(111)를 구비하여 그에 의해 교정 단계에서 교정 망(27, 27', 27")에 부분 신호가 공급될 수 있고, 그에 따라 위상 조정이 확인될 수 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치
7. 제6항에 있어서, 커플러 장치(111)는 바람직하게는 빔 형성 망(17, 17')의 각각의 출력(21)과 안테나 어레이(1)의 배속 입력(15) 사이에 편입되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 교정 장치는 빔 형성 망(17, 17')과 방사체(3, 3') 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 프로브(11) 또는 프로브(11)들은 방사체(3, 3')의 인접 전자계에 배치되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 프로브(11) 또는 프로브(11)들은 정전 프로브(capacitive probe)로 이뤄지거나 소형 유도 루프의 형태의 유도 동작 프로브(11)로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
11. 제6항에 있어서, 이중 편파 안테나 어레이의 경우에 하나 이상의 칼럼, 바람직하게는 2개 이상의 칼럼(7)은 한 쌍 이상씩의 커플러 장치(111), 즉 편파에 대한 각각의 커플러 장치(111)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 이중 편파 안테나 어레이의 경우에 2개의 편파에 대한 신호를 수신하는데 각각 적합한 하나 이상의 프로브(11)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 칼럼(7)마다 단지 하나의 방사체(3, 3')에 대해 프로브(11) 또는 커플러 장치(111) 또는 한 쌍의 커플러 장치(111)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 단지 칼럼(7)의 일부에 대해 하나 이상의 방사체(3, 3')에 배속되는 단 하나의 프로브(11) 또는 단 하나의 커플러 장치(111) 또는 단 한 쌍의 커플러 장치(111)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 프로브(11) 또는 다수의 프로브(11)는 그것이 배속된 방사체(3, 3')에 대해 그 방사체(3, 3')를 통과하여 연장되는 수직 대칭면 상에 놓여지는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 4개의 칼럼(7)을 구비한 안테나 어레이의 경우에 안테나 어레이의 바깥쪽에 놓여진 2개의 칼럼(7)에 배치된 방사체(3, 3')에 각각 배속되는 2개 이상의 프로브(11) 또는 2개 이상의 커플러 장치(111) 또는 2쌍 이상의 커플러 장치(111)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 4개의 칼럼(7)을 구비한 안테나 어레이의 경우에 안테나 어레이의 안쪽에 놓여진 2개의 칼럼(7)에 배치된 방사체(3, 3')에 각각 배속되는 바람직하게는 2개의 프로브(11) 또는 2개의 커플러 장치(111) 또는 2쌍의 커플러 장치(111)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 칼럼(7)마다 방사체 요소(3, 3')에 배속된 프로브(11)는 동일한 높이 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 안테나 어레이의 2개의 인접 칼럼(7)에 대해 바람직하게는 동일한 커플링 감쇠를 보이는 프로브(11; 11c, 11d)가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 안테나 어레이용 교정 장치.
20. - 개개의 방사체 또는 방사체 그룹(3, 3')에 대해 위상 위치 및/또는 그룹 지연 및/또는 위상 위치의 상호 편차에 관한 데이터를 검출할 수 있는 안테나 어레이의 모든 경로를 전체적으로 측정하고,

    - 검출된 측정 결과 및/또는 이상적인 위상 위치에 대해 검출된 편차를 바람직하게는 빔 형성 망의 입력으로부터 프로브 출력 또는 커플러 출력까지의 구간 상에 있는 모든 전송 경로에 대해 측정하며,

    - 검출된 데이터를 저장하였다가 기지국의 동작 시에 송신 장치에 제공하여 개개의 신호의 위상 위치를 전자적으로 생성하는 것을 안테나 어레이의 동작 방법.
21. 제20항에 있어서, 검출된 데이터 레코드를 안테나의 일련 번호에 편입시키는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이의 동작 방법.