KR20050113773A

KR20050113773A - 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치

Info

Publication number: KR20050113773A
Application number: KR1020040038875A
Authority: KR
Inventors: 김상기; 우무현; 우회구; 주성택
Original assignee: 주식회사 극동통신
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-05
Also published as: KR100586705B1

Abstract

위상배열안테나의 배열소자를 통해 대기중으로 방사되는 빔의 조사 방향을 제어하도록, 전반적인 운용을 제어하는 제어기와, 제어기와 접속되어 각 배열소자에서의 빔 조향 제어를 위한 각종 신호와 제어 결과 및 이상체크에 대한 정보를 인터페이스하는 인터페이스부와, 인가되는 신호에서 데이터 및 명령어를 추출하는 데이터 변환부와, 인가되는 데이터와 명령어를 래치한 다음 모드 설정에 따른 데이터 값을 분배하는 데이터 분배부와, 분배되는 데이터로부터 빔 조향을 위한 위상값을 계산하여 셋팅하는 위상 계산부와, 입력되는 데이터 및 배열소자에 대한 셋팅 위상값에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호와 변위량 데이터를 기록시키기 위한 배열소자 선택신호, 어드레스 지정신호 및 위상 제어 데이터를 생성하여 배열소자의 빔의 조향을 제어하는 제어부 및 체크 신호를 이용하여 초기 위상 값, 메인 보드의 위상값 정보 및 배열소자의 동작 정보를 처리하여 그 결과 정보와 위상값의 정상적인 계산 여부, 통신 분배기 사이의 통신 루프가 정상적으로 형성되었는지의 여부를 진단하여 데이터 변환부를 통해 제어기에 전송하는 이상 검출부를 포함하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치를 제공한다.

Description

위상배열안테나의 빔 조향 제어장치 {Beam String Control System of Phased Array Antenna}

본 발명은 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배열소자를 통해 대기중으로 방사되는 빔의 조사 방향을 제어하도록 하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이더(Radar)는 전자파를 방사하여 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 목표물의 존재를 에코의 검출 또는 목표물 내 자동응답기(레이더응답기)로부터의 응답신호를 수신하는 것에 의하여 확인할 때 주로 사용하는 장치이다.

상기 레이더에서 빔을 방사하기 위해 사용되는 안테나로는 접시 안테나(Parabolic Antenna), 위상배열안테나(Phased Array Antenna) 등이 사용된다.

상기의 접시 안테나는 기계식 회전방식에 의하여 빔을 주사(Scan)하고 있으며, 위상배열안테나는 위상을 제어하여 전자빔을 전자적으로 주사한다.

위상배열안테나는 요구하는 방사특성을 얻기 위하여 수직 다단 복사소자 또는 수평 다단 복사소자를 전기적 기하학적으로 배열하여 빔(Beam)이 조사되도록 하고 있으며, 조사되는 빔은 2차원으로 배열되는 위상변위기에 의해 방향이 조정된다.

위상변위기는 트랜스와 유사한 형태로 페라이트 코어(Ferrite Core)에 코일이 권선되어 구성되며, 이를 통한 빔 조사 방향의 조정은 코일에 일정시간 전류를 흘려줌으로써 자기장이 발생되도록 하며, 자화율(Magnetic Susceptibility)이 변화됨에 따라 복사소자에 급전되는 신호의 전파상수를 변화시킨다.

따라서, 전류의 세기 조정을 통한 자기장 세기의 변화로 각 배열소자에 급전되는 신호의 위상을 변화시켜 송수신시에 전자적으로 빔의 방향을 조향시킨다.

상기와 같이 수직 다단 배열소자 혹은 수평 다단 배열소자에서 조사되는 빔을 조향시키기 위해서는 2차원으로 배열되는 위상변위기의 배열수 및 위상변위기를 제어하기 위한 제어 비트수에 의하여 빔 조향 제어 비트수가 결정된다.

따라서, 빔의 조향을 제어하는 장치의 경우 매우 복잡한 하드웨어의 구성으로 이루어지며, 그에 설정되는 빔 조향 알고리즘 역시 복잡하게 설정되는 단점을 갖고 있다.

특히, 스캔 영역을 확장시키기 위하여 배열소자가 많이 배치됨에 따라 2차원으로 배열되는 위상변위기의 배열수가 증가하게 되는 경우 빔 조향을 위한 알고리즘 및 장치의 구성이 더욱 복잡해져 하드웨어 및 알고리즘의 변경이 어려워지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배열소자를 통해 대기중으로 방사되는 빔의 조사 방향을 제어하도록 하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치를 구성함에 있어 2차원으로 배열되는 위상변위기의 증가에 대하여 조사되는 빔의 조향 제어가 능동적으로 수행될 수 있도록 하며, 시스템의 구성을 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구성하여 시스템의 구성을 단순화시킨 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치를 제공하기 위한 것이다.

또 본 발명의 다른 목적은 배열소자의 증감에 따른 빔 조향 알고리즘의 수정에 간편성을 제공하도록 한 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치는, 위상배열안테나를 전반적인 운용을 제어하는 제어기와; 상기 제어기와 시리얼 통신으로 접속되어 위상배열안테나의 각 배열소자에서의 빔 조향 제어를 위한 각종 신호와 제어 결과 및 이상체크에 대한 정보를 시리얼 통신으로 인터페이스하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부에서 인가되는 신호에서 데이터 래치용 펄스(Strobe)와 데이터 셋팅값, 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용 방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터 및 명령어 데이터를 추출하는 데이터 변환부와; 상기 데이터 변환부에서 인가되는 데이터 래치용 펄스(Strobe)에 따라 수신되는 데이터 셋팅값과 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터와 명령어를 래치한 다음 모드 설정에 따른 데이터 값을 분배하는 데이터 분배부와; 상기 데이터 분배부에서 인가되는 데이터로부터 각 배열소자의 빔 조향을 위한 위상값을 계산하여 셋팅하는 위상 계산부와; 상기 데이터 분배부에서 입력되는 각종 제어 데이터 및 제어정보와 위상 계산부에서 인가되는 각 배열소자에 대한 셋팅 위상값에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호(START/PWR/EOP/RRG)와 변위량 데이터를 기록시키기 위한 배열소자 선택신호(EWR_WRRG), 어드레스 지정신호(CNT) 및 위상 제어 데이터(D)를 생성하여 배열소자의 빔의 조향을 제어하는 제어부 및; 메인보드에서 인가되는 체크 신호(Check)를 이용하여 초기 위상 값, 메인 보드의 위상값 정보 및 배열소자의 동작 정보를 처리하여 그 결과 정보(BSU_data)와 위상값의 정상적인 계산 여부, 통신 분배기 사이의 통신 루프가 정상적으로 형성되었는지의 여부를 진단하여 데이터 변환부를 통해 제어기에 전송하는 이상 검출부를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치의 일실시예는, RS-232(100)와 데이터 변환부(200), 데이터 분배부(300), 위상 계산부(400), 제어부(500), 이상 검출부(500)를 포함하여 구성된다.

상기 RS-232(100)는 위상배열안테나의 전반적인 동작을 제어하는 제어기(통칭하여 'PC'라 함;A)와 시리얼 통신으로 접속되어 위상배열안테나에서 조사되는 빔의 조향 제어를 위해 인가되는 각종 신호와 위상배열안테나의 제어 결과 및 이상체크에 대한 데이터를 PC(A)에 시리얼 통신으로 전송하는 인터페이스 기능을 수행한다.

데이터 변환부(200)는 상기 RS-232(100)를 통해 PC(A)에서 인가되는 신호에서 데이터 래치용 펄스(Strobe)와 데이터 셋팅값, 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용 방식을 결정하는 정보 등을 포함하는 데이터 및 명령어 데이터를 추출하여 데이터 분배부(300)에 전송하는 기능을 담당한다.

또한, 방사되는 빔의 조향 완료 신호 및 각종 이상 체크에 대한 신호를 상기 RS-232(100)를 통해 PC(A)에 전송하는 기능을 담당한다.

데이터 분배부(300)는 상기 데이터 변환부(200)에서 인가되는 데이터 래치용 펄스(Strobe)에 따라 수신되는 데이터 셋팅값과 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터와 명령어를 래치한 다음 모드 설정에 따른 데이터 값을 분배하는 기능을 담당한다.

상기 모드 설정에 따라 분배되는 데이터 값은 배열소자를 선택하기 위한 복수개의 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 전송되는 데이터에 대한 동기신호(Sync), X축에 대한 빔 조향각 테이터(Delx) 및 Y축에 대한 빔 조향각 데이터(Dely), 주파수 데이터(f), 배열소자를 구성하고 있는 각 위상변위기의 동작을 체크하기 위한 체크위상, 복사소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향 동작에 대한 반복주기를 포함한다.

또한, 상기 데이터 분배부(300)는 이상검출부(600)가 각 배열소자의 동작상태를 체크하도록 하는 체크 시점 결정신호(read)를 출력한다.

위상 계산부(400)는 상기 데이터 분배부(300)에서 인가되는 데이터, 즉 X축에 대한 빔 조향각 데이터(Delx) 및 Y축에 대한 빔 조향각 데이터(Dely), 빔 조향 주파수 데이터(f) 및 배열소자의 동작을 체크하기 위한 체크위상 데이터로부터 각 배열소자의 위상값을 계산하여 셋팅한 다음 계산된 결과 데이터(P_data)를 제어부(500)에 인가한다.

상기에서 하나의 복사소자에 대한 위상값 계산에 소요되는 시간은 대략 1㎲ 정도 소요되므로, 위상배열안테나를 구성하고 있는 전체 복사소자에 대한 위상값 계산에 소요되는 시간은 대략 256㎲가 소요된다.

제어부(500)는 상기 데이터 분배부(300)에서 입력되는 배열소자를 선택하는 복수개의 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 데이터 동기신호(Sync), 배열소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향에 대한 반복주기 등의 정보와 위상 계산부(400)에서 인가되는 각 배열소자에 대한 셋팅 위상값(PDATA)에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호(START/PWR/EOP/RRG)와 변위량 데이터를 기록시키기 위하여 배열소자를 선택하는 어드레스 선택신호(EWR_WRRG), 어드레스 지정신호(CNT) 및 위상 제어 데이터(D)를 생성한 후 컨넥터1, 2에 연결된 도시되지 않은 메인 보드에 출력시켜 배열모듈을 구성하고 있는 각 위상변위기를 통한 빔의 조사에 있어 조향각을 제어한다.

상기에서 START는 배열모듈을 구성하고 있는 각 위상변위기를 동작시키는 타이밍 펄스이고, PWR은 위상변위기의 위상 리셋(Reset)구간이냐 또는 셋(Set)구간이냐를 선택하는 신호(예를 들면, "high"이면 리셋구간, "low"이면 셋구간으로 선택)이며, EOP는 위상변위기의 동작구간을 인에이블하는 신호이고, RRG는 위상변위기를 구동시키기 위하여 셋팅된 데이터를 '0'으로 클리어시키는 신호이다.

이상 검출부(600)는 컨넥터3을 통해 연결되는 도시되지 않은 메인 보드에서 인가되는 체크 신호(Check)를 이용하여 초기 위상 값, 메인 보드의 위상값 정보 및 배열소자의 동작 정보를 처리하여 그 결과 정보(BSU_data)를 데이터 변환부(200)를 통해 PC(A)에 전송한다.

또한, 위상 계산부(400)에서 계산된 위상값이 정상적으로 계산되었는지의 여부와 통신 분배기 사이의 통신 루프가 정상적으로 형성되어 있으며, 정상적인 통신이 수행되고 있는지의 여부 등 동작에 따른 전반적인 상태를 진단하여 그에 대한 정보를 데이터 변환부(200)를 통해 PC(A)에 전송한다.

또한, 선택 제어되는 배열소자에서의 빔 조향 완료 여부에 대한 정보를 PC(A)에 전송한다.

상기한 기능을 갖는 각 구성에 대하여 상세 구성은 다음과 같다.

상기 데이터 분배부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복호기(310)와 제1데이터 선택기(320), 곱셈기(330), 제2데이터 선택기(340), 제1먹스(350), 제2먹스(360), 제3먹스(370) 및 RAM(380)을 포함하여 구성된다.

복호기(310)는 PC(A)에서 시리얼 인터페이스되는 변조된 명령어 데이터를 복호화한 다음 데이터 래칭용 펄스 신호(Strobe)와 매칭한다.

제1데이터 선택기(320)는 상기 복호기(310)에서 매칭되어 인가되는 명령어에 따라 데이터 변환기(200)에서 인가되는 데이터를 선택하여 배열소자의 빔 조향을 위한 동작 데이터를 생성한다.

곱셈기(330)는 배열소자에서 빔 조사를 위한 주파수 데이터(F)와 X축 및 Y축의 빔 조향각 데이터를 곱 연산하여 조사되는 빔에 대하여 X축 및 Y축에 대한 조향각을 결정한다.

제2데이터 선택기(340)는 배열소자를 통해 빔을 조사함에 있어 상기 곱셈기(330)에서 결정된 X축 혹은 Y축에 대한 조향각을 선택하여 빔이 조향각이 제어되도록 한다.

RAM(380)은 배열소자에서 조사함에 있어 위상 제어 데이터를 저장한다.

상기에서 복호기(310)는 변조(Decoding)된 명령어를 데이터를 하기의 표 1과 같이 복원한다.

구분	명령어	데이터	설명	비고
타이밍데이터	1	T1[9..8]	Start 신호 P2 - P1 시간 결정
	2	T1[7..0]	Start 신호 P2 - P1 시간 결정
	3	T2[9..8]	Start 신호 P4 - P3 시간 결정
	4	T2[7..0]	Start 신호 P4 - P3 시간 결정
	5	T3[9..8]	Start 신호 P5 - P4 시간 결정
	6	T3[7..0]	Start 신호 P5 - P4 시간 결정
	7	T4[9..8]	Start 신호 P6 - P5 시간 결정
	8	T4[7..0]	Start 신호 P6 - P5 시간 결정
	9	T5[9..8]	Start 신호 P7 - P6 시간 결정
	10	T5[7..0]	Start 신호 P7 - P6 시간 결정
	11	Period[15..8]	BSU의 반복동작주기(㎲)
	12	Period[7..0]	BSU의 반복동작주기(㎲)
	13	ON	BSU 동작의 반복유무
	14	cnt_w[4..0]	카운터 폭 데이터
	15	s_w[5..0]	Start 신호 펄스폭
	16	d_w[5..0]	데이터 신호 펄스폭
빔조향데이터	20	F[7..0]	빔 조향 주파수 입력 데이터
	21	Delx[14..8]	X축 빔 조향 데이터
	22	Delx[7..0]	X축 빔 조향 데이터
	23	Dely[14..8]	Y축 빔 조향 데이터
	24	Dely[7..0]	Y축 빔 조향 데이터
동작데이터	30		BSU 동작 Sync 신호
	31	P_data[3..0]	배열소자 직접 입력위상 값
	32	Address[7..0]	배열소자 위치정보
	33	Mode[7..0]	BSU 동작모드 데이터
	34	read[3..0]	read 데이터 종류
	35	Address[7..0]	배열소자에 인가할 위상 값 데이터	메모리Write
	36	data[3..0]	배열소자에 인가할 위상 값 데이터	메모리Write

제1선택기(320)는 상기 복조기(310)에 의해 상기의 표 1과 같이 복원된 명령어에 따라 인가되는 제어 데이터를 선택한다.

즉, 배열모듈을 구성하고 있는 각 위상변위기에 대한 타이밍 펄스(T1~T5)를 결정하고, 각 배열소자의 빔 조사에 대한 반복주기(Period), 동작 유무의 결정(ON), 각 위상변위기에 대한 빔 조향 주파수(F), X축 및 Y축의 빔 조향 값, 동작 모드(Mode), 작동 상태의 이상 여부 체크를 위한 데이터의 판독(Read), 위상변위기를 지정하는 어드레스(CNT), 위상 제어값(P_data)를 선택한다.

또한, 상기 제1데이터 선택기(320)에서 선택되어 결정되는 동작 모드(Mode[7...2])의 값이 1이면 빔 조향(nomal 동작)이고, 2이면 배열소자에 대한 임의의 위상제어(빔 조향 직접제어)이며, 3이면 빔 조향에 대한 테스트이고, 4이면 초기위상체크이며, 5이면 모든 배열소자에 같은 위상 값을 셋팅 하도록 하는 것이고, 6이면 모든 배열소자를 최대 값으로 리셋시켜 전류 공급을 오프하는 것이고, 7이면 모든 배열소자를 최대 값으로 셋시켜 전류 공급을 온하는 것이며, 8이면 빔 조향에 대한 에러를 체크하는 것이고, 9이면 테스트하고자 하는 배열소자를 하나씩 리셋하면서 테스트하는 것이며, 10이면 테스트하고자 하는 배열소자를 하나씩 셋 하면서 테스트하는 것이다.

또한, 결정되는 동작 모드에서 2비트(Mode[1.0]로 구성되는 동작모드의 경우, 그 값이 0이면 네로 빔의 조사이고, 1이면 와이드 빔의 조사이며, 2이면 X축에 대하여 와이드 빔을 조사는 것이고, 3이면 Y축에 대하여 와이드 빔을 조사하는 것이다.

그리고, 4비트로 선택되는 에러 체크 신호(Read[3..0])의 값이 1이면 위상값 데이터(BSU 에러체크) 및 신호분배기 출력 위상 값 데이터에 대한 에러를 체크하는 것이고, 2이면 초기위상 값 데이터를 체크하는 것이며, 3이면 배열소자의 동작 에러를 체크하는 것이며, 4이면 체크된 결과를 메모리소자인 RAM(380)에 기록하라는 명령이다.

상기에서 제1먹스(350)는 빔 조사가 제어되는 배열소자의 어드레스와 제어되는 어드레스의 값이 서로 일치하는지를 비교하여 그에 대한 결과를 메모리인 RAM(380)에 기록한다.

제2먹스(360)는 클럭(clk)과 빔 조향 결과 및 이상 체크 결과를 저장하기 위한 클럭(Mem_clk)을 멀티플렉싱하여 RAM(380)이 데이터를 저장할 수 있도록 하는 클럭으로 인가한다.

제3먹스(370)는 선택된 X축 혹은 Y축의 빔 조향 데이터에 대하여 위상 제어값을 결정하여 준다.

또한, 상기 도 1에서 위상 계산부(400)는 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 덧셈기(417, 416, 418, 419, 422)와, 복수개의 곱셈기(415, 413, 412), 복수개의 먹스(414, 421, 423), 복수개의 ROM(411, 420) 및 선택기(424)로 구성된다.

상기에서 제1ROM(411)은 빔 조향의 동작을 선택시키는 배열소자 어드레스 정보(CNT)에 따라 빔 조향에 대한 위치 보상값을 결정한다.

제3곱셈기(412)는 부호를 갖지 않는 9비트 ×8비트의 곱셈기로 빔 조향 주파수 데이터(f)와 제1ROM(411)에서 결정되는 빔 조향에 대한 위치 보상값을 곱 연산한다.

제2곱셈기(413)는 부호를 갖는 15비트×4비트 곱셈기로, 빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)와 Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely)를 곱 연산한다.

제1먹스(414)는 상기 Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely)와 빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)를 다중화하여 배열소자의 배치가 기구적으로 엇갈리게 배치되어 있는 것을 보상하여 준다.

제1곱셈기(415)는 부호를 갖는 15비트×4비트 곱셈기로, 빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)와 X축에 대한 빔 조향 데이터(Delx)를 곱 연산한다.

제1덧셈기(417)는 상기 제1먹스(414)에서 출력되는 신호와 제1곱셈기(415)에서 출력되는 신호를 가산한다.

2덧셈기(416)는 상기 제2곱셈기(413)에서 출력되는 신호와 제3곱셈기(412)에서 출력되는 신호를 가산한다.

제3덧셈기(418)는 상기 제1덧셈기(417)와 제2덧셈기(416)에서 출력되는 신호를 가산한다.

제4덧셈기(419)는 결정된 초기 위상과 제3덧셈기(416)에서 출력되는 신호를 가산한다.

제2ROM(420)은 인가되는 빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)로부터 빔의 모양을 결정한다.

제2먹스(421)는 인가되는 빔 선택 신호와 제2ROM(420)에서 결정된 빔 모양을 다중화하여 제2ROM(420)에서 결정된 4개의 빔 모양중 어느 하나를 선택한다.

제5덧셈기(422)는 상기 제4덧셈기(419)에서 출력되는 신호와 제2먹스(421)에서 출력되는 신호를 가산한다.

제3먹스(423)는 상기 제4덧셈기(419) 및 제5덧셈기(422)를 통해 결정되는 위상 결정값에 대하여 인가되는 테스트(Test) 신호가 '하이' 레벨인 경우 계산을 통해 결정된 위상값을 출력하고, '로우' 레벨이면 테스트하고자 하는 위상값을 출력한다.

선택기(424)는 인가되는 클럭의 종류(CLK, CLK1, CLK2)에 따라 상기 제3먹스(423)에서 인가되는 위상값을 결정하여 출력한다.

또한, 상기 제어부(500)는 제1카운터(510)와, 타이밍 펄스 생성기(520), 제2카운터(530), 제1제어신호 생성기(540), 제2제어신호 생성기(550), 어드레스 펄스 생성기(560), 제어 데이터 생성기(570)을 포함하여 구성된다.

상기 제1카운터(510)는 BSU 내부 블록을 제어하기 위한 카운터 펄스를 생성한다.

타이밍 펄스 생성기(520)는 빔 조향 제어를 위한 배열소자를 선택하는 펄스(Start)를 생성한다.

제2카운터(530)는 상기 타이밍 펄스 생성기(520)에서 생성된 배열소자 선택에 대한 펄스를 카운터한다.

제1제어신호 생성기(540)는 X축에 대한 빔 조향 제어를 위한 펄스에 위상 제어 데이터를 매칭시켜 출력한다.

제2제어신호 생성기(540)는 빔 조향을 제어하기 위해 선택된 각 배열소자에 대한 고정제어신호(START/PWR/EP/RRG)를 생성하여 출력한다.

어드레스 펄스 생성기(560)는 빔 조향 제어를 위해 선택된 배열소자에 대하여 어드레싱을 위한 펄스신호를 생성하여 출력한다.

제어 데이터 생성기(570)는 제1제어신호 생성기(540)에서 인가되는 위상 제어 데이터와 제2제어신호 생성기(550)에서 인가되는 고정제어신호 및 빔 조향을 위한 위상값과에 따라 위상 제어를 위한 데이터를 생성하여 출력한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에서 빔 조향 제어를 실행하는 동작은 다음과 같다.

위상배열안테나의 전반적인 동작을 제어하는 PC(A)로부터 시리얼 통신으로 위상배열안테나의 각 배열소자에서 조사되는 빔의 조향 제어를 위한 데이터가 인가되면 RS-232(100)는 인가되는 시리얼 데이터를 데이터 변환부(200)측에 인터페이스 한다.

이때, 데이터 변환부(200)는 상기 RS-232(100)를 통해 인터페이스 되는 신호에서 데이터 래치용 펄스(Strobe)와 데이터 셋팅 값, 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용 방식을 결정하는 정보 등을 포함하는 데이터 및 명령어 데이터를 추출하여 데이터 분배부(300)에 전송한다.

데이터 분배부(300)는 상기 데이터 변환부(200)에서 인가되는 데이터 래치용 펄스(Strobe)에 따라 수신되는 데이터 셋팅값과 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터와 명령어를 래치한 다음 모드 설정에 따라 데이터 값을 분배한다.

상기 모드 설정에 따른 데이터 값의 분배는 X축에 대한 빔 조향 데이터(Delx), Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely), 주파수 데이터(f), 빔 조향이 제어되고 있는 배열소자의 동작을 체크하기 위한 체크위상 등에 대해서는 위상 계산부(400)에 인가한다.

또한, 각 배열소자를 선택하는 복수개의 펄스 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 전송되는 데이터에 대한 동기신호(Sync), 복사소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향에 대한 동작주기의 정보에 대해서는 제어부(500)측에 인가한다.

위상 계산부(400)는 상기 데이터 분배부(300)에서 인가되는 X축에 대한 빔 조향 데이터(Delx)와 Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely), 빔 조향 주파수 데이터(f) 및 위상변위기의 동작을 체크하기 위한 체크위상 데이터로부터 각 배열소자의 셋팅 위상값을 계산하여 제어부(500)에 인가한다.

제어부(500)는 상기 데이터 분배부(300)에서 입력되는 각 배열소자를 선택하는 복수개의 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 데이터 동기신호(Sync), 복사소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향에 대한 반복주기 등의 정보와 위상 계산부(400)에서 인가되는 각 배열소자에 대한 셋팅 위상값(P_data)에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호(START/PWR/EOP/RRG)와 변위량 데이터를 기록시키기 위하여 배열소자를 선택하는 어드레스 선택신호(EWR_WRRG), 어드레스 지정신호(CNT) 및 위상 제어 데이터(D)를 생성한 후 컨넥터1, 2에 연결된 도시되지 않은 메인 보드에 출력시켜 배열모듈을 구성하고 있는 각 위상변위기를 통한 빔의 조사에 있어 조향각을 제어한다.

상기한 과정을 통해 배열소자에서 조사되는 빔의 조향이 제어되는 상태에서 이상 검출부(600)는 컨넥터3을 통해 연결되는 도시되지 않은 메인 보드에서 인가되는 체크 신호(Check)를 이용하여 초기 위상 값, 메인 보드의 위상값 정보 및 배열소자의 동작 정보를 처리하여 그 결과 정보(BSU_data)를 출력하여 데이터 변환부(200)를 통해 PC(A)에 전송한다.

상기에서는 본 발명에 따른 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치에 의하면, 위상배열안테나를 동작시킴에 있어 각 배열소자에서 조사되는 빔의 조향을 안정되게 제어함으로써, 안테나의 성능 향성과 빔 조향에 신뢰성이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치에 대한 블록도이다.

도 2는 도 1에서 데이터 분배부의 상세 구성 블록도이다.

도 3은 도 1에서 위상 계산부의 상세 구성 블록도이다.

도 4는 도 1에서 제어부의 상세 구성 블록도이다.

도 5는 도 1에서 이상 검출부의 상세 구성 블록도.

Claims

위상배열안테나를 전반적인 운용을 제어하는 제어기와;

상기 제어기와 시리얼 통신으로 접속되어 위상배열안테나의 각 배열소자에서의 빔 조향 제어를 위한 각종 신호와 제어 결과 및 이상체크에 대한 정보를 시리얼 통신으로 인터페이스하는 인터페이스부와;

상기 인터페이스부에서 인가되는 신호에서 데이터 래치용 펄스(Strobe)와 데이터 셋팅값, 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용 방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터 및 명령어 데이터를 추출하는 데이터 변환부와;

상기 데이터 변환부에서 인가되는 데이터 래치용 펄스(Strobe)에 따라 수신되는 데이터 셋팅값과 빔 조향 명령어, 모드 설정 및 운용방식을 결정하는 정보를 포함하는 데이터와 명령어를 래치한 다음 모드 설정에 따른 데이터 값을 분배하는 데이터 분배부와;

상기 데이터 분배부에서 인가되는 데이터로부터 각 배열소자의 빔 조향을 위한 위상값을 계산하여 셋팅하는 위상 계산부와;

상기 데이터 분배부에서 입력되는 각종 제어 데이터 및 제어정보와 위상 계산부에서 인가되는 각 배열소자에 대한 셋팅 위상값에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호(START/PWR/EOP/RRG)와 변위량 데이터를 기록시키기 위한 배열소자 선택신호(EWR_WRRG), 어드레스 지정신호(CNT) 및 위상 제어 데이터(D)를 생성하여 배열소자의 빔의 조향을 제어하는 제어부 및;

메인보드에서 인가되는 체크 신호(Check)를 이용하여 초기 위상 값, 메인 보드의 위상값 정보 및 배열소자의 동작 정보를 처리하여 그 결과 정보(BSU_data)와 위상값의 정상적인 계산 여부, 통신 분배기 사이의 통신 루프가 정상적으로 형성되었는지의 여부를 진단하여 데이터 변환부를 통해 제어기에 전송하는 이상 검출부를 포함하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 데이터 분배부는 인가되는 제어신호로부터 배열소자를 선택하기 위한 복수개의 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 전송되는 데이터에 대한 동기신호(Sync), X축에 대한 빔 조향각 테이터(Delx) 및 Y축에 대한 빔 조향각 데이터(Dely), 주파수 데이터(f), 배열소자를 구성하고 있는 각 위상변위기의 동작을 체크하기 위한 체크위상, 복사소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향 동작에 대한 반복주기를 추출하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 데이터 분배부는 상기 이상검출부가 각 배열소자의 동작상태를 체크하도록 하는 체크 시점 결정신호(read)를 출력하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 위상 계산부는 데이터 분배부에서 인가되는 X축에 대한 빔 조향각 데이터(Delx) 및 Y축에 대한 빔 조향각 데이터(Dely), 빔 조향 주파수 데이터(f) 및 배열소자의 동작을 체크하기 위한 체크위상 데이터로부터 각 배열소자의 위상값을 계산하여 셋팅하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는 데이터 분배부에서 입력되는 배열소자를 선택하는 복수개의 신호(T1, T2, T3, T4, T5), 데이터 동기신호(Sync), 배열소자에서 방사되는 빔의 모양 및 운용모드를 선택하기 위한 모드신호, 빔을 조사시키기 위한 배열소자를 선택하는 어드레스 신호, 각 배열소자의 빔 조향에 대한 반복주기의 정보와 위상 계산부에서 인가되는 각 배열소자에 대한 셋팅 위상값(P_data)에 따라 빔 조향을 제어하기 위한 고정제어신호(START/PWR/EOP/RRG)와 변위량 데이터를 기록시키기 위하여 배열소자를 선택하는 어드레스 선택신호(EWR_WRRG), 어드레스 지정신호(CNT) 및 위상 제어 데이터(D)를 생성하여 배열소자의 빔의 조향을 제어하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 데이터 분배부는

변조된 명령어 데이터를 복호화하여 데이터 래칭용 펄스 신호(Strobe)와 매칭시키는 복호기와;

상기 복호기에서 매칭되어 인가되는 명령어에 따라 상기 데이터 변환부에서 인가되는 데이터를 선택하여 배열소자의 빔 조향을 위한 동작 데이터를 생성하는 제1데이터 선택기와;

빔 조사를 위한 주파수 데이터(F)와 X축 및 Y축의 빔 조향각 데이터를 곱 연산하여 조사되는 빔에 대하여 X축 및 Y축에 대한 조향각을 결정하는 곱셈기와;

상기 곱셈기에서 결정된 X축 혹은 Y축에 대한 조향각을 선택하는 제2데이터 선택기와;

각 배열소자의 빔 조사 제어를 위한 위상 제어 데이터를 저장하는 RAM과;

빔 조사가 제어되는 배열소자의 어드레스와 제어되는 어드레스의 값이 서로 일치하는지를 비교하는 제1먹스와;

클럭과 빔 조향 및 이상 체크 결과를 저장하기 위한 클럭(Mem_clk)을 멀티플렉싱하여 RAM이 데이터를 저장할 수 있도록 하는 클럭을 선택하는 제2먹스와;

선택된 X축 혹은 Y축의 빔 조향 데이터에 대하여 위상 제어값을 결정하는 제3먹스를 포함하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 위상 계산부는

빔 조향을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)에 따라 빔 조향에 대한 위치 보상값을 결정하는 제1ROM과;

빔 조향 주파수 데이터(f)와 제1ROM에서 결정되는 빔 조향에 대한 위치 보상값을 곱 연산하는 제3곱셈기와;

빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)와 Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely)를 곱 연산하는 제2곱셈기와;

상기 Y축에 대한 빔 조향 데이터(Dely)와 빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)를 다중화하여 배열소자의 배치가 기구적으로 엇갈리게 배치되어 있는 것을 보상하는 제1먹스와;

빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)와 X축에 대한 빔 조향 데이터(Delx)를 곱 연산하는 제1곱셈기와;

상기 제1먹스와 제1곱셈기의 출력신호를 가산하는 제1덧셈기와;

상기 제2곱셈기와 제3곱셈기의 출력신호를 가산하는 제2덧셈기와;

상기 제1덧셈기와 제2덧셈기의 출력 신호를 가산하는 제3덧셈기와;

결정된 초기 위상과 제3덧셈기의 출력신호를 가산하는 제4덧셈기와;

빔 조향의 동작을 선택하는 배열소자 어드레스 정보(CNT)로부터 빔의 모양을 결정하는 제2ROM과;

빔 선택 신호와 제2ROM에서 결정된 빔 모양을 다중화하여 제2ROM에서 결정된 4개의 빔 모양중 어느 하나를 선택하는 제2먹스와;

상기 제4덧셈기와 제2먹스의 출력신호를 가산하는 제5덧셈기와;

상기 제4덧셈기 및 제5덧셈기를 통해 결정되는 위상 결정값에 대하여 테스트(Test) 신호가 '하이' 레벨이면 계산을 통해 결정된 위상값을 출력하고, '로우' 레벨이면 테스트하고자 하는 위상값을 출력하는 제3먹스와;

클럭의 종류(CLK, CLK1, CLK2)에 따라 상기 제3먹스에서 인가되는 위상값을 결정하는 선택기를 포함하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는

내부 블록 제어 펄스를 생성하는 제1카운터와;

빔 조향 제어를 위한 배열소자 선택 펄스를 생성하는 타이밍 펄스 생성기와;

상기 배열소자 선택 펄스를 카운터하는 제2카운터와;

X축에 대한 빔 조향 제어를 위한 펄스에 위상 제어 데이터를 매칭하는 제1제어신호 생성기와;

각 배열소자에 대한 고정제어신호(START/PWR/EP/RRG)를 생성하여 출력하는 제2제어신호 생성기와;

각 배열소자에 대하여 어드레싱을 위한 펄스신호를 생성하는 어드레스 펄스 생성기와;

제1제어신호 생성기에서 인가되는 위상 제어 데이터와 제2제어신호 생성기에서 인가되는 고정제어신호 및 빔 조향을 위한 위상값과에 따라 위상 제어를 위한 데이터를 생성하는 제어 데이터 생성기를 포함하는 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치.