KR20110138739A - 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나 및 이를 포함하는 레이더 시스템 - Google Patents

Abstract

이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 단일 아암 스파이럴 방사체; 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 중심에 전자기적으로 결합되는 제1 급전부; 및 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 종단에 전자기적으로 결합되는 제2 급전부를 포함하되, 상기 제1 급전부는 상기 제2 급전부는 교대로 활성화된다. 개시된 안테나에 따르면, 단일 안테나 방사체로 이중 편파 방사가 가능하며, 소형화 및 저비용의 구조를 가지고 대상 물체를 정확하게 탐지할 수 있는 장점이 있다.

Description

이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나 및 이를 포함하는 레이더 시스템{Radar Antenna Enabling Dual Polarization Radiation and Radar System Including the Same}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 방사체로 이중 급전에 의한 이중 편파 방사가 가능한 안테나 및 이를 포함하는 레이더 시스템에 관한 것이다.

레이더 시스템은 안테나를 이용하여 전파를 자유공간으로 방사한 후 목표 물체로부터 반사되어 오는 전파를 수신함으로써 목표 물체와의 거리, 위치 등을 감지하는데 주로 사용된다.

레이더 시스템은 군사용 레이더, 기상 관측과 같은 대형 시스템에 주로 이용되었으나, 근래에는 차량 후면 감지기 및 공간 인식 등과 같은 소형 시스템에도 이용되면서 점차 사용 범위가 넓어지고 있다.

레이더 시스템은 신호의 방사 및 수신을 위해 안테나를 필수적으로 사용하며, 레이더용 안테나로는 혼 안테나, 패치 안테나 등 다양한 종류의 안테나가 사용된다.

한편, 편파(Polarization)는 전자기파에서 진동 방향이 갖는 특정한 성질을 나타내는 것으로서, 직선 편파, 원형 편파 등이 있다. 또한, 원형 편파는 진동의 회전 방향에 따라 RHCP(Right Handed Circular Polarization) 및 LHCP(Left Handed Circular Polarization)으로 구분된다. 물체 또는 공간의 감지에 이용되는 레이더 감지 시스템은 다양한 편파로 타겟을 감시할 때 가장 큰 효과를 얻을 수 있다.

종래의 레이더용 안테나로는 단일 방사체가 사용되었기 때문에, 하나의 편파만을 이용하여 감지 기능을 수행하는 것이 일반적이었다. 또한, 정확한 감지가 필요한 곳에서는 도 1과 같은 두 개의 방사체를 포함하는 안테나를 통해 레이더 감지 기능이 수행되었다.

도 1은 종래의 이중 편파에 의한 레이더 감지 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 레이더 감지 시스템(100)은 LHCP(Left Handed Circular Polarization) 안테나(110), RHCP(Right Handed Circular Polarization) 안테나(112) 및 신호처리부(114)를 포함한다.

LHCP 안테나(110)는 LHCP 편파 특성을 가진 빔을 방사하고 수신하며, RHCP 안테나(112)는 RHCP 편파 특성을 가진 빔을 방사하고 수신한다.

이와 같은 스템에서 우선 LHCP 안테나(110)의 빔을 방사하여 타겟 지역을 스캔하고, RHCP 안테나(112)의 빔을 방사하여 타겟 지연을 스캔한 후 스캔 후 반사되는 정보를 취합하여 타겟 지역을 감지하는 방식으로 동작한다.

이와 같이 두 개의 서로 다른 편파를 가진 빔을 통해 레이더의 감지 기능을 수행하려면 두 개의 안테나 방사체를 필요로 하는 바, 전체적인 시스템의 사이즈 및 비용이 증가할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 단일 안테나 방사체로 이중 편파 방사가 가능한 레이더용 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 비교적 소형화 및 저비용의 구조를 가지고 대상 물체를 정확하게 탐지할 수 있는 레이더용 안테나를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 아암 스파이럴 방사체; 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 중심에 전자기적으로 결합되는 제1 급전부; 및 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 종단에 전자기적으로 결합되는 제2 급전부를 포함하되, 상기 제1 급전부는 상기 제2 급전부는 교대로 활성화되는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나가 제공된다.

상기 제1 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 제1 원형 편파 신호를 방사하고, 상기 제2 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 상기 제1 원형 편파 신호와 반대인 제2 원형 편파 신호를 방사한다.

상기 제1 급전부가 활성활 때 상기 제2 급전부는 비활성화되고 상기 스파이럴 방사체의 종단은 전기적으로 터미네이션 상태가 된다.

상기 제2 급전부가 활성화될 때 상기 제1 급전부는 비활성화되고 상기 스파이럴 방사체의 중심은 전기적으로 터미네이션 상태가 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 단일 아암 스파이럴 방사체; 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 중심에 전자기적으로 결합되는 제1 급전부; 상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 종단에 전자기적으로 결합되는 제2 급전부; 상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부의 활성화를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 시스템이 제공된다.

본 발명의 안테나에 의하면, 단일 안테나 방사체로 이중 편파 방사가 가능하며, 소형화 및 저비용의 구조를 가지고 대상 물체를 정확하게 탐지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 이중 편파에 의한 레이더 감지 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 방사가 가능한 레이터 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나에서 제1 급전부가 활성화될 경우에 방사되는 빔 패턴 및 편파를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나에서 제2 급전부가 활성화될 경우에 방사되는 빔 패턴 및 편파를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나가 적용되는 레이더 시스템이 동작을 도시한 순서도.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 방사가 가능한 레이터 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나는 단일 아암 스파이럴 방사체(200), 제1 급전부(202) 및 제2 급전부(204)를 포함한다.

단일 아암 스파이럴 방사체(200)는 하나의 아암으로만 구성되는 스파이럴 형태의 방사체로서, 스파이럴 방사체는 둘 또는 그 이상의 아암을 가지는 형태로 구현될 수도 있으나 본 발명에 사용되는 스파이럴 방사체(200)는 단일 아암으로 구현되는 스파이럴 방사체가 이용된다.

스파이럴 방사체는 중심을 기준으로 계속적으로 반경이 커지는 형태를 가지는 구조의 방사체로서 비교적 작은 공간을 점유하면서 충분한 전기적 길이를 확보할 수 있는 방사체의 하나이다.

도 2에는 원형의 스파이럴 방사체가 도시되어 잇으나, 스파이럴 방사체의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형 등과 같은 알려진 다양한 형태의 스파이럴 방사체가 이용될 수 있다.

스파이럴 방사체(200)의 중심에는 제1 급전부(202)가 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하고, 스파이럴 방사체(200)의 종단에는 제2 급전부(204)가 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공한다.

본 발명의 발명자는 스파이럴 안테나의 중심에 급전 신호를 제공할 때 방사되는 신호의 편파와 스파이럴 안테나의 종단에 급전 신호를 제공할 때 방사되는 신호의 편파가 상이하다는 특성을 실험을 통해 검증하였으며, 본 발명은 본 발명자에 의해 검증된 특성을 이용한 레이더 안테나를 제안한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이더 안테나는 일반적인 스파이럴 안테나와는 달리 스파이럴 방사체의 중심 및 종단에 모두 급전부(202, 204)가 결합된다. 이때, 제1 급전부(202)의 급전 신호에 의해 방사되는 제1 RF 신호와 제2 급전부(204)의 급전 신호에 의해 방사되는 제2 RF 신호는 원형 편파에서 서로 반대 방향의 편파를 가지게 된다. 예를 들어, 제1 급전부의 급전 신호에 의해 방사되는 제1 RF 신호가 RHCP 편파를 가질 경우, 제2 급전부의 급전 신호에 의해 방사되는 제2 RF 신호는 LHCP 편파를 가진다. 또한, 제1 급전부의 급전 신호에 의해 방사되는 제1 RF 신호가 LHCP 편파를 가질 경우, 제2 급전부의 급전 신호에 의해 방사되는 제2 RF 신호는 RHCP 편파를 가지게 된다.

제1 급전부 또는 제2 급전부에 의해 방사되는 신호가 어떠한 편파를 가질지 여부는 스파이럴 방사체의 회전 방향에 의해 결정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 급전부(202)와 제2 급전부(204)는 교대로 활성화되어 탐지를 위한 RF 신호를 제공한다. 이때, 제1 급전부(202) 및 제2 급전부(204) 및 활성화 및 비활성화는 별도의 컨트롤러(미도시)에 의해 제어될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나에서 제1 급전부가 활성화될 경우에 방사되는 빔 패턴 및 편파를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 스파이럴 방사체의 중심에 결합된 제1 급전부(202)는 활성화된 상태여서 급전 신호를 스파이럴 방사체에 제공하며, 제2 급전부(204)는 비활성화되어 전기적으로 터미네이션 상태가 되도록 한다.

이때, 스파이럴 방사체(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, RHCP 편파를 가진 RF 신호를 방사한다(물론, RF 신호는 스파이럴 방사체의 회전 방향에 따라 LHCP 편파를 가질 수도 있다).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나에서 제2 급전부가 활성화될 경우에 방사되는 빔 패턴 및 편파를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 스파이럴 방사체의 중심에 결합된 제1 급전부(202)는 비활성되어 터미네이션 상태가 되고, 제2 급전부는 활성화되어 급전 신호를 스파이럴 방사체에 제공한다.

도 3과 같이, 제1 급전부가 활성화되어 RHCP 편파를 가진 RF 신호를 방사할 경우, 도 4와 같이 제2 급전부가 활성화될 때에는 LHCP 편파를 가진 RF 신호가 방사된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나가 적용되는 레이더 시스템이 동작을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 우선 레이더 시스템은 제1 급전부를 활성화하고 제2 급전부를 비활성화화여 제2 급전부가 전기적으로 터미네이션 상태가 되도록 한다(단계 500).

제1 급전부가 활성화되면, 본 발명의 레이더 안테나는 제1 급전부의 급전 신호를 제공받아 RHCP 편파(스파이럴 방사체의 구조에 딸 LHCP 편파를 가진 빔을 방사할 수도 있음)를 가진 빔을 방사하며, 이에 따른 반사 신호를 수신한다(단계 502).

제1 급전부의 활성화에 따른 RHCP 편파 빔의 반사 신호를 수신한 후, 제2 급전부를 활성화하고 제1 급전부를 비활성화하여 전기적으로 터미네이션 상태가 되도록 한다(단계 504).

제2 급전부가 활성화되면, 본 발명의 레이더 안테나는 제2 급전부의 급전 신호를 제공받아 제1 급전부가 활성화될 때와는 반대의 편파(즉, LHCP 편파)를 가진 빔을 방사하고 이에 따른 반사 신호를 수신한다(단계 506).

레이더 시스템은 제1 급전부가 활성화될 경우의 반사 신호 및 제2 급전부가 활성화될 경우의 반사 신호를 취합하여 타겟 지역에 대한 감지 정보를 생성한다(단계 508).

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 단일 아암 스파이럴 방사체;
   상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 중심에 전자기적으로 결합되는 제1 급전부; 및
   상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 종단에 전자기적으로 결합되는 제2 급전부를 포함하되,
   상기 제1 급전부는 상기 제2 급전부는 교대로 활성화되는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 제1 원형 편파 신호를 방사하고, 상기 제2 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 상기 제1 원형 편파 신호와 반대인 제2 원형 편파 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 급전부가 활성활 때 상기 제2 급전부는 비활성화되고 상기 스파이럴 방사체의 종단은 전기적으로 터미네이션 상태가 되는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 급전부가 활성화될 때 상기 제1 급전부는 비활성화되고 상기 스파이럴 방사체의 중심은 전기적으로 터미네이션 상태가 되는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사 가능한 레이더 안테나.
5. 단일 아암 스파이럴 방사체;
   상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 중심에 전자기적으로 결합되는 제1 급전부;
   상기 단일 아암 스파이럴 방사체의 종단에 전자기적으로 결합되는 제2 급전부;
   상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부의 활성화를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부가 교대로 활성화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 제1 원형 편파 신호를 방사하고, 상기 제2 급전부가 활성화될 때 상기 스파이럴 방사체는 상기 제1 원형 편파 신호와 반대인 제2 원형 편파 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 시스템.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제1 원형 편파 신호가 방사되어 반사에 의해 수신되는 신호 및 상기 제2 원형 편파 신호가 방사되어 반사에 의해 수신되는 신호를 취합하여 감지 정보를 생성하는 이중 편파 방사가 가능한 레이더 시스템.

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