KR20120072027A - 안테나 패턴 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
안테나 패턴 측정 장치에서의 안테나 패턴 측정 방법으로, 안테나 패턴 특성이 이미 알려진 기준 안테나를 통해 수신 기준점을 획득하는 단계와, 테스트 안테나를 구성하는 다수의 방사체들 중 선택된 기준 방사체의 기준 각도에서의 수신 신호를 측정하는 단계와, 상기 수신 신호와 상기 수신 기준점을 비교하여, 상기 기준 방사체의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계와, 일정 주기로 기준 방사체를 통해 획득되는 수신 기준점을 기준으로 테스트 안테나의 다른 다수의 방사체들의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템의 안테나 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는안테나의 패턴 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템에서 소정의 주파수를 이용하여 데이터 또는 시그널을 송/수신한다. 이때, 무선 통신 시스템에서 신호를 송신 및 수신하기 위한 중요한 요소로 안테나가 있다. 이러한 안테나는 전자파를 효율적으로 송신 및 수신할 수 있도록 구성되어야 하며, 안테나에 대한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.
이러한 안테나들은 안테나를 만드는 소재와, 안테나의 형태 등에 따라 다양한 특성을 가지게 된다. 따라서 안테나의 특성을 정확히 파악하는 것은 매우 중요한 요소가 된다. 이러한 안테나의 특성 중 하나인 안테나 패턴은 전자파가 방사될 때의 방향적인 특성을 의미한다.
특정한 소재 또는 형태를 가지는 안테나를 구현하는 경우에 안테나의 패턴의 특성을 측정하기 위해서는 이론적인 검증 뿐 아니라 실제적인 전자파 형성에 대한 특성의 측정이 필요하다. 이러한 안테나 패턴을 측정하기 위한 장치를 안테나 레인지(antenna range)라고 하는데, 파 필드 레인지(far-field range), 컴팩트 레인지(compact range) 등으로 분류될 수 있다.
이러한 안테나 패턴 측정 장치에서 안테나 패턴을 측정하기 위해 일반적으로 이득 비교 방법(gain comparison method)이 사용된다. 이득 비교 방법이란 이미 그 특성이 알려진 표준 이득 안테나(Standard Gain Antenna : SGA)에서 수신한 기준 신호를 획득하고, 특성을 측정하고자 하는 테스트 안테나(Antenna Under Test : AUT)에서 수신한 신호를 상기 획득된 기준 신호와 비교함으로써 테스트 안테나의 패턴 특성을 획득하는 방법이다.
한편, 방향 탐지용 안테나 또는 무선 공간 채널 측정용 안테나는 다수의 방사체로 구성된다. 이러한 다수의 방사체로 구성된 방향 탐지용 안테나 또는 무선 공간 채널 측정용 안테나의 특성 획득 알고리즘을 수행하기 위해서는 구성 요소인 다수의 방사체 각각에 대해 다양한 단면에서의 패턴이 측정되어야 한다. 따라서, 표준 이득 안테나를 통해 수신 신호의 기준점을 획득한 후, 테스트 안테나의 다수의 방사체 각각에 대해 수신 신호를 측정하기 위해서는 장시간이 소요된다.
한편, 일반적인 안테나의 경우 수평 단면(azimuth plane)과 수직 단면(elevation plane)에서의 안테나 패턴으로 그 성능을 가늠하고 시스템에 사용한다. 그런데, 전술한 바와 같이 방향 탐지용 안테나나 무선 공간 채널 측정용 안테나는 일반적인 안테나와 달리 여러 개의 방사체로 구성된다. 따라서, 방사체 하나에 대해 여러 개의 단면(cut-plane)에서의 패턴이 요구되기에 장시간에 걸쳐 측정된다.
그런데, 이러한 장시간의 걸친 측정 수행 중에 온도 또는 습도와 같은 주변환경의 영향으로 안테나 패턴 측정 장치의 전기적 특성이 변화된다. 즉, 검출 가능한 레벨의 수신 신호를 획득하기 위해 안테나 패턴 측정 장치의 송/수신 시스템에 증폭기가 구성 요소로 구비되는데, 테스트 안테나를 측정하는 장시간 동안 이러한 증폭기의 특성도 변화하게 된다. 이러한 전기적 특성의 변화는 테스트 안테나의 측정값에 오차를 발생시킨다. 즉, 표준 이득 안테나를 통해 수신 신호의 기준점을 획득한 시점과 장시간 경과 후 테스트 안테나를 통해 수신 신호를 측정하는 시점의 증폭기의 전기적 특성이 변화되므로 테스트 안테나의 특성을 제대로 획득하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 장시간에 걸친 테스트 안테나의 패턴 측정시 증폭기의 전기적 변화로 발생되는 안테나 패턴 결과값의 오차를 줄이는 안테나 패턴 측정 방법을 제안한다.
안테나 패턴 측정 장치에서의 안테나 패턴 측정 방법으로, 안테나 패턴 특성이 이미 알려진 기준 안테나를 통해 수신 기준점을 획득하는 단계와, 테스트 안테나를 구성하는 다수의 방사체들 중 선택된 기준 방사체의 기준 각도에서의 수신 신호를 측정하는 단계와, 상기 수신 신호와 상기 수신 기준점을 비교하여, 상기 기준 방사체의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계와, 일정 주기로 기준 방사체를 통해 획득되는 수신 기준점을 기준으로 테스트 안테나의 다른 다수의 방사체들의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계를 포함한다.
장시간에 걸친 테스트 안테나 패턴 측정으로 인해 야기되는 전기적 특성 변화를 일정 주기로 보정함으로써, 장시간에 걸쳐 테스트 안테나 패턴이 측정되어야 하는 상황에서 전기적 변화로 인해 발생되는 안테나 패턴 측정 결과값의 오차를 감소시킬 수 있다.
또한, 일정 주기로 전기적 변화를 보정하면서도 기준 안테나 및 테스트 안테나가 단 한번씩만 안테나 위치 제어기에 장착되는 장점이 있다.
도 1은 바람직한 실시 예에 따른 안테나 패턴 측정 장치의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 안테나 패턴 측정 장치에서 발생하는 공간적 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 바람직한 실시 예에 따른 안테나 패턴 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 안테나 패턴 측정 장치에서 발생하는 공간적 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 바람직한 실시 예에 따른 안테나 패턴 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들을 정의한다. 이 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 바람직한 실시 예에 따른 안테나 패턴 측정 장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 안테나 패턴 측정 장치는 안테나의 방사 특성을 측정하기 위한 반무반사실(Semi-anecholic chamber)의 형태이나, 이는 이해를 돕기 위한 실시 예일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 반무반사실 형태의 안테나 패턴 측정 장치는 바닥이 금속 접지인 것을 제외하고는 낮은 주파수 대역의 전자파를 쉽게 흡수할 수 있도록 측정 환경이 설계되어 있다. 우선 육면체 형태의 소정 공간을 형성하는 챔버(10) 내벽면은 챔버의 내부를 향해 돌출된 쐐기 형상의 압소바(14)가 설치될 수 있다. 소스 안테나(20) 또는 테스트 안테나(30)는 지면으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 배치된다. 테스트 안테나(30)는 회전 기구물(42)의 상단에 고정되어 위치되며, 회전 기구물(42)는 xz 평면상을 소정의 각속도를 가지면서 회전한다. 벡터 회로망 분석기(50)는 소스 안테나(20)로 전기 신호를 공급하고, 테스트 안테나(30)에서 수신된 전자파에 해당하는 전기 신호를 공급받는다. 테이터 처리부(52)는 벡터 회로망 분석기(50)에서 공급한 전기 신호와 수신된 전기 신호를 바탕으로 테스트 안테나(30)의 방사 패턴 및 이득을 계산한다. 제어부(54)는 회전 기구물(42)의 회전을 제어한다. 회전 기구물(42)을 회전시키기 위한 제어 신호는 데이터 처리부(52)로부터 공급받는다. 테스트 안테나(30)의 방사 패턴 특성을 측정하는 경우, 소스 안테나(20)는 미리 결정된 소정 주파수를 갖는 신호를 출력한다.
도 1에 도시된 바와 같은 안테나 측정 장치에서 안테나 패턴을 측정하기 위해 회전 기구물의 상부에 이미 그 안테나 패턴 특성이 알려진 표준 이득 안테나가 장착되면, 제어부(54)는 미리 정해진 기준 각도로 표준 이득 안테나가 위치되도록 회전 기구물(42)의 회전을 제어한다. 그리고, 벡터망 회로 분석기(50)는 이러한 상태에서 송신 안테나 및 수신 안테나로부터 수신된 전기 신호를 바탕으로 표준 이득 안테나의 수신 기준점을 획득한다. 그리고, 표준 기준 안테나를 제거하고, 테스트하고자 하는 테스트 안테나를 장착하여 다양한 각도에서의 특성을 알아냄으로써 패턴을 획득한다.
이러한 안테나 측정 장치에서 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해서 회전 기구물의 상부에 표준 이득 안테나를 장착하여 수신 기준점을 획득하여 테스트 안테나를 방사 패턴을 측정하고, 다시 표준 이득 안테나를 장착하여 수신 기준점을 획득하고 테스트 안테나를 장착하는 반복 과정을 통해 증폭기의 전기적 변화에 따른 오차를 극복하는 시도를 할 수 있다. 그러나, 이럴 경우 공간적인 오차가 발생된다.
도 2a 및 도 2b는 안테나 패턴 측정 장치에서 발생하는 공간적 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에는 테스트 안테나가 0°에 위치한 상황과, 180°에 위치한 상황이 도시되어 있다. 안테나의 패턴을 획득하기 위해, 회전 기구물(42)의 상단에 테스트 안테나가 장착된 후, 일정 각도만큼 테스트 안테나의 방향을 변화시켜 신호를 수신하는 과정이 반복된다. 그런데, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 회전 기구물(42)의 회전축(rotate axis)과 장착된 테스트 안테나의 중심점이 ±dx만큼 어긋난 상황이 도시되어 있다. 즉, 테스트 안테나를 회전 기구물(42)의 회전축에 맞추려고 하였으나, 조금씩의 공간적인 오차가 포함되게 되는 것을 나타낸다. 그런데, 측정 주파수가 3705MHz라고 가정할 경우, ±1mm의 오차는 8.9°의 위상차이로 나타나게 된다.
따라서, 장시간의 테스트 안테나 측정에서 전기적 변화로 인한 오차를 줄이기 위해 각각의 방사체 측정에 대해 매번 표준 이득 안테나를 사용하여 수신 기준점을 획득하는 방법은 표준 이득 안테나 및 테스트 안테나를 회전 기구물(42) 에 장착시키는 과정에서 발생하는 공간적 변화로 따른 오차의 변화가 발생한다는 문제점이 있다.
이에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 표준 이득 안테나 및 테스트 안테나 장착에서 발생하는 공간적 오차는 어떠한 안테나 패턴 측정 방법에서도 존재하는 오차로, 본 발명에서 제안한 측정 방법에서도 이 오차는 포함된다. 다만, 이러한 오차가 고정되어 있다면 테스트 안테나의 제작 오차로 여기고 패턴 데이터를 획득하면 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 오차를 고정하기 위해 테스트 안테나에서 기준 방사체와 기준 각도를 정하여 이를 새로운 기준 안테나로 획득한다.
도 3은 바람직한 실시 예에 따른 안테나 패턴 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 안테나 패턴 측정 장치는 310 단계에서 표준 이득 안테나(Standard Gain Antenna : SGA)를 통해 신호를 수신하여, 수신 기준점을 획득한다. 상세하게는 안테나 패턴 측정 장치의 위치 제어기에 표준 이득 안테나를 장착되면, 기준 각도로 이동시켜 신호를 수신한다.
그리고, 안테나 패턴 측정 장치는 320 단계에서 테스트 안테나의 다수의 방사체들 중 하나를 기준 방사체로 결정함과 아울러 기준 각도를 결정한다.
그리고, 안테나 패턴 측정 장치는 330 단계에서 안테나 위치 제어기에서 표준 이득 안테나가 제거되고 테스트 안테나가 장착됨에 따라, 320 단계에서 결정된 테스트 안테나의 기준 방사체의 기준 각도에서 수신 신호를 측정한다.
안테나 패턴 측정 장치는 340 단계에서 테스트 안테나의 기준 방사체의 기준 각도에서의 수신 신호를 320 단계에서 획득된 수신 기준점과 비교함으로써 테스트 안테나의 특성을 획득한다.
그리고, 안테나 패턴 측정 장치는 350 단계에서 기준 각도에 위치한 테스트 안테나의 기준 방사체에서 획득한 특성을 새로운 기준 안테나 및 그 특성으로 설정한다. 즉, 테스트 안테나의 기준 방사체의 특성을 획득하였으므로, 표준 이득 안테나 대신 테스트 안테나가 기준 방사체의 특성이 새로운 기준 안테나가 되는 것이다.
이와 같이 테스트 안테나가 기준 안테나로 정해지면, 안테나 패턴 측정 장치는 360 단계에서 기준 안테나로 정해진 테스트 안테나로부터 일정 주기로 수신 기준점을 획득하고, 이를 통해 테스트 안테나의 다른 방사체의 안테나 패턴 특성을 획득하게 된다.
따라서, 테스트 안테나의 모든 방사체의 특성이 측정되는 장시간 동안 테스트 안테나를 안테나 위치 제어기에 반복적으로 착탈함에 따른 공간적 오차를 발생시키지 않는다. 또한, 일정 주기로 수신 기준점 정보가 갱신되므로 안테나 패턴 측정 장치에서 시간 경과에 따른 증폭기의 전기적 변화에 영향을 받지 않는다.
Claims (1)
- 안테나 패턴 측정 장치에서의 안테나 패턴 측정 방법에 있어서,
안테나 패턴 특성이 이미 알려진 기준 안테나를 통해 수신 기준점을 획득하는 단계와,
테스트 안테나를 구성하는 다수의 방사체들 중 선택된 기준 방사체의 기준 각도에서의 수신 신호를 측정하는 단계와,
상기 수신 신호와 상기 수신 기준점을 비교하여, 상기 기준 방사체의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계와,
일정 주기로 기준 방사체를 통해 획득되는 수신 기준점을 기준으로 테스트 안테나의 다른 다수의 방사체들의 안테나 패턴 특성을 획득하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 안테나 패턴 측정 방법.
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