KR20160020397A - 송신기-수신기 - Google Patents

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KR20160020397A KR1020157011495A KR20157011495A KR20160020397A KR 20160020397 A KR20160020397 A KR 20160020397A KR 1020157011495 A KR1020157011495 A KR 1020157011495A KR 20157011495 A KR20157011495 A KR 20157011495A KR 20160020397 A KR20160020397 A KR 20160020397A
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에프게니 뱌체슬라보비치 콤라코프
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Abstract

본 발명은 능동위상어레이(active phased arrays, APA)의 기술에 관한 것으로, 통신 및 수중음파 시스템은 물론 이동식 또는 고정식 물체에 대한 레이더 기지를 구축하는 폭넓은 애플리케이션에 관한 것이다.
본 발명의 사용으로 얻어지는 기술적인 결과는 에너지 포텐셜 밀 효율성의 증가는 물론, 사방 관측을 유지하지만 레이더 시스템 또는 통신 시스템 비용의 감소하고, 수직 평면에서 스캔 영역이 증가하고, 반대 방향으로 그늘진 영역이 없을 때에 독립적인 빔을 충분히 구성할 가능성을 제시하는 것으로 이뤄진다.
상기 기술적인 결과는 각각 두 개의 복사 소자, 하나의 송신기, 두 개의 수신기, 두 개의 아이솔레이터 스위치, 믹서 및 위상 변위기를 포함하는 송수신 모듈을 포함하는 능동 2면 위상 어레이를 포함하는 수신기-송신기에서, 2면 위상 어레이는 일차원 또는 이차원으로 구성되고, 사방 관측 능력을 유지하지만 서로에 대해 75 - 105°경사지게 수평 평면에 배열되고, 송수신기 모듈에는 추가적인 위상 변위기가 제공되고, 두 위상 변위기 중 하나는 각각은 선택기 스위치를 거쳐 수신기 또는 송신기 중 하나에 접속되고, 송신기는 반대 방향으로 적어도 두 개의 독립적인 빔을 구성할 가능성을 갖는 수신기 수신 모드의 상이한 주파수 및 코딩에 대응하는, 상이한 주파수 및/또는 상이한 신호 코딩을 사용하여 복사 소자에 교대로 접속될 가능성을 갖는 복사 소자에 스위치 및 써큘레이터를 거쳐 접속되고, 능동 2면 위상 어레이는 수평 및/또는 수직 평면에서 서로에 관해 변위된다.

Description

송신기-수신기{RECEIVER―TRANSMITTER}
본 발명은 능동위상어레이(active phased arrays, APA)에 관한 것으로, 통신 시스템은 물론 이동식 또는 고정식 물체에 대한 레이더 기지를 형성하는 애플리케이션에 관한 것이다.
APA 기술에 기반한 다양한 장치들이 알려져 있다.
본원의 장치의 핵심적 특징에 관련해서 가장 근접한 기술은 1972년 3월 7일자에 공개된 US3648284호에 따른 2면 위상어레이(two-face phased array)의 장치(arrangement)이고, 송수신기 모듈(transmit receive module, TRM)로 이루어진 2차원 2면 위상 어레이를 포함하고, 이는 하나의 송신기와 두 개의 수신기를 가지고 반대 방향으로 동시에 복사(radiate) 및 수신하는 2개의 복사 소자와 통신할 수 있다.
상기 기술적 해결책의 단점은 사방을 루킹(looking)하기 위해서 3개의 2면 위상 어레이를 사용해야만 하고 이는 레이더 시스템의 가격을 상승시키고, 낮은 스캐닝 속도(scanning rate)는 반구의 상부(upper part of the hemisphere)에서 넓은 사각(blind) 영역을 생성하고, TRM에서 고유한 위상 변위기(shifter)를 사용하는 것에 기인하여 서로 방향이 반대인 완전 독립적 빔(fully independent beam)을 형성하는 것이 불가능하여 에너지 포텐셜과 레이더 시스템에서의 이용 가능성을 감소시켜버려, 실제로 통신 시스템에서 이들이 이용되는 것을 완전히 방해하며, 동시적인 송신 및 수신의 경우 반대 방향으로의 상이한 신호 코딩을 이용할 수 없는 것은 노이즈 억제력(noise immunity)를 감소시키고, 2차원 어레이만의 사용으로 인해 통신 시스템의 효율성이 낮으며, 장착(mounting)이 어려우며, 수평 및/또는 수직 평면에서 서로에 대한 2-사이드 어레이 변위의 부족으로 인해 그늘진 섹터(shaded sectors)가 존재하게 된다.
본 발명의 목적은 통신 및 수중음파 시스템은 물론 이동식 또는 고정식 물체에 대한 레이더 기지를 구축하는 능동 위상 어레이를 포함하는 송신기-수신기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 결과는 각각 두 개의 복사 소자, 하나의 송신기, 두개의 수신기, 두 개의 분리기 스위치, 믹서 및 위상 변위기를 포함하는 송수신기 모듈을 포함하는 능동 2면 위상 어레이를 갖는 수신기에서. 2면 위상 어레이는 일차원 또는 이차원적으로 제작되고, 서로에 대해 75 ~ 105°로 수평면에 배열되지만 사방을 볼 수 있는 능력을 유지하고, 송수신 모듈에는 추가 위상 변위기가 제공되는데 두 위상 변위기는 선택기 스위치를 통해 각자 영구적으로 수신기들 중 하나 또는 송신기에 접속되고, 송신기는 선택기 스위치 및 서큘레이터(circulator)를 통해 적어도 두 개의 독립적인 빔을 마주보는 방향으로 구성할 가능성을 갖는 수신기 수신 모드의 코딩 및 상이한 주파수에 대응하는 복사 소자에 접속되는데, 상이한 주파수 사용 및/또는 상이한 신호 코딩 사용에 의해 복사 소자에 다르게 접속될 가능성이 있으며, 능동 2면 위상 어레이는 수평 및/또는 수직 평면에서 서로에 대해 변위된다.
상기 기술적인 결과는 능동 2면 위상 어레이의 각각의 면의 패널이 수직 평면에서 서로에 대해 경사지게 배열될 수 있다는 사실에 의해서도 얻어진다. 그밖에, 송수신기에는 송수신기 위 및/또는 아래에 배치되고 위쪽 및/또는 아래쪽으로 복사하기 위해 두 개의 평면에서 스캔할 능력을 갖도록 제조되는 적어도 하나의 레이더 또는 통신 기지가 제공된다. 이 경우에, 레이더 또는 통신 기지는 수평 및 수직 평면에서 송수신기에 대해 변위되어 배열되는 청구항 1에 기재된 송수신기 모듈을 갖는 2차원 능동 1면 위상 어레이 또는 2차원 능동 2면 위상 어레이로서 제조될 수 있다.
본 발명의 이용에 의해 얻어진 기술은 에너지 포텐셜과 효율을 향상시키고, 레이더 시스템 또는 통신 시스템의 비용을 감소시키면서 사방 관측(all-around looking)을 제공하며, 수직 평면에서의 스캐닝 영역을 증가시키고, 반대 방향으로의 완전 독립적 빔을 제공할 수 있고 쉐이드 섹터가 없다.
본 발명의 이용에 의해 얻어진 기술은, TRM에서 추가적인 위상 변위기의 사용에 의해 방향이 반대인 적어도 2개의 독립적 빔의 형성함에 따라, 송수신기 에너지 포텐셜과 효율을 향상시키고, 단지 2개의 양면(two-sided) APAs의 사용으로 인해 장치의 비용이 절감되고, 추가적인 1면 또는 양면 APAs의 사용으로 인해 및/또는 양면(2-face) 능동 위상 레이어의 각각의 면의 패널(panels)이 수직 평면에서 서로 기울어져 장착되는 것으로 인해, 반구의 상부 및 하부 부분에서 장치의 사각 룩킹 영역이 제거되고, APA 위치의 물건(commodity)에서 상이한 방향으로의 송신을 통해 상이한 신호를 사용하는 것으로 인해 노이즈 억제성이 더 향상되고, 수직 및/또는 수평 평면에서 서로에 대해 APAs의 변위로 인하여 그늘진 섹터가 제거될 수 있다.
도 1은 가장 유사한 종래기술인 US3648284호에서 TRM을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 송신 채널을 위한 선택기 스위치를 구비한 2개의 복사 소자, 2개의 독립적인 수신기, 2개의 독립적인 위상 변위기를 가진 TRM을 나타낸 도면으로, 번호 1은 TRM, 번호 2는 선택기 스위치, 번호 3은 복사 소자, 번호 4는 수신기, 번호 5는 송신기, 번호 7은 서큘레이터(circulator), 번호 8은 수신-송신 스위치, 번호 9는 위상 변위기를 나타내는 도면이고,
도 3은 수평 평면에서 360°스캐닝을 제공하는 2개의 1차원 APAs를 나타낸 도면으로, 번호 1은 TRM, 번호 3은 복사 소자, 번호 6은 APAs 패널, 번호 11은 하우징을 나타낸 도면이고,
도 4는 수평 평면에서 사방 360°스캐닝과 수직 평면에서 대략 ±45-60°스캐닝을 제공하는 2개의 2차원 APAs를 나타낸 도면으로, 번호 1은 TRM, 번호 3은 복사 소자, 번호 6은 APAs 패널, 번호 11은 하우징을 나타낸 도면이고,
도 5는 수평 평면에 있어서 360°의 스캐닝과 수직 평면에 있어서 수평선으로부터 90°까지 스캐닝을 제공하도록 경사지게 배치된 패널을 가진 2개의 2차원 APAs를 나타낸 도면으로, 번호 1은 TRM, 번호 3은 복사 소자, 번호 6은 APAs 패널, 번호 11은 하우징을 나타낸 도면이고,
도6은 위쪽으로 복사할 가능성을 갖도록 배열된, 전통적인 TRM을 구비한 추가적인 2차원 1면 APA를 갖는 디바이스의 일반적인 도면으로, 번호1은 TRM, 번호 3은 복사 소자, 번호 6은 APAs 패널, 번호 8은 일차원 APA의 패널, 번호9는 하나의 수신기 및 하나의 위상 변위기를 갖는 TRM, 번호11은 하우징을 나타내는 도면이고,
도7은 송수신기에 대해 변위되고 위쪽 및 아래쪽으로 복사할 가능성을 갖도록 배열되고, 송신 채널 스위치, 두 개의 독립적인 수신기 및 두 개의 독립적인 위상 변위기를 구비한 TRM을 갖는 하나의 추가적인 2차원 APA를 갖는 디바이스의 일반적인 도면으로, 번호 1은 TRM, 번호 3은 복사 소자, 번호 6은 APAs 패널, 번호 11은 하우징을 나타내는 도면이고,
도8은 레이더 통신 선박 마스트(mast)에 대한 송수신기의 일반적인 모양의 예를 나타낸다.
최근 수십년간, 레이더 및 통신 시스템에서 APAs의 사용이 매우 광범위해졌다. 그러나, TRMs의 비용은 여전히 상당히 높다, 동시에, TRM 크기는 단일칩 고주파 집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)와 같은 현대의 고주파수 집적회로 기술 덕분에 감소하였다. TRMs의 줄어든 크기는 본 발명에 따르는 디바이스를 용이하게 구축할 수 있도록 한다.
레이더 또는 통신 시스템을 구축하기 위한 전통적인 방법은, 사방 관측이 필요한 경우, 4개의 APAs의 사용에 있는데, 4개의 APAs 각각은 수평 및 수직 평면에서 ±45 ~ 60°스캐닝을 수행한다. 결과적으로, 상대적으로 좁은 패턴을 제공하기 위해, 예를 들어 임의의 범위에서 2°, 각각의 APA는 300APAs 이상을 포함할 것이다. 4개의 APAs 의 경우, 12,000 이상의 APAs가 네 개의 충분히 독립적인 빔을 구성할 수 있도록 하기 위해 필요하다. 이러한 레이더는 상당히 비싸다. 주장 발명에 따르는 디바이스는, 그 에너지 포텐셜 및 4개의 독림적인 빔을 유지하는 경우, TRM 모듈에 대한 비용에 대해, 추가적인 수신기 및 위상 변위기의 비용이 높지 않기 때문에, 이러한 레이더의 비용을 감소시킬 수 있다.
도1은 미국특허 제3648284에 개시된 배열을 나타내는데, 여기에서 번호10은 송신기, 번호 12 및 14는 복사 소자, 번호 16은 선택기 스위치, 번호 18은 위상 변위기, 번호 20 및 28은 믹서, 번호 24 및 26은 수신기이다. 이 배열은 1면 위상 어레이를 사용하는 레이더 시스템에 비해 TRM의 수를 2배 감소시킬 수 있지만, 에너지 포텐셜은 2개의 독립적인 1면 위상 어레이의 경우에 대한 것보다 낮을 것이다. 상이한 방향에 대해 오직 하나의 위상 변위기를 사용함으로써, 동일한 위상을 갖는 신호의 방출 및 수신이 발생할 것이고, 왼벽하게 독립적인 빔을 구성할 수 없게 된다.
도2는 번호1은 TRM, 번호2는 스위치, 번호3은 복사 소자, 번호4는 수신기, 번호5는 송신기, 번호7은 써큘레이터, 번호8은 송신기 선택 스위치, 번호9는 위상 변위기를 나타내는 배열을 나타낸다. 이러한 배열은 두 개의 독립 위상 변위기의 사용 덕분에 상이한 방향 및 상이한 위상의 신호를 동시에 방출 및 수신할 수 있고, 결과적으로 에너지 포텐셜의 손실없이 마주보는 APA 패널상에 완전히 독립적인 빔을 구성할 수 있도록 한다.
도3은 마주보는 방향으로 작동하고 도2에 예시된 TRM들을 포함하고 직교방식으로 장착된 두개의 일차원 2면 APA로 구성된 레이더 또는 통신 시스템을 나타낸다. 이러한 배열은 모든 어레이 패널이 수평 평면에서 반대방향으로 독립적인 전자 빔을 사용하여 ±45 ~ 60°스캔할 수 있도록 하는 동시에 사방 관측을 제공한다. 서로에게 직교 평면에서 2개의 2차원 APAs를 배열하는 것은 각각의 APA 패널(도4)로부터의 독립적인 빔의 도움으로 수평 평면에서의 사방 관측과 수직 평면에서의 ±45 - 60°스캔이 가능하다. 이러한 배열은 12,000 대신에 6,000 TRM들을 사용하는 동안 독립적인 빔 구성 및 에너지 포텐셜 유지할 가능성, 사방 관측 가능성을 제공한다. 그늘진 섹터의 구성을 방지하기 위해, 일차원 또는 이차원 2면 APAs는 수학적으로 시차를 고려할 가능성을 가진 수직 및/또는 수평 평면에서 서로에 대해 약간 변위되어 장착된다.
전통적인 사방 관측 APA를 가진 레이더가 1W 전력의 12000 TRM 및 10이 온-오프 타임 속도(10%의 작동 시간)를 갖는 경우, 그 평균 전력은 1200W가 될 것이다. 사방 관측을 제공하기 위한 본 발명에 따르는 디바이스를 사용하는 동안에는, 오직 1W의 6000 TRM만 필요하지만, 이미 20%의 시간 동안 동작할 것이고, 전체 시스템의 평균 전력도 1000watt와 동일할 것이다.
본 발명에 따르는 배열을 갖는 TRM을 사용하는 경우(도2), 송신 채널은 물론 두 개의 복사 소자에 대해 선택기 스위치를 거쳐 동작하고, 수신하는 독립 채널(4)은 영구적으로 양쪽 복사 소자에 연결된다. 이 경우, TRM 송신기(5)는 각각의 복사 소자에 대해 5 ~ 10의 온-오프 타임 속도에서 동작하는데, 즉 전체적으로 이미 20 ~ 40%의 시간 동안 동작할 것이다. 송신기가 하나의 복사 소자에 대해 동작하는 경우, 이 복사 소자의 수신기는 써큘레어터(7)의 도움으로 차단되지만, 반대편 복사 소자의 수신기는 수신하는 동작을 계속하는데, 반대편 방향의 복사에 의해 교란되지 않기 때문이다. 반대편의 개방 수신기상에서 반사된 신호의 영향을 막기 위해, 다른 방향으로 비슷하지만 상이한 주파수를 방출 및/또는 신호의 상이한 코딩, 예를 들어 위상 변위 신호를 사용하는 것이 가능하다.
종래 기술의 RTM에는 오직 하나의 위상 변위기가 존재한다. 수신 및 송신을 위해 동시에 동작하는 위상 어레이에 이러한 TRM을 사용하는 경우, 송신된 신호의 위상이 수신된 신호의 위상과 동일하기 때문에 두 개의 독립적인 빔을 구성하는 것은 실제로 불가능하다. 이 경우, 복사 소자의 각각의 패널의 수직선에 대해 유사한 방향인 빔은 반대 방향으로 방출 및 수신하기 위해 구성될 수 있다. 동시에, 공간의 규칙적인 감시는 두 개의 위상 변위기를 갖는 본 발명에 따르는 디바이스의 TRM 사용보다 더 많은 시간을 쓴다. 예를 들어, 임펄스가 하나의 패널로부터 송신되는 경우, 종래 기술의 TRM은 송신기를 다른 패널로 대체하고, 제 1 패널 수신기는 반사된 신호를 수신하기 시작한다. 이 순간, 송신기는 제 2 패널로부터 임펄스를 송신하고 제 2 패널에서의 반사된 신호 수신이 즉시 시작된다. 오직 하나의 위상 변위기만 존재하기 때문에, 양쪽 패널은 동일한 위상에서 작동한다. 제 1 패널이 전체(full) 신호를 수신한 후, 임펄스가 늦게 발송되었기 때문에 제 2 패널은 신호를 아직 완전하게 수신하지 못하였으므로 대기한다. 제2 패널에서 신호의 완벽한 수신한 후에만, 위상이 변경되고 다음 임펄스가 다른 방향으로 송신된다. 현대적인 레이더가 오히려 긴 임펄스를 사용하는 것을 고려하면, 시간 손실이 규칙적인 감시에서 중요해질 것이다. 게다가, 전자 빔 스캐닝을 갖는 현대적인 레이더 시스템은 규칙적인 공간 감시를 위해서만 사용되는 것은 아니다. 물체 감지시, 빔은 규칙적인 감시를 중단하고 이 물체들을 추가적으로 처리한다. 위험한 물체가 존재할 경우, 그들에 대한 동작 시간은 규칙적인 감시 시간때문에 증가한다. 물체와의 동작 시간에 대해, 하나의 위상 변위기를 갖는 TRM을 구비한 위상 어레이는, 종래 기술에서처럼, 반대 방향으로 동시에 동작하지만, 십중 팔구는, 어레이의 다른 면으로부터 동일한 방향으로 물체가 존재하지 않기 때문에 그 효율성을 완전히 잃어버린다. 이 경우, TRM이 본 발명에 따르는 디바이스를 사용하는 경우, 반대편 패널은 규칙적인 감시를 수행을 지속하거나 제 1 패널과 독립적으로 물체상에서 작동을 지속할 수 있다. 이것이, 하나의 위상 변위기를 갖는 TRM의 사용이 규칙적인 감시의 경우 시간과 에너지 포텐셜의 손실 및 물체상에서 동작하는 동안 추가적인 손실을 야기하는 이유인데, 특히 많은 물체가 존재하는 경우, 이러한 경우 높은 효율성의 레이더를 분명히 필요로하지만, 레이더 시스템의 효율성을 심각하게 감소시킨다.
단일 위상 변위기를 갖는 TRM을 구비한 위상 어레이는, 종래 기술에서처럼, 낮은 효율을 갖거나 일반적으로 통신 시스템에 사용가능하지 않다. 위상 어레이 기반 통신 시스템은 알려진 방향에 배치된 특정 물체에 대한 데이터를 수신 및 송신하는데 사용된다. 한 면에서 물체와 동작하는 동안, 다른 면으로부터 다른 물체를 동일한 방향으로 가질 가망은 없다. 이 경우, 물체상에서의 동작이 한 면으로부터 수행되고, 다른 면은 전혀 동작하지 않기 때문에, 통신 시스템의 효율성은 극히 낮다. 반복기로서 이러한 시스템을 사용하는 경우, 일 면에 있는 물체로부터 계속해서 정보를 수신하고 이 정보를 다른 면에 있는 다른 물체에 즉시 송신할 필요가 있기 때문에 전혀 동작하지 않을 것이다. 이 물체들의 방향이 동일할 가망은 전혀 없다.
네 개의 APA가 전통적인 레이더에 사방 관측하도록 사용되는 경우, 개별 APA 패널은, 일반적으로, 수직은 아니지만 수평면에 경사지게 장착된다. 이것은 수직 평면에서 레이더 관측을 증가시킬 목적으로 이뤄진다. 개별 APA 패널이 수평선에 대해 30° 경사지게 장착되고 수직 평면에서의 스캐닝이 ±45 - 60°인 경우, 레이더는 수평선으로부터 수직 평면에서 75 - 90°의 관측을 갖는데, 즉, 전체 반구를 커버한다. 종래 기술은 수직 평면에서 패널의 병렬 배열만을 제시하는데, 이것은 디바이스의 명백한 단점으로, 60 - 90°의 크고 잘 안보이는 관측 영역이 관측 반구의 위쪽 및/아래쪽에 나타나기 때문이다. 이 단점을 보상하기 위해, 상부 반구에 대한 본 발명의 디바이스는 예를 들어, 수평선에 대해 30°경사지게, 개별적인 APA 패널로도 만들수 있는데, 이 방식에서, 수직 평면의 전체 관측은 상부 반구 전체를 커버할 것이다(도5). 그러나 이 경우, 손실에 관한 몇몇 문제점이 TRM으로부터 복사 소자까지의 더 높은 거리때문에 하부 TRM에 나타날 수 있다. 상기 단점을 예방하기 위해 관측 영역을 증가시키려는 다른 방법은 추가적인 APA를 사용하는 것이다.
물체에 대해 45°의 배치 각도에서, 동일한 물체에 대해 약 20km의 비행 고도에 있는 거리는 약 28km일 것이며, 아주 크지는 않다. 이러한 또는 더 낮은 거리에 있는 물체의 검출은 낮은 전체 에너지 포텐셜을 갖는 전통적인 TRM으로 구성되고 상부 관측 섹터에서 방출하는 방식으로 꼭대기에 장착된 단일 일면 2차원 APA(8)에 의해 제공될 수 있다(도6). 이러한 APA는 두 개의 평면에서 ±45 - 60°의 한도로 스캔해야 한다. 이 경우, 이러한 APA의 전체 안테나 패턴은 90 - 120°(±45 - 60°)의 조리개 각도를 갖는 구의 일부로서 제시될 것이며, 레이더 시스템을 사용하여 전체 상부 반구의 완벽하게 모니터할 수 있게 할 것이다. 전체 구를 조명할 필요가 발생하면, 이러한 APA가 꼭대기 및 아래에 장착된다.
상부 및/또는 하부 관측 섹터에서 물체까지의 거리가 수평 방향에 비해 10분의 1 만큼 낮다는 것을 고려하면, 이러한 2차원 APA는 상당히 낮은 수의 TRM, 예를 들어 16 TRM에 대해 16개로 구성될 수 있어, 전체적으로 오직 256개의 소자만을 제공하며, 이러한 APA의 안테나 패턴이 8°x 8°임에도 불구하고, 이 섹터들에서 이러한 레이더 시스템의 에너지 포텐셜은 아주 충분하지만, 상부 및/또는 하부 섹터에서 레이더 시스템 해상도에 영향을 미칠것이다. 전체적으로, 본 발명의 레이더 시스템은, 상부 일면 APA를 사용하는 동안, 6,256 TRM을 가질 것이며, 반면에 4개의 전통적인 APA를 갖는 레이더 시스템은 12,000TRM을 갖는다.
구형의 관측 영역을 얻기 위해, 수학적으로 시차를 고려할 가능성을 가진, 두 개의 수직 APA에 대해 수평 평면 및 수직 평면에서 변위되어 상부 및 하부 관측 섹터에서 방출하는 방식으로 장착되는, 송신기의 선택기 스위치, 두개의 수신기 및 두 개의 위상 변위기를 구비한 TRM을 갖는 단일 2차원 2면 APA도 또한 사용될 수 있다(도7). 그러면 구형의 관측 영역 및 16 x 16 TRM 크기인 추가적인 2면 2차원 APA를 갖는 레이더 시스템은 6,256 TRM을 포함할 것이다. 수평선에 경사지게 배열된 4개의 APA 및 12,000 TRM으로 구성된 레이터 시스템을 갖는 전통적인 디자인은 반구를 그늘지게 하고 일반적으로 구형 관측 영역에 대해 제공할 수 없다,
2차원 2면 APA를 갖는 본 발명에 따르는 디바이스의 상부 및/또는 하부 관측 섹터에서 넓은 사각 영역을 커버하기 위해, 꼭대기 및/또는 밑에 장착된 2차원 1면 APA, 또는 상부 및 하부 관측 섹터를 갖는 단일 2차원 2면 APA뿐만 아니라 동일한 기능을 수행하는 다른 레이더 구조, 예를 들어 수동 통과 어레이(passive passed array), 기계적 스캐닝을 갖는 구조 등으로도 또한 만들어져 사용될 수 있다.
도8은 상부 관측 섹터를 모니터하기 위해 2면 1차원 및 2차원 APA를 사용하고 1면 APA를 사용하여 선박 레이더 통신 마스트를 구축하는 예를 개시한다. 선박 레이더 통신 마스트는 방사선투과성 레이돔(radioparent radome, 30), 마스트(31), S-범위 레이더의 2면 2차원 APA(32), S-범위의 2면 1차원 APA(33), X-범위 레이더의 2면 2차원 APA(34), X-범위 통신 시스템의 2면 1차원 APA(35), 상부 관측 섹터를 모니터하기 위한 X-범위 레이더의 1면 2차원 APA(37)를 포함한다.
선박 레이더 통신 마스의 예를 사용하여, 두개의 독립적인 레이더 시스템의 장착을 쉽게 관찰할 수 있고 상이한 범위의 두 개의 독립적인 통신 시스템은 수직 및 수평 평면에서 2면 어레이의 변위덕분에 서로에 의해 그리고 마스트에 의해 어떤 그늘진 섹터도 만들지 않고 각각의 시스템의 전체값에 대한 사방 관측을 제공한다. 이러한 네 개 시스템에 대해 종래기술에서 기재된 "Y"형태인 구조 또는 로터리 APA와 같은 구조의 사용은 마스트의 꼭대기에 장착된 시스템에서만 그늘진 섹터를 만들지 않을 것이다. 다른 세개의 시스템은 마스트 및/또는 서로에 의해 발생하는 그늘진 섹터를 갖는데, 레이터 또는 통신 시스템의 효율성에 상당한 영향을 미친다. 그밖에, 종래기술에서처럼, <<Y>> 형태 구조에 의한 최대 스캐닝 각도는 ±30°일 것이다. 높은 스캐닝 각도에 의해, 인접하는 어레이에 의한 그늘짐이 발생할 것이다.
본 발명에 따르는 디바이스에 개시된 구조는 수중 음파에서의 효과적 사용을 발견할 수 있는데, 여기에서 능동 위상 어레이도 역시 사용되고 TRM 수의 2배의 감소 역시 현재 관심사이다.
본 발명에 따르는 디바이스는 APA가 사용되는 레이더, 통신 및 수중음파 시스템에 대한 애플리케이션을 발견할 수 있다.
1 : TRM 2 : 선택기 스위치
3 : 복사 소자 4 : 수신기
5 : 송신기 6 : APA 패널
7 : 써큘레이터 8 : 단일 일면 2차원 APA
9 : 위상 변위기 11 : 하우징
30 : 방사선투과성 레이돔 31 : 마스트
32 : S-범위 레이더의 2면 2차원 APA
33 : S-범위의 2면 1차원 APA
34 : X-범위 레이더의 2면 2차원 APA
35 : X-범위 통신 시스템의 2면 1차원 APA
37 : X-범위 레이더의 1면 2차원 APA

Claims (5)

  1. 두 개의 복사 소자, 하나의 송신기, 두 개의 수신기, 두 개의 이이솔레이터 스위치, 믹서들, 하나의 위상 변위기를 각각 포함하는 송수신 모듈을 포함하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기로서,
    상기 2면 위상 어레이는 일차원 또는 이차원으로 구성되고 서로에 대해 75 - 105°경사지게 수평 평면에 배열되지만 사방 관측 가능성을 유지하고,
    상기 송수신 모듈에는 추가적인 위상 변위기가 제공되고, 두 개의 상기 위상 변위기 각각은 선택기 스위치를 거쳐 수신기 중 하나 또는 송신기에 영구적으로 접속되고,
    송신기는 선택기 스위치 및 써큘레이터를 거쳐, 적어도 두개의 독립적인 빔을 반대 방향으로 구성할 가능성을 갖는 수신기 수신 모드의 상이한 주파수 및 코딩에 대응하는 상이한 주파수 사용 및/또는 상이한 신호 코딩 사용으로 복사 소자에 교대로 연결될 가능성을 갖는 복사 소자에 접속되고,
    능동 2면 위상 어레이는 수평 및/또는 수직 평면에서 서로에 대해 변위되는 것을 특징으로 하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 2면 위상 어레이의 각각의 면의 패널은 수직 평면에서 서로에 대해 경사지게 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    위쪽 및/또는 아래쪽으로 복사하기 위해 두 개의 평면에서 스캔할 능력으로 구성되는, 수신기-송신기 위 및/또는 아래에 배치된 적어도 하나의 레이더 또는 통신 기지가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    레이더 또는 통신 기지는 2차원 능동 1면 위상 어레이로서 구성되는 것을 특징으로 하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    레이더 또는 통신 기지는, 수평 및 수직 평면에서 수신기-송신기에 대해 변위되어 배열되는, 청구항 1의 송수신 모듈을 갖는 2차원 능동 2면 위상 어레이로서 구성되는 것을 특징으로 하는 능동 2면 위상 어레이(APA)를 포함하는 송신기-수신기.
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