KR20170000365A

KR20170000365A - 위상 어레이 안테나를 위한 교정 네트워크

Info

Publication number: KR20170000365A
Application number: KR1020160078802A
Authority: KR
Inventors: 유리 페이긴
Original assignee: 엘타 시스템즈 리미티드
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-01-02
Also published as: SG10201604615YA; KR102572848B1; IL239596B; EP3110048A1; US20160380711A1; EP3110048B1; US10484107B2

Abstract

어레이 안테나를 위한 교정 네트워크 시스템 그리고 그 어레이 안테나를 교정하기 위한 방법이 설명된다. 상기 시스템은 한 쌍의 구형 도파관들을 포함하며, 이 한 쌍의 구형 도파관들은 서로에게 대해서 평행하게 쌓아올려지며 그리고 동작 파장의 4분의 1의 거리에서 이격하여 위치한다. 상기 구형 도파관들은 상기 하단 구형 도파관의 바닥부터 상기 상단 구형 도파관의 제일 위까지 상기 쌓아올려진 구형 도파관들의 측면-벽을 통해 확장하는 복수의 원형 스루-홀들을 포함하여, 동축 전송 라인들을 수용한다. 상기 동축 전송 라인들의 구형 도파관의 쌍으로의 커플링을 제공하기 위해서 상기 측면-벽은 상기 원형 스루-홀들 그리고 구형 도파관들의 내부 구역 사이에 개방부들을 가진다. 상기 시스템은 상기 상단 구형 도파관에 커플링된 90도 위상 시프터, 그리고 레퍼런스 T/R 모듈에, 상기 90도 위상 시프터에 그리고 상기 하단 구형 도파관에 커플링된 전력 분할기/결합기를 포함한다.

Description

위상 어레이 안테나를 위한 교정 네트워크 {CALIBRATION NETWORK FOR A PHASED ARRAY ANTENNA}

본 발명은 위상 어레이 안테나에 관한 것이며, 그리고 더 상세하게는, 위상 어레이 안테나들의 교정에 관한 것이다.

위상 어레이 안테나 (phased array antenna)는 무선 주파수 (radio frequency (RF)) 에너지의 복수의 시준된 (collimated) 그리고 상이하게 방향이 정해진 빔들을 산출하기 위해 적응된 안테나 소자들의 어레이를 포함한다. 빔들은 각 방사 소자로부터 방사된 신호의 위상을 시프트 (shift)하고 진폭에 가중치를 부여하여 형성되며, 이는 상기 빔들을 소망되는 방향으로 향하게 하기 위해서 보강/상쇄 간섭을 제공하기 위한 것이다.

위상 어레이 내 각 소자 또는 소자들의 그룹은 전송기/수신기 (transmit/receive (T/R)) 모듈에 의해 구동되며, 이 모듈은 제어 가능한 감쇄기 (또는 증폭기) 그리고 상기 T/R 모듈의 증폭 및 위상 시프트를 제어하기 위해 적응된 제어가능한 위상-시프터 (phase-shifter)를 포함한다.

안테나의 소망되는 방향성 특성들을 얻기 위해서, 그 안테나의 측면 로브 (lobe) 레벨들을 최소화하는 것이 필요하다. 전기적으로 제어되는 위상 어레이 안테나의 낮은 측면 로브 레벨들이 가능하게 하기 위해서, 상기 모듈들 내 증폭 및 위상 시프트의 높은 정밀도가 필요하다. 실제로, 이것은 위상 어레이의 교정 (calibration) 기능에 의해 달성된다. 상기 교정의 개념은 각 안테나 소자에 대해 그리고 각 무선 주파수에서, 상이한 온도들에서 상이하게 반응하는 케이블들, 감쇄기들, 위상 시프터들, 레귤레이터들 및 전송기/수신기 채널들 내의 다른 수동 및 능동 파트들의 다양한 기여들로 인한 진폭 및 위상 오류들의 보상을 기반으로 한다. 상기 안테나 장치의 소망되는 전류 분배를 얻기 위해서 어떤 제어들이 상기 T/R 모듈들에 적용되어야 하는지를 결정하기 위해 교정 절차가 필요하다.

예를 들면, 모든 안테나 소자들로 피드되는 신호의 위상이 동일할 것이 요청되지만, 교정 동안에 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자에 커플링된 위상 시프터들에서의 미스매치 (mismatch)로 인한 것이라고 발견되면, 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자에 의해 출력된 신호들 사이에는 어떤 위상 차이

가 존재하며, 그러면 두 위상 시프터들에서의 미스매치를 보상하기 위해서 상기 제2 안테나 소자로 피드되는 위상 시프트 신호는 상기 제1 안테나로 피드된 위상 시프트 신호에 대해 -

의 위상 오프셋을 가져야만 한다. 상기 안테나 소자들에 커플링된 증폭기들의 이득들에서의 미스매치들에 의해 초래된 상이한 안테나 소자들에 의해 출력된 신호들의 진폭들 사이에서의 차이들은, 주어진 레퍼런스 안테나 소자에 관하여 상기 안테나 소자들에게 상이한 이득 오프셋들을 인가함으로써 유사한 방식으로 보상된다.

위상 어레이 안테나는 안테나의 방사 패턴이 안테나 성능 규격을 충족시키는 것을 보장하기 위해서, 배치되기 이전에 공장에서의 제조 동안에 교정되어야만 한다. 교정은 원거리 (far field) 안테나 범위에서 또는 근거리 (near-field) 안테나 범위 상에서 수행된다.

수신기 교정 모드에서, 예를 들면, RF 에너지의 샘플링 프로브는 위상 어레이 안테나 소자들의 근거리에 배치된다. T/R 모듈들은 순차적으로 활성화된다. 각 방사 소자의 진폭 및 위상은 각 T/R 모듈 진폭 및 위상 상태를 통해서 정밀하게 측정된다. 이 데이터는 소자-대-소자 랜덤 오류들을 최소화하는 정정 계수들을 개발하기 위해 사용된다. 그 후에 상기 정정 계수들에 의해 지시된 T/R 모듈 진폭들 및 위상들을 조절함으로써 원하는 방사 패턴이 달성된다.

사용하는 동안에, 하나 또는 그 이상의 안테나 소자들이 교정 범위를 벗어날 수 있을 것이기 때문에, 안테나들의 성능은 시간이 지나면서 악화될 수 있을 것이다. 추가로, 고장된 T/R 모듈들은 교체되어야만 한다. 고장난 T/R 모듈을 안테나 유지보수 동안에 교체하는 것은 보통은 일상적인 절차이지만, 그러나, 그 교체된 T/R 모듈들은 원래의 안테나 소자들과는 약간 상이한 성질들을 불가피하게 가지기 때문에, 원래의 오프셋은 대응하는 안테나 소자들로 조정 신호들을 피드하기 위해 사용된 증폭기들 및 위상 시프터들의 위상 및 이득 특성들에서의 약간의 차이들을 보상하지 않을 것이다. 그 결과, 컴포넌트 특성들의 드리프트를 또는 모듈 교체를 정정하기 위해 상기 T/R 모듈들은 다시 교정되어야만 한다.

새로운 오프셋들을 확립하기 위한 재-교정을 위해서, 완전한 위상 안테나 어레이는, 예를 들면, 제조자에게 반환될 수 있다. 현장에서 상기 재-교정 절차를 수행하는 것 또한 알려져 있다. 이 목적을 위해서, 상기 위상 어레이 안테나는, 각 위상 시프터 및 증폭기를 위해 필요한 오프셋들이 알려진 교정 네트워크를 포함하는 것이 보통이다. 상기 교정 네트워크의 목적은 미리 정해진 교정 신호를 각 안테나 소자에게 그리고 그 안테나 소자에 연결된 대응 T/R 모듈에게 주입하는 것을 제공하는 것이다.

상기 재-교정 절차 동안에, 교정 신호가 상기 교정 네트워크로 주입된다. 상기 T/R 모듈의 증폭들 및 위상 시프트들은 교정 신호가 상기 교체된 T/R 모듈을 지나갈 때에 상기 교정 신호의 진폭들 및 위상들에서의 변화를 고려함으로써 얻어진다. 상기 T/R 모듈 내 감쇄기들 및 위상 시프터들을 제어하는 제어 신호들은 그러면 교정될 수 있으며, 그래서 상기 진폭 및 상기 위상-시프트가 원하는 진폭 및 위상-시프트와 일치하도록 만든다.

위상 어레이 안테나를 교정하기 위해 사용될 수 있는 여러 교정 네트워크 시스템들이 알려져 있다. 그래서 그 알려진 기술에 의해 마이크로-스트립 라인과 같은 전송 라인은 상기 안테나 소자들에 가깝게 배치되며, 그래서 상기 안테나 소자들과 상기 전송 라인의 대응 부분들 사이에 비-방향성 커플링을 생성한다. "비 방향성 커플링 (non directional coupling)"의 용어는 여기에서는 교정 네트워크로부터 RF 프론트로 향하는 에너지 양이 방사를 위해 상기 교정 네트워크로부터 상기 안테나 소자들로 향하여 이송되는 방사 에너지의 양과 대략적으로 동일한 경우를 언급한다. 이런 유형의 교정 네트워크는 외부 물체들에 의한 방사된 에너지의 반사 때문에 그런 외부 물체들의 존재에 아주 민감하다는 것에 유의해야만 한다.

교정 네트워크는 상기 안테나들 각각에 물리적으로 근접하게 배치된 RF 방향성 커플러들 (안테나 소자 당 하나의 커플러)의 세트를 포함한다는 것이 또한 알려져 있다. 상기 RF 방향성 커플러들은 공동의 피드 포인트를 가진 능동 네트워크에 의해 상호연결되며 구동된다. 수동 네트워크는 미리 정해진 방식으로 상기 구동 교정 신호를 분할하며, 그래서 각 안테나 소자로 피드되는 신호가 미리 알려지도록 하며 그리고 상기 위상 및 이득 오프셋들이 알려지고 미리 정해지도록 한다.

그런 교정 네트워크를 사용할 때에, 상기 커플러들을 경유하여 안테나 소자로 피드되는 신호들이 진폭 및 위상에 있어서 동일하다는 것을 보장하기 위해 정밀한 조정이 필요하다. 그러므로, 상기 교정 네트워크의 컴포넌트들의 파라미터들이 어떤 이유로 인해, 예를 들면, 커넥터들의 길이들에 대한 변화들을 일으킬 수 있을 대기 온도에서의 변화들로 인해 변한다면, 그런 변화들은 보상되어야만 한다.

이것은 상기 안테나 소자들로부터 단일의 공동의 피드 커넥터로 지나가는 신호들을 결합하기 위해서 교정 네트워크에 연관된 복잡하고 비싼 회로를 필요로 한다.

그래서, 상대적으로 간단하며 컴팩트한 구현을 제공할 수 있을 어레이 안테나를 교정하는 신규한 교정 네트워크 시스템 및 그 방법을 구비하는 것이 종래 기술에서도 여전히 필요하며 그리고 유용할 것이다.

본 발명은 통상적인 교정 네트워크들의 불리함들을 부분적으로 제거하며 그리고 컬럼들 및/또는 로우들로 배치된 복수의 안테나 소자들을 단일의 교정 라인에 연결시키는 것을 가능하게 하는 새로운 구현 방식을 제공한다. 그런 구현은 그런 통합 교정 신호 주입 네트워크를 가진 어레이 안테나의 복잡성을 크게 줄어들게 할 수 있다.

본 발명의 한 모습에 따르면, 복수의 안테나 소자들 그리고 동축 케이블들이나 커넥터들과 같은 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 상기 안테나 소자들과 커플링된 복수의 전송/수신 (Transmit/Receive (T/R)) 모듈들을 구비한 어레이 안테나를 위한 교정 네트워크 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 교정 네트워크 시스템은 도파관 (rectangular waveguide)들의 하나 또는 그 이상의 쌍들을 포함하는 도파관 설비를 포함한다. 상기 구형 도파관들은 제일 위 벽 및 바닥 벽의 내부 폭보다 더 작은 측면-벽들의 내부 높이를 가진다. 상기 구형 도파관들은 서로에게 대해 평행하게 쌓아올려져서 하단 구형 도파관 및 상단 구형 도파관을 형성한다. "수직으로 쌓아올려진", "하단 구형 도파관", 및 "상단 구형 도파관"의 용어들은 상기 도파관 설비의 구형 도파관들 사이에서의 관계를 설명하기 위한 목적으로 여기에서 사용된 것이며, 공간에서 상기 도파관 설비의 방위를 설명하기 위한 것이 아니다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하단 구형 도파관 및 상기 상단 구형 도파관은 상기 구형 도파관들의 중심들 사이에 상기 어레이 안테나의 소망되는 동작 주파수의 약 4분의 1의 거리만큼의 거리에 이격하여 위치한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 구형 도파관들의 상기 쌍 내의 각 도파관은 구형 리지 (ridge) 도파관일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 구형 도파관들의 쌍 내의 적어도 하나의 도파관은 유전체 물질로 채워진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 구형 도파관들의 쌍은 상기 하단 구형 도파관의 바닥부터 상기 상단 구형 도파관의 제일 위까지 수직으로 쌓아올려진 적어도 하나의 측면-벽을 통해 확장하는 복수의 원형 스루-홀 (through-hole)들을 포함한다. 상기 원형 스루-홀들은 그 스루-홀들을 통해 지나가는 동축 전송 라인들을 수용하기에 충분한 직경을 가진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하단 구형 도파관 및 상단 구형 도파관의 상기 측면-벽들은 상기 원형 스루-홀들 그리고 상기 하단 구형 도파관 및 상기 상단 구형 도파관의 내부 구역 사이에 개방부들 (openings)을 가진다. 이 개방부들은 상기 동축 전송 라인들에 의해 운반된 전자기적 에너지를 상기 구형 도파관들 및 후방들로 커플링하는 것을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 측면-벽 내 상기 개방부들은 상기 측면-벽들의 높이의 적어도 일부를 따라 있는 슬롯들이다.

각 동축 전송 라인은 와이어 코어, 상기 와이어 코어 주위의 내부 유전 절연체 (dielectric insulator), 그리고 상기 내부 유전 절연체 주위의 외부 도체 실드를 포함한다.

상기 외부 도체 실드는, 예를 들면, 직조 (woven) 와이어를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 각 동축 라인에 대한 상기 외부 도체 실드는 상기 하단 구형 도파관의 바닥 벽에 그리고 상기 상단 구형 도파관의 제일 위 벽에 연결되며, 상기 외부 도체 실드는 상기 측면-벽 내에 배치된 상기 대응 개방부에 대향하여 위치한 상기 동축 전송 라인의 일부에서 상기 동축 케이블로부터 벗겨진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 교정 네트워크 시스템은 RF 전력 분할기/결합기를 포함하며, 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기는 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈로의 커플링을 위해 구성된 입력 포트 및 구형 도파관들의 상기 쌍의 한 측면에 위치한 말단들에서 상기 상단 구형 도파관 및 하단 구형 도파관에 대응하여 연결된 두 개의 출력 포트들을 구비한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 교정 네트워크 시스템은 위상 시프터를 또한 포함한다. 상기 위상 시프터는 두 개의 위상 시프터 단자들을 가지며 그리고 하나의 위상 시프터 단자에서 상기 상단 구형 도파관의 한 말단에 연결된다. 대안으로, 상기 위상 시프터는 상기 RF 전력 분할기/결합기의 대응 출력 포트 그리고 상기 상단 구형 도파관을 통해 상기 RF 전력 분할기/결합기로부터 전파하는 파형에 대해 도중에 첫 번째인 동축 케이블 사이의 구형 도파관들의 쌍 중 상단 구형 도파관 내에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 90도 위상 시프터는 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 90도 위상 시프터는 플러스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 RF 전력 분할기/결합기 및 상기 90도 위상 시프터는 90도 하이브리드 커플러 내에서 함께 결합된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 교정 네트워크 시스템은 상기 RF 전력 분할기/결합기에 커플링되지 않은 상기 상단 구형 도파관 및 하단 구형 도파관의 다른 말단들의 종단 (termination)을 위해 구성된 더미 부하 (dummy load)를 또한 포함한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 상기 교정 네트워크는 다른 RF 전력 분할기/결합기를 더 포함한다. 다른 RF 전력 분할기/결합기는 상기 상단 구형 도파관 및 하단 구형 도파관의 다른 쪽 말단들에서 상기 상단 구형 도파관 및 하단 구형 도파관에 연결된 두 출력 포트들을 대응하여 가진다. 더욱이, 상기 교정 네트워크는 다른 90도 위상 시프터를 더 포함할 수 있으며, 이 다른 90도 위상 시프터는 상기 다른 RF 전력 분할기/결합기의 대응 출력 포트 그리고 상기 다른 RF 전력 분할기/결합기로부터 이 도파관을 통해 전파하는 파형에 대해 도중에 첫 번째인 동축 케이블 사이의 상기 상단 도파관 내에 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다른 RF 전력 분할기/결합기 및 상기 다른 90도 위상 시프터는 다른 90도 하이브리드 커플러 내에서 함께 결합된다.

본 발명의 상기 교정 네트워크 시스템은 종래 기술의 많은 이점들을 가지며, 그러면서도 종래 기술과 연관된 일반적인 몇몇의 불리한 점들을 동시에 극복한다.

본 발명에 따른 상기 교정 네트워크 시스템은 쉽고 효율적으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 교정 네트워크 시스템은 내구력이 있으며 신뢰성있게 구축된다.

본 발명에 따른 상기 교정 네트워크 시스템은 낮은 제조 비용을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 일반적인 모습에 따라, 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드 (front end)의 복수의 T/R 모듈들에, 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 연결된 복수의 안테나 소자들을 구비한 상기 어레이 안테나를 교정하는 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방법은 RF 프론트 엔드의 동작의 수신 모드에서 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드의 동작을 조절하기 위해 구현된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 알려진 진폭 및 위상을 가진 T/R 레퍼런스 모듈로부터의 내부 교정 레퍼런스 신호가 상기 교정 네트워크 시스템의 말단에 위치한 RF 전력 분할기/결합기에 주입된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기는 상기 내부 교정 레퍼런스 신호를 두 개의 동등한 부분들로 분할한다.

상기 분할된 내부 교정 신호의 제1 부분은 상기 90도 위상 시프터로 커플링되며, 반면에 상기 분할된 내부 교정 신호의 제2 부분은 상기 하단 구형 도파관으로 커플링된다.

상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 90도 위상 시프터를 통과하며, 이 90도 위상 시프터는 상기 내부 교정 신호의 상기 제1 부분에게 마이너스 90도 위상 시프트를 제공한다.

그러면, 마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 상단 구형 도파관을 통해 이송되며 그리고 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 일부에게 커플링된다. 상기 커플링은 상기 개방부들을 경유하여 수행된다. 마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송된다. 그 결과, 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분의 위상 시프트는 0도로 복귀된다.

다음에, 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분은 상기 RF 전력 분할기/결합기로부터 상기 하단 구형 도파관 내에서 상기 동축 전송 라인들을 향하여 이송된다. 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분이 (보강 간섭으로 인해서) 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분과 동상으로 결합되는 곳인 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부들에 상기 분할된 내부 교정 신호의 이 제2 부분이 커플링된다. 그러면, 각 동축 전송 라인에 의해 수신된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 결합된 내부 교정 신호가 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드로 중계된다.

차례로, 상쇄 간섭으로 인해서, 상기 안테나의 방사 소자들은 절연되며 그리고 어떤 에너지도 방사되지 않으며, 그럼으로써 상기 안테나에 가까운 물체들로부터의 반사들의, 교정 정밀도에 관한 영향을 제거한다.

또한, 각 동축 전송 라인에 대해 상기 결합된 내부 교정 신호는 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교된다. 이 비교는 상기 수직으로 쌓아올려진 도파관들의 쌍을 통해 지나가는 모든 동축 전송 라인들에 대해 수행된다. 상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에, 하나 또는 그 이상의 교정 파라미터들이 계산된다. 그 계산 이후에, 상기 T/R 모듈들의 동작을 조절하기 위해 상기 교정 파라미터가 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드에 인가된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 T/R 모듈들의 동작의 전송 모드에서 상기 어레이 안테나의 상기 T/R 모들들의 동작을 조절하기 위해 구현된다.

이 실시예에 따르면, 알려진 진폭 및 위상을 구비한 내부 교정 신호가 각 T/R 모듈로부터 상기 교정 동축 전송 라인으로 순차적으로 주입된다.

상기 주입된 내부 교정 신호의 주된 부분이 상기 T/R 모듈들로부터 상기 전송 라인들을 통해서 상기 안테나 방사 소자들을 향하여 이송되며, 반면에 이 신호의 작은 부분은 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부들로부터 상기 개방부들을 경유하여 상기 하단 구형 도파관에 커플링된다. 그러면, 상기 내부 교정 신호의 이 부분은 상기 하단 구형 도파관 내에서 이송되며, 그리고 상기 RF 전력 분할기/결합기의 하나의 출력 포트에 인가된다.

차례로, 약 4분의 1 파장의 길이를 구비한 동축 전송 라인들의 상기 일부들을 통해 상기 내부 교정 신호의 상기 주된 부분이 상기 하단 구형 도파관으로부터 상기 상단 구형 도파관으로 향하여 이송된다. 따라서, 동축 전송 라인들의 상기 일부들은 상기 내부 교정 신호의 상기 주된 부분에게 플러스 90도의 위상 시프트를 제공한다.

그러면, 상기 도파관들 사이에서 이송되었으며 그러므로 플러스 90도의 위상 시프트를 가진 상기 내부 교정 신호의 다른 작은 부분이 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 일부들로부터 상기 상단 구형 도파관으로 커플링된다.

상기 내부 교정 신호의 이 부분은 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된 90도 위상 시프터를 향하여 상기 상단 구형 도파관 내에서 이송된다. 상기 90도 위상 시프터는 한 위상 시프터 단자에서 상기 상단 구형 도파관의 말단에 연결되며 그리고 그리고 다른 위상 시프터 단자에서 상기 RF 전력 분할기/결합기의 출력 포트에 연결된다. 상기 90도 위상 시프터를 통해서 지나간 이후에, 상기 내부 교정 신호의 이 부분의 위상 시프트는 0도로 복귀된다. 그러면, 0도의 위상 시프트를 가진 상기 내부 교정 신호의 이 부분은 상기 90도 위상 시프터에 연결된 상기 RF 전력 분할기/결합기의 출력 포트에 인가된다.

상기 RF 전력 분할기/결합기는 상기 하단 도파관 및 상단 도파관으로부터 도착한 상기 내부 교정 신호의 동상인 이 두 작은 부분들을 결합하며, 그리고 보강 간섭으로 인해서, 결합된 내부 교정 신호를 생성한다. 이 내부 교정 신호는 0도의 위상 시프트를 가진다.

상기 T/R 모듈들로부터 비롯된 상기 결합된 내부 교정 신호들은 상기 레퍼런스 T/R 모듈로 중계되며, 이는 각 안테나 소자에 대해 상기 결합된 내부 교정 신호를 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하기 위한 것이다. 상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에, 하나 또는 그 이상의 교정 파라미터가 계산된다. 상기 계산 이후에, 상기 T/R 모듈들의 동작을 조절하기 위해 상기 교정 파라미터들이 상기 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드에 인가된다.

신호 에너지의 대부분은 상기 안테나 소자들에 의해 방사되며, 그리고 그 결과, 외부 물체들로부터의 반사들이 발생할 수 있으며 그리고 상기 안테나 소자들에서 수신될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 상기 상단 도파관과 하단 도파관 사이의 약 4분의 1 파장 거리에 의해 제공된 상기 90도의 상대적인 위상 시프트는 상쇄 간섭을 생성함으로써, 상기 수신된 반사된 신호들이 상기 레퍼런스 T/R 모듈로 향하여 전파되는 것을 방지하며, 그럼으로써 상기 안테나 근처의 물체들로부터의 반사들이 상기 교정 정밀도에 미치는 영향을 제거한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 어레이 안테나의 안테나 소자들의 동작을 표시하기 위해 구현된다. 이 실시예에 따르면, 외부 레퍼런스 RF 소스로부터 제공된 알려진 진폭 및 위상을 가진 외부 RF 방사가 교정을 위해서 각 안테나 소자로 인가된다. 상기 안테나 소자에 의해 생성된 외부 교정 신호들은 대응하는 동축 전송 라인들에 커플링되어, 상기 안테나 소자들에 의해 수신되어 상기 RF 프론트의 상기 TR 모듈들로 향하는 이송하는 복수의 수신 채널들을 형성한다. 각 채널에 대해, 상기 외부 교정 신호의 작은 부분이 상기 상단 구형 도파관의 측면-벽을 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 일부들을 통해서 상기 상단 구형 도파관으로 커플링되며, 반면에 상기 외부 교정 신호의 상기 주된 부분은 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부분들을 통해서 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송되며, 그럼으로써 상기 외부 교정 신호에게 플러스 90도의 위상 시프트를 제공한다.

상기 상단 구형 도파관에 커플링되었던 상기 외부 교정 신호의 상기 작은 부분은, 하나의 위상 시프터 단자에서 상기 상단 구형 도파관에 그리고 다른 위상 시프터 단자에서 상기 RF 전력 분할기/결합기에 연결된 상기 90도 위상 시프터를 통해서 이송된다. 이 실시예에 따라서, 상기 90도 위상 시프터는 자신을 통해서 이송된 신호들에게 플러스 90도 위상 시프트를 제공한다.

따라서, 상기 90도 위상 시프터는 상기 RF 분할기/결합기의 하나의 출력 포트에 인가된 상기 외부 교정 신호의 상기 부분에게 플러스 90도 시프트를 제공한다.

다음에, 상기 외부 교정 신호의 상기 주된 부분은 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부분들을 통해서 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송된다. 따라서, 그럼으로써, 상기 외부 교정 신호의 상기 주된 부분은 플러스 90도의 위상 시프트를 얻는다.

상기 외부 교정 신호의 다른 작은 부분은 상기 하단 구형 도파관의 측면-벽을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 일부분들을 통해 상기 하단 구형 도파관에 커플링된다. 상기 외부 교정 신호의 이 작은 부분은 또한 플러스 90도 시프트된다.

상기 하단 구형 도파관 내에서의 이송 이후에, 상기 외부 교정 신호의 플러스 90도 시프트된 이 작은 부분은 상기 RF 전력 분할기/결합기의 다른 출력 포트에 인가된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기는 상기 외부 교정 신호의 상기 두 작은 부분들을 결합하여, 90도 위상 시프트를 가지는 결합된 외부 교정 신호를 제공한다.

상기 결합된 외부 교정 신호는 상기 레퍼런스 T/R 모듈로 중계되며, 이는 각 안테나 소자에 대한 상기 결합된 외부 교정 신호를 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 결합된 외부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호를 벗어날 때에 표시하는 신호가 발생될 수 있다. 이 목적을 위해서, 상기 레퍼런스 T/R 모듈은 표시 디바이스를 포함할 수 있으며, 이는 어느 특별한 안테나 소자들이 고장났는가를 표시한다.

아래에서 이어지는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 더욱 중요한 특징들이 광범위하기보다는 요약하여 설명되었다. 본 발명의 추가적인 상세 내용들 및 유리함들이 상세한 설명에서 제시될 것이며, 그리고 부분적으로는 상기 설명으로부터 인정될 것이며, 또는 본 발명의 실행에 의해 학습될 수 있을 것이다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명을 이해하기 위해 그리고 본 발며잉 실제로 어떻게 수행되는가를 알기 위해서, 첨부된 도면들을 참조하여 비-제한의 예로서만 실시예가 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 교정 네트워크 시스템의 통상적인 전기적인 개요를 예시한다.
도 1b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 교정 네트워크 시스템의 통상적인 전기적인 개요를 예시한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, 어레이 안테나의 도파관 설비의 일부의 개략적인 원근 모습을 도시한다.
도 2b는 라인 B-B'을 따라 취한 도 2a에서 보이는 어레이 안테나의 도파관 설비의 일부의 위에서 본 횡단면 모습을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른, 교정 네트워크 시스템의 조립된 원근 모습 및 분해된 원근 모습을 도시한다.
도 4는 도 1에서 보이는 시스템의 목적을 위해 적합한 두 쌍의 리지 구형 도파관 (ridge rectangular waveguide)들의 예의 개략적인 원근 모습을 도시한다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템의 원칙들은 도면들 및 첨부된 설명을 참조하면 더 잘 이해될 수 있을 것이며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 동일한 요소들을 표시하기 위해 전체적으로 사용된다. 이 도면들은 반드시 크기에 맞추어 그려진 것은 아니며, 예시적인 목적들만을 위해 주어진 것이며 그리고 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면들에서 몇몇의 요소들의 치수들은 다양한 실시예들에 대한 이해를 향상시키는 것을 돕기 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있을 것이다. 추가로, 설명 및 도면들은 도시된 순서를 반드시 필요로 하지는 않는다. 어떤 행동들 및/또는 단계들은 발생하는 특별한 순서로 설명되거나 도시될 수 있을 것이며, 반면에 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 순서에 관한 그런 특이성은 실제로는 필요하지 않다는 것을 이해할 것이라는 것이 또한 인정될 것이다.

이 도면들에서 다른 요소들은 물론이며 블록들은 기능적인 개체들이며, 그래서 어떤 물리적인 관련들 및/또는 물리적인 관계들이라기 보다는 그 개체들 사이의 기능적인 관계들이 보이도록 한다는 것에 유의해야 한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 숙달된 자들은 제공된 예들 중 많은 것들이 활용될 수 있을 적합한 대안들을 가진다는 것을 인정해야 한다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 안테나 소자들 (110) 및 무선 주파수 (RF) 프론트 엔드 (front end) (12)를 구비한 어레이 안테나 (11)를 위한 교정 네트워크 시스템 (10)의 일반적인 전기적 개요가 보인다. 각 안테나 소자 (110)는 RF 프론트 엔드 (12)로부터 방사 소자 (110)로 피드되는 공간 무선-주파수 (radio-frequency (RF)) 전기-자기 에너지 (간략하게, RF 에너지)로 방사할 수 있으며, 공간으로부터 RF 에너지를 수신하며 그리고 이 에너지를 RF 프론트 엔드 (12)로 피드할 수 있을 것이다.

본 발명의 주제는 상기 안테나 소자들 (110)의 어떤 특별한 구현으로 제한되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 그래서, 상기 방사 소자들은 다양한 대안들로 구현될 수 있을 것이다. 상기 방사 소자들 (110)의 예들은 경로 안테나 소자들; 스택 패치 안테나 소자들, 마이크로스트립 안테나 소자들, 이중극 안테나 소자들, 혼 (horn) 안테나 소자들, (비발디로도 알려진) 태퍼링된-슬롯 안테나 (tapered-Slot Antenna (TSA)) 소자들 및 다른 안테나 소자들 또는 그것들의 조합을 포함하지만, 그것들로 한정되지는 않는다. 결과적으로, 상기 안테나 소자들 (110)의 유형, 형상 및 구성은 상기 안테나를 위해 적응된 기술에 대해 적합하게 선택될 수 있을 것이다.

상기 RF 프론트 엔드 (12)는 동축 케이블들 및/또는 커넥터들과 같은 복수의 대응하는 동축 전송 라인들 (13)을 통해 안테나 소자들 (110)에 커플링된 복수의 전송/수신 (Transmit/Receive (T/R)) 모듈들 (120)을 포함한다. 교정 네트워크 시스템 (10)은 도파관 설비 (14)를 포함하며, 이 도파관 설비는 상기 안테나 소자들 (110) 및 상기 RF 프론트 엔드 (12) 사이에 설치되며, 그리고 상기 동축 전송 라인들 (13)에 연결된다.

비록 예시의 간략함을 위해서 도 1a에서는 단 한 쌍의 도파관만이 명시적으로 보이지만, 상기 도파관 설비 (14)는 하나 또는 그 이상 쌍의 상단 도파관 (141) 및 하단 도파관 (142)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 도파관들은 상기 어레이 안테나 (11)의 소망되는 동작 파장의 약 4분의 1의 거리로 이격하며 그리고 상기 상단 도파관 (141) 및 하단 도파관 (142) 사이로 지나가는 동축 전송 라인들 (13)의 일부들 (131)을 통해 서로에게 커플링된다. 상기 도파관들 (141 및 142) 사이의 거리는 그 도파관들의 중심들 사이의 거리로서 계산된다.

상기 일부들 (131)의 길이가 소망되는 동작 파장의 약 4분의 1이기 때문에, 그 일부들을 통해서 이송되는 신호들에게 상기 일부들은 약 90도의 위상 시프트를 제공한다. 본 발명에서, "약"이라는 용어는 레퍼런스 값에 근사하거나 기준 값 근처에 있는 값, 양 또는 정도를 언급하는 것이다. "약"이라는 상기 용어는 통계적으로 의미있는 값의 범위 내를 의미하며 그리고 상기 네트워크의 상이한 부분들에서의 파장에서의 차이들 그리고 결과적으로 상당한 변화를 일으키지 않는 상기 도파관들 및 동축 전송 라인들에서의 불연속성들의 영향에 의해 초래된 벗어남 (deviation)의 적당한 양을 지시한다. "약"이라는 상기 용어에 의해 포함되는 레퍼런스 값으로부터의 변이의 정도는 공차 (tolerance) 레벨들 또는 측정 조건들에 대해 전형적인 것이다. "약"이라는 상기 용어에 의해 포함되는 허용 가능한 변이는 고려되는 특별한 시스템에 종속하며, 그리고 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 식별될 수 있다.

상기 교정 네트워크 시스템 (10)은 무선 주파수 (RF) 전력 분할기/결합기 (15)를 더 포함한다. 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)는 하나의 입력 포트 (150) 및 두 개의 출력 포트들 (151 및 152)을 가진다. 그 입력 포트 (150)는 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈 (17)에 연결된다.

상기 교정 네트워크 시스템 (10)은 두 개의 위상 시프터 단자들 (161 및 162)을 구비한 90도 위상 시프터 (16)를 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 90도 위상 시프터 (16)는, 예를 들면, 위상 시프터 단자 (161)에서 상기 상단 구형 도파관 (141)의 말단 (171)에 연결될 수 있는 전용의 디바이스이다.

상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 출력 포트 (151)는 상기 위상 시프터 단자 (162)에서 상기 90도 위상 시프터 (16)에 연결된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 출력 포트 (152)는 상기 하단 구형 도파관 (142)의 말단 (172)에 연결된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 90도 위상 시프터 (16)는 상기 도파관 (141)과 통합될 수 있으며 그리고 상기 도파관 (141)을 통해서 상기 말단 (171)로부터 전파하는 (propagating) 파형의 도중에 처음에 존재하는 동축 전송 라인 (13a) 및 상기 상단 구형 도파관의 말단 (171) 사이의 상기 상단 도파관 (141) 내에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 RF 분할기/결합기 (15)의 두 출력 포트들 (151 및 152)은 상기 도파관들 (141 및 142)의 한 측면에 위치한 자신들의 말단들 (171 및 172)에서 상기 도파관들 (141 및 142)에, 대응하여 연결된다.

도 1a에서 보이는 것처럼, 상기 도파관들 (141 및 142)의 다른 측면에 위치한 다른 말단들 (173 및 174)은 더미 부하들 (dummy loads) (191 및 192)로 종단된다 (terminated).

도 1b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수의 안테나 소자들 (110) 및 무선 주파수 (RF) 프론트 엔드 (12)를 가진 어레이 안테나 (11)를 위한 교정 네트워크 시스템 (100)의 일반적인 전기 설비가 보인다. 도 1b에서 보이는 실시예는 교정 네트워크 시스템 (100)이 다른 90도 위상 시프터 9260), 다른 RF 전력 분할기/결합기 (250) 및 다른 레퍼런스 T/R 모듈 (170)을 더 포함한다는 점에서 도 1a에서 보이는 실시예와 다르다.

본원의 실시예에 따라, 90도 위상 시프터 (260)는 두 개의 위상 시프터 단자들 (261 및 262)을 가진다. 위상 시프터 단자 (261)는 상단 구형 도파관 (141)의 말단 (173)에 연결된다.

상기 교정 네트워크 시스템 (10)은, 입력 포트 (253) 및 두 개의 출력 포트들 (251 및 252)을 가진 다른 무선 주파수 (RF) 분할기/결합기 (250)를 더 포함한다. 상기 입력 포트 (253)는 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈 (170)에 연결되며, 반면에 두 출력 포트들 (251 및 252)은 위상 시프터 단자 (262)에서 상기 90도 위상 시프터 (260)에, 그리고 하단 구형 도파관 (142)의 말단 (174)에 대응하여 연결된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 90도 위상 시프터 (260)는 상기 도파관 (141)과 통합될 수 있으며 그리고 상기 RF 전력 분할기/결합기 (250)의 대응하는 출력 포트 및 다른 측면 상에 처음에 있는 동축 케이블 (13b) 사이의 상기 상단 도파관 (141) 내에 배치된다. 그래서, 이 경우에, 상기 동축 케이블 (13b)은 상기 RF 전력 분할기/결합기 (250)로부터 이 도파관 (141)을 통해 전파하는 파형에 대해 도중에 처음에 존재해야 한다.

도 2a 및 도 2b를 참께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 어레이 안테나 (도 1a 및 도 1b에서 참조번호 11)의 도파관 설비 (14)의 개략적인 원근 모습 및 일부의 위에서 본 횡단면 모습이 대응하여 보인다. 이 실시예에 따르면, 도파관 설비 (14)는 한 쌍의 구형 도파관들 (도 1a에서 참조번호 141 및 142)을 포함하며, 이는 도 2a 및 도 2b에서 참조번호 21 및 22로 표시된다. 상기 구형 도파관들은 제일 위의 벽 및 바닥 벽의 내부 폭인 a 보다 더 작은 측면-벽들의 내부 높이 b를 가진다. 구형 도파관들의 쌍은 서로에 대해서 평행하게 수직으로 쌓아올려져서 하단 구형 도파관 (22) 및 상단 구형 도파관 (21)을 형성한다. "수직으로 쌓아올려진", "하단 구형 도파관", 그리고 "상단 구형 도파관"의 용어들은 공간 내에서 상기 도파관 설비의 방위에 대한 설명을 위해서가 아니라 상기 도파관 설비 (14)의 구형 도파관들 사이의 관계를 설명하기 위한 목적으로 여기에서 사용되었다. 비록 한 쌍의 수직으로 쌓아올려진 구형 도파관들이 도 2a에서 보이지만, 일반적으로, 필요한 부분에 수정을 가하여 임의 개수의 쌍들이 사용될 수 있다.

더욱이, 상기 위상 어레이 안테나의 방사 소자들로의 직접적인 연결의 가능성을 제공하기 위해서, 구형 도파관들의 쌍의 폭은 상기 안테나의 소자 간 간격에 따라 조절될 수 있어야 한다는 것에 유의해야 한다. 그래서, 소자 간 간격이 상대적으로 작을 때에, 하단 도파관 (22) 및 상단 도파관 (21)의 대응 구역들 (25 및 26)은 유전체 물질로 채워질 수 있다. 이 공급은 도파관 내부 폭의 감소를 가능하게 한다. 또한, 상대적으로 작은 소자 간 간격이 소망될 때에, 상기 교정 네트워크 시스템 (도 1a 및 도 1b에서 참조번호 10)에서 사용된 구형 도파관들은 리지 (ridge) 구형 도파관들일 수 있다. 본 발명의 상기 목적에 적합한 구형 도파관들의 두 인접한 쌍들 (41 및 42)의 예가 도 4에서 보인다.

도 2a 및 도 2b로 다시 돌아가면, 하단 구형 도파관 (22) 및 상단 구형 도파관 (21)은 상기 어레이 안테나 (도시되지 않음)의 소망되는 동작 파장의 약 4분의 1의 거리만큼 떨어져서 이격된다. 이 거리는 상기 하단 구형 도파관 (22)을 상기 상단 구형 도파관 (21)에 커플링하는 동축 전송 라인 (13)의 참조번호 29의 섹션의 길이이다.

상기 구형 도파관 (21 및 22)은 복수의 원형 스루-홀들 (23)을 포함하며, 이 복수의 원형 스루-홀들은 상기 하단 구형 도파관 (22)의 바닥 벽 (221)으로부터 상기 상단 구형 도파관 (21)의 제일 위 벽 (212)까지 상기 쌓아올려진 구형 도파관들의 두 측면-벽들 (24)을 통해 확장한다. 비록 두 개 라인들 내에 배치된 네 개의 원형 스루-홀들 (23)이 도 2a 및 도 2b에서 보이지만, 일반적으로는, 상기 쌓아올려진 구형 도파관의 상기 측면-벽들 (24) 내에 임의의 소망되는 개수의 스루-홀들 (23)이, 필요한 부분에 수정을 가하여 배치될 수 있다.

상기 원형 스루-홀들 (23)은 자신을 통해 지나가는 동축 전송 라인들 (13)을 수용하기에 충분한 직경을 가진다. 상기 동축 전송 라인들 (13)의 상기 도파관들 (21 및 22)로의 커플링을 제공하기 위해서, 상기 쌓아올려진 구형 도파관들의 측면-벽들 (24)은 상기 원형 스루-홀들 (23) 그리고 상기 하단 도파관 (22) 및 상기 상단 구형 도파관 (21)의 내부 구역들 (25 및 26) 사이에 도 2b에서의 개방부들 (openings) (27)을 대응하여 가진다. 상기 개방부들 (27)은 어떤 원하는 형상도 가질 수 있으며 그리고 상기 측면-벽들 (24) 내 슬롯들로서 형성될 수 있다.

상기 동축 전송 라인들 (13)은 와이어 코어 (131), 상기 와이어 코어 (131) 주위의 내부 유전 절연체 (132), 그리고 상기 내부 유전 절연체 (132) 주위의 외부 도체 실드 (133)를 포함한다. 상기 동축 전송 라인들 (13)은, 예를 들면, 동축 케이블을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 외부 도체 실드 (133)는, 예를 들면, 직조 와이어 (woven wire)로 만들어질 수 있다.

상기 동축 전송 라인들 (13)의 외부 도체 실드들 (133)은 상기 하단 구형 도파관 (22)의 바닥 벽 (221)에 연결되며 그리고 상기 상단 구형 도파관 (21)의 제일 위 벽 (212)에 연결된다. 상기 동축 전송 라인들의 상기 외부 도체 실드들 (133)은 상기 측면-벽들 (24) 내에 배치된 개방부들 (27)에 대향하여 위치한 상기 동축 전송 라인들 (13)의 일부들로부터 상기 동축 전송 라인들 (13)에서 벗겨진다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른, 어레이 안테나 (도 1a에서 참조번호 11)를 위한 교정 네트워크 시스템 (300)의 조립된 원근 모습 및 분해된 모습을 도시한다. 상기 교정 네트워크 시스템 (300)은 도파관 설비 (314)를 포함하며, 이 도파관 설비는 서로에 대해서 평행하게 수직으로 쌓아올려진 한 쌍의 구형 도파관들 (31 및 32)를 구비한다. 구형 도파관들의 상기 쌍은 참조번호 313 및 314의 말단들을 구비한 상단 구형 도파관 (31), 그리고 참조번호 316 및 317의 말단들을 구비한 하단 구형 도파관 (32)을 포함한다. 상기 하단 구형 도파관 (32) 및 상단 구형 도파관 (31)은 상기 어레이 안테나의 소망되는 동작 파장의 약 4분의 1의 거리에서 떨어져서 위치한다. 도 3a 및 도 3b에서 보이는 것처럼, 상기 하단 구형 도파관 (32) 및 상단 구형 도파관 (31)은 나사들 (310)에 의해 서로 부착되지만, 볼트, 핀 등과 같은 어떤 다른 조임 (fastening) 도구들이 또한 사용될 수 있을 것이다.

상기 교정 네트워크 시스템 (300)은 상기 하단 구형 도파관 (32) 및 상단 구형 도파관 (31) 사이에 끼워진 전기적 전도성 플레이트 (333)를 더 포함한다. 그래서, 상기 전도성 플레이트 (333)은 상기 하단 구형 도파관 (32)의 제일 위 벽으로서 그리고 상단 구형 도파관 (31)의 바닥 벽으로서 공헌한다.

도 3a 및 도 3b에서 보이는 것처럼, 상기 구형 도파관들 (31 및 32)은, 두 측면-벽들 (34)을 통해서 상기 하단 구형 도파관 (32)의 바닥 벽 (321)으로부터 상기 상단 구형 도파관 (31)의 제일 위 벽 (312)으로 확장하는 복수의 원형의 스루-홀들 (33)을 포함할 수 있다. 상기 원형의 스루-홀들 (33)에는 동축 전송 라인들 (도시되지 않음)의 외부 도체 실드들을 상기 하단 구형 도파관 (32)의 바닥 벽 (321)에 그리고 상기 상단 구형 도파관 (31)의 제일 위 벽 (312) 커플링하도록 구성된 동축 커넥터들 (35)이 장착된다. 비록 6개의 원형 스루-홀들 (33) 및 두 라인들 내에 배치된 대응하는 동축 커넥터들 (35)이 도 3a 및 도 3b에서 보이지만, 일반적으로, 임의 개수의 스루-홀들 (33) 및 대응하는 동축 커넥터들 (35)이 필요한 부분만 약간 수정하여 배치될 수 있다. 상기 동축 커넥터들 (35)은 나사들 (350)에 의해 상기 구형 도파관들 (31 및 32)에 부착되지만, 볼트, 핀 등과 같은 어떤 다른 조임 도구들이 또한 사용될 수 있을 것이다.

상기 동축 커넥터들 (35)을 경유하여 상기 동축 전송 라인들의 상기 도파관들 (31 및 32)로의 커플링을 제공하기 위해서, 상기 쌓아올려진 구형 도파관들의 측면-벽들 (34)은 상기 원형 스루-홀들 (33) 그리고 상기 상단 도파관 (31) 및 하단 구형 도파관 (32)의 내부 구역들 (36a 및 36b) 사이에 대응하여 개방부들 (37)을 가진다.

상기 동축 커넥터들 (35)은 어떤 외부 도체 실드도 가지지 않으며 그리고 상기 도파관들의 기계적인 금속 구조는 동축 커넥터들을 위한 외부 도체로서 쓸모가 있다. 그런 설비는 상기 도파관들의 측면-벽들 (34) 내에 배치된 개방부들 (37)에 대향하여 위치한 동축 라인들의 일부들로부터 벗겨진 외부 도체 실드들을 가진 동축 전송 라인들을 흉내낸다.

상단 구형 도파관들 (31)은 그 상단 구형 도파관들 (31)의 말단 (313) 부근 상기 제일 위 벽 (312) 내에 배치된 스루홀 (311)을 포함한다. 그 스루홀 (311)에는 상기 상단 구형 도파관들 (31)을 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈 (도시되지 않음)에 커플링하기 위한 동축 커넥터 (39)가 장착된다.

도 3b에서 보이는 실시예에 따라, 상기 상단 구형 도파관 (31)의 말단 (314) 및 상기 하단 구형 도파관들 (32)의 말단은 적절한 부하들에 의해 종단된다. 그래서, 도 3b에서 보이는 것처럼, 상기 교정 네트워크 시스템 (300)은 상기 상단 구형 도파관 (31)의 말단 (314) 부근에 배치된 더미 부하 (315a) 그리고 상기 하단 구형 도파관 (32)의 말단 (316) 부근에 배치된 더미 부하 (315b)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 상단 구형 도파관 (31)의 말단 (314)은 더미 부하가 아니라 다른 (추가적인) 90도 하이브리드 커플러 (도시되지 않음)에 의해 종단될 수 있다. 상기 추가적인 90도 하이브리드 커플러는 필요한 부분을 약간 수정하여 상기 교정 네트워크의 두 말단들로부터의 신호 주입의 가능성을 부가하도록 구성될 수 있다. 이 설비는 교정 정밀도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 교정 네트워크 시스템 (300)은 상기 RF 분할기/결합기 (도 1a에서 참조번호 15)의 기능 및 90도 위상 시프터 (도 1a에서 참조번호 16)의 기능을 한 디바이스 내에서 결합하는 90도 하이브리드 커플러 (38)를 포함한다. 도 3b에서 보이는 것처럼, 상기 90도 하이브리드 커플러 (38)는 참조번호 39의 커넥터와 참조번호 35의 커넥터들 사이의 전도성 플레이트 (333)를 통해 배치된 한 쌍의 개방부들 (380)을 포함한다. 상기 개방부들 (380)은 상기 하단 구형 도파관 (32) 및 상기 상단 구형 도파관 (31) 사이에서, 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈 (도시되지 않음)로부터 얻어지며 참조번호 39의 커넥터를 경유하여 제공되는 신호를 균등하게 분할하도록 구성된다. 상기 개방부들 (380)은 상기 도파관들 내 신호들 사이에서 요구되는 90도 위상 시프트를 제공하도록 또한 구성된다. 상기 90도 하이브리드 커플러 (38)가 상기 도파관들에 연결될 때에, 그것은 상기 동축 커넥터들 (35)로의 방향성 커플러를 형성하며, 그래서 상기 90도 하이브리드 커플러 (38)의 한 포트가 안테나 소자 (도시되지 않음) 및 상기 RF 프론트 엔드의 T/R 소자들 (도시되지 않음)의 다른 포트로 커플링되도록 한다.

본 발명의 교정 네트워크 시스템의 동작 방법이 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 아래에서 설명된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 어레이 안테나 (11)의 RF 프론트 엔드 (12)의 동작을 조절하기 위해 구현된다. 이 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 RF 프론트 엔드 (12)의 동작의 수신 모드에서의 교정을 위해 구현된다.

이 실시예에 따라, 알려진 진폭 및 위상을 가진 T/R 레퍼런스 모듈 (17)로부터의 내부 교정 레퍼런스 신호가 상기 교정 네트워크 시스템 (10)의 말단 (173)에 위치한 RF 전력 분할기/결합기 (15)로 주입된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)는 상기 내부 교정 레퍼런스 신호를 두 개의 동등한 부분들로 분할한다.

분할된 내부 교정 신호의 제1 부분은 상기 90도 위상 시프터 (도 1a에서 참조번호 16)로 커플링되며, 반면에 상기 분할된 내부 교정 신호의 제2 부분은 상기 하단 구형 도파관 (도 1a에서 참조번호 142 그리고 도 2a에서 참조번호 22)으로 커플링된다. 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 90도 위상 시프터 (16)를 통해서 지나가며, 이 90도 위상 시프터는 상기 내부 교정 신호의 상기 제1 부분에게 마이너스 90도 위상 시프트를 제공한다.

그러면, 마이너스 90도 위상 시프트되었던 상기 분할된 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 상단 구형 도파관 (도 1a에서 참조번호 141 그리고 도 2b에서 참조번호 21) 내에서 이송되며 그리고 상기 상단 구형 도파관의 측면 벽들 (도 2a 및 도 2b에서 참조번호 24)을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들 (13)의 일부들에 커플링된다. 그 커플링은 상기 개방부들 (도 2b에서 참조번호 27)을 경유하여 수행된다. 마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해서 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송된다. 그 결과, 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분의 위상 시프트는 0도로 복귀된다.

다음에, 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분은 RF 전력 분할기/결합기 (15)로부터 하단 구형 도파관 (도 1a에서 참조번호 142; 도 2a에서 참조번호 12) 내 동축 전송 라인들 (13)을 향하여 이송된다. 상기 분할된 내부 교정 신호의 이 제2 부분은, 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 동상으로 결합되는 (즉, 보강 간섭) 곳인 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들 (13)의 일부들에 커플링된다. 그 후에, 각 동축 케이블에 의해 수신된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 결합된 내부 교정 신호가 상기 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드들 (12)로 중계된다.

상기 신호들 사이의 위상 시프트 그리고 상기 도파관 사이의 약 4분의 1 파장 거리는 신호들이 RF 프론트 엔드로 이송될 때에는 신호가 동상으로 결합되도록 하며 (보강 간섭), 그리고 신호들이 안테나 방사 소자들을 향하여 이송될 때에는 역-위상으로 결합되도록 한다 (상쇄 간섭)는 것에 유의해야 한다. 그 결과, 커플링된 신호 부분들의 동일한 진폭으로 인해서, 결합된 교정 신호의 에너지는 RF 프론트 말단들 방향을 향하여 전파하며, 반면에 안테나의 방사 소자들은 절연되며 그리고 그 방사 소자들에 의해서는 어떤 에너지도 방사되지 않는다.

또한, RF 프론트 엔드들 (12)로 중계된 상기 결합된 내부 교정 신호는 각 T/R 모듈 (120)에 대해 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교된다. 상기 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호들은, 예를 들면, 룩-업 테이블의 모습으로 미리 준비된다. 이 비교는 상기 수직으로 쌓아올려진 도파관들 쌍의 일부를 통해서 지나가는 모든 동축 전송 라인들 (13)에 대해 수행된다. 어떤 동축 전송 라인에 대해 결합된 내부 교정 신호가 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에, 하나 또는 그 이상의 교정 파라미터들이 계산된다. 교정 파라미터들을 계산하는 방법들은 그 자체가 당 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 그러므로, 여기에서는 상세하게 설명되지 않는다. 계산 이후에, 상기 교정 파라미터들은 대응하는 T/R 모듈들 (120)의 동작을 조절하기 위해 상기 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드 (12)에 인가된다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, RF 프론트 엔드 (12)의 동작의 전송 모드에서 상기 어레이 안테나 (11)의 RF 프론트 엔드 (12)의 동작을 조절하기 위해 상기 방법이 구현된다. 이 실시예에 따라, 알려진 진폭 및 위상을 가진 내부 교정 신호는 각 T/R 모듈 (120)로부터 대응하는 동축 케이블 (13)로 순차적으로 주입된다.

상기 주입된 교정 신호의 주된 부분은 상기 프론트 엔드 (12)의 T/R 모듈들 (120)로부터 상기 동축 전송 라인들 (13)을 통해 상기 안테나 소자들 (110)을 향하여 이송된다. 그러나, 이 신호의 작은 부분은, 상기 하단 구형 광도파를 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 일부들로부터 상기 개구부들 (27)을 경유하여 상기 하단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 142; 도 2a에서 참조번호 22)로 커플링된다. 그러면, 상기 내부 교정 신호의 이 부분은 상기 하단 구형 광도파 내에서 이송되며, 그리고 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 하나의 출력 포트에 인가된다.

다음에, 상기 내부 교정 신호의 주된 부분은 상기 동축 전송 라인들 (13)의 상기 일부들 (131)을 통해서 상기 하단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 142; 도 2a에서 참조번호 22)로부터 상기 상단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 141; 도 2a에서 참조번호 21)를 향하여 이송된다. 이 일부들은 파장의 약 4분의 1의 길이를 갖는다. 따라서, 그 일부들은 상기 내부 교정 신호의 상기 주된 부분에게 플러스 90도의 위상 시프트를 제공한다.

그 후에, 파장의 약 4분의 1의 길이를 가진 일부들 (도 1a에서 참조번호 131; 도 2a에서 참조번호 29)을 통해 상기 도파관들 사이에서 이송되며, 그래서 플러스 90도의 위상 시프트를 가지는 상기 내부 교정 신호의 다른 작은 부분은 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부들로부터 상기 상단 구형 도파관 (도 1a에서 참조번호 141; 도 2a에서 참조번호 21)으로 커플링된다.

상기 내부 교정 신호의 이 부분은 상기 상단 구형 광도파 내에서 그리고 그 후에 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된 90도 위상 시프터 (16)를 통해서 이송된다. 그 결과, 상기 내부 교정 신호의 두 작은 부분들 사이에서의 상대적인 위상 시프트는 0으로 복귀된다.

그 후에, 0도의 위상 시프트를 가진 상기 내부 교정 신호의 상기 일부는 상기 위상 시프터 (16)로부터, 그 위상 시프터 (16)에 연결된 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 대응하는 출력 포트로 중계된다.

상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)는 상기 하단 도파관 및 상기 위상 시프터 (16)로부터 도착한 상기 내부 교정 신호의 이 두 작은 부분들을 결합하며, 그리고 0도의 위상 시프트를 구비한 결합된 내부 교정 신호를 생성한다.

상기 T/R 모듈들 (120)로부터 비롯된 상기 결합된 내부 교정 신호들은 각 안테나 소자에 대해 상기 결합된 내부 교정 신호를 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호들과 비교하기 위해서 레퍼런스 T/R 모듈 (17)로 중계된다. 상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호들로부터 벗어날 때에, 하나 또는 그 이상의 교정 파라미터들이 계산된다. 상기 계산 이후에, 상기 교정 파라미터들은 상기 T/R 모듈들 (120)의 조절 동작을 위해서 상기 어레이 소자 (11)의 RF 프론트 엔드 (12)에 인가된다.

이 실시예에서, 상기 T/R 모듈들 (120)에 의해 제공된 신호 에너지의 주된 부분은 상기 안테나 소자들에 의해 방사된다는 것에 유의해야 한다. 그래서, 상기 안테나 부근에서 외부 물체들로부터의 반사들이 발생할 수 있으며, 그리고 상기 안테나 소자들에 의해 수신될 수 있다. 그러나, 상기 상단 구형 광도파 및 하단 구형 광도파 사이의 동축 전송 라인들의 상기 일부들 (도 1a에서 참조번호 131; 도 1a에서 참조번호 29)이 약 4분의 1 파장 길이를 가지기 때문에, 상기 상대적인 90도 위상 시프트는 상기 안테나 소자들에 의해 수신된 상기 레퍼런스 T/R 모듈 (17)을 향한 상기 반사된 신호들의 전파를 상쇄 간섭으로 인해 방지하며, 그래서 교정 정밀도에 관한 상기 외부 물체들로부터의 반사들의 영향을 제거한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 어레이 안테나 (11)의 안테나 소자들 (110)의 동작을 표시하기 위해 구현된다. 이 실시예에 따르면, 외부 레퍼런스 RF 소스로부터 제공된 알려진 진폭 및 위상을 가진 외부 RF 방사가 교정을 위해 각 안테나 소자에 인가된다. 상기 안테나 소자에 의해 수신된 외부 교정 신호들은 대응하는 동축 전송 라인들 (13)로 순차적으로 커플링되어, 상기 안테나 소자들에 의해 수신된 상기 신호들을 상기 T/R 모듈들 (13)을 향하여 이송하는 복수의 수신 채널들을 형성한다. 각 채널에 대해, 상기 외부 교정 신호의 작은 부분은 상기 상단 구형 광도파의 측면-벽을 통해서 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부를 통해 상기 상단 구형 광도파 (141)로 커플링되며, 반면에 상기 외부 교정 신호의 주된 부분은 상기 T/R 모듈들 (13)로 향하여 이송된다.

상기 상단 구형 광도파 (141)로 커플링되었던 상기 외부 교정 신호의 작은 부분은 상기 상단 구형 광도파 (141)를 통해서, 그리고 상기 상단 구형 광도파 (141) 내에 배치된 90도 위상 시프터 (16)를 또한 통해서 이송된다. 이 실시예에 따라, 상기 90도 위상 시프터 (16)는 자신을 통해서 이송되는 신호들에게 플러스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된다.

따라서, 상기 90도 위상 시프터 (16)는 상기 상단 구형 광도파 내에서 이송된 상기 외부 교정 신호의 상기 부분에 플러스 90도 시프트를 제공한다. 플러스 90도 시프트된 이 외부 교정 신호는 상기 90도 위상 시프터 (16)에 연결된 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 하나의 출력 포트에 인가된다.

다음에, 상기 외부 교정 신호의 상기 주된 부분은 약 4분의 1 파장 길이를 가지는 동축 전송 라인들의 상기 부분들을 통해서 상기 상단 구형 광도파로부터 상기 하단 구형 광도파를 향하여 이송된다. 따라서, 상기 외부 교정 신호의 상기 주된 부분은 플러스 90도의 위상 시프트를 얻는다.

상기 외부 교정 신호의 다른 작은 부분은 상기 하단 구형 광도파의 측면-벽을 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 상기 일부들을 통해서 상기 하단 구형 광도파 (142)로 커플링된다. 상기 외부 교정 신호의 이 작은 부분 또한 플러스 90도 시프트된다.

상기 하단 구형 광도파 내에서의 이송 이후에, 상기 외부 교정 신호의 플러스 90도 시프트된 이 작은 부분은 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)의 다른 출력 포트에 인가된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기 (15)는 상기 외부 교정 신호의 상기 두 작은 부분들을 결합하여, 상기 안테나 소자들 (110)에 의해 수신되었던 "프라이머리" 외부 교정 신호들에 대해 90도 위상 시프트를 가진 결합된 외부 교정 신호를 제공한다.

상기 결합된 외부 교정 신호는 각 안테나 소자에 대해 상기 결합된 외부 교정 신호를 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하기 위해 상기 레퍼런스 T/R 모듈 (17)에게 중계된다.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 결합된 외부 교정 신호가 상기 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어나는 그런 동축 전송 라인들에 대해 표시하는 신호가 생성될 수 있다. 이 목적을 위해서 상기 레퍼런스 T/R 모듈 (17)은 표시 디바이스 (도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이 표시 디바이스는 어느 특별한 안테나 소자들이 고장인가를 표시한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 교정 방법은 도 1b에서 보이는 시스템을 기반으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 교정 신호들은 상기 광도파들 (141 및 142)의 두 측면들에 위치한 양 말단들 (173 및 174)로부터 주입될 수 있다. 상기 RF 프론트 엔드 (12)의 동작의 수신 모드에서, 상기 교정 방법은 참조번호 173의 말단에 대해 위에서 설명된 교정 방법의 메인 단계들을 참조번호 174의 말단으로부터 반복하는 것을 포함한다.

더욱 상세하게는, 상기 레퍼런스 T/R 모듈 (17)로부터 주입된 신호를 기초로 하여 교정 파라미터들을 계산한 이후에, 상기 방법은 상기 T/R 레퍼런스 모듈 (170)로부터 내부 교정 레퍼런스 신호 (이하에서는 다른 내부 교정 레퍼런스 신호로 언급한다)를 주입하는 단계를 더 포함한다. 이 다른 내부 교정 레퍼런스 신호는 상기 교정 네트워크 시스템 (10)의 상기 말단 (174)에 위치한 RF 전력 분할기/결합기 (250)로 주입된다. 상기 RF 전력 분할기/결합기 (250)는 상기 내부 교정 레퍼런스 신호를 두 개의 동등한 부분들로 분할한다.

상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 제1 부분은 상기 상단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 141; 도 2에서 참조번호 21)에 커플링되며, 반면에 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 제2 부분은 상기 하단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 142; 도 2에서 참조번호 22)에 커플링된다. 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 내부 교정 신호의 상기 제1 부분에 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하는 90도 위상 시프터 (260)를 통해 그리고 상기 상단 구형 광도파 내에서 이송된다.

그러면, 마이너스 90도 시프트되었던 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 상기 상단 구형 광도파의 측면 벽들을 통해 지나가는 동축 전송 라인들 (13)의 상기 일부들에 커플링된다. 그 커플링은 상기 개방부들 (27)을 경유하여 수행된다. 마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분은 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해서 상기 상단 구형 광도파로부터 상기 하단 구형 광도파를 향하여 이송된다. 결과적으로, 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분의 위상 시프트는 0도로 복귀된다.

다음에, 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제2 부분은 상기 RF 전력 분할기/결합기 (250)로부터 상기 하단 구형 광도파 (도 1a에서 참조번호 142; 도 2에서 참조번호 22) 내 동축 전송 라인들 (13)을 향하여 이송된다. 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 이 제2 부분은, 상기 제2 부분이 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분과 결합된 곳인 상기 하단 구형 광도파를 통해서 지나가는 상기 동축 전송 라인들 (13)의 상기 일부들에 커플링된다. 그러면, 각 동축 케이블에 의해 수신된 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 결합된 다른 내부 교정 신호가 상기 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드 (12)에 중계된다.

또한, 상기 결합된 다른 내부 교정 신호는 각 T/R 모듈 (120)에 대해 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교된다. 이 비교는 수직으로 쌓아올려진 광도파들의 쌍을 통해서 지나가는 모든 동축 전송 라인들 (13)에 대해 수행된다. 상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에, 하나 또는 그 이상의 교정 파라미터들이 계산된다.

그러면, 상기 레퍼런스 신호들이 참조번호 173의 말단으로부터 주입되었을 때의 경우에 대해 얻어진 교정 파라미터들 그리고 상기 레퍼런스 신호들이 참조번호 174의 말단으로부터 주입되었을 때의 경우에 대해 얻어진 교정 파라미터들 은 이런 파라미터들의 평균 값들을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 산술적인 평균 및/또는 기하학적인 평균이 계산될 수 있다.

상기 파라미터들의 평균 값들은 그러면 상기 T/R 모듈들 (120)의 동작을 조절하기 위해 상기 어레이 안테나 (11)의 RF 프론트 엔드들 (12)에 인가될 수 있다.

도 1b에서 보이는 교정 네트워크 시스템은 상기 RF 프론트 엔드 (12)의 동작의 전송 모드에서 T/R 모듈들 (120)의 동작을 조절하기 위해 그리고 상기 어레이 안테나 (11)의 안테나 소자들 (110)의 동작의 표시를 위해서, 필요한 부분에 수정을 가하여, 또한 사용될 수 있다.

그처럼, 본 발명이 바람직한 실시예들의 면에서 설명되었지만, 본 개시가 기반으로 하는 개념은 본 발명의 여러 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들 및 프로세스들을 설계하기 위한 기초로서 쉽게 활용될 수 있을 것이라는 것을 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 인정할 수 있다.

또한, 여기에서 사용된 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 여겨지지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 여기에서 제시된 예시적인 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다는 것이 중요하다. 첨부된 청구항들에서 정의된 본 발명의 범위 내에서 다른 변형들이 가능하다. 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 특성들의 다른 조합들 및 서브-조합들은 본 청구항들의 보정이나 본원 또는 관련된 출원에서의 새로운 청구항들의 제시를 통해서 청구될 수 있다. 그런 보정된 또는 새로운 청구항들은, 그것들이 상이한 조합들에 관한 것이건가 또는 동일한 조합들에 관한 것인가의 여부, 원래의 청구항들의 범위와 상이하거나, 더 넓거나, 더 좁거나 또는 동등한가에 관계없이 본 설명의 특허 대상 내에 포함되는 것으로 또한 여겨진다.

Claims

복수의 안테나 소자들 그리고 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 상기 안테나 소자들과 커플링된 복수의 전송/수신 (Transmit/Receive (T/R)) 모듈들을 구비한 어레이 안테나를 위한 교정 네트워크 시스템으로, 상기 교정 네트워크 시스템은:
도파관 설비;
적어도 하나의 90도 위상 시프터; 그리고
적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기를 포함하며,
상기 도파관 설비는 적어도 한 쌍의 구형 도파관 (rectangular waveguide)들을 포함하며, 이 구형 도파관들은 제일 위 벽 및 바닥 벽의 내부 폭보다 더 작은 측면-벽들의 내부 높이를 가지며; 상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들은 서로에게 대해 평행하게 쌓아올려져서 하단 구형 도파관 및 상단 구형 도파관을 형성하며, 상기 상단 구형 도파관은 상기 어레이 안테나의 소망되는 동작 주파수의 약 4분의 1의 거리만큼 상기 하단 구형 도파관으로부터 이격되며; 상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들은 상기 하단 구형 도파관의 바닥부터 상기 상단 구형 도파관의 제일 위까지 상기 쌓아올려진 구형 도파관들의 적어도 하나의 측면-벽을 통해 확장하는 복수의 원형 스루-홀들을 포함하며 그리고 상기 원형 스루-홀들을 통해 지나가는 동축 전송 라인들을 수용하기에 충분한 직경을 가지며; 상기 동축 전송 라인들의 상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들로의 커플링을 제공하기 위해서 상기 적어도 하나의 측면-벽은 상기 원형 스루-홀들 그리고 상기 하단 구형 도파관 및 상기 상단 구형 도파관의 내부 구역 사이에 개방부들을 가지며;
상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터는 두 개의 위상 시프터 단자들을 가지며 그리고 하나의 위상 시프터 단자에서 상기 상단 구형 도파관의 한 말단에 커플링되며; 그리고
상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기는 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈로의 커플링을 위해 구성된 입력 포트 및 다른 위상 시프터 단자에서 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터에 대응하여 커플링되며 그리고 상기 하단 구형 도파관의 한 말단에 커플링된 두 출력 포트들을 구비한, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기 및 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터는 90도 하이브리드 커플러 내에서 함께 결합된, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 측면-벽 내 상기 개방부들은 상기 측면-벽들의 높이의 적어도 일부를 따라 있는 슬롯들인, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
각 동축 전송 라인은 와이어 코어, 상기 와이어 코어 주위의 내부 유전 절연체 (dielectric insulator), 그리고 상기 내부 유전 절연체 주위의 직조 (woven) 와이어 실드를 포함하며,
상기 외부 도체 실드는 상기 하단 구형 도파관의 바닥 벽에 그리고 상기 상단 구형 도파관의 제일 위 벽에 연결되며, 상기 동축 전송 라인의 상기 외부 도체 실드는 상기 적어도 하나의 측면-벽 내에 배치된 상기 대응 슬롯들에 대향하여 위치한 상기 동축 전송 라인의 일부에서 적어도 상기 동축 케이블로부터 벗겨진, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 90도 위상 시프터는 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 90도 위상 시프터는 플러스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기에 커플링되지 않은 상기 상단 구형 도파관 및 하단 구형 도파관의 다른 말단들은 더미 부하 (dummy load)로 종단된, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 동축 전송 라인들은 동축 케이블들을 포함하는, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
두 개의 위상 시프터 단자들을 구비하며 하나의 위상 시프터 단자에서 상기 상단 도파관의 다른 말단에 연결된 다른 90도 위상 시프터; 그리고
다른 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈로의 커플링을 위해 구성된 입력 포트 그리고 다른 위상 시프터 단자에서 상기 다른 90도 위상 시프터에 대응하여 연결되고 상기 하단 도파관의 다른 말단에 연결되는 두 출력 포트들을 구비한 다른 RF 전력 분할기/결합기를 더 포함하는, 교정 네트워크 시스템.
제9항에 있어서,
상기 다른 RF 전력 분할기/결합기 그리고 상기 다른 90도 위상 시프터는 다른 90도 하이브리드 커플러 내에서 함께 결합된, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들 내 각 도파관은 구형 리지 도파관 (rectangular ridge waveguide)인, 교정 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들 내 적어도 하나의 도파관은 유전체 물질로 채워진, 교정 네트워크 시스템.
어레이 안테나의 RF 프론트 엔드 (front end)의 복수의 T/R 모듈들에, 상기 RF 프론트 엔드의 동작의 수신 모드에서 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 연결된 복수의 안테나 소자들을 구비한 상기 어레이 안테나를 교정하는 방법으로, 상기 방법은:
동축 전송 라인들로의 방향성 커플링을 위해 구성된 청구항 1의 교정 네트워크 시스템을 제공하는 단계;
알려진 진폭 및 위상을 가진 내부 교정 신호를 T/R 레퍼런스 모듈로부터 상기 교정 네트워크 시스템의 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기의 입력 포트로 주입하여 분할된 내부 교정 신호의 제1 부분 및 분할된 내부 교정 신호의 제2 부분을 얻는 단계;
상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터로 커플링하고, 그리고 상기 분할된 내부 교정 신호의 제2 부분을 하단 구형 도파관으로 커플링하는 단계;
상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터를 통해 이송하여 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하는 단계;
마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 상단 구형 도파관을 통해 이송하여, 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 일부에게 커플링하는 단계;
마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송하며, 그 이송에 의해서 상기 분할된 내부 교정 신호의 제1 부분의 위상 시프트를 0도로 복귀시키는 단계;
상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 하단 구형 도파관 내에서 이송하는 단계;
상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부에 커플링하여 상기 동축 라인들의 이 일부에서 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분과 결합하는 단계;
각 동축 전송 라인에 의해 수신된 상기 분할된 내부 교정 신호의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 결합된 내부 교정 신호를 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드로 중계하는 단계;
각 동축 전송 라인에 대해 상기 결합된 내부 교정 신호를 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하는 단계; 그리고
상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에 적어도 하나의 교정 파라미터를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 T/R 모듈들의 동작을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 교정 파라미터를 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드에 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 방법은:
두 개의 위상 시프터 단자들을 구비하며 하나의 위상 쉬프터 단자에서 상기 상단 도파관의 다른 말단에 연결된 다른 90도 위상 시프터를 제공하는 단계;
다른 레퍼런스 전송/수신 (T/R) 모듈에 커플링하기 위해 구성된 입력 포트 및 다른 위상 시프터 단자에서 상기 다른 90도 위상 시프터에 대응하여 연결되며 상기 하단 도파관의 다른 말단에 연결된 두 출력 포트들을 구비한 다른 RF 전력 분할기/결합기를 제공하는 단계;
알려진 진폭 및 위상을 가진 다른 내부 교정 신호를 다른 T/R 레퍼런스 모듈로부터 상기 교정 네트워크 시스템의 상기 다른 RF 전력 분할기/결합기의 입력 포트로 주입하여 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 제1 부분 및 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 제2 부분을 얻는 단계;
상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 다른 90도 위상 시프터로 커플링하고, 그리고 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 하단 구형 도파관으로 커플링하는 단계;
상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 다른 90도 위상 시프터를 통해 이송하여 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하는 단계;
마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 상기 상단 구형 도파관을 통해 이송하여, 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 일부들에게 커플링하는 단계;
마이너스 90도 시프트된 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분을 파장의 약 4분의 1의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송하며, 그 이송에 의해서 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 제1 부분의 위상 시프트를 0도로 복귀시키는 단계;
상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 하단 구형 도파관 내에서 이송하는 단계;
상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제2 부분를 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 상기 일부들에 커플링하여 상기 동축 라인들의 이 일부에서 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제2 부분을 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분과 결합하는 단계;
각 동축 전송 라인에 의해 수신된 상기 분할된 다른 내부 교정 신호의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 결합된 다른 내부 교정 신호를 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드로 중계하는 단계;
각 동축 전송 라인에 대해 상기 결합된 다른 내부 교정 신호를 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하는 단계;
상기 결합된 다른 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에 적어도 하나의 교정 파라미터를 계산하는 단계;
상기 적어도 한 쌍의 구형 도파관들의 양 말단들로부터 얻어진 상기 데이터에 기초하여 상기 적어도 하나의 교정 파라미터의 평균 값을 계산하는 단계; 그리고
상기 T/R 모듈들의 동작을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 교정 파라미터의 상기 평균 값을 상기 어레이 안테나의 상기 RF 프론트 엔드에 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
어레이 안테나의 복수의 T/R 모듈들에 커플링된 복수의 안테나 소자들을 가진 어레이 안테나를 RF 프론트 엔드의 동작의 전송 모드에서 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 교정하는 방법으로, 상기 방법은:
동축 전송 라인들로의 방향성 커플링을 위해 구성된 청구항 1의 교정 네트워크 시스템을 제공하는 단계;
알려진 진폭 및 위상을 가진 내부 교정 신호를 각 T/R 모듈로부터 대응하는 동축 전송 라인으로 주입하는 단계;
상기 내부 교정 신호의 작은 부분을 상기 하단 구형 도파관을 통해 지나가는 상기 동축 전송 라인들의 일부들을 통해 상기 하단 구형 도파관으로 커플링하고, 상기 하단 구형 도파관 내에서 상기 내부 교정 신호의 이 일부를 이송하며, 그리고 상기 내부 교정 신호의 이 일부를 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기의 하나의 출력 포트에 인가하는 단계;
약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해 상기 내부 교정 신호의 주된 부분을 상기 하단 구형 도파관으로부터 상기 상단 구형 도파관으로 향하여 이송하며, 그럼으로써 상기 내부 교정 신호의 상기 주된 부분에 플러스 90도 위상 시프트를 제공하는 단계;
플러스 90도의 위상 시프트를 가진 상기 내부 교정 신호의 다른 작은 부분을 상기 상단 구형 도파관을 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 일부들로부터 상기 상단 구형 도파관으로 커플링하는 단계;
상기 내부 교정 신호의 상기 다른 작은 부분을 상기 상단 구형 도파관 내에서 그리고 마이너스 90도 위상 시프트를 제공하도록 구성된 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터를 통해서 이송하며, 그럼으로써 상기 내부 교정 신호의 상기 다른 부분의 위상 시프트를 0도로 복귀시키는 단계;
0도의 위상 시프트를 가진 상기 내부 교정 신호의 상기 다른 작은 부분을 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기의 다른 출력 포트에 인가하는 단계;
상기 내부 교정 신호의 두 작은 부분들을 상기 RF 전력 분할기/결합기에 의해 결합하여 0도의 위상 시프트를 가진 결합된 내부 교정 신호를 획득하는 단계;
상기 결합된 내부 교정 신호를 레퍼런스 T/R 모듈로 중계하는 단계;
각 안테나 소자에 대해 상기 결합된 내부 교정 신호를 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하는 단계;
상기 결합된 내부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어날 때에 적어도 하나의 교정 파라미터를 계산하는 단계; 그리고
상기 T/R 모듈들의 동작을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 교정 파라미터를 상기 어레이 안테나의 RF 프론트 엔드에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
안테나 어레이의 복수의 T/R 모듈들에 연결된 복수의 안테나 소자들을 가진 어레이 안테나를 복수의 대응하는 동축 전송 라인들을 통해 교정하는 방법으로, 이 방법은 상기 안테나 소자들의 동작을 표시하기 위한 것이며, 상기 방법은:
동축 전송 라인들로의 방향성 커플링을 위해 구성된 청구항 1의 교정 네트워크를 제공하는 단계;
알려진 진폭 및 위상을 가진 외부 교정 RF 방사를 외부 레퍼런스 RF 소스로부터 상기 복수의 안테나 소자들 각각으로 순차적으로 인가하고 그리고 상기 안테나 소자들에 의해 생성된 외부 교정 신호를 동축 전송 라인들에 커플링하는 단계;
상기 외부 교정 신호의 작은 부분을 상기 상단 구형 도파관의 측면-벽을 통해 지나가는 동축 전송 라인들의 일부들을 통해서 상기 상단 구형 도파관으로 커플링하는 단계;
상기 외부 교정 신호의 상기 작은 부분을 상기 상단 도파관 내부에서 그리고 상기 적어도 하나의 90도 위상 시프터를 통해서 이송하여 플러스 90도 위상 시프트를 제공하며, 그리고 플러스 90도 위상 시프트된 상기 외부 교정 신호의 상기 부분을 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기의 하나의 출력 포트에 인가하는 단계;
상기 외부 교정 신호의 주된 부분을 약 4분의 1 파장의 길이를 가진 동축 전송 라인들의 일부들을 통해서 상기 상단 구형 도파관으로부터 상기 하단 구형 도파관을 향하여 이송하며, 그럼으로써 상기 외부 교정 신호에게 플러스 90도의 위상 시프트를 제공하는 단계;
상기 하단 구형 도파관을 통해서 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기를 향하여 이송하기 위해 플러스 90도 시프트된 상기 외부 교정 신호의 다른 작은 부분을 상기 하단 구형 도파관에 커플링하는 단계;
상기 하단 구형 도파관을 통해 이송된 상기 외부 교정 신호의 상기 다른 작은 부분을 상기 적어도 하나의 RF 전력 분할기/결합기의 다른 출력 포트에 인가하는 단계;
상기 외부 교정 신호의 상기 두 작은 부분들을 상기 RF 전력 분할기/결합기에 의해 결합하여 90도 위상 시프트를 가진 결합된 외부 교정 신호를 획득하는 단계;
상기 결합된 외부 교정 신호를 레퍼런스 T/R 모듈로 중계하는 단계;
각 안테나 요소에 대해 상기 결합된 외부 교정 신호를 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호와 비교하는 단계; 그리고
상기 결합된 외부 교정 신호가 상기 대응하는 미리 정해진 레퍼런스 데이터 신호로부터 벗어나는 동축 전송 라인들의 표시를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.