KR20190108092A - Rf lens apparatus for improving directivity of antenna array and transmitting-receiving antenna system including the same - Google Patents

Rf lens apparatus for improving directivity of antenna array and transmitting-receiving antenna system including the same Download PDF

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KR20190108092A
KR20190108092A KR1020190113419A KR20190113419A KR20190108092A KR 20190108092 A KR20190108092 A KR 20190108092A KR 1020190113419 A KR1020190113419 A KR 1020190113419A KR 20190113419 A KR20190113419 A KR 20190113419A KR 20190108092 A KR20190108092 A KR 20190108092A
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곽병재
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주식회사 큐유아이
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0031Parallel-plate fed arrays; Lens-fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Abstract

Disclosed are an RF lens apparatus improving directivity of an antenna array, a transception antenna system including the RF lens apparatus, and a beamforming method performed in the transception antenna system. According to one embodiment of the present invention, the transception antenna system comprises: an antenna array configured with a plurality of antennas; antenna RF lenses provided on an upper part of the antenna array, wherein the antenna RF lenses are disposed to correspond to the plurality of antennas, respectively; and an array RF lens provided on an upper part of the antenna RF lenses.

Description

안테나 어레이의 지향성을 개선하는 RF 렌즈 장치 및 그를 포함하는 송수신 안테나 시스템{RF LENS APPARATUS FOR IMPROVING DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAY AND TRANSMITTING-RECEIVING ANTENNA SYSTEM INCLUDING THE SAME}RF LENS APPARATUS FOR IMPROVING DIRECTIVITY OF ANTENNA ARRAY AND TRANSMITTING-RECEIVING ANTENNA SYSTEM INCLUDING THE SAME

아래의 설명은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 RF 렌즈를 이용함으로써 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템에 대한 것이다.The following description relates to a transmit / receive antenna system having multiple antennas, and more particularly, to a transmit / receive antenna system that improves the directivity of an antenna array by using an RF lens.

본 성과는 미래창조과학부의 공공기술기반 시장연계 창업탐색 지원사업(과제고유번호: 1711047948, 부처명: 미래창조과학부, 연구관리전문기관: 한국연구재단, 연구사업명: 공공기술기반 시장연계 창업탐색 지원사업, 연구과제명: 자율주행자동차를 위한 고감도 근거리 레이더(High Performance Short Range Radar for Self-Driving Cars), 기여율: 1/1, 주관기관: 한국과학기술원, 연구기간: 2016.09.05 ~ 2017.02.28)을 통해 얻어진 특허이다.This achievement was supported by the Ministry of Science, ICT and Future Planning, and the support project for linking entrepreneurship in the market based on public technology. , Research Title: High Performance Short Range Radar for Self-Driving Cars, Contribution Rate: 1/1, Organizer: Korea Advanced Institute of Science and Technology, Research Period: 2016.09.05 ~ 2017.02.28 It is a patent obtained through.

무선 통신 시스템 또는 레이더 등은 무선 신호를 송수신하는 송수신 안테나 시스템을 포함한다. 현대의 송수신 안테나 시스템은 다중 안테나를 이용하는 경우가 많으며, 다중 안테나 기반의 송수신 안테나 시스템의 경우, MIMO(Multiple-input multiple-output) 기술 또는 빔포빙(beamforming) 기술을 사용하면 데이터의 전송 속도를 높이거나, 장치 간의 간섭을 줄이거나, 신호의 전송 거리를 늘리거나, 신호대잡음비를 높이는 등의 많은 장점을 갖는다.The wireless communication system or the radar includes a transmission and reception antenna system for transmitting and receiving wireless signals. Modern transmit / receive antenna systems often use multiple antennas. In the case of multi-antenna-based transmit / receive antenna systems, multiple-input multiple-output (MIMO) technology or beamforming technology increases data transmission speed. It has many advantages such as reducing the interference between devices, increasing the transmission distance of the signal, increasing the signal-to-noise ratio, and the like.

여기서, 송신 빔포밍(beamforming) 기술은 다중 안테나 각각에서 전송되는 신호의 위상(phase)과 크기(amplitude)를 조절하여 각기 다른 안테나에서 전송된 신호들이 방향에 따라 서로 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)을 일으키면서 송신 신호가 지향성을 가지고 전송되도록 하는 기술이다. 수신 빔포밍(beamforming) 기술은 다중 안테나 각각에서 수신된 신호의 위상(phase)과 크기(amplitude)를 조절하고 결합(combine)하여 특정 방향에 대해 수신 감도를 높여 지향성을 가지고 수신하도록 하는 기술로 기본 원리는 송신 빔포밍과 동일하다. 송신 또는 수신 빔포밍은 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호가 서로 상관 관계가 높은 경우(stochastically highly correlated) 적용할 수 있는 기술이다.Here, the transmission beamforming technique adjusts the phase and amplitude of a signal transmitted from each of the multiple antennas so that signals transmitted from different antennas may be constructively interfered or canceled with each other according to directions. It is a technique that causes a transmission signal to be transmitted with directivity while causing destructive interference. Receive beamforming technology is a technology that adjusts the phase and amplitude of a signal received from each of the multiple antennas and combines them to increase the reception sensitivity in a specific direction so that they can be received with directivity. The principle is the same as for transmit beamforming. Transmit or receive beamforming is a technique that can be applied when signals transmitted or received by each antenna are highly correlated with each other (stochastically highly correlated).

반면에, MIMO 기술은 빔포밍 기술과는 달리 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호 간에 이상적으로는 서로 상관 관계가 없는 경우(stochastically uncorrelated) 사용하는 기술로, MIMO 기술은 다중 안테나를 이용하여 동시에 여러 개의 데이터 스트림을 송수신 하거나, 다중화 이득(diversity gain)을 이용하여 채널 환경 변화에도 강인한(robust) 성능을 얻을 수 있게 해준다. MIMO 기술은 각 안테나에서 송신 또는 수신되는 신호 간에 상관 관계가 높아짐에 따라 성능이 저하되는 경향이 있다.On the other hand, unlike the beamforming technique, the MIMO technique is used when the signals transmitted or received from each antenna are ideally correlated (stochastically uncorrelated), and the MIMO technique uses multiple antennas simultaneously. By transmitting and receiving data streams, or by using diversity gain, robust performance can be obtained even in a channel environment change. MIMO technology tends to degrade as the correlation between signals transmitted or received at each antenna increases.

최근 무선 통신 분야에서는 주파수 자원의 고갈과 함께 주파수 자원의 효율적 사용을 위한 방법들로서, 상술된 MIMO 및 빔포밍 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 MIMO 및 빔포밍 기술은 5세대(5G) 이동 통신의 핵심 기술이 될 전망이다. 또한, 첨단 운전자 보조시스템(Advanced Drier Assistance System; ADAS) 및 자율주행 자동차(self-driving cars)에 대한 관심이 높아짐에 따라 보다 성능이 우수한 자동차용 레이더 개발 경쟁이 치열해지면서 자동차용 레이더에도 점차 다중 안테나가 기본적으로 도입되고 있는 추세이다.Recently, in the field of wireless communication, the MIMO and beamforming techniques described above have been actively studied as methods for efficient use of frequency resources together with exhaustion of frequency resources. Such MIMO and beamforming technologies are expected to be the core technologies for 5G mobile communication. In addition, as interest in the Advanced Drier Assistance System (ADAS) and self-driving cars has increased, competition for the development of higher performance automotive radars has become more intense. Antennas are basically being introduced.

이에, 아래의 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, MIMO 및 빔포밍의 문제를 해결하고 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제안한다.Therefore, the following embodiments propose a technique that can solve the problems of MIMO and beamforming and improve the performance in a transmit / receive antenna system having multiple antennas.

일 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 기술을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a technique for solving a deterioration in the directivity performance of an antenna array caused by nonlinearity between spatial frequencies and incident angles and the directivity of an antenna in a transmit / receive antenna system having multiple antennas, and covering a wide angle with a single antenna array. To provide.

구체적으로, 일 실시예들은 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 RF 렌즈 장치를 이용하는 송수신 안테나 시스템 및 빔포밍 방법을 제공한다.Specifically, one embodiment is a transmission and reception using an RF lens device including an RF lens for the antenna disposed to correspond to each of the plurality of antennas constituting the antenna array and the array RF lens provided on the antenna RF lenses An antenna system and a beamforming method are provided.

일 실시예에 따르면, 안테나 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템은, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이; 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함한다.According to one embodiment, a transceiver antenna system for improving antenna directivity includes: an antenna array consisting of a plurality of antennas; Antenna RF lenses provided on the antenna array, wherein the antenna RF lenses are disposed to correspond to the plurality of antennas, respectively; And an array RF lens provided on the antenna RF lenses.

일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하고, 상기 안테나 어레이는, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하며, 상기 어레이용 RF 렌즈는, 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시킬 수 있다.According to one aspect, each of the antenna RF lenses, the shape of the beam of each of the plurality of antennas, the antenna array, forming a beam within a first angle range, the array RF lens, The directivity angle of the beam of the antenna array may be refracted such that the directivity angle range of the beam of the antenna array is changed from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range.

다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나 어레이는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정할 수 있다.According to another aspect, the antenna array may determine the first angle range that satisfies the constraint caused by the changed beam shape of each of the plurality of antennas.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경할 수 있다.According to another aspect, each of the RF lens for the antenna, by refracting the rays forming the beam of each of the plurality of antennas to change the shape of the beam of each of the plurality of antennas within a specific angle range Can be.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.According to another aspect, each of the RF lens for the antenna, it is provided to control the lens focal length can adaptively adjust the specific angle range.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시킬 수 있다.According to another aspect, each of the antenna RF lenses may be able to refrac the ladle of each of the plurality of antennas such that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold only within the specific angle range.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 안테나용 RF 렌즈들은, 상기 복수의 안테나들과 각각 일대일 대응하도록 배치될 수 있다.According to another aspect, the antenna RF lenses may be disposed to correspond one-to-one with the plurality of antennas, respectively.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 어레이용 RF 렌즈는, 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 상기 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.According to another aspect, the array RF lens may be provided to control the lens focal length to adaptively adjust the second angle range.

일 실시예에 따르면, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이의 상부에 구비되어 상기 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 RF 렌즈 장치는, 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되어, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되어, 상기 안테나 어레이가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위를 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈를 포함한다.According to an embodiment, the RF lens device provided on the antenna array consisting of a plurality of antennas to improve the directivity of the antenna array, is provided on the antenna array, the beam of each of the plurality of antennas RF lenses for antennas changing shape, wherein the RF RF lenses are arranged to correspond to the plurality of antennas, respectively; And an upper portion of the RF lenses for the antenna, the refractive angle of the beam formed by the antenna array within the first angle range is refracted so that the directivity angle range of the beam of the antenna array is changed from the first angle range. And an RF lens for the array that changes to a second angle range that is wider or narrower than the angle range.

일 측면에 따르면, 상기 제1 각도 범위는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 값으로 결정될 수 있다.According to an aspect, the first angle range may be determined as a value that satisfies a constraint caused by a changed beam shape of each of the plurality of antennas.

일 실시예에 따르면, 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이; 상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨- 및 상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 송수신 안테나 시스템에서 수행되는 빔포밍 방법은, 상기 안테나용 RF 렌즈들 각각에서, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계; 상기 안테나 어레이가, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계; 및 상기 어레이용 RF 렌즈에서, 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 상기 제1 각도 범위로부터 상기 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 상기 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시키는 단계를 포함한다.According to one embodiment, an antenna array consisting of a plurality of antennas; Antenna RF lenses provided on the antenna array, wherein the antenna RF lenses are disposed so as to correspond to the plurality of antennas, respectively, and the transceiver RF lens provided on the antenna RF lenses. A beamforming method performed in an antenna system includes: changing the beam shape of each of the plurality of antennas in each of the RF lenses for the antenna; The antenna array forming a beam within a first angular range; And in the array RF lens, refracting the directing angle of the beam of the antenna array such that the directing angle range of the beam of the antenna array is changed from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range. It comprises the step of.

일 측면에 따르면, 상기 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 상기 제1 각도 범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, forming the beam within the first angular range may include determining the first angular range that satisfies a constraint caused by a modified beam shape of each of the plurality of antennas. .

다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, changing the beam shape of each of the plurality of antennas, refracting the rays forming the beam of each of the plurality of antennas, thereby reducing the beam shape of each of the plurality of antennas It may include the step of changing within a certain angle range.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 단계는, 상기 복수의 안테나들 각각의 이득이 상기 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 상기 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는 단계일 수 있다.According to another aspect, the step of changing the beam shape of each of the plurality of antennas within a specific angle range, the plurality of antennas such that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold only within the specific angle range It may be the step of refracting each ladle.

일 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에서, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention provides a technique for solving a deterioration in the directivity performance of an antenna array caused by nonlinearity between spatial frequencies and incident angles and the directivity of an antenna in a transmit / receive antenna system having multiple antennas, and covering a wide angle with a single antenna array. Can be provided.

구체적으로, 일 실시예들은 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈를 포함하는 RF 렌즈 장치를 이용하는 송수신 안테나 시스템 및 빔포밍 방법을 제공할 수 있다.Specifically, one embodiment is a transmission and reception using an RF lens device including an RF lens for the antenna disposed to correspond to each of the plurality of antennas constituting the antenna array and the array RF lens provided on the antenna RF lenses An antenna system and a beamforming method can be provided.

도 1은 종래의 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 공간 주파수와 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
1 is a view showing a conventional transmit and receive antenna system.
2 is a diagram illustrating a relationship between a spatial frequency and an incident angle.
3 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to an angle of an antenna in an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure.
4 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is directed in the 0 ° direction in the ideal transmit and receive antenna system of the conventional structure.
FIG. 5 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is directed in a 30 ° direction in an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 6 is a diagram for explaining gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is directed in a 60 ° direction in an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 7 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when an antenna array is directed in a 90 ° direction in an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 8 is a diagram for describing gain characteristics and directivity according to an angle of an antenna in a conventional transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 9 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is oriented in the 0 ° direction in a realistic transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 10 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is directed in a 30 ° direction in a realistic transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 11 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is directed in a 60 ° direction in a realistic transmit / receive antenna system having a conventional structure.
FIG. 12 is a diagram for describing gain of an antenna array according to an angle when the antenna array is directed in a 90 ° direction in a realistic transmit / receive antenna system having a conventional structure.
13 is a diagram illustrating a transmit / receive antenna system according to an embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating an RF lens for an antenna included in the transmission / reception antenna system shown in FIG. 13.
FIG. 15 illustrates a gain characteristic and directivity according to an angle of an antenna in a transmit / receive antenna system according to an embodiment.
FIG. 16 is a view for explaining an embodiment of an array RF lens included in the transmit / receive antenna system shown in FIG. 13.
17 is a view for explaining another embodiment of an array RF lens included in the transmit / receive antenna system shown in FIG. 13.
18 is a flowchart illustrating a beamforming method in a transmit / receive antenna system according to an embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the viewer, the operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

본 명세서에서 설명되는 실시예들은 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템에 관한 것으로, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치되어 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들 및 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되어 안테나 어레이가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈를 포함하도록 송수신 안테나 시스템을 구성함으로써, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있도록 한다.Embodiments described herein relate to a transmit / receive antenna system having multiple antennas, which are arranged to correspond to the plurality of antennas constituting the antenna array, respectively, and the antenna RF lenses for changing the beam shape of each of the plurality of antennas. And refracting the directing angle of the beam formed by the antenna array within the first angle range provided on the antenna RF lenses to widen or narrow the directing angle range of the beam of the antenna array from the first angle range to the first angle range. By constructing a transmit / receive antenna system to include an array RF lens that changes to a second angular range, it solves the degradation of the directivity performance of the antenna array caused by the nonlinearity between the spatial frequency and the incident angle and the directivity of the antenna, resulting in a single antenna array. Make sure to cover a wide angle.

이하, 다중 안테나를 갖는 송수신 안테나 시스템은 다중 안테나로서 복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이를 포함하여, 신호를 송수신하는 시스템을 의미한다. 또한, 본 발명은 설명의 편의를 위하여, 송수신 안테나 시스템에서의 수신 빔포밍 기술을 예를 들어 설명되지만, 이에 제한되거나 한정되지 않고 송신 빔포밍 기술뿐만 아니라, MIMO 송수신 기술에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이하, 안테나 어레이가 1차원 선형 어레이인 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 2차원 어레이에도 확장되어 적용될 수 있다.Hereinafter, a transmission / reception antenna system having multiple antennas means a system for transmitting and receiving signals, including an antenna array including a plurality of antennas as multiple antennas. In addition, the present invention is described by way of example for the reception beamforming technique in the transmission and reception antenna system for convenience of description, but is not limited thereto and may be equally applicable to the MIMO transmission and reception technique as well as the transmission beamforming technique. . In addition, hereinafter, the antenna array is described as being a one-dimensional linear array, but is not limited thereto and may be extended to the two-dimensional array.

도 1은 종래의 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional transmit and receive antenna system.

도 1을 참조하면, 종래의 송수신 안테나 시스템은 복수의 안테나들(A0, A1, A2, A3, A4, A5)로 구성되는 선형 안테나 어레이(100)를 포함하는 구조를 갖는다. 이 때, 선형 안테나 어레이(100)에서 복수의 안테나들(A0, A1, A2, A3, A4, A5)의 간격은 반송파 주파수의 반파장(λ/2)인 것으로 가정하나, 이에 제한되거나 한정되지는 않는다. 이하, 도 2 내지 12를 참조하여 후술되는 이상적인 송수신 안테나 시스템 및 현실적인 송수신 안테나 시스템은 도 1과 같은 구조를 갖는 것을 전제로 한다.Referring to FIG. 1, the conventional transmit / receive antenna system has a structure including a linear antenna array 100 including a plurality of antennas A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 . . At this time, it is assumed that the spacing of the plurality of antennas A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 in the linear antenna array 100 is a half wavelength (λ / 2) of the carrier frequency. However, it is not limited thereto. Hereinafter, an ideal transmit / receive antenna system and a realistic transmit / receive antenna system described below with reference to FIGS. 2 to 12 are assumed to have a structure as illustrated in FIG. 1.

도 2는 공간 주파수와 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a relationship between a spatial frequency and an incident angle.

도 1을 참조하여 상술된 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 선형 안테나 어레이에 신호가 수신되면, 선형 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나들 각각에 수신되는 신호는 입사각에 따라 서로 다른 위상 값을 갖게 된다. 이렇게 공간에 따른 위상의 변화율을 공간 주파수라 하며, 공간 주파수는 신호의 입사각과 도 2의 그래프(200)와 같이 비선형 관계를 갖게 된다.When a signal is received by the linear antenna array in the transmit / receive antenna system of the conventional structure described above with reference to FIG. 1, the signals received by each of the plurality of antennas constituting the linear antenna array have different phase values according to incident angles. The rate of change of phase according to space is called a spatial frequency, and the spatial frequency has a nonlinear relationship with the incident angle of the signal as shown in the graph 200 of FIG. 2.

도 3은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 종래 구조의 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for describing gain characteristics and directivity according to an angle of an antenna in an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure, and FIG. 4 is an ideal transmit / receive antenna system having a conventional structure when the antenna array is oriented in a 0 ° direction. 5 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle of, Figure 5 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is directed in the 30 ° direction in the ideal transmit and receive antenna system of the conventional structure 6 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is directed in the 60 ° direction in the ideal transmit and receive antenna system of the conventional structure, Figure 7 is an ideal transmit and receive antenna system of the conventional structure , Antenna angle according to the angle when the antenna array is oriented in the 90 ° direction. A diagram for explaining the gain thereof.

도 3을 참조하면, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 안테나의 각도에 따른 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계(cartesian coordinate system)에서 나타내었을 때 310과 같이 -90° 내지 90° 방향 범위에 대해서 항상 1인 특성을 갖는다면, 310을 극좌표계(polar coordinate system)에서 그래프로 그리면 320과 같이 나타난다. 이처럼 이상적인 경우의 송수신 안테나 시스템(종래 구조의 송수신 안테나 시스템)에서 선형 안테나 어레이가 특정 방향으로 지향(steering)되었을 때 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴은 도 4 내지 7과 같이 나타난다.Referring to FIG. 3, in a transmission / reception antenna system having a conventional structure, a gain according to an angle of an antenna, that is, a beam pattern in a Cartesian coordinate system is always 1 for a range of -90 ° to 90 °, such as 310. If it has a phosphorus property, 310 is graphed in a polar coordinate system and appears as 320. In such an ideal case of a transmission / reception antenna system (a conventional transmission / reception antenna system), when the linear antenna array is steered in a specific direction, the gain, that is, the beam pattern, of the antenna array according to the angle is shown as shown in FIGS. 4 to 7.

이하, 빔 패턴은 안테나의 방사 패턴 또는 다중 안테나로 이루어진 안테나 어레이의 방사 패턴을 의미하고, 지향성(directivity)은 안테나 또는 안테나 어레이의 빔 패턴이 특정 방향에 집중되는 정도 또는 성질을 의미한다. 예컨대, 빔 모양(빔의 모양; beam shape)으로 나타낼 수 있는 지향성은 높다, 크다, 낮다 등의 표현으로 사용될 수 있다. 이 때, 지향성이 높으면 빔 모양은 좁고, 지향성이 낮으면 빔 모양이 좁은 관계를 갖는다. 이하, 빔 모양은 빔의 폭(beam width)을 포함하는 개념으로서, "빔 모양을 변경하는 것"은 일정 각도 범위 외의 에너지 방사를 제거하여 빔의 폭이 일정 각도 범위 내에 위치하도록 하는 동시에, 일정 각도 범위 내에서 안테나 이득을 유지시키는 것을 의미한다.Hereinafter, the beam pattern refers to the radiation pattern of the antenna or the radiation pattern of the antenna array consisting of multiple antennas, the directivity (directivity) refers to the degree or nature that the beam pattern of the antenna or antenna array is concentrated in a specific direction. For example, the directivity that can be represented by a beam shape (beam shape) can be used as an expression such as high, large, or low. At this time, if the directivity is high, the beam shape is narrow. If the directivity is low, the beam shape is narrow. Hereinafter, the beam shape is a concept including the beam width, "changing the beam shape" is to remove the energy radiation outside the angular range so that the beam width is within a certain angular range, This means keeping the antenna gain within the angular range.

또한, 지향(steering)은 지향성 안테나 또는 지향성 안테나 어레이의 지향 각도가 원하는 방향으로 향하도록 하는 것을 의미한다.Steering also means directing the directing angle of the directional antenna or the directional antenna array in the desired direction.

도 4를 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 0° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일(linear scale)의 그래프로 그리면 410과 같이 나타나며, 410의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 420과 같이 나타난다.Referring to FIG. 4, in an ideal transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in the 0 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern, is plotted on a linear scale in a rectangular coordinate system, and 410 and If the beam pattern of 410 is plotted on a linear scale in the polar coordinate system, it is shown as 420.

이 때, 안테나 어레이의 빔 패턴은 안테나 어레이를 구성하는 안테나의 개수가 많을수록 지향성이 커지며, 날카롭게 형성될 수 있다. 그러나 안테나의 개수가 동일하다 하더라도 어레이가 0° 방향으로 지향(steering)되었을 때의 빔 패턴이 가장 지향성이 크며, 지향 각도가 90° 방향 또는 -90° 방향으로 갈수록 빔 패턴의 지향성이 떨어지는 특성을 가진다. 이러한 문제는 도 2에 도시된 바와 같이 신호의 입사각 및 공간 주파수 사이의 관계가 비선형 관계이기 때문에 발생될 수 있다.In this case, the beam pattern of the antenna array may have a higher directivity as the number of antennas constituting the antenna array increases, and may be sharply formed. However, even if the number of antennas is the same, the beam pattern when the array is steered in the 0 ° direction is the highest in directivity, and the beam pattern becomes inferior as the direction is 90 ° or -90 °. Have This problem may occur because the relationship between the incident angle and the spatial frequency of the signal is a nonlinear relationship as shown in FIG. 2.

이하, 지향 각도(steering angle)는 지향성을 가진 안테나 또는 지향성을 가진 안테나 어레이의 에너지 방사가 집중된 각도 또는 방향을 의미한다. 이 때, 지향 각도는 빔의 방향과 동일한 의미를 갖는다.Hereinafter, a steering angle means an angle or direction in which energy radiation of an antenna having directivity or an antenna array having directivity is concentrated. At this time, the directing angle has the same meaning as the direction of the beam.

도 5를 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 510과 같이 나타나며, 510의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 520과 같이 나타난다.Referring to FIG. 5, in an ideal transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in the 30 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern, is plotted as a graph of linear scale in a rectangular coordinate system, is shown as 510. The beam pattern of the graph is plotted on a linear scale in polar coordinates as shown in 520.

여기서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴에 비해서 지향성이 조금 떨어졌으나, 비교적 양호한 지향성을 유지하고 있음이 확인된다.Here, although the beam pattern when the antenna array is directed in the 30 ° direction is slightly inferior to the beam pattern described above with reference to FIG. 4, it is confirmed that the beam pattern maintains relatively good directivity.

도 6을 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 은 610과 같이 나타나며, 610의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 620과 같이 나타난다.Referring to FIG. 6, in an ideal transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in a 60 ° direction, when the gain of the antenna array according to an angle, that is, the beam pattern is plotted on a linear scale in a rectangular coordinate system, may be represented as 610. The beam pattern of 610 is plotted on a linear scale in the polar coordinate system and appears as 620.

이 때, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴 및 도 5 를 참조하여 상술된 빔 패턴에 비해 지향성이 눈에 띄게 저하되었으며, -90° 방향에 대한 안테나 어레이의 이득이 4.5 이상이기 때문에, 원하지 않는 방향인 -90° 방향으로부터의 신호에 의한 간섭이 크게 발생될 수 있는 문제를 갖는다.At this time, the beam pattern when the antenna array is directed in the 60 ° direction is noticeably lowered in directivity than the beam pattern described with reference to FIG. 4 and the beam pattern described with reference to FIG. 5, and the -90 ° direction. Since the gain of the antenna array with respect to is greater than 4.5, there is a problem that interference by signals from the -90 ° direction, which is not an unwanted direction, can be greatly generated.

도 7을 참조하면, 이상적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 710과 같이 나타나며, 710의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 720과 같이 나타난다.Referring to FIG. 7, in an ideal transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in a 90 ° direction, the gain of the antenna array according to an angle, that is, the beam pattern, may be represented as a graph of linear scale in a rectangular coordinate system, as shown in 710. The beam pattern of is plotted on a linear scale graph in polar coordinates as 720.

여기서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 지향성이 크게 떨어진 것이 확인되며, 90° 방향으로부터 수신되는 신호와 -90° 방향으로부터 수신되는 신호를 구분하지 못하는 문제를 갖는다.Here, it is confirmed that the beam pattern when the antenna array is directed in the 90 ° direction is greatly inferior in directivity, and there is a problem in that a signal received from the 90 ° direction and a signal received from the −90 ° direction cannot be distinguished.

이상, 안테나의 지향 각도에 따른 이득이 -90° 내지 90° 방향 범위에 대해서 항상 1인 특성을 갖는 이상적인 경우의 송수신 안테나 시스템이 설명되었으나, 실제 무선 송수신 환경에서는 안테나 자체의 이득 특성 또한 지향성을 갖게 됨에 따라, 안테나의 각도에 따른 이득과 지향성은 도 3과 다르게 나타난다. 이에 대한 상세한 설명은 도 8을 참조하여 기재하기로 한다.In the above description, the transmission / reception antenna system of the ideal case in which the gain according to the antenna's directivity angle is always 1 in the -90 ° to 90 ° direction range has been described, but in the actual wireless transmission / reception environment, the gain characteristic of the antenna itself also has directivity. As a result, gain and directivity according to the angle of the antenna are different from those of FIG. 3. Detailed description thereof will be described with reference to FIG. 8.

도 8은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 0° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 30° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 60° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 종래 구조의 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이를 90° 방향으로 지향했을 때의 각도에 따른 안테나 어레이의 이득을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram for explaining gain characteristics and directivity according to an angle of an antenna in a conventional transmit / receive antenna system of the conventional structure, and FIG. 9 is a diagram of a conventional transmit / receive antenna system in a conventional transmit / receive antenna system when the antenna array is directed in a 0 ° direction. 10 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle of, Figure 10 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is directed in the 30 ° direction in a realistic transmitting and receiving antenna system of a conventional structure 11 is a view for explaining the gain of the antenna array according to the angle when the antenna array is directed in the 60 ° direction in the conventional transmitting and receiving antenna system of the conventional structure, Figure 12 is a realistic transmitting and receiving antenna system of the conventional structure Antenna according to the angle when the antenna array is aimed at 90 ° A diagram illustrating the gain of the X-rays.

도 8을 참조하면, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템에서 안테나의 지향 각도에 따른 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 나타내었을 때 810과 같이 0° 방향에 대해서 1이고, -90° 방향 또는 90° 방향으로 각도가 이동됨에 따라 점차 감소되는 특성을 갖는다면, 810을 극좌표계에서 그래프로 그리면 820과 같이 나타난다. 이처럼 현실적인 경우의 송수신 안테나 시스템(종래 구조의 송수신 안테나 시스템)에서 선형 안테나 어레이가 특정 방향으로 지향되었을 때 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴은 도 9 내지 12와 같이 나타난다.Referring to FIG. 8, in a conventional transmit / receive antenna system, a gain according to an antenna's directing angle, that is, a beam pattern in a rectangular coordinate system is 1 for a 0 ° direction as shown in 810 and a -90 ° direction or 90 ° direction. If 810 has a characteristic that gradually decreases as the angle is moved, 810 is graphed in the polar coordinate system and appears as 820. In this realistic case, when the linear antenna array is directed in a specific direction in a transmission / reception antenna system (a conventional transmission / reception antenna system), a gain, that is, a beam pattern, of the antenna array according to an angle is shown as shown in FIGS. 9 to 12.

도 9를 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 0° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 910과 같이 나타나며, 910의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 920과 같이 나타난다.Referring to FIG. 9, in a realistic transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in the 0 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern, is represented as a graph of linear scale in a rectangular coordinate system as shown in 910. The beam pattern of is plotted on the linear scale in the polar coordinate system and it is shown as 920.

이 때, 920과 같은 안테나 어레이의 빔 패턴은 도 4를 참조하여 상술된 빔 패턴보다 더 큰 지향성을 갖고 있음이 확인되는데, 이는 안테나 자체의 지향 각도와 안테나 어레이의 지향 각도가 일치하기 때문이다.At this time, it is confirmed that the beam pattern of the antenna array such as 920 has a greater directivity than the beam pattern described above with reference to FIG. 4, because the directivity angle of the antenna itself matches the directivity angle of the antenna array.

도 10을 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 30° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1010과 같이 나타나며, 1010의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1020과 같이 나타난다.Referring to FIG. 10, in a realistic transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in the 30 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern, is plotted on a linear scale in a rectangular coordinate system, as shown in 1010. The beam pattern of the graph is plotted on a linear scale in polar coordinates as shown in 1020.

여기서, 30° 방향으로 지향되었을 때 안테나 어레이의 이득은 도 5를 참조하여 상술된 안테나 어레이의 이득보다 약간 왼쪽으로 이동된 경향을 보이는 것이 확인된다. 즉, 현실적인 송수신 안테나 시스템과 같이 안테나 자체의 지향성이 있는 경우 안테나 자체의 지향 각도와 안테나 어레이의 지향 각도가 일치하지 않으면, 안테나 어레이의 지향 방향을 조절하는데 나쁜 영향을 미칠 수 있다.Here, it is confirmed that the gain of the antenna array tends to be shifted slightly to the left of the gain of the antenna array described above with reference to FIG. 5 when directed in the 30 ° direction. That is, when there is a directivity of the antenna itself, such as a realistic transmission and reception antenna system, if the directivity angle of the antenna itself and the directivity angle of the antenna array do not coincide, it may adversely affect adjusting the directivity direction of the antenna array.

도 11을 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1110과 같이 나타나며, 1110의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1120과 같이 나타난다.Referring to FIG. 11, in a realistic transmit / receive antenna system, when the antenna array is directed in a 60 ° direction, the gain of the antenna array according to the angle, that is, the beam pattern, is plotted on a linear scale in a rectangular coordinate system as shown in 1110, 1110. The beam pattern of the graph is plotted on a linear scale in polar coordinates as shown in 1120.

이 때, 안테나 어레이가 60° 방향으로 지향되었을 때의 빔 패턴은 안테나 자체의 지향성에 의해서 제대로 형성되지 못하는 것이 확인된다.At this time, it is confirmed that the beam pattern when the antenna array is directed in the 60 ° direction is not properly formed by the directivity of the antenna itself.

도 12를 참조하면, 현실적인 송수신 안테나 시스템에서, 안테나 어레이가 90° 방향으로 지향되었을 때, 각도에 따른 안테나 어레이의 이득, 즉 빔 패턴을 직각좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1210과 같이 나타나며, 1210의 빔 패턴을 극좌표계에서 선형 스케일의 그래프로 그리면 1220과 같이 나타난다.Referring to FIG. 12, in a realistic transmit / receive antenna system, when the antenna array is oriented in the 90 ° direction, the gain, that is, the beam pattern, of the antenna array according to the angle is plotted on a linear scale in a rectangular coordinate system, as shown in 1210. The beam pattern of the graph is plotted on a linear scale in polar coordinates as shown in 1220.

이와 같이 현실적인 송수신 안테나 시스템에서 빔포밍이 수행되는 경우, 안테나 자체의 지향성으로 인해, 안테나 어레이의 빔 지향 각도가 커지는 경우, 빔포밍 성능이 심하게 열하되는 문제가 발생된다. 또한, 종래 구조의 송수신 안테나 시스템은 상기 문제를 해결하지 못하였기 때문에, 안테나 어레이의 빔 패턴의 지향 각도가 120°보다 훨씬 좁은 각도 범위로 제한되는 단점을 갖는다.When beamforming is performed in such a realistic transmit / receive antenna system, due to the directivity of the antenna itself, when the beam directing angle of the antenna array is increased, the beamforming performance is severely degraded. In addition, since the transmission and reception antenna system of the conventional structure does not solve the above problem, there is a disadvantage that the directing angle of the beam pattern of the antenna array is limited to an angle range much narrower than 120 °.

그러나 이동 통신에서 섹터 안테나의 경우 120°를 커버하여야 하는 경우가 많으며, 최근 연구가 활발히 이루어지고 있는 자율주행 자동차용 근거리 레이더의 경우에도 약 120°를 커버해야 한다. 하지만 종래 구조의 송수신 안테나 시스템으로는 도 8 내지 12에서 설명된 바와 같이 단일 안테나 어레이로는 120°를 커버하는 것이 불가능하다.However, in the case of mobile communication, the sector antenna is often required to cover 120 °, and in the case of a near field radar for autonomous driving, which has been actively studied recently, it should cover about 120 °. However, it is impossible to cover 120 ° with a single antenna array as described with reference to FIGS.

이에, 아래의 실시예들은 RF 렌즈 장치를 포함함으로써, 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있는 송수신 안테나 시스템을 제안한다.Therefore, the following embodiments include an RF lens device, thereby solving the degradation of the directivity performance of the antenna array, and proposes a transmission and reception antenna system that can cover a wide angle with a single antenna array.

도 13은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.13 is a diagram illustrating a transmit / receive antenna system according to an embodiment.

도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템(1300)은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)로 구성되는 안테나 어레이(1310) 및 RF 렌즈 장치(1320)를 포함한다. 이하, 안테나 어레이(1310)에서 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)의 간격은 반송파 주파수의 반파장(λ/2)인 것으로 가정하나, 이에 제한되거나 한정되지는 않는다. 또한, 안테나 어레이(1310)가 도면과 같이 1차원 선형 어레이인 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)이 2차원으로 배치되는 2차원 어레이일 수도 있다. 이러한 경우에도 후술되는 RF 렌즈 장치(1320)는 동일하게 적용될 수 있다.Referring to FIG. 13, the transceiver antenna system 1300 according to an embodiment includes an antenna array 1310 and an RF lens device 1320 including a plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. ). Hereinafter, it is assumed that the interval of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 in the antenna array 1310 is a half wavelength (λ / 2) of the carrier frequency, but is not limited thereto. . In addition, the antenna array 1310 is described as a one-dimensional linear array as shown, but is not limited to this, but a plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316 are arranged in two dimensions It may be a dimensional array. Even in this case, the RF lens device 1320 to be described later may be equally applied.

RF 렌즈 장치(1320)는 안테나 어레이(1310)의 상부에 구비되어 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)에 각각 대응하도록 배치되는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 및 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈(1330)를 포함한다.The RF lens device 1320 may be provided on the antenna array 1310 and disposed to correspond to the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316, respectively, for the RF lenses 1321, 1322, and the like. 1323, 1324, 1325, and 1326, and an array of RF lenses 1330 provided on the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326.

여기서, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)은 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)과 각각 일대일 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, A0 안테나용 RF 렌즈(1321)는 A0 안테나(1311)의 상부에 배치되고, A1 안테나용 RF 렌즈(1322)는 A1 안테나(1312)의 상부에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 나머지 안테나용 RF 렌즈들(1323, 1324, 1325, 1326)은 각각 나머지 안테나들(1313, 1314, 1315, 1316)에 일대일 대응하도록 배치될 수 있다.The antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 may be disposed in a one-to-one correspondence with the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316, respectively. For example, A 0 antenna RF lens 1321 is arranged on the upper portion of the A 0 antenna (1311), A 1 antenna RF lens 1322 for may be placed on top of the A 1 antenna 1312. Similarly, the RF lenses 1323, 1324, 1325, and 1326 for the remaining antennas may be disposed to correspond one-to-one to the remaining antennas 1313, 1314, 1315, and 1316, respectively.

안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경할 수 있다. 예를 들어, A0 안테나용 RF 렌즈(1321)는 A0 안테나(1311)의 빔 모양을, A1 안테나용 RF 렌즈(1322)는 A1 안테나(1312)의 빔 모양을, A2 안테나용 RF 렌즈(1323)는 A2 안테나(1313)의 빔 모양을, A3 안테나용 RF 렌즈(1324)는 A3 안테나(1314)의 빔 모양을, A4 안테나용 RF 렌즈(1325)는 A4 안테나(1315)의 빔 모양을, A5 안테나용 RF 렌즈(1326)는 A5 안테나(1316)의 빔 모양을 각각 -θ11으로 변경할 수 있다. 이하, 2*θ1은 안테나용 RF 렌즈(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)에 의해 변경된 안테나 빔 패턴의 빔 모양(폭)을 나타내는 양으로, θ1은 변경된 안테나 빔 패턴과 관련된 파라미터를 의미한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 14를 참조하여 기재하기로 한다.Each of the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 may change a beam shape of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. For example, A 0 antenna RF lens 1321 is a beam shape of the A 1 antenna 1312, a beam shape of the A 0 antenna (1311), A 1 antenna RF lens (1322) for, A 2 antenna for The RF lens 1323 has a beam shape of the A 2 antenna 1313, the RF lens 1324 for an A 3 antenna has a beam shape of an A 3 antenna 1314, and the RF lens 1325 for an A 4 antenna has an A 4. the beam shape of the antenna (1315), for RF lens a 5 antenna 1326 is capable of changing the beam shape of the antenna a 5 (1316), each with 1 ~ θ 1 -θ. Hereinafter, 2 * θ 1 is an amount representing the beam shape (width) of the antenna beam pattern changed by the RF lens 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 for the antenna, and θ 1 is related to the changed antenna beam pattern. It means a parameter. Detailed description thereof will be described with reference to FIG. 14.

이 때, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각이 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경한다는 것은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 지향성(안테나 자체가 갖는 지향성)을 변경하는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각은 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 자체 지향성을 고려하여 설계될 수 있다(일례로, 비구면 렌즈 등이 사용될 수 있으며, 1개 이상의 렌즈 요소(element)가 사용될 수 있음).In this case, it is understood that each of the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 changes the beam shape of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. This may mean changing the directivity (directivity of the antenna itself) of each of the antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. Accordingly, each of the antenna RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 may be designed in consideration of the self-directivity of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. (As an example, an aspherical lens or the like may be used, and one or more lens elements may be used).

안테나 어레이(1310)는 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성한다. 이 때, 안테나 어레이(1310)는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 각각에 의해 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 제1 각도 범위를 결정함으로써, 결정된 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이(1310)는 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양인 -θ11 내에 제1 각도 범위인 -φ11가 위치하도록(φ11) 제1 각도 범위인 -φ11의 값을 결정할 수 있다. 더 구체적인 예를 들면, 안테나 어레이(1310)는 빔을 형성하는 제1 각도 범위의 파라미터 φ1을 결정함에 있어, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 변경된 빔 모양의 파라미터 θ1에 의한 제약 조건으로서, φ11-(안테나 어레이(1310)의 빔 너비)/2의 식을 이용할 수 있다. 이하, 제1 각도 범위인 -φ11는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도의 범위를 나타내는 값을 의미한다.Antenna array 1310 forms a beam within a first angle range. In this case, the antenna array 1310 is modified by each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 by the RF lenses 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, and 1326 for each antenna. By determining the first angular range that satisfies the constraint by the beam shape, it is possible to form the beam within the determined first angular range. For example, the antenna array 1310 includes a plurality of antennas (1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) of ~ φ 1 -φ each of the first angular range in the beam shape changed in 1 ~ θ 1 -θ The value of -φ 1 to φ 1 which is the first angle range can be determined such that 1 is located (φ 11 ). More specifically, for example, the antenna array 1310 determines the modified beam of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316 in determining the parameter φ 1 of the first angular range that forms the beam. As a constraint by the shape parameter θ 1 , an equation of φ 1 = θ 1- (beam width of the antenna array 1310) / 2 can be used. Hereinafter, a first angle range of -φ 1 to φ 1 means a value representing a range of a directing angle of a beam of the antenna array 1310.

어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위가 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시킨다. 다시 말해, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경할 수 있다.The array RF lens 1330 has a beam angle of the beam of the antenna array 1310 so that the beam angle of the beam of the antenna array 1310 is changed from a first angle range to a wider or narrower second angle range. Refraction In other words, the array RF lens 1330 may change the direction angle range of the beam of the antenna array 1310 from the first angle range to the second angle range.

예를 들어, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 -φ11의 제1 각도 범위를 갖는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이(1310)의 빔이 -φ22의 제2 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 이에, 어레이용 RF 렌즈(1330)는 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도를 굴절시킴으로써, 안테나 어레이(1310)의 커버리지를 좁히거나 넓힐 수 있다. 이하, 제2 각도 범위인 -φ22는 안테나 어레이(1310)의 빔이 어레이용 RF 렌즈(1330)를 통과한 후 굴절에 의해 변경된 지향 각도의 범위를 나타내는 값을 의미한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 16 내지 17을 참조하여 기재하기로 한다.For example, the array RF lens 1330 refracts the directing angle of the beam of the antenna array 1310 having a first angle range of -φ 1 to φ 1 , so that the beam of the antenna array 1310 is -φ 2. It is possible to have a second angle range of φ 2 . Accordingly, the array RF lens 1330 may narrow or widen the coverage of the antenna array 1310 by refracting the beam angle of the beam of the antenna array 1310. Hereinafter, a second angle range of -φ 2 to φ 2 means a value indicating a range of the orientation angles changed by refraction after the beam of the antenna array 1310 passes through the array RF lens 1330. Detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 16 to 17.

이처럼, 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템(1300)은, 복수의 안테나들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 각각의 빔 모양을 변경하는 안테나용 RF 렌즈들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326) 및 안테나 어레이(1310)가 제1 각도 범위 내에서 형성한 빔의 지향 각도를 굴절시켜 안테나 어레이(1310)의 빔의 지향 각도 범위를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경하는 어레이용 RF 렌즈(1330)를 포함함으로써, 공간 주파수와 입사각 사이의 비선형성과 안테나의 지향성에 의해 발생되는 안테나 어레이의 지향 성능 열하를 해결하고, 단일 안테나 어레이로 넓은 각도를 커버할 수 있다.As such, the transmit / receive antenna system 1300 according to an embodiment may include RF lenses 1321, 1322, and 1323 for antennas for changing the beam shape of each of the plurality of antennas 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316. , 1324, 1325, 1326, and the antenna array 1310 refracts the directing angle of the beam formed within the first angle range, thereby reducing the directing angle range of the beam of the antenna array 1310 from the first angle range to the second angle range. By including the RF lens 1330 for the array to be changed to, it is possible to solve the degradation of the directivity performance of the antenna array caused by the non-linearity between the spatial frequency and the incident angle and the directivity of the antenna, it is possible to cover a wide angle with a single antenna array .

도 14는 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서, 안테나의 각도에 따른 이득 특성과 지향성을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 14를 참조하여 설명되는 안테나용 RF 렌즈(1400)는 도 13을 참조하여 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 안테나용 RF 렌즈들 각각을 나타낸다.FIG. 14 is a diagram illustrating an RF lens for an antenna included in the transmit / receive antenna system illustrated in FIG. 13, and FIG. 15 illustrates a gain characteristic and directivity according to an angle of an antenna in a transmit / receive antenna system according to an embodiment. It is for the drawing. Hereinafter, the antenna RF lens 1400 described with reference to FIG. 14 represents each of the antenna RF lenses included in the transceiver antenna system described above with reference to FIG. 13.

도 14를 참조하면, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 실제 무선 송수신 환경에서 안테나의 지향성이 도 15와 같은 특성을 갖도록 한다. 보다 상세하게, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나의 빔을 형성하는 레이(ray)들을 굴절시켜 안테나의 빔 모양을 특정 각도 범위(일례로, -θ11) 내로 변경할 수 있다.Referring to FIG. 14, the antenna RF lens 1400 has the directivity of the antenna in an actual wireless transmission / reception environment as shown in FIG. 15. More specifically, the RF antenna lens 1400 is for the shape of the antenna beam by refraction of rays (ray) to form the beam of the antenna (for example, θ 11 ~) an angle range can be changed into.

예를 들어, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나의 빔을 형성하는 레이들 중 0°에 가까운 방향의 레이들(1410)은 굴절을 통해 분산시켜 안테나 이득을 줄여주고, 안테나의 빔을 형성하는 레이들 중 90°에 가까운 방향의 레이들(1420)은 굴절을 통해 집중시킴으로써, 안테나의 빔 모양을 -θ11 내로 변경하고, 안테나의 이득이 특정 각도 범위(-θ11)에서만 임계값을 갖도록 할 수 있다.For example, the RF lens 1400 for the antenna may reduce the antenna gain by dispersing the ladle 1410 in a direction close to 0 ° among the ladles forming the beam of the antenna through refraction, and forming the beam of the antenna. the ladle of the ray direction close to 90 ° of 1420 by focusing through a refractive, and change the shape of the antenna beam into -θ 1 ~ θ 1, the gain of the antenna range of an angle (-θ 1 ~ θ 1 Can only have a threshold.

도 15는 안테나용 RF 렌즈(1400)에 의해 안테나에서 방사되는 레이(ray)들이 굴절되면서 안테나의 빔 모양이 변경되는 도 14의 과정을 다른 방법으로 설명하고 결과적으로 변경된 안테나의 빔 패턴을 도시하고 있다. 이러한 경우, 안테나의 이득은 1510과 같이 -θ11 내에서 방향에 상관없이 항상 일정한 임계값을 가지며, -θ1보다 작은 방향 또는 θ1보다 큰 방향에 대해서는 0의 값을 갖는 특성을 보이며, 1510을 극좌표계에서 그리면 1520과 같이 나타난다. 따라서, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 안테나에서 원치 않는 방향으로부터의 간섭을 방지할 수 있다.FIG. 15 illustrates the process of FIG. 14 in which the beam shape of the antenna is changed by refraction of the rays radiated from the antenna by the antenna RF lens 1400, and as a result, shows the changed beam pattern of the antenna. have. In this case, the gain characteristic always having a value of 0 for large direction has a constant threshold value, smaller than the direction or θ 11, regardless of the direction in the -θ 1 ~ θ 1 as shown in 1510 of the antenna If you draw 1510 in polar coordinates, it looks like 1520. Accordingly, the antenna RF lens 1400 may prevent interference from an unwanted direction in the antenna.

이상 설명된 안테나의 빔 모양이 변경된 -θ11의 특정 각도 범위(안테나의 빔 패턴의 빔이 커버하는 각도 범위)는 상술된 안테나용 RF 렌즈(1400)의 구조 및 동작이 적용된 송수신 안테나 시스템(도 13을 참조로 설명된 송수신 안테나 시스템)에 포함되는 안테나 어레이가 빔을 형성하고자 하는 각도 범위(제1 각도 범위)를 결정하는 제약 조건에 영향을 줄 수 있다.The specific angle range (angle range covered by the beam of the antenna beam pattern) of -θ 1 to θ 1 in which the beam shape of the antenna described above is changed is a transmission / reception antenna to which the structure and operation of the above-described antenna RF lens 1400 are applied. The antenna array included in the system (transceive antenna system described with reference to FIG. 13) may affect constraints that determine the angular range (first angular range) in which the beam is to be formed.

이에, 안테나용 RF 렌즈(1400)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있고, 안테나용 RF 렌즈(1400)가 적용된 송수신 안테나 시스템은 복수의 안테나들 각각의 조절된 빔 모양에 의한 제약 조건에 따라, 안테나 어레이의 빔이 형성되는 제1 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다Accordingly, the antenna RF lens 1400 is provided to control the lens focal length (implemented to have a zooming function) to adaptively adjust a specific angular range, and a transmission / reception antenna system to which the antenna RF lens 1400 is applied. Can adaptively adjust the first angle range in which the beam of the antenna array is formed according to the constraint by the adjusted beam shape of each of the plurality of antennas.

도 16은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 16 is a view for explaining an embodiment of an array RF lens included in the transmit / receive antenna system shown in FIG. 13.

도 16을 참조하면, 도 13에서 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈(1600)는, φ112인 상황에서, 제1 각도 범위인 -φ11의 지향 각도 범위를 갖는 안테나 어레이의 빔(1610)의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이의 빔(1620)이 -φ11보다 넓은 제2 각도 범위인 -φ22의 지향 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 어레이용 RF 렌즈(1600)를 거치기 이전에 안테나 어레이의 빔(1610)의 지향 각도는 -θ11 내에 포함되지만, 어레이용 RF 렌즈(1600)를 거친 이후의 안테나 어레이의 빔(1620)의 지향 각도는 -θ11보다 더 넓은 각도 범위를 커버하면서도 기존의 빔포밍에서 발생되는 지향 성능 열하의 문제가 발생되지 않도록 할 수 있다.Referring to FIG. 16, the array RF lens 1600 included in the transmission / reception antenna system described above with reference to FIG. 13 has a first angle range of −φ 1 to φ 1 in a situation where φ 112 . By refracting the directing angle of the beam 1610 of the antenna array having the directing angle range, the beam angle of the beam array 1620 is a second angle range of -φ 2 to φ 2 wider than -φ 1 to φ 1. It can be to have. Thus, the arrays oriented angle of the beam 1610 of the previous antenna array to go through the RF lens 1600, but included in the -θ 1 ~ θ 1, the beam of the antenna array after passed through the RF Lens Arrays (1600) ( The directivity angle of 1620 may cover a wider angle range than −θ 1 to θ 1 , but may prevent a problem of deterioration of the directivity performance generated in the conventional beamforming.

이러한 어레이용 RF 렌즈(1600)의 동작은, 어레이용 RF 렌즈(1600)가 렌즈 초점 거리를 짧게 제어하여 수행될 수 있다. 즉, 어레이용 RF 렌즈(1600)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 제1 각도 범위가 변경되는 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.The operation of the array RF lens 1600 may be performed by the array RF lens 1600 controlling the lens focal length to be short. That is, the array RF lens 1600 is provided to control the lens focal length (implemented to have a zooming function) to adaptively adjust the second angle range in which the first angle range is changed.

도 17은 도 13에 도시된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.17 is a view for explaining another embodiment of an array RF lens included in the transmit / receive antenna system shown in FIG. 13.

도 17을 참조하면, 도 13에서 상술된 송수신 안테나 시스템에 포함되는 어레이용 RF 렌즈(1700)는, φ112인 상황에서, 제1 각도 범위인 -φ11의 지향 각도 범위를 갖는 안테나 어레이의 빔(1710)의 지향 각도를 굴절시켜, 안테나 어레이의 빔(1720)이 -φ11보다 좁은 제2 각도 범위인 -φ22의 지향 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 어레이용 RF 렌즈(1700)를 거치기 이전의 안테나 어레이의 빔(1710)보다 어레이용 RF 렌즈(1700)를 거친 이후의 안테나 어레이의 빔(1720)이 날카로워짐에 따라, 더 높은 공간 분해능(spatial resolution)을 가지고 더 정교한 빔의 스티어링이 가능하게 될 수 있다. 이러한 특성은 이동 통신에서 셀 용량의 증가로 나타날 수 있으며 레이더 시스템에서는 대상 인식을 위한 개선된 공간 분해능으로 나타날 수 있다.Referring to FIG. 17, the array RF lens 1700 included in the transmission / reception antenna system described above with reference to FIG. 13 may have a first angle range of −φ 1 to φ 1 in a situation where φ 112 . By refracting the directing angle of the beam 1710 of the antenna array having the directing angle range, the directing angle range of -φ 2 to φ 2 , in which the beam 1720 of the antenna array is a second angle range narrower than -φ 1 to φ 1 It can be to have. Thus, as the beam 1720 of the antenna array after passing through the array RF lens 1700 becomes sharper than the beam 1710 of the antenna array before passing through the array RF lens 1700, higher spatial resolution is achieved. With spatial resolution, more sophisticated beam steering can be enabled. This characteristic can be seen as an increase in cell capacity in mobile communications and as an improved spatial resolution for object recognition in radar systems.

이러한 어레이용 RF 렌즈(1700)의 동작은, 어레이용 RF 렌즈(1700)가 렌즈 초점 거리를 길게 제어하여 수행될 수 있다. 즉, 어레이용 RF 렌즈(1700)는 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어(zooming 기능을 갖도록 구현되어) 제1 각도 범위가 변경되는 제2 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.The operation of the array RF lens 1700 may be performed by controlling the lens focal length of the array RF lens 1700. That is, the array RF lens 1700 is provided to control the lens focal length (implemented to have a zooming function) to adaptively adjust the second angle range in which the first angle range is changed.

도 18은 일 실시예에 따른 송수신 안테나 시스템에서의 빔포밍 방법을 나타낸 플로우 차트이다.18 is a flowchart illustrating a beamforming method in a transmit / receive antenna system according to an embodiment.

도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 빔포밍 방법은 도 13내지 17에서 상술된 송수신 안테나 시스템(특히, RF 렌즈 장치)을 주체로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 18, the beamforming method according to an embodiment may be mainly performed by the transmit / receive antenna system (in particular, an RF lens apparatus) described above with reference to FIGS. 13 to 17.

단계(S1810)에서 RF 렌즈 장치에 포함되는 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 변경할 수 있다.In operation S1810, each of the antenna RF lenses included in the RF lens device may change a beam shape of each of the plurality of antennas.

구체적으로, 단계(S1810)에서 안테나용 RF 렌즈들 각각은, 복수의 안테나들 각각의 빔을 형성하는 레이들을 굴절시켜, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경할 수 있다.Specifically, in step S1810, each of the RF lenses for the antenna may refract the rays forming the beams of each of the plurality of antennas, thereby changing the beam shape of each of the plurality of antennas within a specific angle range.

또한, 안테나용 RF 렌즈들 각각은 렌즈 초점 거리를 제어 가능하도록 구비되어 특정 각도 범위를 적응적으로 조절할 수 있다.In addition, each of the antenna RF lens is provided to control the lens focal length can be adaptively adjusted to a specific angle range.

이 때, 복수의 안테나들 각각의 빔 모양을 특정 각도 범위 내로 변경하는 것은, 복수의 안테나들 각각의 이득이 특정 각도 범위 내에서만 임계값을 갖도록 복수의 안테나들 각각의 레이들을 굴절시키는 것을 의미할 수 있다.In this case, changing the beam shape of each of the plurality of antennas within a specific angle range may mean refracting the rays of each of the plurality of antennas such that the gain of each of the plurality of antennas has a threshold only within the specific angle range. Can be.

이어서, 단계(S1820)에서 RF 렌즈 장치가 구비되는 안테나 어레이는, 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성한다. 특히, 안테나 어레이는 복수의 안테나들 각각의 변경된 빔 모양에 의한 제약 조건을 만족시키는 제1 각도 범위를 결정한 뒤, 결정된 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 단계(S1810)에서 복수의 안테나들 각각의 빔 모양이 -θ11로 변경되었다면, 단계(S1820)에서 안테나 어레이는 φ11의 제약 조건을 만족시키는 -φ11로 제1 각도 범위를 결정하고, -φ11의 제1 각도 범위 내에서 빔을 형성할 수 있다.Subsequently, in step S1820, the antenna array including the RF lens device forms a beam within the first angle range. In particular, the antenna array may determine a first angular range that satisfies the constraint due to the changed beam shape of each of the plurality of antennas, and then form a beam within the determined first angular range. For example, a plurality of antennas, each beam shape has been changed by -θ 1 ~ θ 1 in the step (S1810), the antenna array at step (S1820) is -φ 1 that satisfy the constraints of the φ 1 1 - determining a first angle φ 1 to the range, and it is possible to form a beam in a first angle range of 1 - φ 1 -φ.

그 후, 단계(S1830)에서 RF 렌즈 장치에 포함되는 어레이용 RF 렌즈는, 안테나 어레이의 빔의 지향 각도 범위가 제1 각도 범위로부터 제1 각도 범위보다 넓거나 좁은 제2 각도 범위로 변경되도록 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 굴절시킨다.Then, the array RF lens included in the RF lens device in step S1830, the antenna so that the directional angle range of the beam of the antenna array is changed from the first angle range to a second angle range that is wider or narrower than the first angle range. Refract the directing angle of the beams of the array.

다시 말해, 단계(S1830)에서 어레이용 RF 렌즈는 안테나 어레이의 빔의 지향 각도를 제1 각도 범위로부터 제2 각도 범위로 변경할 수 있다.In other words, in step S1830, the array RF lens may change the directing angle of the beam of the antenna array from the first angle range to the second angle range.

이상, 빔포밍 방법이 3개의 단계들(S1810 및 S1830)을 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 다른 단계들을 추가적으로 더 포함할 수 있다.Although the beamforming method has been described as including three steps S1810 and S1830, the beamforming method is not limited thereto or may further include other steps.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (1)

안테나 지향성을 개선하는 송수신 안테나 시스템에 있어서,
복수의 안테나들로 구성되는 안테나 어레이;
상기 안테나 어레이의 상부에 구비되는 안테나용 RF 렌즈들-상기 안테나용 RF 렌즈들은 상기 복수의 안테나들에 각각 대응하도록 배치됨-; 및
상기 안테나용 RF 렌즈들의 상부에 구비되는 어레이용 RF 렌즈
를 포함하는 송수신 안테나 시스템.
In the transceiver antenna system for improving the antenna directivity,
An antenna array composed of a plurality of antennas;
Antenna RF lenses provided on the antenna array, wherein the antenna RF lenses are disposed to correspond to the plurality of antennas, respectively; And
Array RF lens provided on the antenna RF lenses
Transmitting and receiving antenna system comprising a.
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