KR20200077376A - Apparatus for forming radiating element of phased array radar - Google Patents

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KR20200077376A
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Abstract

According to an embodiment of the present disclosure, provided is a method, which is a radiation element configuration method of a phased array radar. The method comprises the processes of: checking a signal; determining an interval of radiation elements of an ultra-high frequency (UHF) antenna based on a wavelength of a frequency of a very high frequency (VHF) when the signal is a dual band; and configuring the entire radiation element at the determined interval of the radiation elements.

Description

위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치{APPARATUS FOR FORMING RADIATING ELEMENT OF PHASED ARRAY RADAR}A device for constructing a radiating element of a phased array radar{APPARATUS FOR FORMING RADIATING ELEMENT OF PHASED ARRAY RADAR}

본 개시는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an apparatus and method for constructing a radiating element of a phased array radar.

4세대(4th-generation: 4G, 이하 "4G"라 칭하기로 한다) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5세대(5th-generation: 5G, 이하 "5G"라 칭하기로 한다) 통신 시스템 또는 프리-5G(pre-5G, 이하 "pre-5G"라 칭하기로 한다) 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (post LTE) 이후의 시스템이라 불리고 있다.4th generation (4th-generation: 4G, hereinafter referred to as "4G") Improved 5th generation (5th-generation: 5G, hereinafter "5G") to meet the growing demand for wireless data traffic after commercialization of communication systems Efforts have been made to develop a communication system or a pre-5G (pre-5G, hereinafter referred to as "pre-5G") communication system. For this reason, a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a beyond 4G network communication system or a post LTE system.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 밀리미터파(millimeter wave: mmWave, 이하 "mmWave"라 칭하기로 한다) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은 주파수 대역)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입력 다중 출력(massive multi-input multi-output: massive MIMO, 이하 "massive MIMO"라 칭하기로 한다) 기술과, 전차원 다중 입력 다중 출력(full dimensional MIMO: FD-MIMO, 이하 "FD-MIMO"라 칭하기로 한다) 기술과, 어레이 안테나(array antenna) 기술과, 아날로그 빔포밍(analog beamforming) 기술 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술이 논의되고 있다.In order to achieve high data rates, 5G communication systems have implementations in the millimeter wave (mmWave, hereinafter referred to as "mmWave") band (e.g., a frequency band such as the 60 Giga (60 GHz) band). Is being considered. In order to mitigate the path loss of radio waves in the ultra-high frequency band and increase the transmission distance of radio waves, beamforming in a 5G communication system, massive multi-input multi-output: massive MIMO, hereinafter "massive MIMO) technology, full dimensional MIMO (FD-MIMO, hereinafter referred to as "FD-MIMO") technology, array antenna technology, and analog beam Forming (analog beamforming) technology and large-scale antenna (large scale antenna) technology is being discussed.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 디바이스 대 디바이스 (device to device: D2D, 이하 "D2D"라 칭하기로 한다) 통신, 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.In addition, in order to improve the network of the system, in the 5G communication system, an evolved small cell, an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), an ultra-dense network , Device-to-device (D2D, hereinafter referred to as "D2D") communication, wireless backhaul, mobile network, cooperative communication, CoMP (coordinated multi-points) , And technology development such as reception cancellation.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (advanced coding modulation: ACM, 이하 "ACM"이라 칭하기로 한다) 방식인 하이브리드 주파수 쉬프트 키잉(frequency shift keying: FSK, 이하 "FSK"라 칭하기로 한다) 및 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation: QAM, 이하 "QAM"이라 칭하기로 한다)(hybrid FSK and QAM: FQAM, 이하 "FQAM"라 칭하기로 한다) 방식 및 슬라이딩 윈도우 중첩 코딩(sliding window superposition coding: SWSC, 이하 "SWSC"라 칭하기로 한다) 방식과, 진보된 억세스 기술인 필터 뱅크 멀티 캐리어(filter bank multi carrier: FBMC, 이하 "FBMC"라 칭하기로 한다) 기술과, 비직교 다중 억세스(non orthogonal multiple access: NOMA, 이하 "NOMA"라 칭하기로 한다) 기술 및 성긴 코드 다중 억세스(sparse code multiple access: SCMA, 이하 "SCMA"라 칭하기로 한다) 기술 등이 개발되고 있다.In addition, in 5G systems, advanced coding modulation (ADC, hereinafter referred to as "ACM") hybrid frequency shift keying (FSK, hereinafter referred to as "FSK") and orthogonal Quadrature amplitude modulation (QAM, hereinafter referred to as "QAM") (hybrid FSK and QAM: FQAM, hereinafter referred to as "FQAM") method and sliding window superposition coding (SWSC, hereinafter) "SWSC" method, advanced access technology filter bank multi carrier (FBMC, hereinafter referred to as "FBMC") technology, and non-orthogonal multiple access (NOMA) , &Quot;hereinafter referred to as "NOMA") and sparse code multiple access (SCMA, "hereinafter referred to as "SCMA") technologies, etc. are being developed.

한편, 레이더(Radar)는 전자파를 방사하여 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 목표물의 존재를 에코의 검출 또는 목표물 내 자동응답기(레이더응답기)로부터의 응답신호를 수신하는 것에 의하여 확인할 때 주로 사용하는 장치이다.On the other hand, a radar (Radar) is a device that receives an echo of electromagnetic waves reflected from the surface of a target object by emitting electromagnetic waves, detecting the presence of an object or receiving a response signal from an automatic responder (radar responder) in the target It is a device that is mainly used when checking by.

상기 레이더에서 빔을 방사하기 위해 사용되는 안테나로는 접시 안테나(Parabolic Antenna), 위상 배열 안테나(Phased Array Antenna) 등이 사용된다.The antenna used to radiate the beam from the radar is a dish antenna (Parabolic Antenna), a phased array antenna (Phased Array Antenna), or the like.

상기 접시 안테나는 기계식 회전방식에 의하여 빔을 주사(Scan)하고 있으며, 위상 배열 안테나는 위상을 제어하여 전자빔을 전자적으로 주사한다.The dish antenna scans the beam by a mechanical rotation method, and the phased array antenna scans the electron beam electronically by controlling the phase.

상기 위상 배열 안테나는 많은 수의 복사 소자(radiating element)를 수평면에 배치시키고 각 복사 소자의 위상차를 주어 여러 방향으로 전파를 방사하고 대기 신호를 수신한다. 위상 배열 안테나의 복사 소자는 통상적으로 동축 선상 안테나(coaxial collinear antenna; CoCo antenna)와 야기 안테나(Yagi antenna)가 이용된다.The phased array antenna places a large number of radiating elements on a horizontal plane and radiates radio waves in various directions by receiving a phase difference of each radiating element and receives a standby signal. The radiating element of the phased array antenna is usually a coaxial collinear antenna (CoCo antenna) and a Yagi antenna.

위상 배열 레이다는 단일 대역의 주파수 대역에서 동작이 가능하다. 따라서 탐지 항공기의 특정 대역에서 흡수되는 전파 흡수 물질(Radar-absorbent material : RAM) 등의 기법으로 탐지를 어렵게 하는 기술이 발달되고 있다. 탐지물의 전방 레이다 반사 면적(Radar Cross Section : RCS)는 통상적으로 주파수 대역에 따라서 다른 RCS 특성을 보여주는데, 이중 대역으로 탐지가 가능한 위상 배열 레이다는 탐지확률을 높일 수 있다. 여기서, 이중 대역이란 UHF(Ultra High Frequency) 대역 주파수와 VHF(Very High Frequency) 대역 주파수를 동시에 운용하는 주파수 대역을 의미한다. The phased array radar can operate in a single band of frequency bands. Therefore, a technique that makes detection difficult with techniques such as a radio-absorbent material (RAM) absorbed in a specific band of a detection aircraft has been developed. The radar cross section (RCS) of the detection object typically shows different RCS characteristics depending on the frequency band, and a phased array radar capable of being detected in a dual band can increase the detection probability. Here, the dual band means a frequency band that simultaneously operates the UHF (Ultra High Frequency) frequency and the VHF (Very High Frequency) frequency.

그러나 이중 대역의 레이다 운용이 어려웠고, 이중 대역으로 운용하더라도 이득 특성이 각 대역별로 충분하도록 구현하기 어려운 문제점이 있었다.However, dual-band radar operation was difficult, and even in dual-band operation, there was a problem that it was difficult to implement the gain characteristics for each band.

본 개시는 전체 복사 소자를 exiting하기 때문에 배열 안테나 이득이 증가할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present disclosure provides an apparatus and method in which array antenna gain can be increased because exiting the entire radiating element.

본 개시는 RCS 특성이 주파수에 대해서 틀리기 때문에 표적탐지확률을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present disclosure provides an apparatus and method capable of increasing a target detection probability because RCS characteristics are different with respect to frequency.

본 개시의 실시 예에 따른 방법은, 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 방법에 있어서, 신호를 확인하는 과정; 상기 신호가 이중 대역일 경우, UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격을 VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정하는 과정; 및 상기 결정된 복사 소자 간격으로 전체 복사 소자를 구성하는 과정을 포함한다.A method according to an embodiment of the present disclosure includes: a method of constructing a radiating element of a phased array radar, comprising: checking a signal; When the signal is a dual band, a process of determining an interval of a radiating element of an ultra high frequency (UHF) antenna based on a wavelength of a frequency in a very high frequency (VHF) band; And configuring the entire radiating element at the determined radiating element spacing.

본 개시의 실시 예에 따른 방법은, 위상 배열 레이다의 신호 수신 방법에 있어서, 수신된 신호를 확인하는 과정; 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하는 과정; 상기 수신된 신호가 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 신호인가를 확인하는 과정; 및 상기 수신된 신호가 UHF 대역의 신호일 경우, 주파수 체배기가 없는 path로 상기 수신된 신호를 전달하는 과정을 포함한다.A method according to an embodiment of the present disclosure includes: a signal reception method of a phased array radar, the method comprising: checking a received signal; When the received signal is a signal received in a dual band, a process of determining that the signal is received at the interval of the radiating element of the UHF (Ultra High Frequency) antenna determined based on the wavelength of the frequency of the VHF (Very High Frequency) band ; Checking whether the received signal is a signal in a UHF (Ultra High Frequency) band; And when the received signal is a signal in the UHF band, transmitting the received signal to a path without a frequency multiplier.

본 개시의 실시 예에 따른 방법은, 위상 배열 레이다의 신호 수신 방법에 있어서, 수신된 신호를 확인하는 과정; 및 상기 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하는 과정을 포함한다.A method according to an embodiment of the present disclosure includes: a signal reception method of a phased array radar, the method comprising: checking a received signal; And when the received signal is a signal received in a dual band, it is determined that the signal is received at intervals of radiating elements of an UHF (Ultra High Frequency) antenna determined based on a wavelength of a frequency in a Very High Frequency (VHF) band. It includes the process.

본 개시의 실시 예에 따른 장치는, 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치에 있어서, 신호를 송수신하는 트랜시버; 및 상기 신호를 확인하고, 상기 신호가 이중 대역일 경우, UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격을 VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정하고 및 상기 결정된 복사 소자 간격으로 전체 복사 소자를 구성하는 제어부를 포함한다.An apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes an apparatus for constructing a radiating element of a phased array radar, comprising: a transceiver for transmitting and receiving signals; And checking the signal, and when the signal is dual band, determine the spacing of the radiating elements of the UHF (Ultra High Frequency) antenna based on the wavelength of the frequency of the Very High Frequency (VHF) band and the determined radiating element spacing It includes a control unit constituting the entire radiation element.

본 개시의 실시 예에 따른 장치는, 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치에 있어서, 상기 신호를 송수신하는 트랜시버; 및 수신된 신호를 확인하고, 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하고, 상기 수신된 신호가 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 신호인가를 확인하고, 및 상기 수신된 신호가 UHF 대역의 신호일 경우, 주파수 체배기가 없는 path로 상기 수신된 신호를 전달하는 제어부를 포함한다.An apparatus according to an embodiment of the present disclosure, In the signal receiving apparatus of a phased array radar, Transceiver for transmitting and receiving the signal; And checking the received signal, and when the received signal is a signal received in a dual band, at intervals of radiating elements of the Ultra High Frequency (UHF) antenna determined based on the wavelength of the frequency in the Very High Frequency (VHF) band. Determine that the signal has been received, check whether the received signal is a signal in the UHF (Ultra High Frequency) band, and when the received signal is a signal in the UHF band, the received signal in a path without a frequency multiplier It includes a control unit to transmit.

본 개시의 실시 예에 따른 장치는, 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치에 있어서, 상기 신호를 송수신하는 트랜시버; 및 수신된 신호를 확인하고, 및 상기 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하는 제어부를 포함한다.An apparatus according to an embodiment of the present disclosure, In the signal receiving apparatus of a phased array radar, Transceiver for transmitting and receiving the signal; And checking the received signal, and when the received signal is a signal received in a dual band, the spacing of the radiating elements of the Ultra High Frequency (UHF) antenna determined based on the wavelength of the frequency in the Very High Frequency (VHF) band. It includes a control unit for determining that the signal has been received.

본 개시는 고효율의 UHF/VHF 이중 대역으로 동작 가능한 위상 배열 레이다 구성이 가능할 수 있다.The present disclosure may enable a phased array radar configuration operable with a high efficiency UHF/VHF dual band.

본 개시는 RCS 특성이 주파수에 대해서 틀리기 때문에 표적 탐지 확률을 높일 수 있다. The present disclosure can increase the probability of target detection because the RCS characteristic is wrong with respect to frequency.

본 개시는 TRM의 수신단에서 주파수 체배하는 구성으로 하여 ADC 및 DDC 구조를 각 대역마다 틀리게 가져가지 않아도 TRM 구성이 가능할 수 있다.In the present disclosure, the TRM configuration may be possible even if the ADC and DDC structures are not incorrectly taken for each band by configuring the frequency multiplying at the receiving end of the TRM.

본 개시는 주파수가 협소할 때 UHF, VHF 두 대역을 사용이 가능하여 장비 운용 유연성이 향상될 수 있다.The present disclosure can use UHF and VHF two bands when the frequency is narrow, so that equipment operation flexibility can be improved.

도 1a은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 송신단을 개략적으로 도시한 블록 구성도;
도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 배열 안테나부(110)를 개략적으로 도시한 블록 구성도;
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 수신단을 개략적으로 도시한 블록 구성도;
도 3은 본 개시의 실시 예에 따라 이중 대역이 가능한 복사 소자의 예시도;
도 4는 UHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 복사 소자로 구성된 배열 안테나의 예시도;
도 5는 위상 배열 안테나의 빔 조향 원리를 나타낸 예시도;
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 VHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 복사 소자로 구성된 배열 안테나의 예시도;
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 고효율의 VHF/UHF 이중 대역 배열 안테나의 예시도;
도 8은 고 출력 증폭 소자 및 저 잡음 증폭 소자 이득 특성을 도시한 예시도;
도 9는 일반적인 TRM의 구조도;
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 실시 예에 따른 UHF 대역 및 VHF 대역(UHF/2)를 수신하는 TRM 구조도;
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 UHF 대역 및 VHF 대역(UHF/2)를 수신하는 TRM의 동작 흐름도; 및
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 복사 소자 구성 방법을 도시한 흐름도.
1A is a block diagram schematically illustrating a transmitting end of a phased array radar apparatus according to an embodiment of the present disclosure;
1B is a block diagram schematically showing an array antenna unit 110 of a transmitting end 100 of a phased array radar device according to an embodiment of the present disclosure;
2 is a block diagram schematically showing a receiving end of a phased array radar apparatus according to an embodiment of the present disclosure;
3 is an exemplary view of a dual-band capable radiation device according to an embodiment of the present disclosure;
4 is an exemplary view of an array antenna composed of radiation elements at wavelength/2 intervals in the frequency of the UHF band;
5 is an exemplary view showing a beam steering principle of a phased array antenna;
6 is an exemplary view of an array antenna composed of radiation elements at wavelength/2 intervals of a frequency in a VHF band according to an embodiment of the present disclosure;
7 is an exemplary view of a high efficiency VHF/UHF dual band array antenna according to an embodiment of the present disclosure;
8 is an exemplary view showing a high output amplifying element and a low noise amplifying element gain characteristic;
9 is a schematic diagram of a typical TRM;
10A and 10B are TRM structure diagrams for receiving a UHF band and a VHF band (UHF/2) according to an embodiment of the present disclosure;
11 is an operational flowchart of a TRM receiving a UHF band and a VHF band (UHF/2) according to an embodiment of the present disclosure; And
12 is a flowchart illustrating a method of configuring a radiation device according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the techniques described in this disclosure to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives of embodiments of the present disclosure. . In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar elements.

본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In the present disclosure, expressions such as “having”, “having”, “comprising”, or “can include” include the presence of a corresponding characteristic (eg, a component such as a numerical value, function, operation, or part). And does not exclude the presence of additional features.

본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In the present disclosure, expressions such as “at least one of A or B”, “at least one of A or/and B”, or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of items listed together. . For example, "A or B", "at least one of A and B", or "at least one of A or B" includes (1) at least one A, (2) at least one B, Or (3) all cases including both at least one A and at least one B.

본 개시에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as “first”, “second”, “first”, or “second” as used in the present disclosure may modify various components, regardless of order and/or importance, and change one component to another It is used to distinguish from the components, but does not limit the components. For example, the first user device and the second user device may indicate different user devices regardless of order or importance. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the rights described in the present disclosure, and similarly, the second component may be referred to as a first component.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상술한 어떤 구성요소가 상술한 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.Some component (eg, first component) is "(functionally or communicatively) coupled with/to" another component (eg, second component), or " When referred to as "connected to", it should be understood that any of the above-described components may be directly connected to the above-described other components, or may be connected through other components (eg, the third component). On the other hand, when a component (eg, the first component) is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another component (eg, the second component), it is different from a component. It can be understood that there are no other components (eg, third components) between the elements.

본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 AP(application processor))를 의미할 수 있다.The expression "configured to" used in the present disclosure may be "suitable for" or "having the capacity to" depending on the situation. It can be used interchangeably with ", "designed to", "adapted to", "made to", or "capable of". The term "configured (or set) to" may not necessarily mean only "specifically designed to" in hardware. Instead, in some situations, the expression "device configured to" may mean that the device "can" with other devices or parts. For example, the phrase “processors configured (or set) to perform A, B, and C” means by executing a dedicated processor (eg, an embedded processor) to perform the operation, or one or more software programs stored in the memory device. , It may mean a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor (AP)) capable of performing the corresponding operations.

본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.The terms used in the present disclosure are only used to describe specific embodiments, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art described in the present disclosure. Among the terms used in the present disclosure, terms defined in the general dictionary may be interpreted as having the same or similar meanings in the context of the related art, and are ideally or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present disclosure. Is not interpreted as In some cases, even terms defined in the present disclosure cannot be interpreted to exclude embodiments of the present disclosure.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배열 안테나 장치는 배열 안테나를 구비한 장치로서, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Array antenna device according to various embodiments of the present disclosure is a device having an array antenna, for example, a smartphone (smartphone), tablet PC (tablet personal computer), mobile phone (mobile phone), video phone, electronic E-book reader, desktop personal computer (PC), laptop personal computer, netbook computer, workstation, server, personal digital assistant (PDA), portable multimedia player), an MP3 player, a mobile medical device, a camera, or a wearable device.

본 개시는 UHF 신호에 대해 동작 가능한 위상 배열 레이다로 추가적으로 VHF(UHF/2)대역의 주파수에 대해서도 동작하도록 구성하여 이중 대역으로 동작하는 레이다를 제안한다.The present disclosure proposes a radar operating in a dual band by being configured to operate in addition to the frequency of the VHF (UHF/2) band as a phased array radar operable for UHF signals.

도 1a은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 송신단을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다. 1A is a block diagram schematically illustrating a transmitting end of a phased array radar device according to an embodiment of the present disclosure.

위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)은 배열 안테나부(110), 송신부(120), 및 디지털 변환부(130) 등을 포함한다.The transmitting end 100 of the phased array radar device includes an array antenna unit 110, a transmitter unit 120, a digital conversion unit 130, and the like.

배열 안테나부(110)는 복수의 단일 안테나들로 구성될 수 있다. 본 개시에서는, 단일 안테나들의 개수를 7개로 가정하고 설명하나, 이는 일 예에 불과하며 본 개시의 실시 예들은 둘 이상의 단일 안테나들을 대상으로 적용될 수 있다.The array antenna unit 110 may be composed of a plurality of single antennas. In the present disclosure, it is assumed and assumed that the number of single antennas is seven, but this is only an example, and embodiments of the present disclosure may be applied to two or more single antennas.

배열 안테나부(110)는 예컨대 7개의 복사 소자와 7개의 TRM을 포함하며 각 복사 소자의 여기 전류의 위상을 조절하여 안테나를 특정 방향 및 동일 위상으로 만들어 주 빔을 형성한다. 빔의 형태는 각 배열의 변위기 및 고출력증폭기(Solid State Power Amplifier : SSPA)에 의해 형성되는 가중치와 복사 소자의 특성에 의해 결정될 수 있다. 배열 안테나부(110)는 각 TRM의 출력 레벨 및 위상 정보를 취합하여 송신부(120)의 타이밍/제어 처리부(도면에 기재하지 않음)로 전달한다. 타이밍/제어 처리부는 각 TRM의 정보를 전달받아 DDS(Direct Digital Synthesizer)의 출력 레벨 및 위상 정보를 변경하여 동일한 출력 레벨 및 빔 조향에 따른 위상을 조절한다.The array antenna unit 110 includes, for example, 7 radiating elements and 7 TRMs, and adjusts the phase of the excitation current of each radiating element to make the antenna in a specific direction and the same phase to form a main beam. The shape of the beam can be determined by the weight of the array and the characteristics of the radiating element formed by the displacement and high-power amplifier (SSPA). The array antenna unit 110 collects the output level and phase information of each TRM and transmits it to the timing/control processing unit (not shown in the drawing) of the transmitter 120. The timing/control processing unit receives the information of each TRM and changes the output level and phase information of the DDS (Direct Digital Synthesizer) to adjust the phase according to the same output level and beam steering.

송신부(120)는 송신부(120) 내부의 DDS(122)가 명령을 통하여 UHF 주파수 또는 VHF 주파수의 펄스로 송신하고 각각 TRM(114)으로 연결되어 증폭하여 복사 소자(112)로 방사하게 된다. DDS(122)가 포함된 송신부의 채널과 TRM(114), 복사 소자(112)는 각각 1 path로 각각 구성된다.The transmitter 120 transmits the DDS 122 inside the transmitter 120 as a pulse of UHF frequency or VHF frequency through a command, and is connected to the TRM 114 to amplify and radiate it to the radiation element 112. The channel of the transmitting unit including the DDS 122, the TRM 114, and the radiating element 112 are each composed of 1 path.

디지털 변환부(130)는 디지털 단계에서 신호를 처리하기 위해서 아날로그 신호를 이진 코드로 구성되는 디지털 신호로 변환한다.The digital converter 130 converts an analog signal into a digital signal composed of binary codes in order to process the signal in the digital stage.

도 1a에 도시하지 않았지만, 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)은 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 제어부는 위상 배열 레이다 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 제어부는 하나 이상의 프로세서(processor)로 구현 가능하며, 어플리케이션 프로세서, MCU(Micro Control Unit), 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 제어부는 SoC(system on chip) 또는 SiP(system in package)으로 구현될 수 있다. 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 제어부는, 예로, 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 제어부에 연결된 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 제어부는 다른 구성요소들 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(미도시)에 로드하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.Although not illustrated in FIG. 1A, the transmitting end 100 of the phased array radar device may further include a control unit. The control unit of the transmitting end 100 of the phased array radar device may control the overall operation of the phased array radar device. The control unit of the transmitter 100 of the phased array radar device may be implemented by one or more processors, and may include one or more of an application processor, a microcontrol unit (MCU), and a communication processor (CP). Can. The control unit of the transmitting end 100 of the phased array radar device may be implemented as a system on chip (SoC) or a system in package (SiP). The control unit of the transmitting end 100 of the phased array radar device is, for example, at least one other component (eg, hardware or software component) of the transmitting end 100 of the phased array radar device connected to the control unit by driving an operating system or an application program. ) Can be controlled, and various data processing and operations can be performed. In addition, the control unit may load and process a command or data received from at least one of other components into a volatile memory (not shown), and store the result data in a non-volatile memory (not shown).

메모리(미도시)는 휘발성 메모리 또는 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는, 예를 들면, RAM(random access memory)(예: DRAM, SRAM, 또는 SDRAM)로 구성될 수 있다. 비휘발성 메모리는, 예를 들면, OTPROM(one time programmable read-only memory(ROM)), PROM(programmable read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), mask ROM, flash ROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD))로 구성 될 수 있다.The memory (not shown) may include volatile memory or non-volatile memory. Volatile memory may be composed of, for example, random access memory (RAM) (eg, DRAM, SRAM, or SDRAM). Non-volatile memory includes, for example, one time programmable read-only memory (OTPROM), programmable read-only memory (PROM), erasable programmable read-only memory (EPROM), and electrically erasable programmable read-only (EPMROM). memory), mask ROM, flash ROM, flash memory, hard drive, or solid state drive (SSD).

메모리(미도시)는, 예를 들면, 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 적어도 하나의 다른 소프트웨어 구성요소, 예를 들어, 프로그램에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다.The memory (not shown) may store, for example, instructions or data related to at least one other software component of the transmission terminal 100 of the phased array radar device, for example, a program.

도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 송신단(100)의 배열 안테나부(110)를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1B is a block diagram schematically illustrating an array antenna unit 110 of a transmitting end 100 of a phased array radar device according to an embodiment of the present disclosure.

배열 안테나부(110)는 복사 소자(112), 및 송수신 모듈(transmit/receive module : TRM)(114) 등을 포함한다.The array antenna unit 110 includes a radiation element 112, a transmit/receive module (TRM) 114, and the like.

복사 소자(112)는 위상 변위기와 자유공간 사이의 임피던스 정합과 복사패턴을 조절하는 역할을 수행한다. 복사 소자(112)는 수백∼수만개의 소자 안테나(예를 들면 다이폴(Dipole) 또는 더블렛(Doublet) 안테나 등을 사용)를 소정의 패턴으로 배열하여 설치할 수 있다.The radiation element 112 serves to adjust the impedance matching and the radiation pattern between the phase shifter and the free space. The radiation element 112 may be installed by arranging hundreds to tens of thousands of element antennas (for example, using a dipole or doublet antenna) in a predetermined pattern.

TRM(114)은 레이다의 송ㆍ수신 기능에 필요한 고주파를 만들어내는 부품으로, 빔을 형성하는 이득 조절기와 레이다 진행 방향을 바꿀 수 있는 위상 변위기가 내장되어 있어 전 방위 탐색이 가능하다.The TRM 114 is a component that generates a high frequency required for radar transmission and reception functions, and a gain regulator for forming a beam and a phase shifter capable of changing a radar traveling direction are built in, so that it is possible to search in all directions.

복사 소자(112) 및 TRM(114)는 도 1b에서 블록화하여 기재하고 있다. 그러나, 단일 안테나들의 개수를 7개로 가정하고 설명하고 있으므로, 복사 소자(112) 및 TRM(114)의 개수는 예컨대 7개가 될 수 있다.The radiation element 112 and the TRM 114 are described in block form in FIG. 1B. However, since it is assumed and assumed that the number of single antennas is seven, the number of the radiation elements 112 and the TRM 114 may be, for example, seven.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 배열 레이다 장치의 수신단을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically showing a receiving end of a phased array radar apparatus according to an embodiment of the present disclosure.

위상 배열 레이다 장치의 수신단(200)은 배열 안테나부(210), 수신부(220), 및 디지털 변환부(230 등을 포함한다.The receiving end 200 of the phased array radar device includes an array antenna unit 210, a receiver 220, and a digital conversion unit 230.

배열 안테나부(210)는 복사 소자 및 TRM을 포함하며, TRM에서 UHF 또는 VHF(UHF/2) 대역을 수신받고, 디지털 변환부(220)로 전달한다. 수신부(230)의 수신 채널, TRM, 및 복사 소자는 각각 1 path로 구성될 수 있다.The array antenna unit 210 includes a radiation element and a TRM, receives a UHF or VHF (UHF/2) band from the TRM, and transmits it to the digital conversion unit 220. The receiving channel of the receiver 230, the TRM, and the radiating element may be composed of 1 path, respectively.

수신부(230)는 배열 안테나를 통해 수신된 신호를 수신하여 처리한다. 수신부(230)는 예컨대, 변위기, LNA(Low Noise Amplifier), SSPA(Solid State Power Amplifier) 등이 될 수 있다.The receiving unit 230 receives and processes a signal received through an array antenna. The receiver 230 may be, for example, a displacement device, a low noise amplifier (LNA), or a solid state power amplifier (SSPA).

디지털 변환부(220)는 수신부(230)를 통해 전달된 신호에 대해 디지털 단계에서 신호를 처리하기 위해서 아날로그 신호를 이진 코드로 구성되는 디지털 신호로 변환하고, Digital Down Conversion(DDC)을 한다.The digital conversion unit 220 converts an analog signal into a digital signal composed of binary codes and processes digital down conversion (DDC) in order to process a signal in a digital stage for a signal transmitted through the receiving unit 230.

도 2에 도시하지 않았지만, 위상 배열 레이다 장치의 수신단(200)은 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 위상 배열 레이다 장치의 수신단(200)의 제어부는 위상 배열 레이다 장치의 수신단에 대한 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 위상 배열 레이다 장치의 수신단(200)의 제어부는 하나 이상의 프로세서(processor)로 구현 가능하며, 어플리케이션 프로세서, MCU(Micro Control Unit), 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.Although not illustrated in FIG. 2, the receiving end 200 of the phased array radar device may further include a control unit. The control unit of the receiving end 200 of the phased array radar device may control the overall operation of the phased array radar device. The control unit of the receiving terminal 200 of the phased array radar device may be implemented by one or more processors, and includes one or more of an application processor, a microcontrol unit (MCU), and a communication processor (CP). can do.

고효율의 UHF 및 VHF 이중 대역이 가능한 위상 배열 레이다 구성을 위하여 이중 대역이 가능한 복사 소자, TRM의 사전 구성이 필요하다. 우선 이중 대역이 가능한 복사 소자는 일반적으로 이중 대역에서 최적화된 야기우다 복사 소자에 대해서 도 3과 같은 특성을 가져야 한다. In order to construct a high-efficiency UHF and VHF dual-band capable phased array radar, pre-configuration of a dual-band capable radiation element and TRM is required. First, a dual-band capable radiation element should have characteristics as shown in FIG. 3 for a yagida radiation element that is generally optimized in a dual band.

도 3은 본 개시의 실시 예에 따라 이중 대역이 가능한 복사 소자의 예시도이다.3 is an exemplary diagram of a dual-band capable radiation device according to an embodiment of the present disclosure.

도 3은 이중 대역을 도시한 것으로, 이중 대역이란 UHF 대역 주파수(320)와 VHF 대역 주파수(310)를 동시에 운용하는 주파수 대역을 의미한다. 본 개시의 실시 예에서는 이중 대역을 지원하면서 이득이 높은 방안을 제안한다.FIG. 3 illustrates a dual band, which refers to a frequency band operating the UHF band frequency 320 and the VHF band frequency 310 simultaneously. In an embodiment of the present disclosure, a scheme with high gain while supporting dual band is proposed.

복사 소자(300)로 구성된 00 x 00 의 배열 안테나가 구성되고, 복사 소자 간격은 일반적으로 UHF 대역 중심 주파수의 파장/2의 간격으로 구성한다.An array antenna of 00x00 consisting of the radiation element 300 is configured, and the spacing of the radiation elements is generally configured at a wavelength/2 interval of the center frequency of the UHF band.

도 4는 UHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 복사 소자로 구성된 배열 안테나의 예시도이다.4 is an exemplary view of an array antenna composed of radiation elements at wavelength/2 intervals in the frequency of the UHF band.

도 4를 참조하면, 복수 개의 복사 소자들 중에서 복사 소자간 거리 d(410)은 UHF 대역 중심 주파수의 파장/2의 간격으로 결정될 수 있다. 참조번호 410 뿐만 아니라, 다른 복사 소자들간 간격도 UHF 대역 중심 주파수의 파장/2의 간격으로 결정될 수 있다.Referring to FIG. 4, a distance d 410 between radiating elements among a plurality of radiating elements may be determined at intervals of wavelength/2 of the UHF band center frequency. In addition to reference numeral 410, an interval between other radiating elements may also be determined as an interval of wavelength/2 of the UHF band center frequency.

한편, 위상 배열 안테나의 빔 조향은 다음과 같은 원리로 빔 조향을 하게 된다.Meanwhile, the beam steering of the phased array antenna is performed by the following principle.

도 5는 위상 배열 안테나의 빔 조향 원리를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view showing a beam steering principle of a phased array antenna.

안테나의 빔 조향(beam steering)은 크게 기계적인 방법과 전자적인 방법이 있다. 기계적인 방법은 주로 반사형 안테나에서 물리적인 방법으로 안테나의 구조를 변경하여 빔의 방향을 조정하고, 전자적인 방법은 배열 안테나에서 각 소자에 공급되는 신호의 위상이나 지연시간을 조절하여 빔 방향을 조정한다. 대표적인 예로 물리적인 방법에 의한 안테나 구동 방식의 경우 반사판 안테나가 많이 사용된다. 이러한 물리적인 방법에 의한 빔 조향은 다소 빔 조향 속도가 느리지만 구조가 간단하다. There are largely mechanical and electronic methods of beam steering of the antenna. The mechanical method mainly adjusts the direction of the beam by changing the structure of the antenna in a physical way from the reflective antenna, and the electronic method adjusts the beam direction by adjusting the phase or delay time of the signal supplied to each element from the array antenna. Adjust. In a typical example, in the case of an antenna driving method by a physical method, a reflector antenna is frequently used. The beam steering by this physical method is somewhat slow in beam steering speed, but has a simple structure.

반면에, 전자적 빔 조향 방법에는 대표적으로 위상 배열 안테나가 많이 사용된다. 이 방식의 경우, 제작이 어렵고 빠른 연산에 의한 발열이 많이 발생하여 냉각 장치가 필요한 복잡한 구조이지만, 기계적인 방법에 비해 빠른 빔 스케쥴링을 가지며, 다양한 모드 운용과 안테나의 구동 없이 넓은 도 5와 같이 어레이(Array) 안테나의 빔을 제어하기 위하여 소자 B(520)의 위상이 소자 A(510)의 위상보다 위상 지연

Figure pat00001
만큼 앞서야 된다.
Figure pat00002
는 방사 소자 B(520)로부터 진행 거리
Figure pat00003
(530)에 의해 정의된다.On the other hand, a phased array antenna is typically used in the electronic beam steering method. In the case of this method, it is difficult to manufacture and generates a lot of heat by fast calculation, so it is a complex structure requiring a cooling device, but has a faster beam scheduling than a mechanical method, and has various modes and arrays as shown in FIG. 5 without driving an antenna. (Array) The phase of element B 520 is phase delayed than that of element A 510 in order to control the beam of the antenna.
Figure pat00001
You have to be ahead.
Figure pat00002
Is the traveling distance from the radiating element B 520
Figure pat00003
530.

진행 거리

Figure pat00004
(530)는
Figure pat00005
와 같이 계산되며, 넓은 면(법선방향)에서
Figure pat00006
도 만큼 떨어지도록 빔을 제어하기 위하여 필요한 소자의 위상차는 하기 <수학식 1>로부터 획득될 수 있다.Running distance
Figure pat00004
530 is
Figure pat00005
Calculated as, and in a wide plane (normal direction)
Figure pat00006
The phase difference of the elements necessary to control the beam so as to fall by a degree can be obtained from <Equation 1> below.

Figure pat00007
Figure pat00007

따라서 상기 수학식 1에 따라서 UHF 대역의 안테나는 빔 조향 각도(Az, El)에 따라서 각 복사 소자의 위상 각도를 셋팅하여 인가시키면 빔 조향이 가능할 수 있다. 여기서, Az는 방위각 정보를 나타내고, El은 앙각 정보를 나타낸다.Accordingly, according to Equation 1, the antenna of the UHF band may be capable of beam steering by setting and applying a phase angle of each radiation element according to beam steering angles (Az, El). Here, Az represents azimuth information and El represents elevation angle information.

이때 전체 배열 안테나 이득은 '10xlog(#복사 소자갯수) + 복사 소자이득' 으로 계산될 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이 한 개의 복사 소자가 운용 대역에서 5dBi이고 복사 소자가 168개라면 배열 안테나의 이득은 27.25dBi가 된다.At this time, the total array antenna gain may be calculated as '10xlog (# number of copy elements) + radiation element gain'. For example, as shown in FIG. 4, if one radiation element is 5dBi in the operating band and 168 radiation elements, the gain of the array antenna is 27.25dBi.

동일하게 같은 배열 안테나로 VHF 대역으로 사용하기 위해서 제안하는 2가지 방법이 있다.Equally, there are two methods proposed for use in the VHF band with the same array antenna.

본 개시의 실시 예에 따른 첫 번째 방법은 VHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 배치된 복사 소자만 Exiting 하는 방법이다.The first method according to an embodiment of the present disclosure is a method of exiting only radiating elements arranged at a wavelength/2 interval of a frequency in the VHF band.

본 개시의 실시 예에 따른 두 번째 방법은 4개 단위로의 복사 소자는 같은 위상을 가지고, 전체 빔 조향 각도에 맞추어 위상을 설정하는 방법이다.A second method according to an embodiment of the present disclosure is a method in which the radiation elements in four units have the same phase, and the phase is set according to the entire beam steering angle.

본 개시의 실시 예에 따른 첫 번째 방법은 일부만 복사 소자를 Exiting 하기 때문에 전체 배열 안테나 이득은 작아진다.In the first method according to an embodiment of the present disclosure, since only a portion of the radiating element is exited, the overall array antenna gain is reduced.

본 개시의 실시 예에 따른 두 번째 방법은 전체 복사 소자를 Exiting 하기 때문에 배열 안테나 이득이 상대적으로 증가하도록 운용하는 방식이다.The second method according to an embodiment of the present disclosure is a method in which the array antenna gain is relatively increased because the entire radiating element is exited.

먼저 배열 안테나 관점에서 본 개시의 실시 예에 따른 첫 번째 방법은 다음과 같다. First, the first method according to an embodiment of the present disclosure in terms of an array antenna is as follows.

UHF 대역의 특정 주파수 K MHz 파장은 A cm이며 파장/2는 A/2 cm로 상기 도 4의 복사 소자 간격은 A/2 cm로 배열된다.The specific frequency K MHz wavelength of the UHF band is A cm, the wavelength/2 is A/2 cm, and the spacing of the radiating elements in FIG. 4 is arranged A/2 cm.

UHF 대역의 배열 안테나가 VHF 대역으로 동작을 위해서 K/2 MHz로 구성된다. 그때 (A/2)*2이다. 그래서 상기 UHF 대역의 배열 안테나를 VHF로 동작을 위해서는 도 6과 같이 주황색 부분(예컨대, 610, 620...)만 해당 TRM 및 송신부/디지털 변환부를 동작시킨다. 도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 VHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 복사 소자로 구성된 배열 안테나의 예시도이다.The UHF band array antenna is configured with K/2 MHz for operation in the VHF band. Then (A/2)*2. Therefore, in order to operate the UHF band array antenna as a VHF, only the orange portion (eg, 610, 620...) as shown in FIG. 6 operates the corresponding TRM and transmitter/digital converter. 6 is an exemplary diagram of an array antenna composed of radiation elements at wavelength/2 intervals of a frequency in a VHF band according to an embodiment of the present disclosure.

이때 배열 안테나의 이득은 복사 소자 이득이 5dBi라 가정하면 10xlog(42)+5 = 21.2dBi가 된다. 배열 안테나의 이득(21.2dBi)이 27.25dBi 보다 낮다.At this time, the gain of the array antenna is 10xlog(42)+5 = 21.2dBi, assuming that the gain of the radiating element is 5dBi. The gain (21.2dBi) of the array antenna is lower than 27.25dBi.

배열 안테나 이득을 높이면서, 배열 안테나 관점에서 이중 대역을 구현 하기 위한 본 개시의 실시 예에 따른 두 번째 방법은 다음과 같다.The second method according to an embodiment of the present disclosure for realizing a dual band from the viewpoint of the array antenna while increasing the array antenna gain is as follows.

도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 VHF 대역의 주파수의 파장/2 간격으로 복사 소자로 구성된 배열 안테나의 예시도이다.7 is an exemplary diagram of an array antenna composed of radiation elements at wavelength/2 intervals of a frequency in a VHF band according to an embodiment of the present disclosure.

복사 소자간은 UHF 대역의 주파수의 파장/2로 배열되며 도 7과 같이 4개 단위(주황색 박스)(730)의 복사 소자 중심과 인접한 4개 단위의 복사 소자 중심 간의 거리(710, 720)는 VHF 주파수에 해당하는 간격(즉 A/2 cm)으로 배열된다. 이때 주황색 박스의 복사 소자(4개)는 같은 위상값을 가지며 빔 조향하려는 방향에 따라서 주황색 박스 단위로 Exiting 하는 위상값을 변경하게 된다. 이때 배열 안테나의 VHF 대역의 이득은 이론적으로 다음과 같이 계산된다. 예를 들어 한 개의 복사 소자 이득이 5dBi라고 가정하면 주황색 박스의 이득과 전체 배열 안테나의 이득은 하기 수학식 2 및 수학식 3과 같다.The radiating elements are arranged at a wavelength/2 of the frequency of the UHF band, and the distances 710 and 720 between the radiating element centers of the four units (orange box) 730 and the adjacent radiating element centers of four units are as shown in FIG. 7. It is arranged at intervals corresponding to the VHF frequency (ie A/2 cm). At this time, the radiating elements (4) of the orange box have the same phase value, and the exiting phase value is changed in units of the orange box according to the direction of beam steering. At this time, the gain of the VHF band of the array antenna is theoretically calculated as follows. For example, assuming that the gain of one radiating element is 5 dBi, the gain of the orange box and the gain of the entire array antenna are as shown in Equations 2 and 3 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

본 방법을 적용하였을 때 첫번째 방법보다 고효율의 이중 대역 배열 안테나 구현이 가능할 수 있다.When this method is applied, it may be possible to implement a dual-band array antenna with higher efficiency than the first method.

TRM 관점에서 이중 대역을 구현하기 위하여 광대역 특성의 AMP(amplifier) 소자를 적용하였을 때 상대적으로 주파수가 낮을수록 복사 소자 이득이 높고, 마찬가지로 TRM의 송신 이득 및 안테나로 입력되는 신호의 크기에 따라서 적정한 이득을 주기 위한 저 잡음 증폭기(Low Noise Amplifier : LNA)의 이득 또한 높아서 추가 보상이 가능하다.From the perspective of TRM, when a wide band characteristic AMP (amplifier) element is applied to realize a dual band, the lower the frequency is, the higher the radiation element gain is, and similarly, an appropriate gain according to the TRM transmission gain and the size of the signal input to the antenna. The gain of the low noise amplifier (LNA) to give a high is also high, so additional compensation is possible.

본 발명은 이중 대역으로 주파수를 운용하기 위해서, UHF 대역의 주파수의 파장/2로 복사 소자를 배열하고, 상기 복사 소자를 4개 단위로 그룹핑하고, 여기서, 4개 단위(주황색 박스)의 복사 소자의 중심과 인접한 4개 단위의 복사 소자 중심간의 거리는 VHF 주파수에 해당하는 간격(즉 A/2 cm)으로 결정한다.In the present invention, in order to operate the frequency in a dual band, the radiation elements are arranged at a wavelength/2 of the frequency of the UHF band, and the radiation elements are grouped in four units, where four units (orange boxes) of radiation elements are arranged. The distance between the center of and the center of the radiating elements of the adjacent 4 units is determined by the interval corresponding to the VHF frequency (ie A/2 cm).

복사 소자(4개)는 같은 위상값을 가지며 빔 조향하려는 방향에 따라서 주황색 박스 단위로 Exiting 하는 위상값을 변경한다.The radiating elements (4) have the same phase value and change the exiting phase value in orange box units according to the direction of beam steering.

4개 단위(주황색 박스, 730)의 복사 소자의 중심과 인접한 4개 단위의 복사 소자 중심간의 거리를 결정할 수 있는 요소는 파장/2에 대한 거리이다. 세뷰 튜닝을 위해서는 복사 소자간의 x축간의 거리(dx), y축간의 거리(dy)를 그레이팅로브를 하여 최적화한다. 그 값에 따라서 빔 조향 각도에 따른 각 복사 소자의 Exiting 하는 위상이 결정된다. 만약에 이중 대역을 운용하기 위해서 두 가지 대역의 그레이팅로브 최소화된 최적화된 dx, dy의 분석이 이루어져야 한다.An element capable of determining the distance between the center of the radiating element of 4 units (orange box, 730) and the center of the radiating element of 4 adjacent units is the distance to wavelength/2. For fine-view tuning, the distance between the x-axis between the radiating elements (dx) and the distance between the y-axis (dy) is optimized by grating lobe. The exiting phase of each radiation element according to the beam steering angle is determined according to the value. If the dual band is to be operated, the optimized dx and dy analysis of the two bands' grating lobe is minimized.

즉, 복사 소자간 거리를 그레이팅로브를 기반으로 하여 최적화하고 최적화한 값에 따라서 빔 조향 각도에 따른 각 복사 소자의 Exiting 하는 위상이 결정될 수 있다.That is, the distance between radiating elements is optimized based on the grating lobe and the exiting phase of each radiating element according to the beam steering angle may be determined according to the optimized value.

도 8은 고 출력 증폭 소자 및 저 잡음 증폭 소자 이득 특성을 도시한 예시도이다.8 is an exemplary diagram showing a gain characteristic of a high output amplifying element and a low noise amplifying element.

도 8은 고 출력 증폭 소자 특성(810)을 나타낸 것으로, 동작 전력 이득 Gp가 UHF 대역에서 감소함을 알 수 있다. 또한 도 8은 저 출력 증폭 소자 특성(820)을 나타낸 것으로, 순방향 전달 계수 S21이 UHF 대역에서 감소함을 알 수 있다.8 shows a high output amplifying device characteristic 810, and it can be seen that the operating power gain G p decreases in the UHF band. In addition, FIG. 8 shows a low output amplifying element characteristic 820, and it can be seen that the forward transmission coefficient S 21 decreases in the UHF band.

다음은 UHF 대역 및 VHF 대역에서 동작할 수 있도록 TRM의 수정된 구조가 필요하다. Next, a modified structure of TRM is needed to operate in the UHF band and VHF band.

도 9는 일반적인 TRM의 구조도이다.9 is a structural diagram of a typical TRM.

일반적인 TRM은 송신부(transmit state)(910)와 수신부(receive state)(920)로 크게 구분된다.The general TRM is largely divided into a transmit state 910 and a receive state 920.

송신부(910)와 수신부(920)는 Duplexer (Circulator), Isolator, Limiter, Low noise amplifier (LNA), Phase shifter, High-power amplifier, Common-leg circuit (CLC), Attenuator 등을 포함한다. 각 구성요소에 대한 상세 살명은 생략하기로 한다.The transmitter 910 and the receiver 920 include a duplexer (circulator), isolator, limiter, low noise amplifier (LNA), phase shifter, high-power amplifier, common-leg circuit (CLC), and attenuator. Detailed killing of each component will be omitted.

도 10a 및 도 10b는 본 개시의 실시 예에 따른 UHF 대역 및 VHF 대역(UHF/2)를 수신하는 TRM 구조도이다.10A and 10B are TRM structure diagrams for receiving a UHF band and a VHF band (UHF/2) according to an embodiment of the present disclosure.

본 개시의 실시 예에 따른 TRM은 송신부(1010)와 수신부(1020)로 크게 구분된다. 도 9와 도 10a의 다른 점은 다음과 같다.TRM according to an embodiment of the present disclosure is largely divided into a transmitter 1010 and a receiver 1020. The difference between FIGS. 9 and 10A is as follows.

이중 대역을 수신하기 위하여 도 10a과 같이 TRM의 수신부에 기재된 참조번호 1025에 AMP(1030), UHF BPF(Band Pass Filter)(1040), 제1 SPDT(Single Pole Double Throw)(1050), 주파수 체배기(1060), 제2 SPDT(1070) 등을 포함한다.In order to receive the dual band, AMP 1030, UHF Band Pass Filter (BPF) 1040, first single pole double throw (SPDT) 1050, frequency multiplier in reference number 1025 described in the TRM receiver as shown in FIG. 1060, a second SPDT 1070, and the like.

본 개시의 실시 예에 따라 UHF 대역 신호가 수신되면 주파수 체배기(1060)가 없는 path로 가고, VHF(UHF/2) 신호가 수신되면 주파수 체배기(1060)가 있는 path로 수신하여 2배로 체배되서 증폭되어 디지털 변환부로 들어간다. 수신받는 대역이 UHF, VHF 대역 관계없이 TRM 내부에서 VHF 대역 신호에 대해서는 2배로 체배하고, UHF 신호는 체배하지 않고 증폭하여 처리한다.According to an embodiment of the present disclosure, when a UHF band signal is received, it goes to a path without a frequency multiplier 1060, and when a VHF (UHF/2) signal is received, it is received by a path with a frequency multiplier 1060 and multiplied by 2 times and amplified. Becomes the digital conversion unit. Regardless of the UHF and VHF bands, the received band is multiplied twice for the VHF band signal inside the TRM, and the UHF signal is amplified and processed without multiplication.

그래서 별도로 ADC 및 DDC(Digital Down Converter)의 구조를 변경하지 않도록 구성된다.So it is configured not to change the structure of ADC and DDC (Digital Down Converter) separately.

도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 UHF 대역 및 VHF 대역(UHF/2)를 수신하는 TRM의 동작 흐름도이다.11 is an operation flowchart of a TRM receiving a UHF band and a VHF band (UHF/2) according to an embodiment of the present disclosure.

TRM은 1101 단계에서 신호를 수신한다. The TRM receives a signal in step 1101.

TRM은 1103 단계에서 수신된 신호가 UHF 대역 주파수인지 VHF 대역 주파수인지를 확인한다.The TRM checks whether the signal received in step 1103 is a UHF band frequency or a VHF band frequency.

만약 수신된 신호가 UHF 대역 주파수인 경우, TRM은 1105 단계에서 주파수 체배기가 없는 path로 수신한다.If the received signal is in the UHF band frequency, the TRM receives in step 1105 in a path without a frequency multiplier.

그러나 만약 수신된 신호가 VHF 대역 주파수인 경우, TRM은 1107 단계에서 주파수 체배기가 있는 path로 수신한다. 이 경우, VHF 대역 주파수에 대해서는 2배로 체배하고, UHF 대역 주파수에 대해서는 체배하지 않고 증폭하여 처리한다.However, if the received signal is a VHF band frequency, the TRM is received in a path with a frequency multiplier in step 1107. In this case, the frequency is multiplied by 2 for the VHF band frequency, and amplified and processed without multiplication for the UHF band frequency.

도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 복사 소자 구성 방법을 도시한 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating a method of configuring a radiation device according to an embodiment of the present disclosure.

TRM은 1201 단계에서 수신된 신호를 확인한다.The TRM checks the signal received in step 1201.

TRM은 1203 단계에서 수신된 신호가 이중 대역인가를 확인한다.The TRM checks whether the signal received in step 1203 is dual band.

만약, 수신된 신호가 이중대역일 경우 TRM은 1205 단계에서 본 개시의 실시 예에 따라서 UHF 안테나를 VHF 안테나로 사용하기 위해서 UHF 안테나의 복사 소자 간격을 VHF 대역의 주파수의 파장/2로 결정한다.If the received signal is a dual band, in step 1205, in order to use the UHF antenna as the VHF antenna according to an embodiment of the present disclosure, in step 1205, the radiating element spacing of the UHF antenna is determined as wavelength/2 of the frequency of the VHF band.

그러나 수신된 신호가 이중대역이 아닐 경우 TRM은 1207 단계에서 UHF 안테나의 복사 소자 간격을 UHF 대역 중심 주파수의 파장/2로 결정한다.However, if the received signal is not a dual band, TRM determines in step 1207 the spacing of the radiating elements of the UHF antenna as wavelength/2 of the center frequency of the UHF band.

도 12의 동작은 TRM의 송신부의 동작 및 수신부의 동작 모두에 적용 가능함은 물론이다.Needless to say, the operation of FIG. 12 is applicable to both the operation of the TRM transmitter and the operation of the receiver.

본 발명을 적용하였을 때 고효율의 UHF/VHF 이중 대역으로 동작 가능한 위상 배열 레이다 구성이 가능하다. RCS 특성이 주파수에 대해서 틀리기 때문에 표적 탐지 확률을 높일 수 있다. TRM의 수신단에서 주파수 체배하는 구성으로 하여 ADC 및 DDC 구조를 각 대역마다 틀리게 가져가지 않아도 가능하다. 또한 주파수가 협소할 때 UHF, VHF 두 대역을 사용이 가능하여 장비 운용 유연성이 향상된다.When the present invention is applied, it is possible to construct a phased array radar capable of operating in a high-efficiency UHF/VHF dual band. Since the RCS characteristic is wrong with respect to frequency, the probability of target detection can be increased. It is possible to configure the frequency multiplying at the receiving end of the TRM so that the ADC and DDC structures are not carried in each band incorrectly. In addition, when the frequency is narrow, two bands of UHF and VHF can be used, which increases the flexibility of equipment operation.

전술된 내용은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시의 실시 예들은 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above-described contents may be modified and modified without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present disclosure pertains. Therefore, the embodiments of the present disclosure are not intended to limit the technical spirit, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present disclosure is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present disclosure should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present disclosure.

Claims (9)

위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치에 있어서,
신호를 송수신하는 트랜시버; 및
상기 신호를 확인하고, 상기 신호가 이중 대역일 경우, UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격을 VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정하고 및 상기 결정된 복사 소자 간격으로 전체 복사 소자를 구성하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치.
A device for constructing a radiating element of a phased array radar,
A transceiver for transmitting and receiving signals; And
Check the signal, and when the signal is a dual band, determine the spacing of the radiating elements of the UHF (Ultra High Frequency) antenna based on the wavelength of the frequency of the VHF (Very High Frequency) band and determine the spacing of the radiating elements A radiating element constituting device of a phased array radar, comprising a control unit constituting the entire radiating element.
제1항에 있어서,
상기 위상 배열 레이다를 이용한 안테나의 이득은 상기 전체 복사 소자의 개수 및 상기 전체 복사 소자를 그룹핑한 단위 복사 소자의 이득을 기반으로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치.
According to claim 1,
The gain of an antenna using the phased array radar is determined based on the number of the total number of radiated elements and the gain of a unit radiation element grouped by the total number of radiated elements.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복소 소자를 소정의 개수 단위로 그룹핑하여 복수 개의 단위 복사 그룹을 생성하고, 및 단위 복사 그룹 내 복사 소자 중심과 인접한 단위 복사 그룹 내 복사 소자 중심간의 거리를 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치.
According to claim 1,
The control unit is further configured to generate a plurality of unit copy groups by grouping the complex elements into a predetermined number of units, and to determine a distance between a center of a copy element in a unit copy group and a center of a copy element in an adjacent unit copy group. A device for constructing a radiating element of a phased array radar.
제3항에 있어서,
상기 단위 복사 그룹 내 복사 소자 중심과 인접한 단위 복사 그룹 내 복사 소자 중심간의 거리는 상기 VHF 대역의 주파수의 파장/2로 결정되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치.
According to claim 3,
The distance between the center of the radiation elements in the unit radiation group and the center of the radiation elements in the adjacent unit radiation group is determined by the wavelength/2 of the frequency of the VHF band.
제4항에 있어서,
상기 단위 복사 그룹 내 복사 소자는 동일한 위상을 가짐을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 복사 소자 구성 장치.
According to claim 4,
Radiation element configuration device of a phased array radar, characterized in that the radiation elements in the unit radiation group have the same phase.
위상 배열 레이다의 신호 수신 장치에 있어서,
상기 신호를 송수신하는 트랜시버; 및
수신된 신호를 확인하고, 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하고, 상기 수신된 신호가 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 신호인가를 확인하고, 및 상기 수신된 신호가 UHF 대역의 신호일 경우, 주파수 체배기가 없는 path로 상기 수신된 신호를 전달하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치.
In the signal receiver of the phased array radar,
A transceiver for transmitting and receiving the signal; And
Check the received signal, and if the received signal is a signal received in a dual band, the signal at the interval of the radiating element of the UHF (Ultra High Frequency) antenna determined based on the wavelength of the frequency of the Very High Frequency (VHF) band Is determined to be received, and confirms whether the received signal is a signal in the UHF (Ultra High Frequency) band, and when the received signal is a signal in the UHF band, transmits the received signal in a path without a frequency multiplier Signal receiving device of the phased array radar, characterized in that it comprises a control unit.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 수신된 신호가 UHF 대역의 신호가 아닌 경우, 상기 주파수 체배기가 있는 path로 상기 수신된 신호를 전달하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치.
The method of claim 6,
The control unit is a signal receiving apparatus of a phased array radar, characterized in that further configured to transmit the received signal to the path with the frequency multiplier when the received signal is not a signal in the UHF band.
위상 배열 레이다의 신호 수신 장치에 있어서,
상기 신호를 송수신하는 트랜시버; 및
수신된 신호를 확인하고, 및 상기 수신된 신호가 이중 대역으로 수신된 신호인 경우, VHF(Very High Frequency) 대역의 주파수의 파장을 기반으로 하여 결정된 UHF(Ultra High Frequency) 안테나의 복사 소자 간격으로 상기 신호가 수신된 것으로 결정하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치.
In the signal receiver of the phased array radar,
A transceiver for transmitting and receiving the signal; And
Checking the received signal, and when the received signal is a signal received in a dual band, at intervals of radiating elements of the UHF (Ultra High Frequency) antenna determined based on the wavelength of the frequency in the Very High Frequency (VHF) band And a control unit for determining that the signal has been received.
제8항에 있어서,
상기 위상 배열 레이다를 이용한 안테나의 이득은 상기 전체 복사 소자의 개수 및 상기 전체 복사 소자를 그룹핑한 단위 복사 소자의 이득을 기반으로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 레이다의 신호 수신 장치.
The method of claim 8,
The gain of an antenna using the phased array radar is determined based on the number of the total number of radiated elements and the gain of a unit radiation element grouped by the total number of radiated elements.
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