KR20200121153A - Planar array antenna using shorted patch antenna element - Google Patents
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Abstract
Description
하기의 실시예들은 평면상에 배치된 배열 안테나 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 단락 패치 안테나를 안테나 소자로 하는 평면 배열 안테나 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to an array antenna device disposed on a plane, and more specifically, to a planar array antenna device using a short patch antenna as an antenna element.
최근 2.4 GHz 대역은 블루투스, Wi-Fi, 이동통신 등 무선 어플리케이션의 사용량이 급증함에 따라 근접한 위치의 다른 시스템에 의한 신호간섭으로 시스템의 성능이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 시스템의 성능 열화를 야기하는 간섭 신호의 방향을 추정하여 제거하는 기술이 중요하며, 최근에는 간섭 신호를 효과적으로 탐지 및 식별하기 위한 기술로 빔 조향이 가능한 배열 안테나에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 개별소자 안테나를 제한된 공간에 배열할 경우, 소자간 상호결합 특성에 의해 이득 특성, 패턴왜곡 등이 발생하여 배열안테나의 성능이 저하되는 문제가 있다.Recently, in the 2.4 GHz band, as the usage of wireless applications such as Bluetooth, Wi-Fi, and mobile communication increases rapidly, there is a problem that the performance of the system is deteriorated due to signal interference by other systems in close proximity. Therefore, a technology for estimating and removing the direction of an interference signal that causes performance degradation of the system is important, and recently, research on an array antenna capable of beam steering as a technology for effectively detecting and identifying an interference signal has been actively conducted. However, when the individual element antennas are arranged in a limited space, gain characteristics and pattern distortion occur due to the mutual coupling characteristics between the elements, thereby deteriorating the performance of the array antenna.
하기의 실시예들은 배열 안테나를 구성하는 개별 안테나 소자의 그라운드 간의 거리를 결정하는 것을 목적으로 한다.The following embodiments aim to determine the distance between the grounds of individual antenna elements constituting the array antenna.
하기의 실시예들은 안테나 소자간의 간섭, 상호 결합 등을 고려하여 개별 안테나 소자의 그라운드 간의 거리를 결정하는 것을 목적으로 한다.The following embodiments aim to determine the distance between the grounds of individual antenna elements in consideration of interference and mutual coupling between antenna elements.
예시적 실시예에 따르면, 평면 안테나 장치에 있어서, 평면 형태의 유전체 베이스 및 상기 유전체 베이스 위에 미리 결정된 간격으로 격자 형태로 배열된 복수의 사각형 그라운드, 상기 각각의 그라운드 위에 배치된 단락 패치 안테나를 포함하고, 상기 미리 결정된 간격은 상기 평면 안테나 장치의 빔폭(beam width) 및 상기 단락 패치 안테나들 간의 간섭을 고려하여 결정된 것인 평면 안테나 장치가 개시된다.According to an exemplary embodiment, a planar antenna device includes a planar dielectric base, a plurality of rectangular grounds arranged in a grid shape at predetermined intervals on the dielectric base, and a short patch antenna disposed on each of the grounds, , The predetermined spacing is determined in consideration of a beam width of the planar antenna device and interference between the short-circuited patch antennas.
여기서, 상기 단락 패치 안테나는 상기 사각형 그라운드와 수직인 방향으로 연장된 수직 안테나 및 상기 수직 안테나와 직각이고, 상기 그라운드와 평행인 방향으로 연장된 수평 안테나를 포함할 수 있다.Here, the short-circuit patch antenna may include a vertical antenna extending in a direction perpendicular to the square ground and a horizontal antenna perpendicular to the vertical antenna and extending in a direction parallel to the ground.
그리고, 상기 사각형 그라운드와 수직이고, 상기 수직 안테나와 평행인 방향으로 연장된 수직 급전부 및 상기 수직 급전부로부터 상기 수직 급전부와 직각이고, 상기 그라운드와 평행인 방향으로 상기 수직 안테나를 향해 연장된 수평 급전부를 포함하고, 상기 수직 급전부의 길이는 상기 수직 안테나부의 길이보다 짧을 수 있다.In addition, a vertical feed part perpendicular to the rectangular ground and extending in a direction parallel to the vertical antenna, and a vertical feed part perpendicular to the vertical feed part from the vertical feed part, extending toward the vertical antenna in a direction parallel to the ground. It includes a horizontal power feeding part, and the length of the vertical power feeding part may be shorter than the length of the vertical antenna part.
또한, 상기 각 단락 패치 안테나들을 이용하여 수신된 신호의 입사각을 추정하는 입사각 추정부를 더 포함할 수 있다.In addition, an incidence angle estimating unit for estimating an incidence angle of a signal received using the short-circuit patch antennas may be further included.
여기서, 상기 입사각 추정부는 MUSIC 또는 ESPRIT 기법을 이용하여 상기 신호의 입사각을 추정할 수 있다.Here, the incident angle estimating unit may estimate the incident angle of the signal using a MUSIC or ESPRIT technique.
그리고, 상기 미리 결정된 간격은, 상기 평면 안테나 장치의 빔폭이 제1 기준값 이상이고, 상기 단락 패치 안테나들 사이의 간섭이 제2 기준값 이하가 되도록 결정될 수 있다.In addition, the predetermined interval may be determined such that a beam width of the planar antenna device is equal to or greater than a first reference value, and interference between the short-circuited patch antennas is equal to or less than a second reference value.
예시적 실시예들에 따르면, 배열 안테나를 구성하는 개별 안테나 소자의 그라운드 간의 거리를 결정할 수 있다.According to example embodiments, a distance between grounds of individual antenna elements constituting the array antenna may be determined.
예시적 실시예들에 따르면, 안테나 소자간의 간섭, 상호 결합 등을 고려하여 개별 안테나 소자의 그라운드 간의 거리를 결정할 수 있다.According to example embodiments, the distance between the grounds of individual antenna elements may be determined in consideration of interference between antenna elements and mutual coupling.
도 1은 다른 통신 기기를 해킹하거나 재밍하는 비인가 무선 장치를 탐지하는 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나의 성능을 도시한 도면이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나에서 안테나 소자에 대응되는 그라운드 사이의 간격을 결정하는 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 특정 방향으로 빔을 형성하는 개념을 도시한 도면이다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 입사 신호의 방향을 추정하는 개념을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a concept of detecting an unauthorized wireless device that hacks or jams another communication device.
Fig. 2 is a diagram showing an array antenna according to an exemplary embodiment.
Fig. 3 is a diagram showing the performance of an array antenna according to an exemplary embodiment.
Fig. 4 is a diagram showing a concept of determining a spacing between grounds corresponding to antenna elements in an array antenna according to an exemplary embodiment.
Fig. 5 is a diagram showing a concept of forming a beam in a specific direction using an array antenna according to an exemplary embodiment.
Fig. 6 is a diagram showing a concept of estimating a direction of an incident signal using an array antenna according to an exemplary embodiment.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 다른 통신 기기를 해킹하거나 재밍하는 비인가 무선 장치를 탐지하는 개념을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a concept of detecting an unauthorized wireless device that hacks or jams another communication device.
제1 통신 기기(120)는 전파를 송수신하여 제2 통신 기기(130)와 데이터를 교환한다. 제3 통신 기기(140)는 제1 통신 기기(120)가 송수신하는 전파를 도청하여 제1 통신 기기(120)와 제2 통신 기기(130)간의 데이터를 유출할 수 있다.The
또한, 제3 통신 기기(140)는 제1 통신 기기(120)로 방해 전파를 전송하여 제1 통신 기기(120)와 제2 통신 기기(130)간의 데이터 교환을 방해할 수 있다. 제3 통신 기기(140)는 제2 통신 기기(130)의 전파 세기 보다 훨씬 더 센 강도로 전파를 전송하여 제1 통신 기기(120)가 제2 통신 기기(130)로부터의 전파를 수신하지 못하게 한다.In addition, the
제3 통신 기기(140)가 제1 통신 기기(120)의 통신을 의도적으로 방해하지 않는 경우에도, 제3 통신 기기(140)가 표준이나 법령으로 미리 정해진 세기 이상으로, 또는 미리 정해진 주파수 대역 이외의 주파수 대역으로 전파를 전송한다면, 제1 통신 기기(120)의 통신을 방해할 수 있다. 따라서, 각각의 통신 기기(120, 130, 140)들이 표준이나 법령에 따라, 미리 정해진 세기로, 미리 결정된 주파수 대역으로 전파를 전송해야만 한다.Even if the
일측에 따르면, 전파 탐지 장치(110)가 다른 통신 기기(120, 130, 140)들이 전송하는 전파를 탐지하여 어느 통신 기기(120, 130, 140)가 표준이나 법령으로 미리 정해진 세기 이상으로, 또는 미리 정해진 주파수 대역 이외의 주파수 대역으로 전파를 전송하는지 판단하 수 있다. 이 경우에, 전파 탐지 장치(110)는 전파의 입사각을 추정할 수 있어야 하며, 이를 위해 지향성 안테나, 특히 복수의 안테나 소자(111, 112, 113, 114)로 구성된 배열 안테나를 사용할 수 있다.According to one side, the radio
전파 탐지 장치(110)가 탐지할 수 있는 신호의 주파수 대역이 넓고, 여러 환경에서 사용할 수 있기 위해서는 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자(111, 112, 113, 114)를 단락 패치(Shorted Patch) 안테나로 구성할 수 있다. 단락 패치 안테나는 납작한 형상이므로, 단락 패치 안테나를 이용하여 배열 안테나를 구성하면, 전파 탐지 장치(110)를 소형화 할 수 있다. 다만, 소형화를 위해 단락 패치 안테나를 서로 인접하게 배치하면 안테나 간의 간섭이나, 상호 결합으로 인하여 배열 안테나의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.The radio
도 2는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 도시한 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing an array antenna according to an exemplary embodiment.
도 2의 (a)는 배열 안테나를 구성하는 개별 안테나 소자를 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 안테나 소자를 이용하여 구성한 배열 안테나를 도시한 도면이다.FIG. 2A is a diagram showing an individual antenna element constituting an array antenna, and FIG. 2B is a view showing an array antenna constructed using the antenna element shown in FIG. 2A. .
도 2의 (a)에서, 배열 안테나의 안테나 소자로 사용되는 단락 패치 안테나는 금속판으로 구성된 그라운드(231) 위에 위치한다. 일측에 따르면, 그라운드(231)는 평면 형태의 유전체 베이스 위에 위치할 수 있다.In (a) of FIG. 2, the short-circuit patch antenna used as an antenna element of the array antenna is positioned on a
안테나부(210)는 그라운드(231) 위에 위치하며, 그라운드와 수직인 방향으로 연장된 수직 안테나(214)와 수직 안테나(214)와 직각을 이루고 그라운드(230)와 평행인 방향으로 연장된 수평 안테나(215)로 구성된다.The
단락 패치 안테나는 급전부(223)를 이용하여 급전된다. 급전부(223)는 그라운드로부터 그라운드와 수직한 방향으로 연장된 수직 급전부(224)와 수직 급전부(224)로부터 그라운드와 평행한 방향으로 수직 안테나(214)를 향해 연장된 수평 급전부(225)를 포함한다. 수직 급전부(224)는 수직 안테나(214)와 평행이고, 수평 급전부(225)는 수직 급전부(224)와 수직일 수 있다.The short-circuit patch antenna is powered using the
일측에 따르면, 수평 급전부(225)는 수직 안테나(214)에 접촉하지 않도록 길이가 조정될 수 있다. 또한, 수직 급전부(224)의 높이는 수직 안테나(214)의 높이보다는 낮을 수 있다. 이 경우에, 수직 급전부(214) 및 수평 급전부(225)는 수직 안테나(214) 및 수평 안테나(215)와 접촉하지 않는다.According to one side, the length of the
급전부(223)는 안테나부(210)와 전기적으로 직접 접촉하지 않은 상태에서 간접 급전 방식을 이용하여 안테나부(210)에 전력을 공급한다. 일측에 따르면, 급전부(223)는 그라운드를 관통하여 급전 단자를 구비하고, 급전 단자를 통해 전력을 공급받을 수 있다.The
하기의 표 1에서 단락 패치 안테나의 주요한 시스템 파라미터를 나타내었다.Table 1 below shows the main system parameters of the shorted patch antenna.
[표 1][Table 1]
[표 1]을 참고하면, 수직 안테나(214)의 폭(w, 211)은 52.1mm이고, 수평 안테나(215)의 길이(l, 212)는 21.9mm이다. 수직 안테나(214)의 높이(h, 213)은 13mm이고, 수직 급전부(224)의 높이(hf, 223)는 8.7mm이다. 수평 급전부(225)의 길이(lf, 222)는 21mm이고, 수평 급전부(225)의 폭(wf, 221)은 3.3mm이다. 표 1에 도시된 파라미터를 가지는 단락 패치 안테나의 동작 주파수는 1.7GHz ~2.8GHz이다.Referring to Table 1, the width (w, 211) of the
도 2의 (b)에서, 단락 패치 안테나들(241, 242, 243, 244)은 유전체 베이스 위에 미리 결정된 제1 간격(251)으로 격자 형상으로 배열된다. 각 단락 패치 안테나들(241, 242, 243, 244)에 대응되는 그라운드들(261, 262, 263, 264)도 미리 결정된 제2 간격(252)으로 배열된다. 이 경우에 그라운드들(261, 262, 263, 264)은 사각형 형상일 수 있다.In FIG. 2B, the
도 3은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나의 성능을 도시한 도면이다.Fig. 3 is a diagram showing the performance of an array antenna according to an exemplary embodiment.
도 3의 (a)는 도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나의 주파수에 따른 반사 계수를 도시한 도면으로, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 반사 계수(Reflection Coefficient)를 dB 스케일로 나타낸다.FIG. 3A is a diagram showing a reflection coefficient according to a frequency of the array antenna shown in FIG. 2B. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the reflection coefficient in dB scale.
도 3의 (a)를 참고하면, 도 2의 (b)와 같이 실제로 구성된 안테나의 반사 계수(312)는 시뮬레이션을 이용하여 산출된 결과(311)와 크게 다르지 않다.Referring to FIG. 3A, the
도 3의 (b)는 도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나의 주파수에 따른 정면에서의 이득(Bore-sight Gain)을 도시한 도면으로, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 이득을 dB 스케일로 나타낸다.FIG. 3(b) is a diagram showing the frontal gain (Bore-sight Gain) according to the frequency of the array antenna shown in FIG. 2(b), where the horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the gain in dB scale. Represented by
도 3의 (b)를 참고하면, 도 2의 (b)와 같이 실제로 구성된 안테나의 이득(322)은 시뮬레이션을 이용하여 산출된 결과(321)와 크게 다르지 않다.Referring to FIG. 3B, the
도 3의 (a)와 도 3의 (b)를 참고하면, 도 2의 (b)와 같이 실제로 구현된 배열 안테나는 각 안테나 소자들간의 간섭이나 상호 결합의 효과가 적은 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the array antenna actually implemented as shown in FIG. 2B has little effect of interference or mutual coupling between each antenna element.
일반적으로, 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자들(241, 242, 243, 244)은 반 파장 거리만큼 이격되어 위치한다. 그러나, 이 경우에도, 각 안테나 소자들(241, 242, 243, 244)에 대응되는 그라운드들(261, 262, 263, 264)간의 거리(252)는 일정 범위 내에서 변경 가능하다.In general,
만약 그라운드 간의 거리(252)가 감소하면, 안테나 소자(241, 242, 243, 244) 상호간의 간섭이 증가하여 배열 안테나의 특성이 저해된다. 또한, 그라운드 간의 거리(252)가 증가하면, 그라운드의 면적이 감소하여 그에 따라 안테나 소자(241, 242, 243, 244)의 특성이 저해되고, 배열 안테나의 특성도 저해된다.If the
따라서, 그라운드 간의 거리(252)는 배열 안테나의 성능을 고려하여 결정되야 한다.Therefore, the
예시적 실시예에 따른 배열 안테나는 다른 통신 장치의 방향으로 강한 전파를 전송하거나, 표준, 법령으로 미리 정해지진 바에 따르지 않고 전파를 전송하는 통신 장치를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 그라운드 간의 거리(252)는 배열 안테나가 좀더 넓은 빔폭(beam width)를 가지도록 결정될 수 있다.The array antenna according to the exemplary embodiment may be used to detect a communication device that transmits a strong radio wave in the direction of another communication device, or transmits a radio wave without complying with a standard or statute. In this case, the
도 4는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나에서 안테나 소자에 대응되는 그라운드 사이의 간격을 결정하는 개념을 도시한 도면이다.Fig. 4 is a diagram showing a concept of determining a spacing between grounds corresponding to antenna elements in an array antenna according to an exemplary embodiment.
도 4의 (a)는 그라운드 간의 거리에 따른 각 안테나 소자의 고립도(isolation)을 도시한 도면이다. 도 4의 (a)에서 가로축은 그라운드 간의 거리를 나타내고, 세로축은 고립도를 dB 스케일로 나타낸다. 도 4의 (a)에 도시된 4개의 그래프(421, 422, 423, 424)들은 배열 안테나를 구성하는 4개의 안테나 소자들(411, 412, 413, 414)의 고립도를 나타낸다.FIG. 4A is a diagram showing isolation of each antenna element according to a distance between grounds. In FIG. 4A, the horizontal axis represents the distance between grounds, and the vertical axis represents the degree of isolation in dB scale. The four
각 그래프를 간단히 살펴보면, 안테나 소자들(411, 412, 413, 414)의 고립도는 그라운드 간의 거리가 '0'인 경우에는 상대적으로 작은 값을 가지고, 거리가 '0'이 아닌 경우에는 상대적으로 큰 값을 가진다. 그러나, 그라운드 간의 거리가 '0'이 아니라면, 그라운드 간의 거리가 증가하여도 고립도가 크게 증가하지는 않는다.Looking at each graph briefly, the degree of isolation of the
도 4의 (b)는 그라운드 간의 거리에 따른 배열 안테나의 특성을 도시한 도면이다. 가로축은 그라운드간의 거리를 나타내고, 오른쪽 세로축은 반전력빔폭을 dB 스케일로 나타낸다. 그래프(432)를 참고하면, 반전력빔폭은 그라운드 간의 거리가 증가함에 따라 비례하여 증가한다. 또한 도 4의 (b)의 왼쪽 세로축은 배열 안테나의 패턴 편차(Pattern Deviation)를 dB 스케일로 나타낸다. 배열안테나의 패턴 편차는 배열 안테나의 이득의 최대값과 최소값의 차이를 의미하며, 정해진 대역이나 빔폭 내에서 패턴의 편차가 작을수록 우수하다. 그래프(431)을 참고하면, 패턴 편차는 그라운드 간의 거리가 증가하는 경우에도 비교적 일정한 값을 유지한다.4B is a diagram showing characteristics of an array antenna according to a distance between grounds. The horizontal axis represents the distance between grounds, and the right vertical axis represents the half power beam width in dB scale. Referring to the
일측에 따르면, 그라운드간의 거리(152)는 도 4에 도시된 배열 안테나의 여러가지 특성들(소자 간의 고립도, 반전력빔폭, 패턴 편차) 중에서 적어도 하나 이상을 고려하여 결정될 수 있다.According to one side, the distance 152 between grounds may be determined in consideration of at least one or more of various characteristics of the array antenna shown in FIG. 4 (isolation between devices, half power beam width, and pattern deviation).
예를 들어, 배열 안테나가 다른 통신 장치를 감지하기 위해 사용되는 경우, 넓은 빔폭을 가지는 것이 유리하므로, 그라운드 간의 거리(152)는 배열 안테나의 빔폭이 제1 임계값 이상이 되도록 결정될 수 있다.For example, when the array antenna is used to detect another communication device, since it is advantageous to have a wide beam width, the distance 152 between grounds may be determined such that the beam width of the array antenna is equal to or greater than a first threshold.
또한, 배열 안테나의 성능은 패턴 편차가 작을수록 우수하므로, 그라운드 간의 거리(252)는 배열 안테나의 패턴 편차가 제2 임계값 이상이 되도록 결정될 수 있다.Further, since the performance of the array antenna is better as the pattern deviation is small, the
또한, 안테나 소자 간의 고립도가 낮다면 안테나 소자 간의 간섭 또는 상호 결합이 증가하여 배열 안테나의 성능이 저하되므로, 그라운드 간의 거리(252)는 안테나 소자 간의 고립도가 제3 임계값 이상이 되도록 결정될 수 있다.In addition, if the degree of isolation between antenna elements is low, since interference or mutual coupling between antenna elements increases and the performance of the array antenna deteriorates, the
여기서, 제1 임계값, 제2 임계값, 제3 임계값 들은 배열 안테나에 대해서 요구되는 성능 또는 특성에 따라 결정될 수 있다.Here, the first threshold, the second threshold, and the third threshold may be determined according to performance or characteristics required for the array antenna.
일측에 따르면, 제1 임계값, 제2 임계값, 및 제3 임계값 등을 이용하여 범위가 결정되고, 그라운드 간의 거리(252)는 그 범위 내에서 선택될 수 있다.According to one side, a range is determined using a first threshold, a second threshold, a third threshold, and the like, and the
도 5는 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 특정 방향으로 빔을 형성하는 개념을 도시한 도면이다.Fig. 5 is a diagram showing a concept of forming a beam in a specific direction using an array antenna according to an exemplary embodiment.
도 2의 (b)와 같이 평면상에 안테나 소자들이 배치되면 특정 방향에서 입사하는 신호들은 각 안테나 소자들에서 서로 다른 위상으로 수신된다. 각 안테나 소자에서 수신한 신호들의 위상을 적절히 변형하면 특정 방향으로부터 입사하는 신호들에 대해서는 큰 이득을 주고, 다른 방향으로부터 입사하는 신호들에 대해서는 작은 이득을 줄 수 있다.When antenna elements are disposed on a plane as shown in FIG. 2B, signals incident from a specific direction are received at different phases from each antenna element. If the phase of the signals received from each antenna element is appropriately modified, a large gain can be given to signals incident from a specific direction, and a small gain can be given to signals incident from another direction.
배열 안테나의 방향에 따른 이득을 빔 패턴이라고 하며, 도 5는 도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나를 이용하여 0도(510), 15도(520), 30도(530)에 대해 최대 이득을 가지는 빔패턴을 형성한 것을 도시한 것이다. 도 5의 가로축은 방향을 나타내고, 세로축은 배열 안테나의 이득을 dB 스케일로 나타낸 것이다.The gain according to the direction of the array antenna is called a beam pattern, and FIG. 5 shows the maximum for 0
도 5를 참고하면, 도 2에 도시된 배열 안테나를 사용하여 각 방향으로 우수한 특성의 빔패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 배열 안테나의 특성을 고려하여 그라운드 간의 거리(252)를 결정한 경우, 배열 안테나의 성능이 우수함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that beam patterns having excellent characteristics can be formed in each direction by using the array antenna shown in FIG. 2. Accordingly, as shown in FIG. 4, when the
도 6은 예시적 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 입사 신호의 방향을 추정하는 개념을 도시한 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing a concept of estimating a direction of an incident signal using an array antenna according to an exemplary embodiment.
위에서 설명한 바와 같이. 각 안테나 소자에서 수신한 신호의 위상은 신호의 입사각에 따라 결정된다. 따라서, 수신한 신호의 위상을 분석하여 신호의 입사각을 추정할 수 있다. 신호의 입사각을 추정하는 알고리즘의 대표적인 예로, MUSIC(Multiple Signal Classification), ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques) 기법들이 있다.As described above. The phase of the signal received from each antenna element is determined according to the incident angle of the signal. Therefore, by analyzing the phase of the received signal, it is possible to estimate the incident angle of the signal. Representative examples of algorithms for estimating the angle of incidence of a signal include Multiple Signal Classification (MUSIC) and Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques (ESPRIT).
도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나는 MUSIC 또는 ESPRIT 기법을 이용하여 배열 안테나로 입사하는 신호의 입사각을 추정하는 입사각 추정부를 더 포함할 수 있다.The array antenna shown in FIG. 2B may further include an incidence angle estimating unit for estimating an incident angle of a signal incident to the array antenna using a MUSIC or ESPRIT technique.
도 6에 도시된 바와 같이, 신호가 특정 방향각(Azimuth Angle, 622) 및 특정 고도각(Elevation Angle, 632)으로 입사하는 경우, 입사각 추정부의 성능은 추정된 방향각(621) 및 추정된 고도각(631)과 실제 신호가 입사한 방향각(622) 및 실제 신호가 입사한 고도각(632)과의 오차(641, 642)로 평가될 수 있다.6, when a signal is incident at a specific azimuth angle (622) and a specific elevation angle (632), the performance of the incidence angle estimator is the estimated
일측에 따르면, 추정된 방향각(621) 및 추정된 고도각(631)과 실제 신호가 입사한 방향각(622) 및 실제 신호가 입사한 고도각(632)과의 오차(641, 642)는 하기 수학식 1과 같이 평균제곱근 오차(Root Mean Square Error)로 정의될 수 있다.According to one side, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 는 평균 제곱근 오차이고, 는 실제 신호가 입사한 방향각이고, 는 추정된 방향각이다. 또한, 는 실제 신호가 입사한 고도각이고, 는 추정된 고도각이다.here, Is the root mean square error, Is the direction angle at which the actual signal is incident, Is the estimated direction angle. In addition, Is the elevation angle at which the actual signal is incident, Is the estimated elevation angle.
방향각이 90도이고, 고도각이 0도인 경우와 방향각이 70도이고 고도각이 50도인 2가지 경우에 대해서, 도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나를 이용한 입사각 추정 결과를 아래의 표 2에 도시하였다.For the two cases where the direction angle is 90 degrees, the elevation angle is 0 degrees, and the direction angle is 70 degrees and the elevation angle is 50 degrees, the incidence angle estimation results using the array antenna shown in Fig. 2(b) are shown below. It is shown in Table 2.
[표 2][Table 2]
이 경우에, 평균제곱근 오차는 각각 1.1과 1.4에 불과하고, 사이드로브레벨(SLL: Side Lobe Level)도 각각 9.6dB, 3.1dB를 보여 도 2의 (b)에 도시된 배열 안테나는 상당히 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. 결과적으로 도 4에 도시된 바와 같이 배열 안테나의 특성을 고려하여 그라운드 간의 거리(252)를 결정한 경우, 배열 안테나의 성능이 우수함을 확인할 수 있다.In this case, the root mean square error is only 1.1 and 1.4, respectively, and the side lobe level (SLL) also shows 9.6dB and 3.1dB, respectively, so that the array antenna shown in Fig. 2(b) has quite excellent performance. Can be seen. As a result, when the
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.
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 drawings as described above, various modifications and variations can be made from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, 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 claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.
110: 전파 탐지 장치
111, 112, 113, 114: 배열 안테나
120: 제1 통신 기기
130: 제2 통신 기기
140: 제3 통신 기기110: radio wave detection device
111, 112, 113, 114: array antenna
120: first communication device
130: second communication device
140: third communication device
Claims (6)
평면 형태의 유전체 베이스;
상기 유전체 베이스 위에 미리 결정된 간격으로 격자 형태로 배열된 복수의 사각형 그라운드;
상기 각각의 그라운드 위에 배치된 단락 패치 안테나
를 포함하고,
상기 미리 결정된 간격은 상기 평면 안테나 장치의 빔폭(beam width) 및 상기 단락 패치 안테나들 간의 간섭을 고려하여 결정된 것인 평면 안테나 장치.In the planar antenna device,
A planar dielectric base;
A plurality of rectangular grounds arranged in a grid shape at predetermined intervals on the dielectric base;
Short-circuited patch antennas placed above each ground
Including,
The predetermined spacing is determined in consideration of a beam width of the planar antenna device and interference between the short-circuited patch antennas.
상기 사각형 그라운드와 수직인 방향으로 연장된 수직 안테나; 및
상기 수직 안테나와 직각이고, 상기 그라운드와 평행인 방향으로 연장된 수평 안테나
를 포함하는 평면 안테나 장치.The method of claim 1, wherein the shorted patch antenna
A vertical antenna extending in a direction perpendicular to the square ground; And
A horizontal antenna perpendicular to the vertical antenna and extending in a direction parallel to the ground
Planar antenna device comprising a.
상기 사각형 그라운드와 수직이고, 상기 수직 안테나와 평행인 방향으로 연장된 수직 급전부; 및
상기 수직 급전부로부터 상기 수직 급전부와 직각이고, 상기 그라운드와 평행인 방향으로 상기 수직 안테나를 향해 연장된 수평 급전부
를 포함하고,
상기 수직 급전부의 길이는 상기 수직 안테나부의 길이보다 짧은 평면 안테나 장치.The method of claim 2,
A vertical feeding part perpendicular to the square ground and extending in a direction parallel to the vertical antenna; And
A horizontal feeding part extending from the vertical feeding part toward the vertical antenna in a direction perpendicular to the vertical feeding part and parallel to the ground.
Including,
The length of the vertical feeding part is shorter than the length of the vertical antenna part.
상기 각 단락 패치 안테나들을 이용하여 수신된 신호의 입사각을 추정하는 입사각 추정부
를 더 포함하는 평면 안테나 장치.The method of claim 1,
Incident angle estimating unit for estimating the incident angle of the received signal using each of the short-circuit patch antennas
Planar antenna device further comprising a.
MUSIC 또는 ESPRIT 기법을 이용하여 상기 신호의 입사각을 추정하는 평면 안테나 장치.The method of claim 4, wherein the incident angle estimation unit
A planar antenna device that estimates the angle of incidence of the signal using a MUSIC or ESPRIT technique.
상기 평면 안테나 장치의 빔폭이 제1 기준값 이상이고, 상기 단락 패치 안테나들 사이의 간섭이 제2 기준값 이하가 되도록 결정되는 평면 안테나 장치.The method of claim 1, wherein the predetermined interval is
The planar antenna device is determined such that the beam width of the planar antenna device is equal to or greater than a first reference value, and interference between the short-circuited patch antennas is equal to or less than a second reference value.
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