KR20230064754A - 밀리미터파 배열 안테나 특성측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀리미터파의 위상 드리프트(drift)를 극복하기 위하여 실질적으로 합 신호와 차 신호를 동시에 측정할 수 있는 다채널 안테나 원거리장 특성 측정 시스템을 제안한다. 구체적으로, 본 발명은 방위각을 변경하면서 배열 안테나의 합 신호와 방위각 차 신호를 동시에 측정한다. 이어서, 본 발명은 방위각을 변경하면서 배열 안테나의 합 신호와 고각 차 신호를 동시에 측정한다. 이에 따라, 합 신호에 대한 차 신호의 위상 드리프는 제거될 수 있다. 방위각을 변경에 대하여, 전기적 안정성을 확보하기 위하여, 로터리 조인트와 한 쌍의 다이플렉서가 사용된다. 로터리 조인트와 한 쌍의 다이플렉서는 동일한 경로를 통하여 합 신호와 국부발진 신호를 제공하여 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

밀리미터파 배열 안테나 특성측정 시스템{Milimeter Wave Array Antenna Characteristics Measuring System}
본 발명은 밀리미터파 안테나 특성 측정 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 로터리 조인트와 다수의 벡터네트워크분석기용 확장모듈(Vector Network Analyzer Extension Module: VNAX)을 이용하여 모노펄스 배열 안테나 안테나의 특성을 신속하게 측정할 수 있는 밀리미터파 안테나 특성측정 시스템에 관한 것이다.
상용, 위성용, 군용 무선통신 시스템들은 보다 우수한 특성을 확보하기 위해서 밀리미터파 대역 주파수를 활발히 이용하고 있다. 밀리미터파를 이용하는 시스템의 최말단에는 대부분 송수신용 안테나가 이용되고 있다. 밀리미터파로 주파수가 높아질수록 동일 이득을 가정하는 경우, 안테나의 크기가 상대적으로 소형화되므로, 전체 시스템의 성능을 더욱 향상시키기 위해서 배열 안테나가 활발히 이용된다. 이 배열 안테나의 특성이 전체 시스템의 성능에 지대한 영향을 끼치므로, 정밀한 특성측정 평가 시스템의 개발은 매우 중요하다.
특히, 위치 추적은 무선 통신 분야에서 중요한 주제이며, 방향탐지를 위해서는 모노펄스 배열 안테나가 주로 사용된다. 위치 추적 성능은 배열 안테나의 특성에 크게 의존한다. 배열 안테나의 주요 성능은 이득과 방사패턴이므로, 배열 안테나의 성능들을 신속하고 정밀하게 측정할 수 있는 안테나 특성 측정 시스템이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 측정 시스템의 해결고자 하는 과제는 다수의 포트(또는 채널)를 보유한 로터리 조인트와 다수의 벡터네트워크분석기용 확장모듈(VNAX)를 이용하여 다채널을 수신할 수 있는 모노펄스 배열 안테나 특성평가 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 측정 시스템의 해결고자 하는 과제는 다채널 측정시스템의 경우 방위각에 따른 합/차 수신신호의 신속한 측정을 제공함으로써 주요 성능들을 정확히 평가하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 측정 시스템의 해결고자 하는 과제는 방위각에 따른 합/차 채널을 동시에 측정하여 시간에 따른 위상 편자(Phase drift) 영향을 제거함으로써 합/차 신호의 정확한 이득 및 상대위상 측정을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템은, RF 신호(RF) 및 국부 발진 신호(LO)를 출력하는 벡터 회로망 분석기; 상기 벡터 회로망 분석기에서 상기 RF 신호를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 송신 안테나에 전달하고, 상기 주파수 체배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 생성하고, 상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 상기 벡터 회로망 분석기에 제공하는 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈; 상기 송신 안테나에서 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 전달받아 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)를 출력하는 수신 배열 안테나; 상기 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성하는 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈; 및 상기 국부 발진 신호(LO)를 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 전달하고 상기 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF) 중의 하나를 상기 벡터 회로망 분석기에 동일한 경로를 통하여 제공하는 로터리 조인트;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은, 상기 RF 채널 신호들(RF CH1, RF CH2, RF CH3) 중의 하나와 상기 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 각각 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성하는 복수의 고조파 믹서들; 및 상기 로터리 조인트의 상기 국부 발진 신호(LO)를 상기 고조파 믹서들 각각에 전달하고 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF) 중에서 하나를 상기 로터리 조인트에 전달하는 제1 다이플렉서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벡터 회로망 분석기의 국부 발진 신호(LO)를 상기 로터리 조인트에 전달하고, 상기 로터리 조인트에 전달에 전달된 테스트 중간 주파수 신호를 상기 상기 벡터 회로망 분석기의 입력 포트에 전달하는 제2 다이플렉서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벡터 회로망 분석기의 국부 발진 신호(LO)를 분기하는 신호 분배기; 상기 분기된 국부 발진 신호(LO)를 증폭하여 상기 제2 다이플렉서에 제공하는 제1 증폭기; 및 상기 분기된 국부 발진 신호(LO)를 증폭하여 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 제공하는 제2 증폭기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 증폭기는 상기 제2 다이플렉서에 인접하여 배치되고, 상기 제2 증폭기는 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 인접하여 배치되고, 상기 신호 분배기와 상기 제1 증폭기 사이의 거리 및 상기 신호 분배기와 상기 제2 증폭기 사이의 거리는 수 미터 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로터리 조인트는 2 채널이고, 상기 RF 채널 신호(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)는 합 채널 신호, 방위각 차 신호, 고각차 신호를 가진 3 채널이고, 상기 로터리 조인트의 제1 채널은 상기 합 채널 신호와 상기 국부 발진 신호(LO)를 동시에 전달하고, 상기 로터리 조인트의 제2 채널은 방위각 차 신호 및 고각차 신호 중에서 어느 하나를 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로터리 조인트가 탑재된 방위각 스테이지; 및 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 및 상기 수신 배열 안테나를 지지하는 수신 마스트를 더 포함할 수 있다. 상기 방위각 스테이지는 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 및 상기 수신 배열 안테나를 지지하는 수신 마스트의 방위각을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로터리 조인트의 제1 채널은 고주파 채널이고 상기 로터리 조인트의 제2 채널은 저주파 채널일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 상기 송신 안테나에서 반사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 이용하여 다운 컨버젼하여 보조 중간 주파수 신호(AUX IF)를 생성하여 상기 벡터 회로망 분석기에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은, 상기 벡터 회로망 분석기의 상기 RF 신호(RF)를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 출력하는 체배기; 상기 주파수 채배 RF 신호(n x RF)를 전달받아 상기 송신 안테나에 전달하는 방향성 결합기; 상기 방향성 결합기의 포트에 결합되고 상기 주파수 채배 RF 신호와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 출력하는 제1 고조파 믹서; 및 상기 방향성 결합기의 포트에서 결합되고 상기 송신 안테나에서 반사된 주파수 채배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 보조 중간 주파수 신호(AUX IF)를 출력하는 제2 고조파 믹서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 배열 안테나는, 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 복수의 예비 RF 신호들(A,B,C,D)을 출력하는 배열 안테나; 및 상기 예비 RF 신호들(A,B,C,D) 연산하여 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)를 생성하는 모노펄스 비교기를 포함한다. 상기 모노펄스 비교기는 4 개의 하이브리드 접합(hybrid junction)을 포함하고, 상기 하이브리드 접합의 입력과 출력은 도파관이고, 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)는 각각 합 채널 신호, 방위각 차 신호, 및 고각차 신호일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은, 상기 RF 채널 신호를 전달받아 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE IF)를 각각 출력하는 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈; 및 상기 국부 발진 신호를 상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈들 각각에 제공하는 상기 제1 다이플렉서를 포함한다. 상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 각각은, 상기 RF 채널 신호를 전달받아 더미 로드에 전달하는 방향성 결합기; 상기 방향성 결합기의 입력 포트에서 결합되고 상기 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE IF)를 출력하는 제1 고조파 믹서; 및 상기 방향성 결합기의 출력 포트에서 결합되고 상기 더미 로드에서 반사된 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하는 제2 고조파 믹서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벡터 회로망 분석기의 상기 RF 신호를 증폭하여 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 제공하는 증폭기를 더 포함할 수 잇다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 배열 안테나는, 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제1 예비 RF 신호를 출력하는 제1 안테나; 상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제2 예비 RF 신호를 출력하는 제2 안테나; 상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제3 예비 RF 신호를 출력하는 제3 안테나; 상기 제2 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제4 예비 RF 신호를 출력하는 제4 안테나; 상기 제1 예비 RF 신호 및 상기 제2 예비 RF 신호를 연산하여 제1 합 RF 신호 및 제1 차 RF 신호를 각각 출력하는 제1 하이브리드 접합(hybrid junction); 상기 제3 예비 RF 신호 및 상기 제4 예비 RF 신호를 연산하여 제2 합 RF 신호 및 제2 차 RF 신호를 각각 출력하는 제2 하이브리드 접합(hybrid junction); 상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 합 신호와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 합 신호를 합 연산 및 차 연산하여 합 신호 및 방위각 차 신호를 각각 출력하는 제3 하이브리드 접합(hybrid junction); 상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 차 신호와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 차 신호를 합 연산하여 고각 차 신호를 출력하는 제4 하이브리드 접합(hybrid junction);을 포함할 수 있다.
본 발명은 다중채널을 동시에 측정하는 수단을 제공함으로써 밀리미터파 위상 드리프트가 있어도 정확한 안테나 성능을 평가할 수 있는 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 배열 안테나를 나타내는 개면도이다.
도 3a는 도 1의 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널과 방위각 차 채널의 측정을 나타내는 회로도이다.
도 3b는 도 1의 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널과 고각 차 채널의 측정을 나타내는 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널의 이득 측정 결과를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널의 위상 측정 결과를 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 방위각 차 채널의 이득 측정 결과를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 방위각 차 채널의 위상 측정 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
다양한 밀리미터파 시스템 중 방향탐지 또는 위치 추적에 이용되는 모노펄스 배열 안테나의 경우, 복수의 안테나 및 하이브리드 접합으로 구성되고, 합 채널, 방위각 차 채널, 고각 차 채널 등 복수의 채널을 보유한다. 주요 성능의 평가를 위해서는 채널 별 안테나 성능의 측정이 필요하다.
통상적인 모노펄스 수신기 시스템은 3 채널을 구비하며, 합 채널, 방위각 차 채널, 및 고각 차 채널의 특성을 순차적으로 측정하여 분석한다. 그러나, 통상의 시스템은 주파수가 수 GHz로 낮아 시간에 따라 위상이 거의 변하지 않고 안정적이므로 위상 드리프트 등의 문제가 발생하지 않는다.
그러나 밀리미터파 대역 안테나 성능평가 시스템의 경우는, 능동소자인 고조파 믹서(Harmonic Mixer) 및 전력증폭기(Power Amplifier) 등이 시간에 따라 위상 드리프트(drift) 특성을 가진다. 이러한 능동소자(Active component)에서 위상 드리프트(drift)가 발생하는 대표적 원인은 온도 변화이다.
또한 밀리미터파 대역과 같이 고조파 믹서(Harmonic Mixer)를 사용하는 경우는 RF 신호(RF) 및/또는 국부 발진 신호(LO)를 체배하여 이용하므로, 위상 또한 그 체배수 만큼 곱한 값을 가진다. 그러므로 입력인 RF 신호 및/또는 국부 발진 신호(LO)에 위상 드리프트(drift)가 있는 경우 체배수 만큼 위상 드리프트가 커지므로 저주파의 경우보다 위상 드리프트가 매우 크다.
또한 밀리미터파 대역의 경우 파장의 길이가 mm 단위이다. 이러한 높은 주파수 대역에서는 측정시스템의 진동에 의해 신호의 크기와 위상이 변하며, 특히 위상이 크게 영향을 받는다. 안테나 방사패턴을 원거리장(Far-Field)에서 측정하기 위해서는 방위각 회전을 하면서 안테나의 신호를 측정해야하므로, 방위각의 회전에 따라 발생되는 진동은 피할 수 없으며 이로 인해 위상 변화가 발생한다.
결론적으로, 단일 채널 시험시 고정된 상태에서 측정하더라도, 진동/온도 변화 등 외부 요인에 의해 위상 측정 결과가 크게 흔들린다. 본 발명의 발명자의 실험결과에 따르면, 100 GHz 대역 단일 채널 측정시, 최초 1분 동안 40도의 위상 드리프트가 발생하므로, 합/차 채널을 각기 측정하는 경우는 측정이 불가능하다.
본 발명은 밀리미터파의 위상 드리프트(drift)를 극복하기 위하여 실질적으로 합 신호와 차 신호를 동시에 측정할 수 있는 다채널 안테나 원거리장 특성 측정 시스템을 제안한다. 구체적으로, 본 발명은 방위각을 변경하면서 배열 안테나의 합 신호와 방위각 차 신호를 동시에 측정한다. 이어서, 본 발명은 방위각을 변경하면서 배열 안테나의 합 신호와 고각 차 신호를 동시에 측정한다. 이에 따라, 합 신호에 대한 차 신호의 위상 드리프는 제거될 수 있다. 방위각 변경에 대하여, 전기적 안정성을 확보하기 위하여, 로터리 조인트와 한 쌍의 다이플렉서가 사용된다. 로터리 조인트와 한 쌍의 다이플렉서는 동일한 경로를 통하여 합 신호와 국부발진 신호를 제공하여 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 고조파 믹서(harmonic mixer)는 밀리미터파 대역으로, 더 구체적으로, 주파수 체배 RF 신호(n x RF)는 V 밴드(50 to 75 GHz), W 밴드(75 to 110 GHz) 또는 D 밴드(110 to 170 GHz)에서 동작하여 도파관을 입력으로 한다. 고조파(harmonic) 믹서는 출력 포트로 동축 케이블 구조를 사용하고, 출력 신호는 수 MHz에서 수백 MHz의 중간 주파수 대역 신호이다. 고조파 믹서는 10GHz 대역의 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 밀리미터파 대역의 주파수 체배 RF 신호(n x RF)와 고조파 주파수 믹싱을 수행하여, 중간 주파수 대역 신호를 동축 케이블 구조의 출력단으로 출력한다.
송신 안테나에 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 제공하는 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 도파관 구조의 방향성 결합기 및 고조파 믹서를 포함한다. 방향성 결합기는 도파관으로 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 제공받아 송신 안테나에 제공한다. 이러한 도파관 시스템은 정렬, 구조, 온도, 및 진동에 민감하다. 그러나 원거리장 신호를 측정하기 위하여, 안테나 측정 시스템은 수십 미터 이상 연장되고, 송신 마스트 및 수신 마스트도 수 미터 이상이 요구된다.
본 발명의 수신 배열 안테나는 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)을 수신하는 도파관 구조의 혼(horn) 안테나 또는 슬롯 안테나 구조를 사용하며, 모노 펄스 비교기는 복수의 하이브리드 접합을 가지며, 하이브리 접합은 도파관을 입력으로 사용하고, 도파관 구조의 출력단에 복수의 RF 채널 신호를 출력한다. 이러한 도파관 시스템은 정렬, 구조, 온도, 및 진동에 민감하다.
수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 RF 채널 신호를 도파관으로 전달받고 복수의 고조파 믹서를 포함한다. 고조파 믹서는 도파관 구조를 사용한다. 이러한 도파관 시스템은 정렬, 구조, 온도, 및 진동에 민감하다.
따라서, 도파관 시스템의 안정성과 동일한 전기적 특성을 구현하기 위하여, 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 및 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 동일한 구조의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 사용할 수 있다. 구체적으로, 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 하나의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 포함할 수 있다. 각 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 도파관 구조의 방향성 결합기, 방향성 결합기에 결합된 한 쌍의 고조파 믹서를 사용한다. 이에 따라, 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3) 각각은 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 통하여 동일한 전기적 특성을 구현할 수 있다.
본 발명은 안테나 특성 측정 시스템에 관한 것으로, 3개 이상의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(VNAX) 및 2개 이상의 포트를 보유하는 로터리 조인트로 구성된다. 배열 안테나의 방사패턴, 원거리장 이득 등의 특성을 원거리에서 측정하기 위해서 로터리 조인트가 방위각 포지셔너에 장착된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 배열 안테나를 나타내는 개면도이다.
도 3a는 도 1의 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널과 방위각 차 채널의 측정을 나타내는 회로도이다.
도 3b는 도 1의 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널과 고각 차 채널의 측정을 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배열 안테나 측정 시스템(100)은, 벡터 회로망 분석기(110), 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120), 송신 안테나(130), 수신 배열 안테나(140), 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150), 및 로터리 조인트(180)를 포함한다.
벡터 회로망 분석기(110)는 RF 신호(RF) 및 국부 발진 신호(LO)를 출력한다. 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)은 상기 벡터 회로망 분석기(110)에서 상기 RF 신호를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 송신 안테나(130)에 전달하고, 상기 주파수 체배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 생성하고, 상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 상기 벡터 회로망 분석기(110)에 제공한다. 수신 배열 안테나(140)는 상기 송신 안테나(130)에서 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 전달받아 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)를 출력한다. 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)은 상기 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성한다. 로터리 조인트(180)는 상기 국부 발진 신호(LO)를 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)에 전달하고 상기 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 상기 벡터 회로망 분석기(110)에 동일한 경로를 통하여 제공한다.
벡터 회로망 분석기(110)는 RF 신호(RF) 및 국부 발진 신호(LO)를 출력할 수 있다. 벡터 회로망 분석기(110)는 RF 신호(RF)와 국부발진 신호(LO)와 같이 수신 배열 안테나의 특성을 측정하는 데에 필요한 신호들을 생성할 수 있다. 상기 국부 발진 신호(LO)의 주파수는 수 GHz 내지 수십 GHz 대역일 수 있다. 상기 RF 신호(RF)의 주파수는 10 GHz 대역일 수 있다. 벡터 회로망 분석기(110)는 복수의 수신 채널을 구비할 수 있다. 상기 수신 채널들은 기준 중간 주파수 신호(REF IF), 보조 중간 주파수 신호(AUX IF), 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF), 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)일 수 있다.
또는 상기 수신 채널들은 기준 중간 주파수 신호(REF IF), 보조 중간 주파수 신호(AUX IF), 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF), 제3 테스트 중간 주파수 신호(TE3 IF)일 수 있다.
상기 벡터 회로망 분석기(110)는 기준 중간 주파수 신호(REF IF)와 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 사용하여 배열 안테나의 합 신호 특성을 분석할 수 있다. 상기 벡터 회로망 분석기(110)는 기준 중간 주파수 신호(REF IF)와 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 사용하여 배열 안테나의 방위각 차 신호 특성을 분석할 수 있다.
상기 벡터 회로망 분석기(110)의 신호들은 동축 케이블을 통해 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120), 제2 다이플렉서(168) 및 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150) 등에 연결될 수 있다. 상기 동축 케이블은 꼬임, 온도, 및 진동 등에 의하여 위상 드리프를 발생시킬 수 있다. 따라서, 위상 드리프트를 최소화하기 위하여, 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)에 제공되는 국부 발진 신호(LO)와 합 신호는 동일한 경로 (또는 동일한 동축 케이블)을 통하여 제공될 수 있다. 또한, 국부 발진 신호(LO)와 합 신호의 분리 및 결합을 위하여, 제1 다이플렉서(158)와 제2 다이플레서(168)가 사용될 수 있다.
증폭기(112)는 상기 벡터 회로망 분석기(110)의 상기 RF 신호(RF)를 증폭하여 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(112)에 제공할 수 있다. 상기 증폭기(112)는 상기 벡터 회로망 분석기(110)에 인접하게 배치될 수 있다.
신호 분배기(162)는 상기 벡터 회로망 분석기(110)의 국부 발진 신호(LO)를 균등하게 분기할 수 있다. 제1 저노이즈 증폭기(164) 및 제2 저노이즈 증폭기(166)는 상기 신호 분배기(162)에서 분배된 국부 발진 신호(LO)를 각각 증폭할 수 있다.
상기 제2 저노이즈 증폭기(166)는 상기 제2 다이플렉서(168)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 저노이즈 증폭기(162) 및 상기 제2 저노이즈 증폭기(164)는 신호 분배기(162)에 대하여 대칭적을 배치될 수 있다. 상기 신호 분배기와 상기 제2 저노이즈 증폭기 사이의 전송선의 길이는 상기 송신 안테나(130)와 상기 수신 배열 안테나(140) 사이의 거리(d)의 반일 수 있다. 상기 신호 분배기162)와 상기 제1 저노이즈 증폭기(164) 사이의 전송선의 길이는 상기 송신 안테나(130)와 상기 수신 배열 안테나(140) 사이의 거리의 반일 수 있다. 상기 송신 안테나(130)와 상기 수신 배열 안테나(140) 사이의 거리(d)는 원거리장 측정을 위하여 수십 미터일 수 있다. 상기 제1 저노이즈 증폭기(164) 및 상기 제2 저노이즈 증폭기(166)는 광대역 저노이즈 증폭기일 수 있다. 주파수 대역은 수 GHz 내지 수십 GHz일 수 있다.
상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)은, 상기 벡터 회로망 분석기(110)의 상기 RF 신호(RF)를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 출력하는 체배기(122); 상기 주파수 채배 RF 신호(n x RF)를 전달받아 상기 송신 안테나(130)에 전달하는 방향성 결합기(124); 상기 방향성 결합기(124)의 포트에 결합되고 상기 주파수 채배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 출력하는 제1 고조파 믹서(126); 및 상기 방향성 결합기(124)의 포트에 결합되고 상기 송신 안테나에서 반사된 주파수 채배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 보조 중간 주파수 신호(AUX IF)를 출력하는 제2 고조파 믹서(128);를 포함할 수 있다.
상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF) 및 상기 보조 중간 주파수 신호(AUX IF)의 주파수는 100 MHz 대역일 수 있다.
상기 체배기(122)는 주파수를 체배할 수 있으며, 상기 RF 신호(RO)의 6배의 주파수를 체배할 수 있다. 상기 체배기(122)의 출력은 도파관일 수 있다.
상기 방향성 결합기(124)는 도파관 구조의 방향성 결합기이고, 진행파 전력 측정용 포트와 반사파 전력 측정용 포트를 포함하는 4 포트 소자일 수 있다.
상기 제1 고조파 믹서(126)는 상기 송신 안테나로 진행하는 주파수 채배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 상기 국부 발진 신호(LO)의 고주파와 상기 주파수 채배 RF 신호(n x RF)을 믹싱하여 저주파 성분으로 상기 기준 주파수 신호(REF IF)를 출력할 수 있다. 상기 제1 고조파 믹서(126)는 입력으로 도파관을 사용하고, 출력으로 동축 케이블을 사용할 수 있다.
상기 제2 고주파 믹서(128)는 상기 송신 안테나(130)에서 반사된 주파수 채배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 상기 국부 발진 신호(LO)의 고주파와 상기 주파수 채배 RF 신호(n x RF)을 믹싱하여 저주파 성분으로 상기 보조 주파수 신호(AUX IF)를 출력할 수 있다. 상기 제2 고조파 믹서(128)는 입력으로 도파관을 사용하고, 출력으로 동축 케이블을 사용할 수 있다. 상기 제1 고조파 믹서(126), 제2 고주파 믹서(128), 및 상기 방향성 결합기(124)는 하나의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 형성할 수 있다.
송신 안테나(130)는 상기 방향성 결합기(124)를 진행하는 상기 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 제공받아 방사하는 안테나일 수 있다. 상기 송신 안테나(130)는 혼(horn) 안테나, 또는 슬롯 안테나일 수 있다.
송신 마스트(182)는 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120) 및 송신 안테나(130)를 지지할 수 있다. 상기 송신 마스트(182)의 높이는 수 미터일 수 있다.
수신 배열 안테나(140)는 모노펄스 배열 안테나일 수 있다. 수신 배열 안테나(140)는 소정의 간격으로 2차원적으로 배열된 4개의 혼 안테나일 수 있다. 각각의 안테나는 혼 안테나 또는 슬롯 안테나일 수 있다.
모노펄스 배열 안테나는 각각의 개구면을 가진 배열 안테나(A‘, B’, C‘, D’)와 각 안테나의 예비 RF 신호들(A, B, C, D)을 연산하여 합/차 신호를 출력하는 모노펄스 비교부(146)를 포함한다.
상기 수신 배열 안테나(140)는, 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 수신하여 복수의 예비 RF 신호들(A, B, C, D)을 출력하는 배열 안테나(142); 및 상기 예비 RF 신호들(A, B, C, D)을 연산하여 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)를 생성하는 모노펄스 비교기(146)를 포함한다. 상기 모노펄스 비교기(146)는 4 개의 하이브리드 접합(146a~146d)을 포함한다. 상기 하이브리드 접합의 입력과 출력은 도파관이다. 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)는 각각 합 채널 신호, 방위각 차 신호, 및 고각차 신호이다. 합(Sum), 방위각 차(Az: Azimuth Difference), 고각 차(El: Elevation Difference) 신호들의 크기와 위상을 측정하고 처리하면, 대상표적을 추적할 수 있다.
제1 안테나(A’)는 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 수신하여 제1 예비 RF 신호(A)를 출력한다. 제2 안테나(B‘)는 상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 수신하여 제2 예비 RF 신호(B)를 출력한다. 제3 안테나(C’)는 상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 수신하여 제3 예비 RF 신호(C)를 출력한다. 제4 안테나(D’)는 상기 제2 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 수신하여 제4 예비 RF 신호(D)를 출력한다.
제1 하이브리드 접합(146a)은 상기 제1 예비 RF 신호(A) 및 상기 제2 예비 RF 신호(B)를 합 및 차 연산하여 제1 합 RF 신호(A+B) 및 제1 차 RF 신호(A-B)를 각각 출력한다.
제2 하이브리드 접합(146b)은 상기 제3 예비 RF 신호(C) 및 상기 제4 예비 RF 신호(D)를 합 및 차 연산하여 제2 합 RF 신호(C+D) 및 제2 차 RF 신호(C-D)를 각각 출력한다.
제3 하이브리드 접합(146c)는 상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 합 신호(A+B)와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 합 신호(C+D)를 합 연산 및 차 연산하여 합 신호(A+B+C_D) 및 방위각 차 신호(A+B-C-D)를 각각 출력한다. 합 신호(A+B+C_D)는 제1 RF 채널 신호(RF CH1)이다. 방위각 차 신호(A+B-C-D)는 제2 RF 채널 신호(RF CH2)이다.
제4 하이브리드 접합(146d)는 상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 차 신호(A-B)와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 차 신호(C-D)를 합 연산하여 고각 차 신호(A+C-B-D)를 출력한다. 상기 제4 하이브리드 접합(146d)의 차 연산 신호는 더머로드(DL)에 제공된다. 고각 차 신호(A+C-B-D)는 제3 RF 채널 신호(RF CH3)이다.
합 채널에서 출력되는 합(Sum) 신호((A+B)+(C+D))는 송신 안테나(130)로부터 출력되는 전자파에 반응하여 크기와 위상을 가지는 신호를 출력한다. 따라서, 하나의 안테나로 볼 수 있다. 또한, 방위각(Az) 차 신호((A+B)-(C+D))는 하나의 안테나로 볼 수 있다. 고각(El) 차 신호((A+C)-(B+D))는 하나의 안테나로 볼 수 있다. 모노펄스 배열 안테나는 합/차 안테나의 크기 및 위상 방사패턴 특성을 이용하여 위치를 추적한다. 그러므로 합/차 안테나들의 크기 및 위상 방사패턴이 설계치를 만족하는지를 판별하는 것이 매우 중요하며 이를 정확히 측정하기 위한 시스템이 필요하다.
두개의 채널을 보유한 안테나 측정시스템이 설명된다. 밀리미터파를 이용하는 안테나 시스템의 특성을 측정하기 위해서는 송신마스트(182) 위에 설치된 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)의 RF 출력단에 이득 등의 특성이 이미 파악된 송신 안테나(130)가 설치된다. 상기 송신 안테나(130)는 송신 신호 또는 주파수 채배 RF 신호(n x RF)를 방사한다. 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)에서 출력되는 기준 중간 주파수 신호(REF IF)와 보조 중간 주파수 신호(AUX IF)는 벡터 회로망 분석(110)에 연결된다.
수신 배열 안테나(140) 및 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)은 수신 마스트(184)에 설치된다. 수신 마스트(184)의 높이는 수 미터일 수 있다. 상기 수신 마스트(184)는 방위각 방향으로 회전할 수 있다.
특성평가 대상인 수신 배열 안테나(140)는 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)에 연결된다. 수신 배열 안테나(140)는 합, 방위각 차, 고각 차의 신호를 출력한다. 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)은 수신 배열 안테나(140)의 출력 신호들을 처리하여 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 벡터 회로망 분석(110)에 제공한다. 벡터 회로망 분석기(110)는 방위각을 변경하면서 합 신호와 차 신호를 측정한다. 이들 신호들을 이용하여 방위각에 따른 수신 배열 안테나의 특성이 측정된다.
포지셔너(172)는 상기 수신 마스크(184)의 높이와 방위각을 제어할 수 있다. 상기 포지셔너(172)는 방위각 스테이지(173)을 구비하고 있고, 상기 방위각 스테이지(173)에 로터리 조인트(180)가 설치되어 있다. 로터리 조인트(180)는 방위각 스테이지(173)의 방위각 회전 운동에 대하여 케이블의 꼬임을 방지한다. 로터리 조인트(180)는 접촉 방식 또는 비접촉 방식으로 동작할 수 있다.
방위각 스테이지(173)는 수신 마스트(184)를 지지하고 방위각 회전 운동을 제공할 수 있다. 상기 수신 마스트(183)의 높이는 수 미터일 수 있다. 상기 수신 마스트(183)는 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150) 및 상기 수신 배열 안테나(140)를 지지하는 방위각을 조절할 수 있다. 상기 방위각 스테이지(173)는 회전하여 상기 수신 배열 안테나(140)의 방위각을 조절할 수 있다.
DC 전원(169)은 방위각 스테이지(173) 상에 배치될 수 있다. 상기 DC 전원(169)은 상기 수신 마스트(184)를 따라 연장되어 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(150)은, 복수의 고조파 믹서들(152a, 152b)과 제1 다이플렉서(158)를 포함할 수 있다. 복수의 고조파 믹서들(152a, 152b) 각각은 상기 RF 채널 신호들(RF CH1, RF CH2, RF CH3) 중의 하나와 상기 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성할 수 있다. 제1 다이플렉서(158)는 상기 로터리 조인트(180)의 상기 국부 발진 신호(LO)를 상기 고조파 믹서들(152a, 152b) 각각에 전달하고 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF) 중에서 하나를 동일한 경로를 통하여 상기 로터리 조인트(180)에 전달할 수 있다.
복수의 고조파 믹서들(152a,152b)은 입력으로 도파관을 사용하고 출력으로 동축 케이블을 사용할 수 있다. 제1 고조파 믹서(152a)는 제1 RF 채널 신호(RF CH1)를 도파관으로 제공받고 동축 케이블을 통하여 국부 발진 신호(LO)를 제공받아, 국부 발진 신호의 고조파와 제1 RF 채널 신호(RF CH1)을 믹싱하여 제1 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 동축 케이블로 출력할 수 있다.
제2 고조파 믹서(154)는 제2 RF 채널 신호(RF CH2)를 도파관으로 제공받고 동축 케이블을 통하여 국부 발진 신호(LO)를 제공받아, 국부 발진 신호(LO)의 고조파와 제2 RF 채널 신호(RF CH2)을 믹싱하여 제2 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 동축 케이블로 출력할 수 있다.
신호 분배기(156)는 국부 발진 신호(LO)을 분기하여 고조파 믹서들(152,154)에 각각 제공할 수 있다. 국부 발진 신호(LO)의 세기가 약한 경우, 신호 분배기(156)의 입력단에 저노이즈 증폭기 및 감쇠기가 추가로 장착되어, 신호의 크기를 조절할 수 있다.
상기 제1 다이플렉서(158)는 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 제1 포트(P1)로 제공받아 제2 포트(P2)로 출력하고, 상기 국부 발진 신호(LO)를 상기 제2 포트(P2)로 입력받아 제3 포트(P3)로 출력한다. 상기 제1 다이플렉서의 제3 포토(P3)를 통하여 제공된 상기 국부 발진 신호(LO)는 신호 분배기(156)에 의하여 분기되어 상기 제1 고조파 믹서(152) 및 상기 제2 고조파 믹서(154)에 각각 제공될 수 있다.
로터리 조인트(180)의 제1 채널(180a)은 상기 제1 다이플렉서(158)와 상기 제2 다이플렉서(168) 사이에 전기적 연결을 수행할 수 있다. 상기 로터리 조인트(180)는 회전자와 고정자를 포함할 수 있다. 상기 회전자는 상기 수신 마스트와 함께 회전할 수 있다. 고정자는 상기 방위각 스테이지에 고정될 수 있다.
상기 로터리 조인트(180)는 제1 채널(180a)로 상기 국부 발진 신호(LO) 및 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 전달하고 제2 채널(180b)로 상기 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 전달할 수 있다. 상기 로터리 조인트(180)는 동축 케이블 구조일 수 있다. 상기 로터리 조인트(180)의 제1 채널(180a)은 고주파 채널이고 상기 로터리 조인트의 제2 채널(180b)은 저주파 채널일 수 있다. 즉, 상기 국부 발진 신호(LO) 및 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)는 로터리 조인트의 제1 채널(1)에 연결되고, 상기 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)은 로터리 조인트의 제2 채널(180b)에 연결될 수 있다.
제2 다이플렉서(158)는 상기 벡터 회로망 분석기(110)의 상기 국부 발진신호(LO)를 제1 포트(P1)로 제공받아 제2 포트(P2)로 출력하고 상기 제1 다이플렉서(158)의 제2 포트(P2)의 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 제2 포트(P2)로 제공받아 제3 포트(P3)를 통하여 상기 벡터 회로망 분석기(110)에 제공한다.
제1 다이플레서(158), 로터리 조인트의 제1 채널(180a), 및 제2 다이플렉서(168)는 국부 발진신호(LO)와 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF 또는 합 신호)를 하나의 동축 케이블(또는 전송선)을 통하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 국부 발진신호(LO)와 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF 또는 합 신호) 사이의 위상 드리프트는 최소화될 수 있다.
제어부(170)는 벡터 회로망 분석기(110)와 포지셔너(172)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 벡터 회로망 분석기(110)는 특정 방위각에서 제1 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)와 제2 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 실질적으로 동시에 측정할 수 있다. 상기 벡터 회로망 분석기(110)는 상기 기준 중간 주파수 신호(REF ID)에 대하여 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF) 및 상기 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE IF)의 산란 매트릭스를 산출할 수 있다. 이에 따라, 상기 수신 배열 안테나의 특성(이득 및 위상)이 분석될 수 있다. 상기 산란 매트릭스는 상기 수신 배열 안테나의 방위각 별로 산출될 수 있다.
이어서, 제어부(170)는 포지셔너(172)를 제어하여 수신 배열 안테나(140)의 방위각을 조절한 후, 다시 벡터 회로망 분석기(110)는 변화된 방위각에서 제1 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)와 제2 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 실질적으로 동시에 측정할 수 있다. 이러한 동작은 측정하고자 하는 방위각 범위에 대하여 순차적으로 수행될 수 있다.
제1 RF 채널 신호(RF CH1)와 제2 RF 채널 신호(RF CH2)에 대한 측정이 완료된 경우, 제1 RF 채널 신호(RF CH1)와 제3 RF 채널 신호(RF CH3)에 대한 측정이 수행될 수 있다. 제2 RF 채널 신호(RF CH2)를 제3 RF 채널 신호(RF CH3)로 변경하여 측정하기 위하여, 도파관의 체결용 볼트를 풀어 다른 채널의 도파관에 연결할 수 있다.
제1 RF 채널 신호(RF CH1)와 제2 RF 채널 신호(RF CH2)는 동시에 측정되므로, 이들 신호 간의 위상 드리프트는 무시될 수 있다. 또한, 제1 RF 채널 신호(RF CH1)와 제3 RF 채널 신호(RF CH3)는 동시에 측정되므로, 이들 신호 간의 위상 드리프트는 무시될 수 있다.
제1 RF 채널 신호(RF CH1, 합 채널)에서 출력되는 신호는 (A+B)+(C+D)이다. 이 합 채널 신호를 구성하는 합 신호 안테나는 이미 이득을 알고 있는 송신 안테나를 이용하면, 이득과 위상을 측정할 수 있다.
제2 RF 채널 신호(RF CH2, 방위각 차 채널)에서 출력되는 신호는 (A+B)-(C+D)이다. 이 방위각 차 채널 신호를 구성하는 방위각 차신호 안테나는 이미 이득을 알고 있는 송신 안테나를 이용하면, 이득과 위상을 측정할 수 있다.
또한, 제3 RF 채널 신호(RF CH3, 고각 차 채널)에서 출력되는 신호는 (A+C)-(B+D)이다. 이 고 차 채널 신호를 구성하는 고각 차신호 안테나는 이미 이득을 알고 있는 송신 안테나를 이용하면, 이득과 위상을 측정할 수 있다. 이 측정 데이터를 이용하여 합 신호와 차 신호 사이의 상대이득 및 상대 각도의 측정이 가능하다.
본 발명의 안테나 측정시스템은 합 신호와 방위각 차신호를 거의 동시에 측정하므로 시간 지연에 따른 위상 편차(phase drift)없이 측정할 수 있다. 위와 같이 합/방위각 차 신호를 측정하여 이득 및 위상차를 측정한 후, 연결을 변경하여 합/고각 차 신호를 측정하면, 전체 모노펄스 배열 안테나의 이득 및 위상 특성을 측정할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널의 이득 측정 결과를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 합 채널의 위상 측정 결과를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 합 채널에서 방위각에 따른 이득이 표시된다. 합 채널에서 방위각에 따른 위상이 표시된다. 원거리장 이득 측정 결과는 근거리장 측정 결과와 유사하다. 원거리장 측정(Far-field Measurement)은 비교용으로 측정한 근접전계(Near-field Measurement) 측정 결과와 잘 일치한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 방위각 차 채널의 이득 측정 결과를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템의 방위각 차 채널의 위상 측정 결과를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 방위각 차 채널에서 방위각에 따른 이득이 표시된다. 방위각 차 채널에서 방위각에 따른 위상이 표시된다. 원거리장 이득 측정 결과는 근거리장 측정 결과와 유사하다. 원거리장 측정(Far-field Measurement)은 비교용으로 측정한 근접전계(Near-field Measurement) 측정 결과와 잘 일치한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 배열 안테나 측정 시스템(200)은, 벡터 회로망 분석기(110), 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120), 송신 안테나(130), 수신 배열 안테나(140), 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250), 로터리 조인트(180)를 포함한다.
벡터 회로망 분석기(110)는 RF 신호(RF) 및 국부 발진 신호(LO)를 출력한다. 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(120)은 상기 벡터 회로망 분석기(110)에서 상기 RF 신호(RF)를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 송신 안테나(130)에 전달하고, 상기 주파수 체배 RF 신호(n x RF)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 생성하고, 상기 기준 중간 주파수 신호(REF IF)를 상기 벡터 회로망 분석기(110)에 제공한다. 수신 배열 안테나(140)는 상기 송신 안테나(130)에서 방사된 주파수 체배 RF 신호(n x RF)를 전달받아 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, RF CH3)를 출력한다. 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250)은 상기 복수의 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2, CH3)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버젼하여 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성한다. 로터리 조인트(180)는 상기 국부 발진 신호(LO)를 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 전달하고 상기 복수의 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 상기 벡터 회로망 분석기에 동일한 경로를 통하여 제공한다.
상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250)은 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a, 250b), 및 제1 다이플렉서(258)을 포함한다. 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a,250b)은 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2)를 전달받아 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF, TE2 IF)를 각각 출력한다. 상기 제1 다이플렉서(258)는 상기 국부 발진 신호(LO)를 상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈들(250a, 250b) 각각에 제공한다.
상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a,250b) 각각은, 상기 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2)를 전달받아 더미 로드(255)에 전달하는 방향성 결합기(251); 상기 방향성 결합기(251)의 포트에서 결합되고 상기 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호(TE IF)를 출력하는 제1 고조파 믹서(252); 및 상기 방향성 결합기의 포트에서 결합되고 상기 더미 로드(255)에서 반사된 RF 채널 신호(RF CH1, RF CH2)와 상기 국부 발진 신호(LO)를 사용하여 다운 컨버팅하는 제2 고조파 믹서(253);를 포함한다.
상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a,250b)들은 동일한 전기적 특성을 가진다. 따라서, 밀리미터 파 대역에서 다채널 시스템은 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈을 병렬 배치할 수 있다.
신호 분배기(256)는 상기 제1 다이플렉서(258)에 제공된 국부 발진 신호(LO)를 분기하여 각각의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a,250b)에 제공할 수 있다.
단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(250a)은 수신 벡터회로망 분석기 확장 모듈(120)에도 사용될 수 있다.
제1 RF 채널 신호(RF CH1, 합 채널)와 제2 RF 채널 신호(RF CH2, 방위각 차 채널)는 방위각에 따라 동시에 측정된다. 이어서, 도파관의 연결을 변경하여, 제1 RF 채널 신호(RF CH1, 합 채널)와 제3 RF 채널 신호(RF CH3, 고각 차 채널)는 방위각에 따라 동시에 측정된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 벡터회로망 분석기(110)가 4개 이상의 수신 채널을 구비한 경우에 대한 설명이다. 벡터회로만 분석기(110)는 제1 수신 채널로 기준 중간 주파수 신호(REF IF)을 수신하고, 제2 수신 채널로 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)를 수신하고, 제3 수신 채널로 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 수신하고, 제4 수신 채널로 제3 테스트 중간 주파수 신호(TE3 IF)를 수신할 수 있다.
이에 따라, 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈(350)은, 복수의 고조파 믹서들(352a, 352b,352c)과 제1 다이플렉서(358)를 포함할 수 있다. 복수의 고조파 믹서들(352a, 352b,352c) 각각은 상기 RF 채널 신호들(RF CH1, RF CH2, RF CH3) 중의 하나와 상기 국부 발진 신호(LO)를 제공받아 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF)을 각각 생성할 수 있다. 제1 다이플렉서(358)는 상기 로터리 조인트(180)의 상기 국부 발진 신호(LO)를 상기 고조파 믹서들(352a, 352b,352c) 각각에 전달하고 상기 테스트 중간 주파수 신호들(TE1 IF, TE2 IF, TE3 IF) 중에서 하나를 동일한 경로를 통하여 상기 로터리 조인트(180)에 전달할 수 있다.
상기 로터리 조인트(180)의 제1 채널(180a)은 상기 제1 테스트 중간 주파수 신호(TE1 IF)와 국부 발진 신호(LO)를 전달할 수 있다. 상기 로터리 조인트(180)의 제2 채널(180b)은 제2 테스트 중간 주파수 신호(TE2 IF)를 전달할 수 있다. 상기 로터리 조인트(180)의 제3 채널(180c)은 제3 테스트 중간 주파수 신호(TE3 IF)를 전달할 수 있다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 배열 안테나 측정 시스템
110: 벡터 회로망 분석기
120: 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈
130: 송신 안테나
140: 수신 배열 안테나
150: 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈
180: 로터리 조인트.

Claims (13)

  1. RF 신호 및 국부 발진 신호를 출력하는 벡터 회로망 분석기;
    상기 벡터 회로망 분석기에서 상기 RF 신호를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호)를 송신 안테나에 전달하고, 상기 주파수 체배 RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버젼하여 기준 중간 주파수 신호를 생성하고, 상기 기준 중간 주파수 신호를 상기 벡터 회로망 분석기에 제공하는 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈;
    상기 송신 안테나에서 방사된 주파수 체배 RF 신호를 전달받아 복수의 RF 채널 신호를 출력하는 수신 배열 안테나;
    상기 복수의 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버젼하여 복수의 테스트 중간 주파수 신호들을 각각 생성하는 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈; 및
    상기 국부 발진 신호를 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 전달하고 상기 복수의 테스트 중간 주파수 신호들 중의 하나를 상기 벡터 회로망 분석기에 동일한 경로를 통하여 제공하는 로터리 조인트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은:
    상기 RF 채널 신호들 중의 하나와 상기 국부 발진 신호를 제공받아 각각 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호들을 각각 생성하는 복수의 고조파 믹서들; 및
    상기 로터리 조인트의 상기 국부 발진 신호를 상기 고조파 믹서들 각각에 전달하고 상기 테스트 중간 주파수 신호들 중에서 하나를 상기 로터리 조인트에 전달하는 제1 다이플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 벡터 회로망 분석기의 국부 발진 신호를 상기 로터리 조인트에 전달하고, 상기 로터리 조인트에 전달에 전달된 테스트 중간 주파수 신호를 상기 상기 벡터 회로망 분석기의 입력 포트에 전달하는 제2 다이플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 벡터 회로망 분석기의 국부 발진 신호를 분기하는 신호 분배기;
    상기 분기된 국부 발진 신호를 증폭하여 상기 제2 다이플렉서에 제공하는 제1 증폭기; 및
    상기 분기된 국부 발진 신호를 증폭하여 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 제공하는 제2 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제1 증폭기는 상기 제2 다이플렉서에 인접하여 배치되고,
    상기 제2 증폭기는 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 인접하여 배치되고,
    상기 신호 분배기와 상기 제1 증폭기 사이의 거리 및 상기 신호 분배기와 상기 제2 증폭기 사이의 거리는 수 미터 이상인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 로터리 조인트는 2 채널이고,
    상기 RF 채널 신호는 합 채널 신호, 방위각 차 신호, 고각차 신호를 가진 3 채널이고,
    상기 로터리 조인트의 제1 채널은 상기 합 채널 신호와 상기 국부 발진 신호를 동시에 전달하고,
    상기 로터리 조인트의 제2 채널은 방위각 차 신호 및 고각차 신호 중에서 어느 하나를 전달하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 로터리 조인트가 탑재된 방위각 스테이지; 및
    상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 및 상기 수신 배열 안테나를 지지하는 수신 마스트를 더 포함하고,
    상기 방위각 스테이지는 상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 및 상기 수신 배열 안테나를 지지하는 수신 마스트의 방위각을 조절하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 로터리 조인트의 제1 채널은 고주파 채널이고 상기 로터리 조인트의 제2 채널은 저주파 채널인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은 상기 송신 안테나에서 반사된 주파수 체배 RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 이용하여 다운 컨버젼하여 보조 중간 주파수 신호를 생성하여 상기 벡터 회로망 분석기에 제공하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은:
    상기 벡터 회로망 분석기의 상기 RF 신호를 제공받아 주파수 체배하여 주파수 체배 RF 신호를 출력하는 체배기;
    상기 주파수 채배 RF 신호를 전달받아 상기 송신 안테나에 전달하는 방향성 결합기;
    상기 방향성 결합기의 포트에 결합되고 상기 주파수 채배 RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 기준 중간 주파수 신호를 출력하는 제1 고조파 믹서; 및
    상기 방향성 결합기의 포트에서 결합되고 상기 송신 안테나에서 반사된 주파수 채배 RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 보조 중간 주파수 신호를 출력하는 제2 고조파 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 수신 배열 안테나는:
    상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 복수의 예비 RF 신호들을 출력하는 배열 안테나; 및
    상기 예비 RF 신호들 연산하여 상기 RF 채널 신호를 생성하는 모노펄스 비교기를 포함하고,
    상기 모노펄스 비교기는 4 개의 하이브리드 접합(hybrid junction)을 포함하고,
    상기 하이브리드 접합의 입력과 출력은 도파관이고,
    상기 RF 채널 신호는 각각 합 채널 신호, 방위각 차 신호, 및 고각차 신호인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈은:
    상기 RF 채널 신호를 전달받아 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호를 각각 출력하는 복수의 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈; 및
    상기 국부 발진 신호를 상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈들 각각에 제공하는 상기 제1 다이플렉서를 포함하고,
    상기 단위 벡터 회로망 분석기 확장 모듈 각각은:
    상기 RF 채널 신호를 전달받아 더미 로드에 전달하는 방향성 결합기;
    상기 방향성 결합기의 입력 포트에서 결합되고 상기 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버팅하여 상기 테스트 중간 주파수 신호를 출력하는 제1 고조파 믹서; 및
    상기 방향성 결합기의 출력 포트에서 결합되고 상기 더미 로드에서 반사된 RF 채널 신호와 상기 국부 발진 신호를 사용하여 다운 컨버팅하는 제2 고조파 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 벡터 회로망 분석기의 상기 RF 신호를 증폭하여 상기 송신 벡터 회로망 분석기 확장 모듈에 제공하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 수신 배열 안테나는:
    상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제1 예비 RF 신호를 출력하는 제1 안테나;
    상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제2 예비 RF 신호를 출력하는 제2 안테나;
    상기 제1 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제3 예비 RF 신호를 출력하는 제3 안테나;
    상기 제2 안테나와 소정의 간격으로 이격되어 배치되고 상기 방사된 주파수 체배 RF 신호를 수신하여 제4 예비 RF 신호를 출력하는 제4 안테나;
    상기 제1 예비 RF 신호 및 상기 제2 예비 RF 신호를 연산하여 제1 합 RF 신호 및 제1 차 RF 신호를 각각 출력하는 제1 하이브리드 접합(hybrid junction);
    상기 제3 예비 RF 신호 및 상기 제4 예비 RF 신호를 연산하여 제2 합 RF 신호 및 제2 차 RF 신호를 각각 출력하는 제2 하이브리드 접합(hybrid junction);
    상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 합 신호와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 합 신호를 합 연산 및 차 연산하여 합 신호 및 방위각 차 신호를 각각 출력하는 제3 하이브리드 접합(hybrid junction);
    상기 제1 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제1 차 신호와 상기 제2 하이브리드 접합(hybrid junction)의 제2 차 신호를 합 연산하여 고각 차 신호를 출력하는 제4 하이브리드 접합(hybrid junction);을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 배열 안테나 측정 시스템.
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