KR20240037632A - 광대역에서 낮은 축비 특성 구현을 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나 - Google Patents

광대역에서 낮은 축비 특성 구현을 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나 Download PDF

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Abstract

광대역에서 낮은 축비 특성을 얻기 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나가 개시된다. 급전 회로망 장치는, 원형 편파를 위한 단위 방사 소자들과 전기적으로 연결되는 급전 회로망 장치로서, 상기 단위 방사 소자들의 평면 배열을 상하좌우 대칭적으로 나눈 4개의 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 전기적으로 회전 배치하도록, 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성을 보정하는 위상 오차 보정 회로를 포함한다.

Description

광대역에서 낮은 축비 특성 구현을 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나{FEEDING NETWORK SYSTEM FOR IMPLEMENTION OF LOW AXIAL RATIO CHARACTERISTICS IN A WIDE BAND AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 원형 편파를 갖는 광대역 평면 배열 안테나에 관한 것으로, 상세하게는 광대역에서 낮은 축비 특성을 얻기 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나에 관한 것이다.
종래의 원형 편파를 갖는 평면 배열 안테나 기술은 협대역이거나, 다중 대역에서 동작하는 평면 배열 안테나를 위해서는 서로 다른 다수 개의 급전 회로망을 사용하는 것이 일반적이다.
또한, 광대역에서 동작하는 평면 배열 안테나 설계시, 단위 방사 소자는 광대역 설계가 가능하나, 급전 회로망 설계에서 주파수 변화에 따른 위상 분산 오차가 크게 발생하여 광대역에서 우수한 축비 특성 구현이 어려운 단점이 있다.
이와 같이 종래의 평면 배열 안테나 기술에서는 광대역에서 낮은 축비 특성을 구현할 수 있는 방안에 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래의 평면 배열 안테나 기술의 요구에 부응하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 광대역에서 원형 편파를 구현하기 위한 급전 회로망 설계시 발생하는 주파수-위상 분산(frequency-phase dispersion) 오차를 보상해주는 회로망을 도입하여 광대역에서 낮은 축비의 원형 편파를 갖는 평면 배열 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 평면 배열 안테나에서 낮은 축비 구현을 위해 주파수-위상 분산 오차를 보정할 수 있는 급전 회로망 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 급전 회로망 장치는, 원형 편파를 위한 단위 방사 소자들과 전기적으로 연결되는 급전 회로망 장치로서, 상기 단위 방사 소자들의 평면 배열을 상하좌우 대칭적으로 나눈 4개의 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 전기적으로 회전 배치하도록, 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성을 보정하는 위상 오차 보정 회로를 포함한다.
일실시예에서, 상기 위상 오차 보정 회로는, 180° 위상 오차 보정 회로, 및 상기 180° 위상 오차 보정 회로의 양단에 결합하는 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 180° 위상 오차 보정 회로는, 360° 전기적 길이의 표준전송선로, 180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및 상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로들(stub line)를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은, 270° 전기적 길이의 표준전송선로, 180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및 상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로(stub line)를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 급전 회로망 장치는 상기 주 선로의 특성 임피던스와 상기 개방-단락 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정하여 전송 선로의 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성 기울기를 조절하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은, 동일한 전달 진폭을 갖고, 90°의 위상 차의 특성을 갖는 2개의 출력 급전들을 제공하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에서 제공되는 4개의 출력 급전들의 전기적 특성은 상기 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 회전 배치하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 급전 회로망 장치는, 상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에 결합하는 4개의 전력 분배 회로들을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제1 전력 분배 회로 및 제2 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 일측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치될 수 있다.
일실시예에서, 상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제3 전력 분배 회로 및 제4 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 타측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 나머지 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치될 수 있다.
일실시예에서, 상기 4개의 쿼터 배열들은 원형 구조의 평면 배열의 내부 중심의 제1 링 배열, 상기 제1 링 배열 주위의 제2 링 배열, 및 상기 제2 링 배열과 소정 간격 이격되어 상기 평면 배열의 외곽에 배치되는 제3 링 배열을 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 4개의 전력 분배 회로들은, 상기 제1 링 배열 및 상기 제2 링 배열이 동위상을 갖고, 상기 제3 링 배열이 반대 위상을 갖도록 제어될 수 있다.
일실시예에서, 상기 급전 회로망 장치는, 상기 4개의 전력 분배 회로들의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 평면 배열 안테나는, 평면 배열을 구성하고 원형 편파를 생성하는 단위 방사 소자들; 및 상기 단위 방사 소자들과 전기적으로 연결되는 급전 회로망 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 급전 회로망 장치는, 상기 평면 배열을 상하좌우 대칭적으로 나눈 4개의 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 전기적으로 회전 배치하도록, 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성을 보정하는 위상 오차 보정 회로를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 위상 오차 보정 회로는, 180° 위상 오차 보정 회로, 및 상기 180° 위상 오차 보정 회로의 양단에 결합하는 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 평면 배열 안테나 장치는, 상기 위상 오차 보정 회로의 동작을 제어하는 제어장치, 또는 4개의 전력 분배 회로들을 더 구비하는 위상 오차 보정 회로의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 평면 배열 안테나의 급전 회로망에서 주파수-위상 분산 오차를 보정하기 위해 180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line)의 양 끝단에 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로(stub line)를 배치하고, 주 선로와 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정함으로써 전송 선로의 위상 특성 기울기를 조절할 수 있으며, 이에 의해 광대역에서 주파수-위상 분산 오차를 작게 하는 급전 회로망을 설계할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 원형 편파를 갖는 평면 배열 안테나가 광대역에서 낮은 축비 특성을 가질 수 있도록 하는 급전 회로망 설계 기술을 제공할 수 있다.
본 발명을 이용하면, 광대역에서 주파수 변화에 따른 위상 분산 오차를 보정할 수 있는 급전 회로망 설계가 가능하여, 우수한 축비 특성을 갖는 광대역 원형 편파의 평면 배열 안테나 개발이 가능할 것으로 예상된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면들은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 예시한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 구조의 평면 배열 안테나의 상부 형상을 도시한 도면이다.
도 1b는 도 1a의 평면 배열 안테나의 하부 형상을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1b의 평면 배열 안테나에 채용할 수 있는 주파수-위상 분산 오차를 보정한 4-way 광대역 급전 회로망을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 광대역 급전 회로망에 채용할 수 있는 제1 T-브랜치 회로에 대한 예시도이다.
도 4는 도 2의 광대역 급전 회로망에 채용할 수 있는 제2 T-브랜치 회로에 대한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 비교예의 표준 전송 선로들의 전기적 길이 차를 이용한 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 주파수-위상 분산 오차 보정 회로를 이용한 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 급전 회로망으로, GNSS 대역(1.10~1.6㎓, fc=1.35㎓)에서 최적화 설계된 주파수-위상 분산 오차 보정 회로를 이용한 4-way 급전 회로망의 PCB 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 광대역 급전 회로망의 전기적 특성으로서, GNSS 대역(1.1~1.6㎓, fc=1.35㎓)에서 최적화 설계된 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GNSS 대역에서 동작하는 빔 성형 평면 배열 안테나(N=28)의 상부 형상을 예시한 개략도이다.
도 9b는 도 9a의 빔 성형 평면 배열 안테나의 하부 형상을 예시한 개략도이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 9b의 GNSS 대역에서 동작하는 빔 성형 평면 배열 안테나(N=28)의 축비 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 11은 도 9b의 빔 성형 평면 배열 안테나에 채용할 수 있는 제어장치의 구성에 대한 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는'이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원의 실시예들에서, 'A 및 B 중에서 적어도 하나'는 'A 또는 B 중에서 적어도 하나' 또는 'A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나'를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, 'A 및 B 중에서 하나 이상'은 'A 또는 B 중에서 하나 이상' 또는 'A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상'을 의미할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어'있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 원형 구조의 평면 배열 안테나의 상부 형상을 도시한 도면이다. 도 1b는 도 1a의 평면 배열 안테나의 하부 형상을 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 평면 배열 안테나(R1000)는, 원형 구조의 안테나를 상부측 전면에서 볼 때, 방사 소자들이 배치되는 상부의 전체 평면 영역을 4개의 영역으로 4등분한 방사 영역들(R1100, R1200, R1300, R1400)을 구비할 수 있다. 이러한 4개의 방사 영역들은 평면 배열, 쿼터 배열 또는 쿼터 방사 배열로 지칭될 수 있다.
또한, 평면 배열 안테나(R1000)는, 원형 구조의 안테나를 하부측 후면에서 볼 때, 도 1b에 도시한 바와 같이, 그 하부 영역에 배치되는 급전 회로망(F2000, F3100, F3200, F3300, F3400)을 구비하도록 구성될 수 있다. 일부 급전 회로망(F3100, F3200, F3300, F3400)은 상부 영역에 쿼터 배열된 방사 영역들(R1100, R1200, R1300, R1400)에 물리적으로 대응하도록 배치될 수 있다. 이러한 일부 급전 회로망(F3100, F3200, F3300, F3400)은 쿼터 급전 회로망(quarter feed network)으로 지칭될 수 있다.
쿼터 급전 회로망 중심에 배치되는 급전 회로망(F2000)은 쿼터 급전 회로망에 균일 전력을 출력하는 4-way 급전 회로망일 수 있다. 4-way 급전 회로망은 메인 급전 회로망으로 지칭될 수 있다. 이러한 메인 급전 회로망은 송신 안테나 관점에서 평면 배열 안테나(R1000)를 위한 1개의 입력 단자(IP1)와 4개의 쿼트 급전 회로망들을 위한 4개의 출력 단자들(OP2, OP3, OP4, OP5)을 가질 수 있다.
낮은 축비 특성을 갖는 원형 편파의 평면 배열 안테나를 설계하기 위해서는 각각의 쿼터 배열(Quarter array 또는 1/4 array)을 위한 위상 급전을 우회전 또는 좌회전 방향으로 90°씩 순차적으로 지연시킬 필요가 있다.
원형 편파를 갖는 평면 배열 안테나가 광대역에서 낮은 축비 특성을 갖도록 하기 위해, 메인 급전 회로망(F2000)의 요구 주파수 변화에 따른 진폭 및 위상 분배 특성이 매우 중요하다. 즉, 광대역에서 우수한 축비 특성을 얻기 위해서는, 원하는 광대역에 걸쳐 4개의 출력 신호의 진폭 특성은 동일해야 하며, 위상 특성은 90°씩 순차적으로 차이가 나도록 제어해야 한다.
도 2는 도 1b의 평면 배열 안테나에 채용할 수 있는 주파수-위상 분산 오차를 보정한 4-way 광대역 급전 회로망을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 급전 회로망(F2000)은 평면 배열 안테나를 위한 4-way 광대역 급전 회로망으로서, 총 3개의 T-브랜치 회로들(F2100, F2200)로 구성될 수 있다. 즉, 1개의 제1 T-브랜치 회로(F2100)와, 2개의 제2 T-브랜치 회로들(F2200)을 구비할 수 있다. 제1 T-브랜치 회로(F2100) 및 제2 T-브랜치 회로(F2200)는 서로 다른 종류의 상이한 T-브랜치 회로일 수 있다.
제1 T-브랜치 회로(F2100)는 내부적으로 제1 T-접합(T-junction) 회로(N2100), 180° 전기적 길이를 갖는 180° 위상 오차 보정(Phase Offset Compensation, POC) 회로망(F2110), 및 360°전기적 길이를 갖는 표준전송선로(Standard transmission line, F2120)를 구비하고, 광대역에서 균일한 180° 위상 지연 차를 제공할 수 있다.
제2 T-브랜치 회로(F2200)는 내부적으로 제2 T-접합 회로(N2200), 180° 전기적 길이를 갖는 90° 위상 오차 보정(POC) 회로망(F2210), 및 270° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(F2220)를 구비하고, 광대역에서 균일한 90° 위상 지연 차를 제공하도록 구성될 수 있다.
위의 도 2를 참조하여 설명한 4-way 광대역 급전 회로망은 일실시예로서, 우현 편파를 구현하기 위한 광대역 급전 회로망 구조이다. 만일, 좌현 편파를 구현하기 위한 광대역 급전 회로망 구조는 도 2의 180° 전기적 길이를 갖는 90° 위상 오차 보정(POC) 회로망(F2210)과 270° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(F2220)의 위치를 서로 맞바꾸어 간단히 구현될 수 있다. 이때, 180° 전기적 길이를 갖는 180° 위상 오차 보정 회로망(F2110)과 360°전기적 길이를 갖는 표준전송선로(F2120)의 위치는 동일하다.
전술한 제1 T-브랜치 회로(F2100)와 제2 T-브랜치 회로(F2200)에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 광대역 급전 회로망에 채용할 수 있는 제1 T-브랜치 회로에 대한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제1 T-접합 회로(N2100)는 3 단자 입출력 정합을 위한 임피던스 변환 기능을 담당하고, 일측으로 혹은 우측 방향으로 360° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(Standard transmission line, STL)(F2120)에 연결되며, 타측에 혹은 좌측 방향으로는 180° 전기적 길이를 갖는 제1 위상 오차 보정 회로망(F2110)에 연결된다.
제1 위상 오차 보정 회로망(F2110)은 180° 위상 오차 보정 회로망으로서, 도 3에서 볼 수 있듯이, 한 개의 주 선로(main line, MTL1)와 주 선로(MTL1)의 양 끝단에 부착되는 개방 및 단락 스터브 선로들(open and short stub lines, STL1)로 구성될 수 있다. 제1 위상 오차 보정 회로망(F2110)의 주 선로(MTL1)는 제1 주 선로로, 개방 및 단락 스터브 선로(STL1)는 제1 스터스 선로로 각각 지칭될 수 있다.
제1 주 선로(MTL1)의 전기적 특성은 특성 임피던스(Zm1)와 제1 메인 위상(θm1)(단, θm1=180°)이고, 제1 스터브 선로의 전기적 특성은 특성 임피던스(Zs1)와 제1 분기 위상(θs1)(단, θs1=45°)이다. 제1 주 선로(MTL1)의 특성 임피던스(Zm1)와 제1 스터브 선로(STL1)의 특성 임피던스(Zs1)는 주파수-위상 분산 기울기를 조정하는 중요한 설계 변수이다. 제1 주 선로(MTL1)의 특성 임피던스는 제1 메인 특성 임피던스로, 제1 주 선로(MTL1)의 위상은 제1 메인 위상으로, 제1 스터브 선로(STL1)의 특성 임피던스는 제1 분기 특성 임피던스로, 그리고 제1 스터브 선로(STL1)의 위상은 제1 분기 위상으로 각각 지칭될 수 있다.
일례로, 40% 대역의 동작에서, 180°의 주파수-위상 분산 오차를 보정하기 위한, 최적의 제1 메인 특성 임피던스(Zm1)와 제1 분기 특성 임피던스(Zs1)의 설계 변수 값은 각각 1.62 Zo[Ω] 와 1.26 Zo[Ω]이다. 여기서, Zo는 3개의 입출력 단자의 특성 임피던스를 나타내며, 50Ω의 값을 가질 수 있다.
또한, 360° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(RTL1)는 단순한 기준전송선로(Reference Transmission Line, RTL)로서 제1 표준전송선로로 지칭될 수 있고, 그것의 전기적 특성은 제1 기준 특성 임피던스(Zo1)(단, Zo1 = Zo)와 제1 기준 위상(θo1)(단, θo1 = 360°)일 수 있다.
이러한 설계 조건에서, 두 개의 경로로 분기되는 입력 임피던스를 동일하게 설정하면, 40% 대역의 동작에서 두 개의 경로로 분기되는 신호들의 진폭들은 서로 동일하며, 균일한 180° 위상 차를 발생하도록 제어될 수 있다.
도 4는 도 2의 광대역 급전 회로망에 채용할 수 있는 제2 T-브랜치 회로에 대한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 제2 T-접합 회로(N2200)는 3 단자 입출력 정합을 위한 임피던스 변환 기능을 담당하고, 일측으로 혹은 우측 방향으로 270° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(F2220)에 연결되고, 타측으로 혹은 좌측 방향으로 180° 전기적 길이를 갖는 제2 위상 오차 보정 회로망(F2210)에 연결된다.
제2 위상 오차 보정 회로망(F2210)은 90° 위상 오차 보정 회로망으로서, 도 4에서 볼 수 있듯이, 한 개의 주 선로(MTL2)와 주 선로(MTL2)의 양 끝단에 부착되는 개방 및 단락 스터브 선로들(STL2)로 구성될 수 있다. 제2 위상 오차 보정 회로망(F2210)의 주 선로(MTL2)는 제2 주 선로로, 개방 및 단락 스터브 선로(STL2)는 제2 스터스 선로로 각각 지칭될 수 있다.
제2 주 선로(MTL2)의 전기적 특성은 특성 임피던스(Zm2)와 제2 메인 위상(θm2)(단, θm2=180°)이고, 제2 스터브 선로의 전기적 특성은 특성 임피던스(Zs2)와 제2 분기 위상(θs2)(단, θs2=45°)이다. 제2 주 선로(MTL2)의 특성 임피던스(Zm2)와 제2 스터브 선로(STL2)의 특성 임피던스(Zs2)는 주파수-위상 분산 기울기를 조정하는 중요한 설계 변수이다. 제2 주 선로(MTL2)의 특성 임피던스는 제2 메인 특성 임피던스로, 제2 주 선로(MTL2)의 위상은 제2 메인 위상으로, 제2 스터브 선로(STL2)의 특성 임피던스는 제2 분기 특성 임피던스로, 그리고 제2 스터브 선로(STL2)의 위상은 제2 분기 위상으로 각각 지칭될 수 있다.
일례로, 40% 대역의 동작에서, 90°의 주파수-위상 분산 오차를 보정하기 위한, 최적의 제2 메인 특성 임피던스(Zm2)와 제2 분기 특성 임피던스(Zs2)의 설계 변수 값은 각각 1.36 Zo[Ω]와 2.51 Zo[Ω]이다. 여기서, Zo는 3개의 입출력 단자의 특성 임피던스를 나타낸다.
또한, 270° 전기적 길이를 갖는 표준전송선로(RTL2)는, 단순한 기준전송선로(RTL)로서 제2 표준전송선로로 지칭될 수 있고, 그것의 전기적 특성은 제2 기준 특성 임피던스(Zo2)(단, Zo2 = Zo)와 제2 기준 위상(θo2)(단, θo2 = 270°)일 수 있다.
이러한 설계 조건에서, 두 개의 경로로 분기되는 입력 임피던스를 동일하게 설정하면, 40% 대역의 동작에서 두 개의 경로로 분기되는 신호들의 진폭들은 서로 동일하며, 균일한 90° 위상 차를 발생하도록 제어될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 비교예의 표준전송선로들의 전기적 길이 차를 이용한 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 비교예의 급전 회로망이 40% 대역폭(0.8~1.2㎓)에서 동작한다는 가정하에, 급전 회로망의 입력반사손실(input return loss) 특성은 14.8㏈ 이상이며, 4개 채널간 상대적 진폭 오차는 ±0.6㏈ 이하이고, 4개 채널들 간 최대 누적 위상 오차는 ±60° 이하를 보여준다.
즉, 도 5a에서는 주파수 측면에서 비교예의 급전 회로망의 입력(IP1)으로부터 각 채널(S21, S31, S41, S51)의 입력 반사 손실 및 전달 손실(input return loss & transmission loss) 특성을 보여주고, 도 5b에서는 주파수 측면에서 비교예의 급전 회로망에 대한 전달 위상(transmission phase) 특성을 보여준다.
이와 같이, 비교예의 급전 회로망에서는, 입력반사손실 특성 및 4개 채널들 간 상대적 진폭 오차는 양호하나, 4개 채널들 간 최대 누적 위상 오차가 매우 커서 광대역에서 주파수-위상 분산 오차를 보상할 수 없고, 따라서 광대역에서 우수한 축비 특성 구현이 불가능하다.
표 1은 전술한 비교예의 표준전송선로들의 전기적 길이 차를 이용한 4-way 균일 전력 분배 급전 회로망의 전기적 특성을 요약하여 나타낸 것이다.
채널 S-parameters
Transmission amplitude [dB]		 S-parameters
Transmission phase [deg]		 Note
S21
(IP1 => OP2)		 -6.0±0.2㏈ 0° Reference channel
S31
(IP1 => OP3)		 -6.0±0.2㏈ -90°±18°
S41
(IP1 => OP4)		 -6.0±0.6㏈ -180°±42°
S51
(IP1 => OP5)		 -6.0±0.6㏈ -270°±60° Max. cumulative phase error
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예의 급전 회로망에서 각 채널(S21, S31, S41, S51)의 특성 파라미터(S-parameters) 중 전달 진폭(Transmission amplitude)은 -6.0±0.2㏈과 -6.0±0.6㏈의 크기를 갖고, 전달 위상(Transmission phase)은 미리 설정되는 기준 위상으로부터 0°, -90°±18°, -180°±42°, -270°±60°의 각도를 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 주파수-위상 분산 오차 보정 회로를 이용한 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예의 급전 회로망이 40% 대역폭(0.8~1.2㎓)에서 동작한다는 가정하에, 급전 회로망의 입력반사손실(input return loss) 특성은 22.6㏈ 이상이며, 4개 채널간 상대적 진폭 오차는 ±0.3㏈ 이하이고, 그리고 4개 채널들 간 상대적 진폭 오차 및 4개 채널들 간 최대 누적 위상 오차 특성이 매우 우수하므로, 광대역에서 우수한 축비 특성 구현이 가능하다.
표 2는 전술한 본 실시예의 주파수-위상 분산 오차 보정 회로를 이용한 4-way 급전 회로망의 전기적 특성을 요약하여 나타낸 것이다.
채널 S-parameters
Transmission amplitude [㏈]		 S-parameters
Transmission phase [deg]		 Note
S21
(IP1 => OP2)		 -6.0±0.3㏈ 0° Reference channel
S31
(IP1 => OP3)		 -6.0±0.3㏈ -90°±1.2°
S41
(IP1 => OP4)		 -6.0±0.3㏈ -180°±4.3°
S51
(IP1 => OP5)		 -6.0±0.3㏈ -270°±5.3° Max. cumulative phase error
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 급전 회로망에서 각 채널(S21, S31, S41, S51)의 특성 파라미터(S-parameters) 중 전달 진폭(Transmission amplitude)은 -6.0±0.3㏈로 균일한 크기를 갖고, 전달 위상(Transmission phase)은 미리 설정된 기준 위상에 대하여 0°, -90°±1.2°, -180°±4.3°, -270°±5.3°의 실질적으로 균일한 각도 차를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 급전 회로망으로, GNSS 대역(1.1~1.6㎓, fc=1.35㎓)에서 최적화 설계된 주파수-위상 분산 오차 보정 회로를 이용한 4-way 급전 회로망의 PCB 레이아웃을 도시한 도면이다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 도 7의 광대역 급전 회로망의 전기적 특성으로서, GNSS 대역(1.1~1.6㎓, fc=1.35㎓)에서 최적화 설계된 4-way 급전 회로망의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 7을 참조하면, 급전 회로망(F2000)은 평면 배열 안테나를 위한 4-way 광대역 급전 회로망으로서, 1개의 제1 T-브랜치 회로(F2100)와 2개의 제2 T-브랜치 회로들(F2200)로 구성될 수 있다. 제1 T-브랜치 회로(F2100) 및 제2 T-브랜치 회로(F2200)는 도파관 구조를 가진 점에서 동일할 수 있으나, 주 선로와 스터브 선로의 형태가 다른, 서로 다른 종류의 T-브랜치 회로들일 수 있다.
이러한 급전 회로망(F2000)은, 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 입력 포트(input port, IP1)를 통해 전력을 공급받고, 도 7을 정면에서 볼 때, 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 왼쪽 하부에 도시된 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 제1 출력 포트(output port, OP2)를 통해 0.25∠0° 특성의 제1 전력을 출력하고, 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 왼쪽 상부에 도시된 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 제2 출력 포트(OP3)를 통해 0.25∠-90° 특성의 제2 전력을 출력하고, 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 오른쪽 상부에 도시된 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 제3 출력 포트(output port, OP4)를 통해 0.25∠-180° 특성의 제3 전력을 출력하고, 그리고 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 오른쪽 하부에 도시된 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 제4 출력 포트(OP5)를 통해 0.25∠-270° 특성의 제4 전력을 출력할 수 있다.
전술한 제1 전력, 제2 전력, 제3 전력 및 제4 전력은 평면 배열 안테나의 상부측 각 쿼터 배열의 적어도 하나 이상의 방사 소자에 전달될 수 있다.
전술한 급전 회로망(F2000)에 대한 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내면 도 8a 및 도 8b과 같다. 즉, GNSS 대역(1.1~1.6㎓, fc=1.35㎓)에서 급전 회로망(F2000)의 입력반사손실 특성은 17.8㏈ 이상이며, 4개 채널들 간 상대적 진폭 오차는 ±0.4㏈ 이하로 양호하며, 그리고 4개 채널들 간 최대 누적 위상 오차는 ±5.0° 이하로 매우 우수한 주파수-위상 분산 보정 특성을 보여준다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GNSS 대역에서 동작하는 빔 성형 평면 배열 안테나(N=28)의 상부 형상을 예시한 개략도이다. 도 9b는 도 9a의 빔 성형 평면 배열 안테나의 하부 형상을 예시한 개략도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 빔 성형 평면 배열 안테나(R1000)는, 도 7을 참조하여 앞서 설명한 급전 회로망을 GNSS 대역에서 최적화 설계한 4-way 급전 회로망으로 구현할 수 있다.
평면 배열 안테나(R1000)를 구성하는 단위 방사 소자는 원통형 헬릭스 소자일 수 있으며, 그 경우, 원통형 헬릭스 소자의 직경은 약 1 파장으로 축모드 방상 특성을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 평면 배열 안테나(R1000)의 전체 배열 소자 즉, 방사 소자들의 개수는 28개이고, 각 쿼터 배열(R1100, R1200, R1300, R1400)의 방사 소자들의 개수는 7개이다. 7개로 구성된 쿼터 배열은 쿼터 배열들마다 우측 방향으로 90°씩 순차적으로 회전 배치될 수 있다. 이러한 평면 배열 안테나(R1000)는 7개의 쿼터 배열에 빔 성형 급전을 위하여, 비균일 7-way 전력 분배 급전 회로망을 구비할 수 있다. 비균일 7-way 전력 분배 급전 회로망은 간략히 7-way 급전 회로망으로 지칭될 수 있다.
7-way 급전 회로망은 1개의 제1 T-브랜치 회로(F2100), 2개의 제2 T-브랜치 회로(F2200), 4개의 전력 분배 회로들(F3100, F3200, F3300, F3400)을 구비할 수 있다.
4개의 전력 분배 회로들 중 제1 전력 분배 회로(F3100) 및 제2 전력 분배 회로(F3200)는 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 일측에 위치하는 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 하부측과 상부측에 각각 연결되고, 평면 배열 안테나(R1000)의 3사분면과 2사분면에 각각 위치하는 두 개의 쿼터 배열들에 실질적으로 동일한 진폭과 약 90°의 위상 차를 가진 전력들을 각각 공급하도록 배치될 수 있다.
또한, 4개의 전력 분배 회로들 중 제3 전력 분배 회로(F3300) 및 제4 전력 분배 회로(F3400)는 제1 T-브랜치 회로(F2100)의 타측에 위치하는 제2 T-브랜치 회로(F2200)의 상부측과 하부측에 각각 연결되고, 평면 배열 안테나(R1000)의 1사분면과 4사분면에 각각 위치하는 두 개의 쿼터 배열들에 실질적으로 동일한 진폭과 약 90°의 위상 차를 가진 전력들을 각각 공급하도록 배치될 수 있다.
여기서, 제3 전력 분배 회로(F3300)를 통해 대응 쿼터 배열로 공급되는 제3 전력은 제2 전력 분배 회로(F3200)를 통해 대응 쿼터 배열로 공급되는 제2 전력과 대비할 때, 실질적으로 동일한 전달 진폭을 갖고, 약 90°의 위상 차를 가질 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 빔 성형 평면 배열 안테나(R1000)는, 빔 성형을 갖는 평면 배열의 구성을 위하여, 도 9a를 평면 상에 놓고 그 위에서 볼 때, 평면 배열 안테나의 원형 평면 배열에서 그 내부 중심에 위치하는 4개의 첫 번째 링 배열(N=4)과 첫 번째 링 배열 주위의 8개의 두 번째 링 배열(N=8)은 동위상을 갖도록 제어하고, 이들 첫 번째 및 두 번째 링 배열들과 일정한 이격을 둔 외곽의 세번째 링 배열(N=16)은 반대 위상을 갖도록 제어할 수 있다. 여기서, N은 단위 방사 소자들의 개수에 대응될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 도 9b의 GNSS 대역에서 동작하는 빔 성형 평면 배열 안테나의 축비 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면들이다.
도 10a 및 도 10d에 나타낸 바와 같이, 빔 성형 평면 배열 안테나는, 28개의 단위 방사 소자들을 구비하는 원형 평면 배열 안테나로서, 광대역에 걸쳐 1.0㏈ 이하의 우수한 축비 특성을 보여줌을 알 수 있다.
만약, 7개의 쿼터 배열 소자를 위한 급전 회로망이 비균일 7-way 전력 분배 급전 회로망으로 개선된다면, 광대역에 걸쳐 0.5㏈ 이하의 우수한 축비 특성을 얻을 수 있다.
표 3 은 1.176㎓(GPS L5), 1.227㎓(GPS L2), 1.278㎓(GPS L6) 및 1.575㎓(GPS L1) 주파수들에 대한 각 GPS(global positioning system) 신호 대역에서 시뮬레이션된 보어사이트(boresight) 방향에서의 축비(axial ratiio, AR) 특성을 보여준다.
Frequency [㎓] AR @ Boresight(0°)
1.176 ㎓(GPS L5) 0.79 ㏈ Max.
1.227 ㎓(GPS L2) 0.68 ㏈ Max.
1.278 ㎓(GPS L6) 0.61 ㏈ Max.
1.575 ㎓(GPS L1) 0.92 ㏈ Max.
전술한 빔 성형 평면 배열 안테나는 소정의 제어장치에 의해 빔 성형을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 11은 도 9b의 빔 성형 평면 배열 안테나에 채용할 수 있는 제어장치의 구성에 대한 예시도이다.
도 11을 참조하면, 빔 성형 평면 배열 안테나에 채용할 수 있는 제어장치(5000)는 적어도 하나의 프로세서(5100) 및 이 프로세서(5100)에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(5200)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어장치(5000)는 유선 네트워크, 무선 네트워크, 위성 네트워크 또는 이들의 조합과 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(5300)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어장치(5000)는 필요에 따라 선택적으로 입력 인터페이스 장치(5400), 출력 인터페이스 장치(5500), 저장 장치(5600) 등을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제어장치(5000)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus, 5700)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행하거나, 적어도 하나의 프로세서(5100)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(5100)는 메모리(5200), 송수신 장치(5300), 입력 인터페이스 장치(5400), 출력 인터페이스 장치(5500) 및 저장 장치(5600) 중 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다.
프로세서(5100)는 메모리(5200) 및 저장 장치(5600) 중 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(5100)는 적어도 하나의 명령이나 프로그램 명령에 기초하여 광대역에서 주파수-위상 분산 오차를 보정하기 위해 설치된 주선로(main line)와 스터브 선로들(stub lines)의 특성 임피던스를 자동 조정하고 이에 의해 전송 선로의 위상 특성 기울기를 조절하도록 기능할 수 있다. 이러한 프로세서(5100)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
메모리(5200) 및 저장 장치(5600) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(5200)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광대역에서 주파수-위상 분산 오차를 보정하기 위한 급전 회로망의 제어 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 제어장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소와 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어장치는, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.
이러한 제어장치는 또한 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 탑재할 수 있다. 또한, 제어장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수 있다. 이해의 편의를 위하여, 제어장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 제어장치가 복수의 처리 요소들(processing elements) 및/또는 복수 유형의 처리 요소들을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 제어장치는 복수의 프로세서를 포함하거나 또는 하나의 프로세서와 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)을 포함하는 것도 가능하다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 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. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
R1000: 원형 구조의 평면 배열 안테나
R1100 내지 R1400: 안테나 상부의 쿼터 배열(Quarter array 또는 1/4 array)
F2000: 안테나 하부에서 균일 전력을 출력하는 4-way 광대역 급전 회로망
F3100 내지 F3400: 쿼터 배열을 위한 쿼터 급전 회로망(quarter feed network)
IP1: 평면 배열 안테나의 입력 또는 4-way 급전 회로망의 입력(입력 단자)
IP2: 180°지연 선로의 주파수-위상 분산 오차를 보정한 2-way 광대역 급전 회로망의 제 1 출력(제1 출력 단자)
IP3: 180°지연 선로의 주파수-위상 분산 오차를 보정한 2-way 광대역 급전 회로망의 제 2 출력(제2 출력 단자)
OP2 내지 OP5: 균일 전력을 출력하는 4-way 급전 회로망의 출력(출력 단자)
F2100: 첫번째 T-브랜치 회로에서 요구하는 180° 지연 선로의 주파수-위상 분산 오차를 보정한 2-way 광대역 급전 회로망
F2200: 두번째 T-브랜치 회로에서 요구하는 90° 지연 선로의 주파수-위상 분산 오차를 보정한 2-way 광대역 급전 회로망
N2100, N2200: T-접합(T-junction) 회로
POC: 위상 오차 보정(Phase Offset Compensation) 회로망
F2110: 180°POC 회로망
F2120: 360°표준 전송 선로
RTL1: 180°POC 회로망에 사용된 표준 전송 선로
RTL2: 90°POC 회로망에 사용된 표준 전송 선로
MTL1: 180°POC 회로망에 사용된 주 선로
MTL2: 90°POC 회로망에 사용된 주 선로
STL1: 180°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로
STL2: 90°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로
Zm1: 180°POC 회로망에 사용된 주 선로의 특성 임피던스
θm1: 180°POC 회로망에 사용된 주 선로의 전기적 길이
Zm2: 90°POC 회로망에 사용된 주 선로의 특성 임피던스
θm2: 90°POC 회로망에 사용된 주 선로의 전기적 길이
Zs1: 180°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로의 특성 임피던스
θs1: 180°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로의 전기적 길이
Zs2: 90°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로의 특성 임피던스
θs2: 90°POC 회로망에 사용된 개방 및 단락 스터브 선로의 전기적 길이
Zo: 4-way 광대역 급전 회로망의 입출력 특성 임피던스
Zo1: 180°POC 회로망에 사용된 표준전송선로의 특성 임피던스
θo1: 180°POC 회로망에 사용된 표준전송선로의 전기적 길이
Zo2: 90o POC 회로망에 사용된 표준전송선로의 특성 임피던스
θo2: 90°POC 회로망에 사용된 표준전송선로의 전기적 길이

Claims (20)

  1. 원형 편파를 위한 단위 방사 소자들과 전기적으로 연결되는 급전 회로망 장치로서,
    상기 단위 방사 소자들의 평면 배열을 상하좌우 대칭적으로 나눈 4개의 쿼터 배열들을 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 전기적으로 회전 배치하도록, 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성을 보정하는 위상 오차 보정 회로를 포함하는, 급전 회로망 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 오차 보정 회로는, 180° 위상 오차 보정 회로, 및 상기 180° 위상 오차 보정 회로의 양단에 결합하는 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들을 포함하는, 급전 회로망 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 180° 위상 오차 보정 회로는,
    360° 전기적 길이의 표준전송선로,
    180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및
    상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로들(stub line)를 구비하며,
    상기 주 선로의 특성 임피던스와 상기 개방-단락 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정하여 전송 선로의 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성 기울기를 조절하도록 구성되는, 급전 회로망 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은,
    270° 전기적 길이의 표준전송선로,
    180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및
    상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로(stub line)를 구비하며,
    상기 주 선로의 특성 임피던스와 상기 개방-단락 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정하여 전송 선로의 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성 기울기를 조절하도록 구성되는, 급전 회로망 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은, 동일한 전달 진폭을 갖고, 90°의 위상 차의 특성을 갖는 2개의 출력 급전들을 제공하도록 구성되는, 급전 회로망 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에서 제공되는 4개의 출력 급전들의 전기적 특성은 상기 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 회전 배치하도록 구성되는, 급전 회로망 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에 결합하는 4개의 전력 분배 회로들을 더 포함하는, 급전 회로망 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제1 전력 분배 회로 및 제2 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 일측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치되고,
    상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제3 전력 분배 회로 및 제4 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 타측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 나머지 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치되는, 급전 회로망 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 4개의 쿼터 배열들은 원형 구조의 평면 배열의 내부 중심의 제1 링 배열, 상기 제1 링 배열 주위의 제2 링 배열, 및 상기 제2 링 배열과 소정 간격 이격되어 상기 평면 배열의 외곽에 배치되는 제3 링 배열을 구비하고,
    상기 4개의 전력 분배 회로들은, 상기 제1 링 배열 및 상기 제2 링 배열이 동위상을 갖고, 상기 제3 링 배열이 반대 위상을 갖도록 제어되는, 급전 회로망 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 4개의 전력 분배 회로들의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는, 급전 회로망 장치.
  11. 평면 배열을 구성하고 원형 편파를 생성하는 단위 방사 소자들; 및
    상기 단위 방사 소자들과 전기적으로 연결되는 급전 회로망 장치;
    를 포함하며,
    상기 급전 회로망 장치는, 상기 평면 배열을 상하좌우 대칭적으로 나눈 4개의 쿼터 배열들을 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 전기적으로 회전 배치하도록, 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성을 보정하는 위상 오차 보정 회로를 구비하는, 평면 배열 안테나.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 위상 오차 보정 회로는, 180° 위상 오차 보정 회로, 및 상기 180° 위상 오차 보정 회로의 양단에 결합하는 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들을 포함하는, 평면 배열 안테나.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 180° 위상 오차 보정 회로는,
    360° 전기적 길이의 표준전송선로,
    180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및
    상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로들(stub line)를 구비하며,
    상기 주 선로의 특성 임피던스와 상기 개방-단락 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정하여 전송 선로의 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성 기울기를 조절하도록 구성되는, 평면 배열 안테나.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은,
    270° 전기적 길이의 표준전송선로,
    180° 전기적 길이를 갖는 주 선로(main line), 및
    상기 주 선로의 양 끝단에 결합하고 45° 전기적 길이를 갖는 개방-단락 스터브 선로(stub line)를 구비하며,
    상기 주 선로의 특성 임피던스와 상기 개방-단락 스터브 선로의 특성 임피던스를 조정하여 전송 선로의 주파수 변화에 따른 위상 분산 특성 기울기를 조절하도록 구성되는, 평면 배열 안테나.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들 각각은, 동일한 전달 진폭을 갖고, 90°의 위상 차의 특성을 갖는 2개의 출력 급전들을 제공하도록 구성되는, 평면 배열 안테나.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에서 제공되는 4개의 출력 급전들의 전기적 특성은 상기 쿼터 배열들을 90°씩 순차적으로 우회전 또는 좌회전 방향으로 회전 배치하도록 구성되는, 평면 배열 안테나.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 급전 회로망 장치는 상기 2개의 90° 위상 지연 보정 회로들에 결합하는 4개의 전력 분배 회로들을 더 구비하는, 평면 배열 안테나.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제1 전력 분배 회로 및 제2 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 일측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치되고,
    상기 4개의 전력 분배 회로들 중 제3 전력 분배 회로 및 제4 전력 분배 회로는 상기 180° 위상 지연 보정 회로의 타측에 위치하는 90° 위상 지연 보정 회로의 일측과 타측에 각각 연결되고, 상기 4개의 쿼터 배열들 중 나머지 2개의 쿼터 배열들에 전력을 각각 공급하도록 배치되는, 평면 배열 안테나.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 4개의 쿼터 배열들은 원형 구조의 평면 배열의 내부 중심의 제1 링 배열, 상기 제1 링 배열 주위의 제2 링 배열, 및 상기 제2 링 배열과 소정 간격 이격되어 상기 평면 배열의 외곽에 배치되는 제3 링 배열을 구비하고,
    상기 4개의 전력 분배 회로들은, 상기 제1 링 배열 및 상기 제2 링 배열이 동위상을 갖고, 상기 제3 링 배열이 반대 위상을 갖도록 제어되는, 평면 배열 안테나.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 4개의 전력 분배 회로들의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는, 평면 배열 안테나.
KR1020220116379A 2022-09-15 2022-09-15 광대역에서 낮은 축비 특성 구현을 위한 급전 회로망 장치 및 이를 이용하는 평면 배열 안테나 KR20240037632A (ko)

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