KR920004172Y1 - 정지형 위상 배열 빔 회전 안테나 - Google Patents

정지형 위상 배열 빔 회전 안테나 Download PDF

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KR920004172Y1 KR2019890003784U KR890003784U KR920004172Y1 KR 920004172 Y1 KR920004172 Y1 KR 920004172Y1 KR 2019890003784 U KR2019890003784 U KR 2019890003784U KR 890003784 U KR890003784 U KR 890003784U KR 920004172 Y1 KR920004172 Y1 KR 920004172Y1
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Description

정지형 위상 배열 빔 회전 안테나
제 1a 도는 본 고안의 위상배열 안테나 배열도.
제 1b 도는 본 고안 위상배열 안테나의 수평면 구성도.
제 2 도는 본 고안 수평 위상배열 안테나의 빔 패턴 회전형상도.
제 3 도는 본 고안 위상배열 안테나의 수직면 구성도.
제 4 도는 본 고안 수직 위상배열 안테나의 0°부터 90°까지의 빔 패턴 회전형상도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 안테나소자 2 : 수평 콤바이너
3 : 여과기 4 : 송신증폭기
5 : 저잡음 증폭기 6 : 수평위상 가변기
7 : 위상가변제어장치 8 : 송신전력공급기
9 : 합신호공급기 10 : 차신호공급기
11 : RF 수신기 12 : 상단수직콤바이너
13 : 하단수직콤바이너 14 : 하이브리드
본 고안은 최대 전파의 빔 방향 전환에 관한 것으로서 다이폴(Dipole)또는 슬로트(Slot)의 안테나 소자를 사각형 형태로 수십개 수평배열하고 수평배열한 것을 수직으로 여러개 적충하므로서 다시 수직으로 배열시킨 안테나에 관한 것으로, 이렇게 배열된 각각의 안테나 소자에 전류위상을 전자적인 방법을 주기가 다르게 공급하여 안테나는 정지상태에 있지만 최대 전파의 빔 방향을 주기적으로 변하게 한 것이다. 따라서 안테나 소자에 공급되는 전류 위상을 주기적으로 변화시킬 경우 최대 전파의 빔 방향도 전류 이상 주기에 따라 변하게 되어 기계적으로 안테나를 회전시키는 것과 같은 효과를 발생하게 한 것이다. 이러한 위상변화 주기에 의한 빔 패턴의 회전원리를 이용하여 전방향성의 통신용 안테나 또는 레이다용 안테나로 사용할 수 있도록 고안한 빔 회전 안테나에 관한 것이다. 종래에 사용된 기계적인 회전 안테나 시스템은 안테나의 크기 및 중량으로 인하여 1분에 30회 정도의 회전만 할 수 있어 회전 속도가 느리기 때문에 동시에 전방향성의 통신 및 감시용으로 사용이 불편하였고 명료한 통신이나 정확한 감시가 불가능한 결점이 있었다.
본 고안은 종래의 기계적인 회전 안테나가 갖는 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로써 각각의 안테나 소자에 고속으로 전자적인 위상변화를 주어 최대전파의 빔 방향을 1초에 30회 이상 회전시킬 수 있도록 하므로써 운동이 간편하고 동시에 전방향성의 통신 및 감시가 가능하게 하는데에 그 목적이 있다.
다음 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
제 1a 도와 같이 사각형의 제1면(ㄱ) 제 2면(ㄴ) 제 3면(ㄷ) 제 4면(ㄹ)에 수십개의 다이폴 또는 슬로트의 안테나 소자(1)을 배열하고 이 안테나 소자(1)가 수평으로 배열된 사각형의 면을 수직으로 여러개 적충시킨다. 이러한 사각형의 한개의 면, 한개의 층은 제 1b 도와 같이 신호 전력을 분배, 합성하여 주는 수평 콤바이너(2)에 연결되게 안테나 소자(1)가 수평으로 설치되고, 수평 콤바이너(2)에는 다시 송, 수신시 불필요한 신호를 여과시키는 여과기(3)가 연결되며, 여과기(3)에는 송신시에는 송신 증폭기(4), 수신시에는 저잡음 증폭기(5)가 연결되게 구성하고, 송신 증폭기(4)와 저잡음 증폭기(5)에는 송수신 전환 스위치(S/W)를 매개하여 송신시에는 송신 전력 공급기(8), 수신시에는 합신호 공급기(9)가 연결된다. 차신호 공급기(10)는 수신시 차신호의 전류위상을 가변시켜 주는 다른 수평 위상가변기(6)에 연결되고, 송신 전력 공급기(8), 합신호 공급기(9), 차신호 공급기(10)는 모두 RF수신시(11)에 연결하여 구성된다. 제 3 도의 상단 수직 콤바이너(12)와 하단 수직 콤바이너(13)는 수직 성분의 최대전파 빔 방향의 회전을 위하여 하이브리드(14)와 수평위상 가변기(6) 사이에 구성된다.
미설명부호 Σ및 Δ는 합신호와 차신호를 나타내고 0°, 90°, 180°, 270°는 각각 빔 패턴의 회전 각도를 나타내며 S/W는 송수신 전환 스위치를 나타낸다.
다음은 본 고안의 작용효과에 대하여 알아본다.
본 고안은 RF 수신기(11)의 작용에 의하여 송신 전력 공급기(8)가 동작되면 수평 위상 가변기(67)의 송수신 전환 스위치(S/W)는 송신 전력 공급기(8) 및 송신 증폭기(4)쪽으로 전환된다. 수평 위상 가변기(6)는 송신 전력 공급기(8)로부터 송신 증폭기(4)로 인가되는 신호의 전류위상을 주기가 다르게 변화시켜 준다. 위상 가변 제어장치(7)는 수평 위상 가변기(6)를 제어한다. 송신 증폭기(4)는 수평 위상 가변기(6)에서 위상 변화를 일으킨 미약한 신호를 소정 규격까지 증폭시켜 여과기(3)로 보낸다. 여과기(3)는 송신 증폭기(4)로부터 들어온 신호 중 불필요한 성분은 제거시켜서 수평 콤바이너(2)로 보낸다. 수평 콤바이너(2)는 여과기(3)에서 들어 온 신호 전력을 분배하여 각 안테나 소자(1)에 보내고, 안테나 소자(1)는 분배된 신호 전력을 목표물 방향으로 복사시킨다.
다음 목표물에서 반사된 신호는 안테나 소자(1)에 수신되고, 수신된 신호는 수평 콤바이너(2)에서 합성되고 여과기(3)에 들어온 신호는 전송 및 합성 과정에서 발생한 잡음을 제거시켜 저잡음 증폭기(5)로 보낸다. 저잡음 증폭기(5)는 여과기(3)에서 들어 온 미약한 신호를 증폭하여 수평 위상 가변기(6)를 경유하여 합신호 공급기(9)로 보내게 되는데 이때, 수평 위상 가변기(6)는 송신시 변화시켰던 전류위상의 주기를 원상시킨다.
수신시의 송수신 전환 스위치(S/W)는 송신시와는 반대로 저잡음 증폭기(5) 및 합신호 공급기(9)쪽으로 접속된다. 합신호 공급기(9)는 전체 배열된 안테나 소자(1)의 신호를 종합하여 합신호(∑)를 RF 수신기(11)에 전송 시킨다. 또한 목표물에서 반사되고 안테나 소자(1)에서 수신된 신호는 수평 콤바이너(2)에서 좌측 부분과 우측 부분으로 분류하여 한쪽 부분에 180°의 위상차를 주어 여과기(3)에 인가한다. 여과기(3)는 불필요한 성분을 제거시켜 저잡음 증폭기(5)로 보낸다. 저잡음 증폭기(5)는 미약한 신호를 증폭시키고 수평 위상 가변기(6)는 위상 가변 제어장치(7)의 제어작용으로 신호 전류의 위상을 원상시킨 후 차신호 공급기(10)에 전달한다. 차신호 공급기(10)는 사각형의 제 1 면(ㄱ)의 차신호(Δ)를 합성하여 RF 수신기(11)에 전송한다. RF 수신기(11)에 수신된 합신호(Σ)와 차신호(Δ)는 제 2 도 제 1 상한의 점선 빔패턴 지점에서 합신호(Σ)와 차신호(Δ)의 차이가 가장 큰 부분의 중심선 방향에 목표물이 위치할때 빔 패턴의 회전 각도로써 목표물의 방향을 판독할 수 있게 된다.
다음은 수직성분의 최대 전파 빔 방향의 회전에 대하여 설명한다. 제 3 도에서와 같이 사각형의 한면에 배열된 안테나 소자(1)들에서 전송된 신호는 상단 수직 콤바이너(12)와 하단 수직 콤바이너(13)를 경유하여 하이브리드(14)에 보내진다. 하이브리드(14)는 이들의 신호를 합신호(Σ)와 차신호(Δ)로 분류한다. 수직성분의 빔 패턴 회전도 수평성분의 빔 패턴 회전과 같은 원리로 위상가변 제어장치(7)의 제어에 의하여 수평위상 가변기(6)가 신호전류의 위상주기를 가변시켜줌으로서 합신호(∑)와 차신호(Δ)의 차이가 가장 큰 부분의 중심선 방향에 목표물이 위치할때 빔 패턴의 회전 각도로써 목표물의 위치를 판독할 수 있게 된다.
수직 성분에서도 제 4 도와 타이 수직적으로 실선 방향에서 점선 방향으로 연속적인 빔 패턴의 회전이 가능하게 된다. 정지된 안테나 소자(1)에서 복사되는 신호는 위상 가변 제어장치(7)로 부터 전자적인 제어에 의하여 수평위상 가변기(6)로 부터 주기적인 위상 변화를 받으면 수평 성분에 대해서는 제 2 도의 도시와 같이 최대 전파의 빔 방향이 실선 방향에서 점선 방향으로 회전하게 된다. 즉, 제 1a 도 제1면(ㄱ)의 안테나 소자(1)들에 위상 변화를 주어 제 2 도 제1상한의 안테나 빔 패턴을 형성할 수 있고, 같은 방법으로 제 1a 도의 제2면(ㄴ), 제 3 면(ㄷ), 제 4 면(ㄹ)의 안테나 소자(1)들에 위상 변화를 주어 제 2 도의 제2상한, 제3상한, 제4상한의 안테나 빔 패턴을 형성할 수 있다. 수직 성분에 대해서는 제 4 도의 도시와 같이 최대 전파 빔 방향이 실선 방향에서 점선 방향으로 회전하게 된다. 이들의 빔 패턴은 연속된 회전형으로 처리가 가능하므로 안테나는 정지 상태에 있어도 전송 신호에 위상 변화만 시켜 빔 패턴을 회전 시킬 수 있으므로 기계적으로 안테나를 회전시키는 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있는 것이다. 또한 제 1a 도 안테나 소자(1)의 수평 배열면은 필요한 안테나의 특성에 따라서 사각형상, 삼각형상, 원형상 및 기타의 형상으로 변형시킬 수 있다.
이상과 같이 본 고안은 수평 및 수직 방향의 빔 패턴 회전을 이용하여 안테나에 기계적인 회전을 주지 않고 전자적인 위상 변화만으로 기계적인 회전보다 우수한 연속적인 회전 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Claims (1)

  1. 수십개의 다이폴 또는 슬로트 안테나 소자(1)를 수평배열하고 이 수평배열 형상을 수직으로 여러개 적층시켜 수직배열을 하고 수평배열의 각층은 안테나 소자(1)에 수평신호 전력을 분배, 합성하여 주는 수평 콤바이너(2)에 연결되며, 이 수평 콤바이너(2)에는 여과기(3)가 연결되고 여과기(3)에는 송신시에는 송신 증폭기(4), 수신시에는 저잡음 증폭기(5)가 연결되고, 송신증폭기(4)와 저잡음 증폭기(5)에는 송·수신 전환 스위치를 매개하여 송신시에는 송신 전력 증폭기(8), 수신시에는 합신호 공급기(9)가 연결되며 차신호 공급기(10)는 수신시 차신호의 전류위상을 가변시켜주는 다른 수평위상 가변기(6)에 연결되고, 송신 전력 공급기(8), 합신호 공급기(9), 차신호 공급기(10)는 모두 RF수신기(11)에 연결하여 구성되고 또한 수직배열에서의 상단수직 콤바이너(12)와 하단수직 콤바이너(13)는 수직 성분의 최대 전파 빔 방향의 회전을 알기 위하여 하이브 리드(14)와 수평위상 가변기(6)사이에 위치하여 구성되며 위상 가변 제어장치(7)에 의하여 전자적으로 제어되는 수평위상 가변기(6)에 송신 증폭기(4)로 인가되는 전류위상을 주기적으로 다르게 공급하여 주면, 안테나가 정지 상태에 있지만 최대 전파 빔 방향을 수평 및 수직방향으로 주기적 회전시킬 수 있도록 한 정지형 위상 배열 빔 회전 안테나.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170122156A (ko) * 2017-10-18 2017-11-03 호서대학교 산학협력단 위상 제어 공유 구조의 고정식 레이더 안테나 장치 및 그의 제어 방법

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