KR101196260B1 - Planar circular-array antenna with omni-directional radiation pattern - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동체 위성통신에 있어서 안테나 빔 조향 없이 항상 위성접속이 가능하도록 하는 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나에 관한 것으로, 방사소자를 원형으로 배치하고, 미리 결정된 급전위상의 주기를 1 이상의 정수배한 값을 방사소자들의 수로 나눈 값을 유효급전위상으로 결정하고, 방사소자들 중 하나를 기준으로 하여 기준 방사소자로부터 시계방향 또는 반시계방향으로 순차적으로 방사소자들의 배치각도와 각 방사소자로 급전되는 신호의 위상각도의 합이 유효급전위상만큼씩 가산하는 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나를 제공한다. The present invention relates to a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern that enables satellite connection at all times without antenna beam steering in mobile satellite communications. The value divided by the number of radiating elements is determined as the effective feed phase, and the placement angle of the radiating elements is sequentially supplied clockwise or counterclockwise from the reference radiating element based on one of the radiating elements, and the power is supplied to each radiating element. Provided is a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern in which the sum of phase angles of signals to be added is added by the effective feed phase.
전방위 방사패턴, 배열 안테나, 평판 안테나, 방사패턴 합성 Omnidirectional radiation pattern, array antenna, flat panel antenna, radiation pattern synthesis
Description
본 발명은 전방위 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동체 위성통신에 있어서 안테나 빔 조향 없이 항상 위성접속이 가능하도록 하는 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an omnidirectional antenna, and more particularly, to a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern to enable satellite connection at all times without antenna beam steering in mobile satellite communication.
"본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-041-03, 과제명: 지능형 안테나 기술개발].""The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2007-F-041-03, Project name: Intelligent antenna technology development]."
최근 움직이고 있는 이동체에서의 위성통신 서비스를 받고자 하는 사용자의 요구가 증가함에 따라 이를 수용하기 위한 이동형 위성통신 안테나 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 안테나는 이동체의 움직임에 따라 안테나의 최대 이득방향이 항상 위성을 향하도록 해야 한다.Recently, as the user's demand for the satellite communication service on the moving object increases, the development of a mobile satellite communication antenna for accommodating this has been actively performed. These antennas should always have the maximum gain direction of the antenna toward the satellite according to the movement of the moving object.
따라서 종래기술에 따른 안테나의 형태는 안테나 빔 방향을 기계적으로 제어하는 기계식 안테나이거나, 또는 전자적 빔 조향이 가능한 전자식 위상배열 안테나의 형태를 갖는다. 최근에는 이 두 가지 형태를 적절히 조합하여 방위각 방향은 기계식으로 제어하고 앙각 방향은 전자식으로 제어하는 혼합형 안테나가 제안되고 있다.Therefore, the form of the antenna according to the prior art has a form of a mechanical antenna for controlling the antenna beam direction mechanically, or an electronic phased array antenna capable of electronic beam steering. In recent years, a hybrid antenna has been proposed in which a combination of the two forms is appropriately controlled in the azimuth direction mechanically and the elevation angle is controlled electronically.
그러나 종래기술에 따른 기계식이나 전자식 또는 혼합형 안테나 조절 형식은 이동체 위성통신을 위해 이동체의 움직임에 따라 지향성 안테나 빔을 기계적으로 또는 전자적으로 조향시키기 위한 기계 및 전자장치가 필요할 뿐만 아니라 정교한 위성추적 기능이 요구되어 전체 시스템의 복잡성이 증가된다.However, the mechanical, electronic, or hybrid antenna control type according to the prior art requires not only mechanical and electronic devices for mechanically or electronically steering the directional antenna beam according to the movement of the moving object for mobile satellite communication but also requires sophisticated satellite tracking functions. This increases the complexity of the overall system.
따라서 이러한 종래기술에 따른 안테나 빔의 기계적 또는 전자적 위성추적이 필요치 않도록 방위각 둘레로 전방위 방사패턴을 가지는 새로운 안테나가 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a new antenna having an omnidirectional radiation pattern around the azimuth angle so that mechanical or electronic satellite tracking of the antenna beam according to the prior art is not required.
따라서 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이동체 위성통신을 위해 안테나 빔의 기계적 또는 전자적 위성추적이 필요치 않도록 방위각 둘레로 전방위 방사패턴을 가지는 평판 원형배열 안테나를 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention for solving the above-mentioned problems of the prior art is to provide a flat circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern around the azimuth so that mechanical or electronic satellite tracking of the antenna beam is not required for mobile satellite communication.
또한, 본 발명의 다른 목적은 안테나 설치를 위해 별도의 공간이 필요치 않도록 안테나와 구조체가 일체화된 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a flat circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern in which an antenna and a structure are integrated so that no separate space is required for antenna installation.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는, 복수의 원형들로 배치되어, 복수의 원형배열 안테나들을 각각 형성하는 복수의 방사소자들을 포함하고, '상기 원형배열 안테나들의 반지름, 상기 원형배열 안테나들 상에 배열된 상기 방사소자들의 급전이득 및 유효급전위상(이하, 설계변수라 함)'이 결정되어, 상기 원형배열 안테나들은 전방위 방사패턴을 가지며, 상기 원형배열 안테나들 상에 배열된 상기 방사소자들이 소정 주기의 급전위상을 가질 경우, 상기 유효급전위상은, 상기 소정 주기의 급전위상을 상기 방사소자들의 개수로 나눈 값으로 결정되고, 상기 방사소자들은, 각 원형배열 안테나들 상에서 상기 방사소자들 중 제1방사소자를 기준으로, 시계방향 또는 반시계방향으로 상기 유효급전위상만큼 순차적으로 가산되어 원형으로 배열되며, 상기 유효급전위상은, 상기 방사소자들의 배치각도와 각 방사소자들로 급전되는 신호의 위상각도의 합이고, 합성하고자 하는 목표 방사패턴을 설정하고, 상기 설정된 목표 방사패턴과 상기 설계변수에 대한 중간단계의 값으로부터 계산된 실제 방사패턴과의 오차가 최소가 되도록 상기 설계변수의 값이 결정된다.The planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention for achieving the above objects, is arranged in a plurality of circles, comprising a plurality of radiating elements to form a plurality of circular array antenna, respectively, The radius of the circular array antennas, the feed gain and the effective feed phase of the radiating elements arranged on the circular array antennas (hereinafter referred to as design variables) are determined, so that the circular array antennas have an omnidirectional radiation pattern. When the radiating elements arranged on the circular array antennas have a feeding phase of a predetermined period, the effective feeding phase is determined by dividing the feeding phase of the predetermined period by the number of radiating elements, and the radiating elements are The clockwise or counterclockwise direction of the radiating element on the circular array antennas. The effective feed phase is a sum of the arrangement angle of the radiating elements and the phase angle of the signal fed to each radiating element, and sets a target radiation pattern to be synthesized. The value of the design variable is determined such that the error between the set target radiation pattern and the actual radiation pattern calculated from the intermediate step value for the design variable is minimal.
또한, 상기 원형배열 안테나들은, 동일한 '원의 중점'을 가지고 동일 평면 상에 배치되며, 상기 원형배열 안테나들은, 각각 서로 다른 반지름을 갖는다.Further, the circular array antennas are arranged on the same plane with the same 'circle midpoint', and the circular array antennas each have a different radius.
또한, 상기 원형배열 안테나들은, 서로 다른 개수의 방사소자들이 각각 배열되고, 상기 원형배열 안테나들 중에서 작은 개수의 방사소자들이 배열된 원형배열 안테나가 원의 중심 측에 위치한다.
또한, 상기 방사소자들은, 동일한 급전이득을 가지고, 상기 배치각도 및 상기 위상각도 중 적어도 하나가 순차적으로 증가되어, 상기 각 원형배열 안테나들 상에서 상기 방사소자들 간에 상기 유효급전위상만큼 순차적으로 가산된다.In addition, the circular array antennas, different numbers of radiating elements are arranged, respectively, a circular array antenna in which a small number of radiating elements are arranged among the circular array antennas is located at the center side of the circle.
Further, the radiating elements have the same feeding gain, and at least one of the placement angle and the phase angle is sequentially increased, and is sequentially added by the effective feeding phase between the radiating elements on the respective circular array antennas. .
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또한, 본 발명에 따른 평판 원형배열 안테나는, 마이크로스트립 패치 형태로서 유전체 상부 표면에 위치하는 상기 방사소자들, 외부로부터 상기 방사소자들을 보호하기 위해 상기 방사소자들 상부에 위치하는 상부 판넬, 상기 유전체의 하부 표면에 위치하는 접지면, 상기 방사소자들의 하부 지지를 위해서 상기 접지면의 하면에 위치하는 하부 판넬, 및 상기 방사소자들에 전류급전을 위해 상기 유전체 및 상기 접지면 그리고 하부 판넬을 관통하는 전송선로를 포함한다.In addition, the planar circular array antenna according to the present invention, in the form of a microstrip patch, the radiation elements located on the upper surface of the dielectric, the upper panel located above the radiation elements to protect the radiation elements from the outside, the dielectric A ground plane located on a lower surface of the lower surface, a lower panel located on a lower surface of the ground plane for lower support of the radiating elements, and penetrating the dielectric and the ground plane and a lower panel for supplying current to the radiation elements; It includes a transmission line.
또한, 본 발명에 따른 상기 평판 원형배열 안테나는, 상기 상부 판넬과 상기 방사소자들 사이에 삽입되는 허니콤 구조물을 더 포함한다.In addition, the planar circular array antenna according to the present invention further includes a honeycomb structure inserted between the upper panel and the radiation elements.
상술한 바와 같이 본 발명은, 전방위 방사패턴을 제공하므로 움직이는 이동체에서 별도의 위성추적 기능 없이도 안정된 무선접속이 가능한 장점이 있다.As described above, since the present invention provides an omnidirectional radiation pattern, there is an advantage in that a stable wireless connection is possible without a separate satellite tracking function in a moving object.
또한, 본 발명은 고강도 샌드위치 판넬 구조로 제작 가능하므로, 안테나와 구조체의 일체화가 가능한 장점이 있다. 이에 따라, 안테나 설치를 위해 별도의 공간이 필요치 않은 이점이 있다.In addition, the present invention can be manufactured in a high-strength sandwich panel structure, there is an advantage that the antenna and the structure can be integrated. Accordingly, there is an advantage that no separate space is required for antenna installation.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same configurations of the drawings denote the same reference numerals as possible whenever possible. Specific details are set forth in the following description, which is provided to provide a more thorough understanding of the present invention. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 기본적으로 안테나의 방사소자를 평판에 원형으로 배열하고, 각 방사소자의 급전이득(excitation amplitude)은 동일하게 하며, 급전위상(excitation phase)은 주기성 을 갖도록 한다.The flat circular array antenna having the omnidirectional radiation pattern according to the present invention basically arranges the radiating elements of the antenna in a flat shape on the flat plate, and the feeding gain of each radiating element is the same, and the excitation phase is Make it periodic.
더 나아가, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 특정 영역에서만 전방위 방사패턴을 갖도록 하기 위해 안테나 방사소자를 다중 원형배열 형태로 배치하고, 이에 대한 각 원형 배열의 반지름 및 급전 위상 등은 소정의 최적화 알고리즘에 따라 결정한다.Furthermore, in the planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention, in order to have an omnidirectional radiation pattern only in a specific region, the antenna radiating elements are arranged in a multi-circular array form, and the radius and the feeding phase of each circular array are arranged. Is determined according to a predetermined optimization algorithm.
한편, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 구조체로서의 역할 수행을 위해 허니콤 샌드위치 구조 내에 마이크로스트립 형태의 패치 안테나로 구성됨으로써, 안테나 설치를 위해 별도의 공간이 필요치 않도록 안테나와 구조체가 일체화된다.On the other hand, the planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention is composed of a patch antenna of the microstrip form in the honeycomb sandwich structure to perform the role as a structure, so that the antenna and the structure so that a separate space is not required for the antenna installation Is integrated.
이하, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 실시 예에 따른, 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 이동체 위성통신 적용 예를 보인 도면이다.1 is a view showing a mobile satellite communication application example of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴(12)을 갖는 평판 원형배열 안테나(11)는 이동체(10)의 루프에 설치되어 이동체(10)의 움직임에 관계없이 항상 목표 위성(13)과의 무선접속이 가능함을 도식적으로 보이고 있다.As shown in FIG. 1, the planar
이동체 위성통신을 위한 종래의 안테나는 이동체의 움직임에 따라 지향성 안테나 빔이 기계적으로 또는 전자적으로 조향 가능하도록 기계 및 전자장치가 필요할 뿐만 아니라 정교한 위성추적 기능이 요구되지만, 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 이러한 안테나 빔의 기계적 또는 전자적 위성추적이 필요치 않도록 방위각 둘레로 전방위 방사패턴을 가지는 안테나를 제공한다.Conventional antennas for mobile satellite communication require sophisticated satellite tracking functions as well as mechanical and electronic devices such that the directional antenna beam can be mechanically or electronically steered according to the movement of the mobile object. The planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention provides an antenna having an omnidirectional radiation pattern around an azimuth such that mechanical or electronic satellite tracking of such an antenna beam is not required.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 상면도 및 측단면이다.2 is a top and side cross-sectional views of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 상면도는 급전위상이 1주기인 경우를 일 실시예로서 든 것이고, 측단면도는 안테나와 구조물의 일체화를 위해 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 적층구조를 일 실시예로서 나타낸 것이다.In FIG. 2, the top view shows a case where the power supply phase is one cycle, and the side cross-sectional view shows a laminated structure of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention for the integration of the antenna and the structure. It is shown as an example.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 방사소자(23)가 소정의 원형 둘레에 일정한 간격으로 배치되고, 상기 방사소자(23)는 마이크로스트립 패치 형태로서 유전체(24)의 상부 표면에 위치한다. 상기 유전체(24)의 하부 표면에는 안테나 접지면(25)이 위치하며, 상기 방사소자(23)에 전류급전을 위한 전송선(27)과 커넥터(28)가 구비된다.As shown in FIG. 2, in the planar circular array antenna having the omnidirectional radiation pattern according to the present invention, the
상기 방사소자(23)의 하부 지지를 위해서 상기 접지면(25)의 하면에 하부 판넬(26)이 위치하고, 외부 환경으로부터 상기 방사소자(23)를 보호하며, 상부를 지지하는 상부 판넬(21)이 위치한다. 상기 하부 판넬(26)과 상부 판넬(21) 사이에는 소정의 허니콤 구조물(22)이 삽입된다. 그리고 최종적인 전방위 방사패턴을 얻기 위해 상기 6개의 방사소자 커넥터(28)들은 소정의 전력결합 수단(미도시)에 의해 연결된다.The
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른, 도 2에 도시된 평판 원형배열 안테나의 3차원 전방위 방사 패턴도 및 방사패턴 단면도이다.3A and 3B are three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagrams and radiation pattern cross-sectional views of the planar circular array antenna shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
여기서, 도 3a의 3차원 방사 패턴도는 u = sinθ x cosφ이고, v = sinθ x sinφ이며, φ는 방위각이고, θ는 앙각을 나타내며, 도 3b는 방위각 0도와 30도 각각에 대한 방사패턴 단면도를 나타낸 것이다.Here, the 3D radiation pattern diagram of FIG. 3A is u = sinθ x cosφ, v = sinθ x sinφ, φ is an azimuth angle, θ represents an elevation angle, and FIG. 3B is a cross-sectional view of radiation patterns for each of 0 and 30 degrees azimuth angles. It is shown.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 방사소자 배치 및 급전위상의 실시 예들을 나타낸 도면이다.4A to 4C are diagrams illustrating embodiments of a radiating element arrangement and a feeding phase of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 6개의 방사소자(41)가 2주기의 급전위상을 가지는 경우를 예를 들어 설명하겠다. 6개의 방사소자(41)가 2주기(720도)의 급전위상을 가지는 경우의 유효급전위상은 720도/6개=120도이다. 즉, 6개의 방사소자가 0도, 120도, 240도, 360도, 480도, 600도의 순차적 유효급전위상을 갖는 경우이다. 여기서, 유효급전위상은 방사소자(41)의 배치각도(43, 44)와 상기 방사소자 급전부(42)에 직접 급전되는 신호의 위상각도(45)의 합으로 정의된다. 예로서 도 4a에서 방사소자의 배치각도(44) 0도와 위상각도(45) 120도의 합인 120이 유효급전위상이 되는 것이다.The case where the six
상기 급전부(42)의 급전위상각도는 소정의 위상천이 수단이나 급전선의 케이블 길이를 조정함으로써 변화를 줄 수 있다.The feed phase angle of the
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 2주기의 유효급전위상을 가지는 경우, 방사소자(41)의 배치각도를 모두 일정(0도)하게 하고 급전부(42)의 급전위상각도를 순차적으로 120도씩 증가시킨 도면이다.4A illustrates that when the two phases have the effective feed phase, the arrangement angles of the
도 4b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른, 2주기의 유효급전위상을 가지는 경우, 급전부(42)의 급전위상각도를 모두 일정(0도)하게 하고 방사소자(41)의 배치각 도를 120도씩 증가시킨 도면이다.FIG. 4B is a diagram illustrating an arrangement angle of the radiating
도 4c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 다른, 2주기의 유효급전위상을 가지는 경우, 방사소자(41)의 배치각도와 급전부(42)의 급전위상각도를 모두 60도씩 증가시킨 도면이다.FIG. 4C is a view in which the arrangement angle of the radiating
상기 도 4a 내지 도 4c에 도시한 상기 3가지 실시 예에 대한 안테나 방사패턴은 도 5과 같이 동일한 전방위 방사패턴을 가진다. 도 5는 도 4에 도시된 평판 원형배열 안테나의 방사패턴 단면도이다.The antenna radiation patterns of the three embodiments illustrated in FIGS. 4A to 4C have the same omnidirectional radiation pattern as shown in FIG. 5. FIG. 5 is a cross-sectional view of the radiation pattern of the planar circular array antenna illustrated in FIG. 4.
이상에서는 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 단일 원형배열 평판 안테나에 대한 기술내용을 설명하였다. 이어서, 단일 원형배열 평판 안테나의 확장된 형태로서, 전방위 방사패턴을 갖는 다중 원형배열 평판 안테나에 대한 기술적 내용을 설명하기 위해 이하에서 도 6 내지 도 10c를 참조하여 구체적인 예를 들어 상세히 설명한다.In the above, the technical details of the single circular array flat antenna having the omnidirectional radiation pattern according to the present invention have been described. Subsequently, in order to describe the technical contents of the multiple circular array flat panel antenna having the omnidirectional radiation pattern as an extended form of the single circular array flat antenna, a detailed example will be described below with reference to FIGS. 6 to 10C.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전방위 방사패턴을 성형하기 위한 다중 원형배열을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a multiple circular array for forming an omnidirectional radiation pattern according to an embodiment of the present invention.
도 6은 전방위 방사패턴을 갖는 다중 원형배열 평판 안테나를 설명하기 위한 다중 원형배열 실시 예를 보이고 있다. 도 6을 참조하여 살펴보면, 제 1 링에는 6개, 제 2 링에는 8개, 제 3 링에는 12개, 제 4 링에는 16개의 방사소자(60)가 각 링 내에서 동일한 간격으로 배치되어 다중 원형배열을 이루고 있다. 도 6에 도시된 다중 원형배열이 전방위 방사패턴을 갖기 위한 조건은 방사소자가 놓인 각 링의 반지름, 각 링 상에 존재하는 방사소자의 급전이득, 각 링 상에 존재하는 방사소자의 유효급전 위상주기에 의해 결정된다. 그리고 각 링 상에 존재하는 방사소자(60)의 급전이득은 동일한 값을 갖도록 제한할 수 있으며, 링 상에 존재하는 방사소자의 기준 방사소자에 대한 유효급전위상 값은 서로 다를 수 있다.6 illustrates an embodiment of a multiple circular array for explaining a multiple circular array flat antenna having an omnidirectional radiation pattern. Referring to Figure 6, six in the first ring, eight in the second ring, twelve in the third ring, sixteen radiating
본 발명에 따른 다중 원형배열이 전방위 방사패턴을 갖기 위한 설계변수(방사소자가 놓인 각 링의 반지름, 상기 각 링 상에 존재하는 방사소자의 급전이득, 상기 각 링 상에 존재하는 방사소자의 유효급전 위상주기)는 소정의 최적화 방법에 의해 결정된다.Design variable for the multiple circular array according to the present invention to have an omnidirectional radiation pattern (radius of each ring on which the radiating element is placed, feed gain of the radiating element existing on each ring, effective of the radiating element present on each ring Feed phase period) is determined by a predetermined optimization method.
최적의 방사패턴을 결정하기 위한 최적화 방법은 합성하고자 하는 목표 방사패턴을 설정하고, 상기 설정된 목표 방사패턴과 상기 설계변수에 대한 중간단계의 값으로부터 계산된 실제 방사패턴과의 오차가 최소가 되도록 상기 설계변수 값이 최종 결정된다.An optimization method for determining an optimal radiation pattern is to set a target radiation pattern to be synthesized, and to minimize the error between the set target radiation pattern and the actual radiation pattern calculated from the intermediate value of the design variable. The design variable value is finally determined.
본 발명에 일 실시 예에 따른 도 7은, 도 6에 도시된 다중 원형배열에 따른 평판 원형배열 안테나의 정점-널(zenith-null) 형태의 전방위 방사 패턴도이다.7 is an omni-directional radiation pattern diagram of a zenith-null form of a flat circular array antenna according to the multiple circular arrays shown in FIG. 6.
도 7은, 일례로 앙각 절대값 30~50도를 지향하는 방사패턴을 목표 방사패턴(71)으로 하고, 전술한 방사패턴 최적화 방법을 이용하여 최적화하면, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 최종 전방위 방사패턴들을 얻을 수 있다.FIG. 7 shows, as an example, a radiation pattern that is directed at an elevation angle of 30 to 50 degrees as a
도 8a는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 상의 방사소자만을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이고, 도 8b는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 및 제2링 상의 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이며, 도 8c는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 내지 제4링 상의 모든 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이다. 도 8a의 참조번호 81은 목표 방사패턴의 경계를, 참조번호 82는 최종 합성된 방사패턴을 각각 나타낸 것이다. 도 8a는 도 6에 도시된 원형배열의 제 1 링 상에 놓인 방사소자만을 이용해 합성한 결과이고, 도 8b는 제 1 링과 제 2 링에 놓인 방사소자를 이용해 합성한 결과이며, 도 8c는 제 1 링에서 제 4 링까지 모든 방사소자를 이용해 합성한 결과이다.FIG. 8A is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-null shape formed using only the radiating element on the first ring in the multiple circular array shown in FIG. 6, and FIG. 8B is a first diagram of the multiple circular array shown in FIG. A three-dimensional omnidirectional radiation pattern in the form of a vertex-null formed using radiating elements on a ring and a second ring, and FIG. 8C shows all radiating elements on the first to fourth rings in the multiple circular arrangement shown in FIG. 6. A three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram formed using a vertex-null shape.
본 발명에 다른 실시 예에 따른 도 9는, 또 다른 합성 예로서, 도 6에 도시된 다중 원형배열에 따른 평판 원형배열 안테나의 정점-피크(zenith-peak) 형태의 전방위 방사 패턴도로서, 정점이 채워진(peak) 형태의 목표 방사패턴(91)도이다.9, according to another embodiment of the present disclosure, is a vertex-peak omnidirectional radiation pattern diagram of a planar circular array antenna according to multiple circular arrays shown in FIG. 6. This is a
도 9는, 일예로, 앙각 절대값 0~30도를 지향하는 방사패턴을 목표 방사패턴(91)으로 하고, 전술한 방사패턴 최적화 방법을 이용하여 최적화하면, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 최종 전방위 방사패턴들을 얻을 수 있다.FIG. 9 shows, as an example, a radiation pattern directed to an absolute elevation angle of 0 to 30 degrees as a
본 발명의 일 실시 예에 따른 도 10a는, 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 상의 방사소자만을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이다.FIG. 10A according to an embodiment of the present invention is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-peak shape formed using only the radiating element on the first ring in the multiple circular array illustrated in FIG. 6.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 도 10b는, 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 및 제2링 상의 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이다.FIG. 10B according to another embodiment of the present invention is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a peak-peak shape formed by using radiating elements on the first ring and the second ring in the multiple circular array illustrated in FIG. 6.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도 10c는, 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 내지 제4링 상의 모든 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이다.FIG. 10C according to another embodiment of the present invention is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-peak shape formed by using all the radiating elements on the first to fourth rings in the multiple circular arrangement illustrated in FIG. 6. .
도 10a의 참조번호 101은 목표 방사패턴의 경계를, 참조번호 102는 최종 합성된 방사패턴을 지시한다. 도 10a는 도 6에 도시된 원형배열의 제 1 링 상에 놓인 방사소자만을 이용해 합성한 결과이고, 도 10b는 제 1 링과 제 2 링에 놓인 방사소자를 이용해 합성한 결과이며, 도 10c는 제 1 링에서 제 4 링까지 모든 방사소자를 이용해 합성한 결과이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 기본적으로 안테나 방사소자를 평판에 원형으로 배열하고 각 방사소자의 급전이득(excitation amplitude)은 동일하게 하며 급전위상(excitation phase)은 주기성을 갖는 것에 특징이 있으며, 더 나아가, 특정 영역에서만 전방위 방사패턴을 갖도록 하기 위해 안테나 방사소자를 다중 원형배열 형태로 배치할 수 있고, 이때 각 원형 배열의 반지름 및 급전 위상 등은 소정의 최적화 방법에 따라 결정된다.As described above, the planar circular array antenna having the omnidirectional radiation pattern according to the present invention basically arranges the antenna radiating elements in a circular shape on the flat plate, and has an equal excitation amplitude of each radiating element and an excitation phase. Is characterized by having a periodicity, and furthermore, in order to have an omnidirectional radiation pattern only in a specific area, the antenna radiating element may be arranged in a multi-circular array shape, and the radius and the feeding phase of each circular array may be predetermined. It depends on the method.
또한, 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 구조체로서의 역할 수행을 위해 허니콤 샌드위치 구조 내에 마이크로스트립 형태의 패치 안테나로 구성됨으로써 안테나와 구조체가 일체화되는데 특징이 있다.In addition, the planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention is characterized in that the antenna and the structure are integrated by being composed of a microstrip type patch antenna in the honeycomb sandwich structure to perform a role as a structure.
따라서 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나는 전방위 방사패턴을 제공하므로 움직이는 이동체에서 별도의 위성추적 기능 없이도 안정된 무선접속이 가능하고, 고강도 샌드위치 판넬 구조로 제작 가능하므로, 안테나와 구조체의 일체화가 가능하여, 안테나 설치를 위해 별도의 공간이 필요치 않다.Therefore, since the planar circular array antenna having the omnidirectional radiation pattern according to the present invention provides an omnidirectional radiation pattern, a stable wireless connection is possible without a separate satellite tracking function in a moving mobile body, and a high-strength sandwich panel structure can be manufactured, thereby providing an antenna and a structure. Integration is possible, so no separate space is required for antenna installation.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 이상에서 설명한 본 발명은 상기 구성의 일부 또는 전부에 의해 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but the present invention described above may be embodied by some or all of the above configurations, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
도 1은 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 이동체 위성통신 적용예를 보인 도면,1 is a view showing a mobile satellite communication application example of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 상면도 및 측단면도,2 is a top and side cross-sectional view of a flat circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 평판 원형배열 안테나의 3차원 전방위 방사 패턴도 및 방사패턴 단면도,3A and 3B are three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagrams and radiation pattern cross-sectional views of the planar circular array antenna shown in FIG. 2;
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 전방위 방사패턴을 갖는 평판 원형배열 안테나의 방사소자 배치 및 급전위상의 실시예들을 나타낸 도면,4A to 4C are diagrams illustrating embodiments of a radiating element arrangement and a feeding phase of a planar circular array antenna having an omnidirectional radiation pattern according to the present invention;
도 5는 도 4에 도시된 평판 원형배열 안테나의 방사패턴 단면도,5 is a cross-sectional view of the radiation pattern of the planar circular array antenna shown in FIG. 4;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전방위 방사패턴을 성형하기 위한 다중 원형배열을 나타낸 도면,6 is a view showing a multiple circular array for forming an omnidirectional radiation pattern according to an embodiment of the present invention;
도 7은 도 6에 도시된 다중 원형배열에 따른 평판 원형배열 안테나의 정점-널(zenith-null) 형태의 전방위 방사 패턴도,FIG. 7 is an omni-directional radiation pattern diagram of a zenith-null shape of a planar circular array antenna according to the multiple circular arrays shown in FIG. 6;
도 8a는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 상의 방사소자만을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도,FIG. 8A is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-null shape formed using only the radiating element on the first ring in the multiple circular array shown in FIG. 6;
도 8b는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 및 제2링 상의 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도,FIG. 8B is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-null formed using radiating elements on the first and second rings in the multiple circular arrangement shown in FIG. 6;
도 8c는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 내지 제4링 상의 모든 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-널 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도,FIG. 8C is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-null formed using all the radiation elements on the first to fourth rings in the multiple circular arrangement shown in FIG. 6;
도 9는 도 6에 도시된 다중 원형배열에 따른 평판 원형배열 안테나의 정점-피크(zenith-peak) 형태의 전방위 방사 패턴도,FIG. 9 is an omni-directional radiation pattern diagram of a zenith-peak shape of a planar circular array antenna according to the multiple circular arrays shown in FIG. 6;
도 10a는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 상의 방사소자만을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도,FIG. 10A is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram of a vertex-peak shape formed using only the radiating element on the first ring in the multiple circular arrangement shown in FIG. 6;
도 10b는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 및 제2링 상의 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도,FIG. 10B is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram in the form of a peak-peak formed using radiating elements on the first ring and the second ring in the multiple circular arrangement shown in FIG. 6;
도 10c는 도 6에 도시된 다중 원형배열에서 제1링 내지 제4링 상의 모든 방사소자들을 이용하여 성형된 정점-피크 형태의 3차원 전방위 방사 패턴도이다.FIG. 10C is a three-dimensional omnidirectional radiation pattern diagram in the form of a peak-peak formed using all the radiation elements on the first to fourth rings in the multiple circular arrangement shown in FIG.
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