KR20050113772A - Phased array antenna measurement system and method of the same - Google Patents
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Abstract
분석 대상인 위상배열안테나와 유기적인 연동으로 다양한 위상 제어 주파수에 따라 각 배열소자에서 방사되는 빔을 근접 전계(Near Field)로 그 특성을 측정 분석하도록 하며, 위상배열안테나를 능동적으로 제어하여 특성의 분석에 신뢰성을 제공하고 다양한 위상 제어 주파수에 대한 특성 측정 시간을 단축할 수 있도록, 특성 측정 대상인 위상배열안테나와, 위상배열안테나에 구성된 각 배열소자에서 조사되는 빔의 위상 주파수 및 빔 조향을 운용 알고리즘에 따라 제어하고, 조사되는 빔의 위상 및 파워 값을 분석하여 위상배열안테나의 특성을 추출하는 PC 기반의 제어장치와, 고정된 안테나에 복수개의 탐침 프로브 및 탐침 프로브를 이동시키는 복수개의 모터가 배치되며, 위상배열안테나에서 조사되는 빔의 근접 전계를 계측하는 NFS와, NFS에서 인가되는 RF 출력을 상기 위상배열안테나에 RF 소오스로 인가하고, 조사되는 빔의 근접 전계로 위상 및 파워 값을 추출하는 네트워크 분석기와, 제어장치와 PCI 버스를 통해 접속되며, 제어장치에서 인가되는 제어신호에 따라 NFS 축의 이동을 제어하는 NFS 제어기를 포함하는 위상배열안테나 측정 시스템을 제공한다.Organically linked to the phased array antenna to be analyzed, the characteristics of the beams emitted from each array element are measured by a near field according to various phase control frequencies, and the characteristics of the phased array antenna are actively controlled. In order to provide reliability and to reduce characteristic measurement time for various phase control frequencies, the phase frequency antenna and beam steering of the beam irradiated from each array element of the phase array antenna and the phase array antenna, which are the characteristics measurement targets, are And a PC-based controller for extracting characteristics of the phased array antenna by analyzing the phase and power values of the irradiated beam, and a plurality of motors for moving the plurality of probe probes and probe probes to a fixed antenna. NFS is used to measure the near field of a beam emitted from a phased array antenna. Is a network analyzer for applying an RF output to the phased array antenna as an RF source and extracting phase and power values to a near electric field of the beam to be irradiated, and is connected through a PCI bus with a controller and a control signal applied from the controller. According to the present invention, there is provided a phased array antenna measurement system including an NFS controller that controls the movement of the NFS axis.
Description
본 발명은 위상배열안테나 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분석 대상인 위상배열안테나와 유기적인 연동으로 다양한 위상 제어 주파수에 따라 각 배열소자에서 방사되는 빔을 근접 전계(Near Field)로 그 특성을 측정 분석하도록 하며, 위상배열안테나를 능동적으로 제어하여 특성의 분석에 신뢰성을 제공하고 다양한 위상 제어 주파수에 대한 특성 측정 시간을 단축할 수 있도록 하는 위상배열안테나 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for measuring a phased array antenna and a method thereof, and more particularly, to beams emitted from each array element according to various phase control frequencies by means of organic interlocking with the phased array antenna to be analyzed as a near field. The present invention relates to a phased array antenna measurement system and method for measuring and analyzing the characteristics thereof, and actively controlling the phased array antennas to provide reliability in the analysis of the characteristics and to shorten the measurement time of the characteristics for various phase control frequencies. .
일반적으로 안테나의 방사특성(위상, 크기 또는 세기 등)을 측정하는 데 사용되는 시설을 안테나 측정장(antenna range)이라고 하며, 소스 안테나와 측정 안테나가 멀리 떨어진 상태에서 측정을 행하는 원거리 측정장(far-field range)과 소스 안테나는 송신기 역할을 하고 프로브를 이용하여 소스 안테나의 근거리장에서 일정 간격으로 표본화하여 측정하는 근거리 측정장(near-field range) 및 반사기 안테나 가까이에 소스 안테나를 두는 단축 측정장(compact range) 등이 있다.In general, a facility used to measure the radiation characteristics (phase, size, or strength) of an antenna is called an antenna range, and it is a far-field measurement site where measurements are made while the source antenna and the measurement antenna are far apart. -field range and source antenna act as a transmitter, and near-field range, which is measured at regular intervals from the near field of the source antenna using a probe, and a single-axis measuring station with the source antenna near the reflector antenna (compact range).
상기에서 원거리 측정장의 경우에는 소스 안테나와 측정 안테나 사이의 이격거리(rff)가 rff=2D2/λ(여기에서 D는 소스 안테나의 선전원의 길이를 나타내고, λ는 동작주파수를 나타낸다)로 주어지므로, 예를 들어 2.3㎓에서 동작하는 70m 반사기 안테나의 경우에는 측정(이격)거리(rff)가 75㎞로 된다.In the case of the remote measuring field, the separation distance r ff between the source antenna and the measuring antenna is r ff = 2D 2 / λ (where D represents the length of the line power supply of the source antenna, and λ represents an operating frequency). For example, for a 70m reflector antenna operating at 2.3 kHz, the measurement (separation) distance r ff is 75 km.
따라서, 원거리 측정장의 경우에는 소스 안테나와 측정 안테나 사이가 매우 멀리 위치하게 되므로, 다양한 지형에 따른 나무나 숲, 언덕, 산, 강이나 시내, 건물이나 조형물 등이 존재하게 되어 정확한 측정이 어렵다.Therefore, in the case of a remote measurement site, since the source antenna and the measurement antenna are positioned very far away, there are trees, forests, hills, mountains, rivers, streams, buildings, sculptures, etc. according to various terrains, and thus accurate measurement is difficult.
또한, 측정상황에 따른 신속한 대응이 매우 어려우며, 온도나 날씨 등의 차이도 존재하여 측정값의 산포가 크다.In addition, it is very difficult to quickly respond to the measurement situation, there is a difference in temperature, weather, etc., the distribution of the measured value is large.
더욱이 원거리 측정장의 경우에는 정확한 측정값을 얻기 위하여 소스 안테나를 외부에 노출시키게 되는데, 레이더나 군사용 안테나 등에 있어서는 비밀이 유지되어야 하므로 측정에 곤란함이 있다.Moreover, in the case of a remote measuring site, the source antenna is exposed to the outside in order to obtain accurate measurement values. However, the radar or the military antenna has to be kept secret, which makes the measurement difficult.
또한, 안테나의 크기가 큰 경우에는 실내에서의 측정이 불가능하다.In addition, when the size of the antenna is large, it is impossible to measure indoors.
상기와 같이 원거리 측정장의 적용이 곤란한 경우에는 근거리 측정장을 이용하게 되는 데, 근거리 측정장은 소스 안테나의 최소 1파장내의 거리만 있으면 시험이 가능하고, 이 거리에 소정의 평면(소스 안테나의 중심축에 수직한 평면)을 그릴 수 있도록 프로브를 X축 및 Y축으로 이동 가능하게 설치하는 것으로 이루어진다.If the distance measurement field is difficult to apply as described above, the near field measurement field is used, and the near field measurement field can be tested if there is only a distance within at least one wavelength of the source antenna, and a predetermined plane (center axis of the source antenna) It is made to install the probe so as to be movable in the X-axis and Y-axis to draw a plane perpendicular to).
그러나, 근거리 측정장의 경우에는 프로브에서 측정한 데이터를 전부 원거리 측정장 데이터로 변환하므로 상기한 프로브는 매우 정확한 이동을 하여야만 정확한 데이터를 얻을 수 있다.However, in the case of the near field, all the data measured by the probe are converted to the far field data, so that the probe can be obtained only when the probe moves very accurately.
즉, 상기한 프로브의 이동정밀도는 최소 5㎛이내의 정밀도가 요구되며, 보다 정확한 데이터를 얻고자 하는 경우에는 2∼3㎛의 정밀도가 요구된다.That is, the movement accuracy of the probe requires a precision of at least 5 μm, and in order to obtain more accurate data, a precision of 2-3 μm is required.
그리고 보다 정확한 원거리 측정장 데이터를 얻기 위해서는 프로브의 이동범위(평면의 면적)을 크게 할 필요성이 있지만, 프로브를 이동시키기 위한 장치의 한계 때문에 제한이 따르게 된다. In order to obtain more accurate distance measurement data, it is necessary to increase the moving range (plane area) of the probe, but there are limitations due to the limitation of the device for moving the probe.
나아가 프로브를 이동시키기 위한 장치로부터 전자파의 반사가 발생하여 측정값에 잡음이 발생할 우려가 있다.Furthermore, there is a fear that noise may occur in the measured value due to reflection of electromagnetic waves from the device for moving the probe.
또한, 고도한 정밀도로 프로브를 이동시켜야 하므로 프로브를 이동시키는 장치의 가격이 수억원대로 매우 고가이어서 안테나 개발에 있어 필수적인 특성에 대한 측정실험을 행하는 것이 매우 어렵다.In addition, since the probe must be moved with a high degree of precision, the price of the device for moving the probe is hundreds of millions of dollars, so it is very difficult to perform measurement experiments on the characteristics necessary for antenna development.
그리고 프로브가 매우 미세한 이동간격으로 이동하면서 측정을 행하므로 1회의 측정에 소요되는 시간이 수시간으로 장시간이 소요되므로, 측정 도중에 측정환경이 변하여 측정값에 오차가 발생할 가능성이 높다. In addition, since the probe is measured while moving at a very fine movement interval, the time required for one measurement takes several hours and a long time, so that the measurement environment is changed during the measurement, which is likely to cause an error in the measured value.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특성을 측정 분석하기 위한 대상인 위상배열안테나와 유기적인 연동으로 다양한 위상 제어 주파수에 따른 각 배열소자에서의 빔 조향에 대하여 근접 전계의 측정으로 안테나에 대한 각종 특성을 간편하게 측정할 수 있도록 한 위상배열안테나 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to measure the proximity electric field with respect to the beam steering in each array element according to various phase control frequencies in organic coupling with a phased array antenna which is an object for measuring and analyzing characteristics. The present invention is to provide a phased array antenna measurement system for easily measuring various characteristics of an antenna.
또 본 발명의 다른 목적은 위상배열안테나에의 각 배열소자에서 방사되는 빔에 대하여 3축(X축 Y축 및 Z축)에 대한 측정과 360°회전 측정이 수행되도록 하여 특성 분석에 신뢰성을 제공하고 다양한 위상 제어 주파수에 대한 특성 측정 시간을 단축할 수 있도록 한 위상배열안테나 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a reliability in the characteristic analysis by performing the measurement on the three axes (X-axis Y-axis and Z-axis) and 360 ° rotation measurement for the beam emitted from each array element of the phased array antenna To provide a method for measuring a phased array antenna to reduce the characteristic measurement time for a variety of phase control frequency.
본 발명이 제안하는 위상배열안테나 측정 시스템은, 특성 측정 대상인 위상배열안테나와; 상기 위상배열안테나에 구성된 각 배열소자에서 조사되는 빔의 위상 주파수 및 빔 조향을 운용 알고리즘에 따라 제어하고, 조사되는 빔의 위상 및 파워 값을 분석하여 상기 위상배열안테나의 특성을 추출하는 PC 기반의 제어장치와; 고정된 안테나에 복수개의 탐침 프로브 및 상기 탐침 프로브를 이동시키는 복수개의 모터가 배치되며, 상기 위상배열안테나에서 조사되는 빔의 근접 전계를 계측하는 NFS와; 상기 NFS에서 인가되는 RF 출력을 상기 위상배열안테나에 RF 소오스로 인가하고, 조사되는 빔의 근접 전계로 위상 및 파워 값을 추출하는 네트워크 분석기와; 상기 제어장치와 PCI 버스를 통해 접속되며, 제어장치에서 인가되는 제어신호에 따라 NFS 축(X축과 Y축, Z축 및 360°회전)의 이동을 제어하는 NFS 제어기를 포함하여 이루어진다.The phased array antenna measurement system proposed by the present invention includes a phased array antenna which is a characteristic measurement target; The PC-based method of controlling the phase frequency and beam steering of the beam irradiated from each array element of the phased array antenna according to an operating algorithm, and analyzing the phase and power values of the irradiated beam to extract the characteristics of the phased array antenna A controller; NFS for arranging a plurality of probe probes and a plurality of motors for moving the probe probes on a fixed antenna, and measuring a near field of a beam irradiated from the phased array antenna; A network analyzer for applying the RF output applied from the NFS to the phased array antenna as an RF source and extracting phase and power values to a near electric field of the beam to be irradiated; It is connected to the control unit via a PCI bus, and comprises an NFS controller for controlling the movement of the NFS axis (X axis and Y axis, Z axis and 360 ° rotation) according to the control signal applied from the controller.
또 본 발명의 위상배열안테나 측정 방법은 위상배열안테나의 빔 조향 제어 데이터 및 근접 전계 측정을 위한 NFS의 측정 위치 및 각도를 설정하는 초기화 과정과; 빔의 조향 및 근접 전계의 측정을 통해 BSU 및 통신 테스트를 실행하는 과정과; 전체 배열소자에 대한 테스트를 실행하는 과정과; 각 배열소자에 대한 빔 조향을 셋팅하는 안테나 튜닝으로 특성 분석 조건을 설정하는 과정과; 상기 특성 분석 조건 설정에 따라 운용 시나리오를 통해 측정 대상 위상배열안테나에서 설정된 조건으로 빔을 조사시키고, NFS가 결정된 위치의 배열소자로부터 조사되는 빔의 근접 전계를 검출하며, 이를 네트워크 분석기를 이용한 위상 및 파워값의 추출 분석으로 해당 위상배열안테나에 대한 특성을 측정 저장하는 과정을 포함하여 이루어진다.In addition, the method of measuring a phased array antenna of the present invention includes an initialization process of setting a measurement position and an angle of NFS for beam steering control data and a near field measurement of the phased array antenna; Executing the BSU and communication tests through steering of the beam and measurement of the near field; Performing a test on the entire array element; Setting characteristic analysis conditions with antenna tuning for setting beam steering for each array element; According to the characteristic analysis condition setting, the beam is irradiated with the conditions set in the measurement target phased array antenna through the operation scenario, and the proximity electric field of the beam irradiated from the array element at the NFS-determined position is detected. Extraction analysis of power values includes measuring and storing the characteristics of the phased array antenna.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위상배열안테나 측정 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a phased array antenna measurement system and method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 위상배열안테나 측정 시스템의 일실시예는, 제어장치(100)와 근접 전계 측정장치(이하, NFS(Near Field System;200)라 한다), 네트워크 분석기(300), NFS 제어기(400)를 포함하여 구성된다.As can be seen in Figures 1 and 2, one embodiment of the phased array antenna measurement system according to the present invention, the control device 100 and the near field measuring device (hereinafter referred to as NFS (Near Field System; 200)) ), The network analyzer 300, and the NFS controller 400.
제어장치(100)는 특성 측정 분석 대상인 위상배열안테나(500)를 구성하고 있는 각 배열소자에서 조사되는 빔의 각 위상 주파수 및 빔 조향을 제어하고, 네트워크 분석기(300)를 통해 검출되는 상기 위상배열안테나(500)에서 조사되는 빔의 위상 및 파워 값의 분석을 통해 그 특성을 추출하며, PCI 버스로 연결되는 NFS 제어기(400)를 통해 상기 NFS(200) 축의 이동을 제어한다.The control device 100 controls the phase frequency and beam steering of the beam irradiated from each array element constituting the phased array antenna 500 which is the characteristic measurement analysis object, and the phased array detected by the network analyzer 300. The characteristics are extracted by analyzing the phase and power values of the beam irradiated from the antenna 500, and the movement of the NFS 200 axis is controlled through the NFS controller 400 connected to the PCI bus.
NFS(200)는 고정된 안테나에 복수개의 탐침 프로브와 4축(X,Y,Z축 및 360°회전) 이동을 위한 모터가 배치되며, 상기 NFS 제어기(400)에 의해 셋팅된 위치 및 각도에서 상기 네트워크 분석기(300)에 RF 신호를 출력하고, 상기 위상배열안테나(500)에서 조사되는 빔의 근접 전계를 계측하여 네트워크 분석기(300)에 출력한다.The NFS 200 includes a plurality of probe probes and a motor for four-axis movement (X, Y, Z axis, and 360 ° rotation) on a fixed antenna, and at a position and an angle set by the NFS controller 400. The RF signal is output to the network analyzer 300, and the proximity field of the beam irradiated from the phased array antenna 500 is measured and output to the network analyzer 300.
네트워크 분석기(300)는 상기 NFS(200)에서 인가되는 RF 출력을 위상배열안테나(500)에 RF 소오스로 인가하고, 조사되는 빔의 근접 전계 분석으로 위상배열안테나(500)의 위상 및 파워 값을 추출하여 제어장치(100)에 인가한다.The network analyzer 300 applies the RF output applied from the NFS 200 to the phased array antenna 500 as an RF source, and analyzes the phase and power values of the phased array antenna 500 by analyzing the electric field of the irradiated beam. Extract it and apply it to the control device 100.
NFS 제어기(400)는 상기 제어장치(100)와 PCI 버스를 통해 접속되며, 제어장치(100)에서 인가되는 제어신호에 따라 NFS(200) 축(X축과 Y축, Z축 및 360°회전)의 이동을 제어하고, 장비보호신호를 출력한다.NFS controller 400 is connected to the control device 100 and the PCI bus, NFS 200 axis (X axis and Y axis, Z axis and 360 ° rotation according to the control signal applied from the control device 100) Control movement and output equipment protection signal.
위상배열안테나(350)는 특성 측정 분석 대상으로 제어장치(100)에서 인가되는 BSU 제어신호에 따라 각 배열소자에서 설정된 테스트 조건으로 빔을 조사한다.The phased array antenna 350 irradiates a beam under test conditions set in each array element according to a BSU control signal applied from the control device 100 as a characteristic measurement analysis target.
상기에서 제어장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(100)와 BSU 설정/분석부(120), BSU 인터페이스(130), NFS 운용부(140), DSP 보드/인터페이스(150), 제1메모리부(160), GPIB인터페이스(170), 데이터 변환부(180) 및 제2메모리부(190)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the control device 100 includes a control unit 100, a BSU setting / analysis unit 120, a BSU interface 130, an NFS operation unit 140, and a DSP board / interface 150. The first memory unit 160 includes a first memory unit 160, a GPIB interface 170, a data converter 180, and a second memory unit 190.
상기 제어부(110)는 BSU 운용에 대한 제반적인 동작과 NFS(200)의 운용에 대한 제반적인 동작, 네트워크 분석기(300)에 대한 운용 및 검출되는 위상 및 파워 값으로부터 빔의 조향 특성 분석 및 분석된 특성에 대한 파일 처리 등에 대한 제반적인 동작을 제어한다.The control unit 110 analyzes and analyzes beam steering characteristics from general operations for BSU operation, general operations for NFS 200 operation, network analyzer 300 operation, and detected phase and power values. Controls the overall operation of file processing for properties.
BSU 설정/분석부(120)는 위상배열안테나(500)의 특성 시험을 위한 알고리즘이 설정되며, 상기 제어부(110)에서 인가되는 운용모드에 따라 각 배열소자에서 조사되는 빔 조향 제어를 위한 명령어와 데이터를 출력하고, 위상배열안테나(500)에서 검출되는 빔 제어 결과 데이터를 분석 및 디스플레이 한다.The BSU setting / analyzing unit 120 includes an algorithm for testing a characteristic of the phased array antenna 500 and a command for beam steering control irradiated from each array element according to an operation mode applied from the control unit 110. Data is output and the beam control result data detected by the phased array antenna 500 is analyzed and displayed.
상기 빔 조향 제어를 위한 명령어 및 데이터는 셋업된 운용 시나리오에 따라 X축 및 Y축에 대한 빔 조향각과 주파수 계수를 결정한다.The commands and data for the beam steering control determine the beam steering angle and frequency coefficient for the X and Y axes according to the set up operating scenario.
또한, 안테나의 튜닝시에서 배열소자의 변위값을 상기 제어부(110)에서 다운로드받아 빔 조향을 위하여 각각의 배열소자를 개별적으로 제어하여 기본적인 안테나의 특성을 튜닝한다. 즉 중심주파수에서 X/Y축 빔 조향각을 0도로 셋팅한 후의 특성을 측정하여 BSU에 저장될 ROM 데이터 "초기위상 데이터 및 혼(horn) 보상 데이터"를 추출한다. 안테나 튜닝이 완료되면, 다음 측정부터는 이 과정을 생략하는 것이 가능하다.In addition, during the tuning of the antenna, the displacement value of the array element is downloaded from the controller 110, and each array element is individually controlled for beam steering to tune basic antenna characteristics. That is, by measuring the characteristic after setting the X / Y-axis beam steering angle to 0 degrees at the center frequency, the ROM data “initial phase data and horn compensation data” to be stored in the BSU are extracted. Once the antenna tuning is complete, it is possible to skip this step from the next measurement.
BSU인터페이스(130)는 상기 BSU 설정/분석부(120)에서 인가되는 빔 조향 명령어 및 데이터를 시리얼 통신으로 접속되는 위상배열안테나(500)에 인터페이스하여 각 배열소자에서 방사되는 빔의 조향을 제어한다.The BSU interface 130 controls the steering of beams emitted from each array element by interfacing beam steering commands and data applied from the BSU setting / analyzing unit 120 to the phased array antenna 500 connected through serial communication. .
그리고, 각 배열소자의 빔 조향 제어에 대한 결과를 BSU 설정/분석부(120)에 인가한다.Then, the result of the beam steering control of each array element is applied to the BSU setting / analysis unit 120.
NFS 운용부(140)는 상기 제어부(110)에서 인가되는 운용 제어신호에 따라 NFS 제어기(400)에 축 이동 및 축 이동속도, 가속도 및 방향 등의 제어신호를 출력한다.The NFS manager 140 outputs control signals such as axis movement, axis movement speed, acceleration, and direction to the NFS controller 400 according to the operation control signal applied from the controller 110.
DSP 보드/인터페이스(150)는 상기 NFS 제어기(400)의 축 이동 제어를 위한 4축(X,Y,Z 및 360°회전) 모터 드라이버가 구비되며, 상기 NFS 운용부(140)에서 인가되는 모터 제어 신호를 인터페이스 한다.DSP board / interface 150 is provided with a four-axis (X, Y, Z and 360 ° rotation) motor driver for the axis movement control of the NFS controller 400, the motor applied from the NFS operating unit 140 Interface control signals.
제1메모리부(160)는 상기 제어부(110)에서 출력되는 운용모드에 따라 위상배열안테나(500)에서 측정되어 네트워크 분석기(300)에서 분석된 위상 및 파워 값을 파일에 저장한다.The first memory unit 160 stores phase and power values measured in the phased array antenna 500 according to the operation mode output from the controller 110 and analyzed by the network analyzer 300 in a file.
상기 제1메모리부(160)에 저장되는 파일의 분류는 제어부(110)의 운용모드에 따라 처리된다.The classification of the file stored in the first memory unit 160 is processed according to the operation mode of the controller 110.
GPIB 인터페이스(170)는 네트워크 분석기(300)와 연결되어 NFS(200)에서 측정되는 근접 전계로부터 분석된 위상 및 파워 값을 제1메모리부(160)에 인터페이스하여 저장되도록 한다.The GPIB interface 170 is connected to the network analyzer 300 to interface the phase and power values analyzed from the proximity electric field measured by the NFS 200 to the first memory unit 160 for storage.
데이터 변환부(180)는 상기 제어부(110)의 파일 변환 요구에 따라 제1메모리부(160)에 저장된 근접 전계 데이터를 원거리 전계(Far Field) 데이터로 변환한다.The data converter 180 converts the near field data stored in the first memory unit 160 into far field data according to a file conversion request of the controller 110.
제2메모리부(190)는 상기 원거리 전계 데이터(FF)로 변환된 파일을 지정되는 어드레스 번지에 저장하는 기능 담당한다.The second memory unit 190 is responsible for storing a file converted into the remote electric field data FF at a designated address.
상기한 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같다.The operation of the present invention including the above functions is as follows.
제어장치(100)내의 제어부(110)가 테스트 대상인 위상배열안테나(500)에 대한 특성을 시험하고자 하는 운용모드와 빔의 조향을 시작하는 제어신호를 BSU 설정/분석부(120)에 인가함과 동시에 NFS운용신호를 NFS(140)측에 인가하면, BSU 설정/분석부(120)는 이에 대하여 위상 계산 알고리즘을 적용하여 특성 테스트를 위한 명령어 및 위상 제어 데이터를 생성하여 BSU 인터페이스(130)를 통해 시리얼 통신으로 연결되어 있는 위상배열안테나(500)에 전송함으로써, 테스트를 위한 위상 주파수와 조향각을 갖는 빔이 조사되도록 한다.The control unit 110 in the control device 100 applies an operation mode to test the characteristics of the phased array antenna 500 to be tested and a control signal for starting the beam steering to the BSU setting / analyzing unit 120. At the same time, when the NFS operation signal is applied to the NFS 140, the BSU setting / analyzing unit 120 applies a phase calculation algorithm to generate a command and phase control data for a characteristic test through the BSU interface 130. By transmitting to the phased array antenna 500 connected by serial communication, the beam having the phase frequency and the steering angle for the test is irradiated.
또한, 상기 BSU설정/분석부(120)는 NFS운용부(140)에 동작 인에이블신호롤 출력한다.In addition, the BSU setting / analysis unit 120 outputs an operation enable signal to the NFS operation unit 140.
NFS운용부(140)는 상기 BSU설정/분석부(120)에서 인가되는 동작 인에이블시호에 따라 제어부((200)에서 인가되는 NFS운용 신호를 분석하여 근접 전계 측정을 위한 NFS(200)의 위치 및 각도를 추출한 다음 축 이동을 위한 속도와 가속도 및 방향에 대한 정보를 DSP보드/인터페이스(150)를 통해 NFS제어기(400)에 모터 제어신호로 인가하여, NFS제어기(400)를 통해 NFS(200)의 프로브가 위상배열안테나(500)로부터 방사되는 빔의 근접 전계를 측정하기 위한 위치 및 각도로 셋팅시킨다.The NFS manager 140 analyzes the NFS operation signal applied from the controller 200 according to the operation enable time signal applied from the BSU setting / analyzing unit 120 to locate the NFS 200 for measuring a near field. And extracting the angle and then applying the information about the speed, acceleration, and direction for the axis movement to the NFS controller 400 through the DSP board / interface 150 as a motor control signal, and the NFS 200 through the NFS controller 400. The probe of) is set to a position and an angle for measuring the near electric field of the beam radiated from the phased array antenna 500.
상기와 같이 위상배열안테나(500)의 특성 테스트를 위한 조건이 설정되면, 위상배열안테나(500)에서는 인가되는 명령어 및 위상 제어 데이터에 따라 빔 조향이 이루어지며, 빔의 조향에 따른 근접 전계는 NFS(200)의 프로브에 검출되어 네트워크 분석기(300)에 인가된다.When the conditions for the characteristic test of the phased array antenna 500 are set as described above, the beam is steered in accordance with the command and phase control data applied to the phased array antenna 500, and the near electric field according to the beam steering is NFS. The probe of 200 is detected and applied to the network analyzer 300.
따라서, 네트워크 분석기(300)는 NFS(200)로부터 검출되어 인가되는 근접 전계로부터 빔의 위상과 파워값을 분석하여 이에 대한 정보(측정 데이터)를 GPIB인터페이스(170)를 통해 제1메모리부(160)에 저장한다.Accordingly, the network analyzer 300 analyzes the phase and power value of the beam from the proximity electric field detected and applied from the NFS 200, and transmits information (measurement data) about the beam through the GPIB interface 170 to the first memory unit 160. ).
상기 제1메모리부(160)에 저장된 근접 전계의 측정 데이터는 데이터 변환부(180)를 통해 원거리 데이터(FF)로 변환되어 제2메모리부(190)에 저장된다.The measured data of the proximity electric field stored in the first memory unit 160 is converted into far data FF through the data converter 180 and stored in the second memory unit 190.
또한, 상기 NFS 제어기(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전원공급기(410)와 I/O 인터페이스(420) 및 모터 드라이버(430)를 포함하여 구성된다.In addition, the NFS controller 400 includes a power supply 410, an I / O interface 420, and a motor driver 430, as shown in FIG. 4.
전원공급기(410)는 모터 드라이버(430)에 동작 전원, 예를 들어 48V/300W의 전원을 공급한다.The power supply 410 supplies operating power, for example, 48V / 300W, to the motor driver 430.
I/O인터페이스(420)는 상기 제어장치(100)와 PCI 버스로 접속되어 NFS(200)의 축 이동을 제어하는 제어신호 및 축 이동에 대한 결과를 인터페이스한다.The I / O interface 420 is connected to the control device 100 via a PCI bus to interface the control signal and the result of the axis movement to control the axis movement of the NFS (200).
모터 드라이버(430)는 상기 제어장치(100)에서 인가되는 제어신호에 따라 상기 위상배열안테나에서 방사되는 빔에 대한 근접 전계의 측정을 위하여 NFS(200) 프로브의 각 축별 이동을 드라이브한다.The motor driver 430 drives the movement of each axis of the NFS 200 probe to measure the proximity electric field with respect to the beam radiated from the phased array antenna according to the control signal applied from the control device 100.
이하에서는 도 5의 흐름도를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a description will be given with reference to the flowchart of FIG. 5.
먼저, 특성을 테스트 하고자 위상배열안테나(500)가 도 1과 같이 셋팅되면, 제어장치(100)는 위상배열안테나(500)내의 BSU에 빔 조향 제어를 위한 데이터 및 위상배열안테나(500)에서 조사되는 빔의 근접 전계를 측정하는 NFS(200)의 측정 위치 및 각도를 설정하는 초기화 작업을 실행한다(S100).First, when the phased array antenna 500 is set as shown in FIG. 1 to test the characteristics, the control device 100 irradiates the data and the phased array antenna 500 for beam steering control to the BSU in the phased array antenna 500. An initialization operation of setting a measurement position and an angle of the NFS 200 for measuring a proximity electric field of the beam is performed (S100).
상기의 초기화 작업은 각 배열소자에 대한 빔 조사시간의 설정과 반복 동작 주기에 대한 타이밍 데이터를 셋업하고, 초기 위상값에 따라 전체 배열소자에서 빔 조사를 위한 동작 데이터를 설정한다.The initialization operation sets up the beam irradiation time for each array element and the timing data for the repetitive operation period, and sets the operation data for beam irradiation in the entire array element according to the initial phase value.
상기 각종 데이터에 대한 초기화 작업이 완료되면 빔의 조향 및 근접 전계의 측정을 통한 BSU 테스트 및 통신 테스트를 실행한다(S200)(S300).When the initialization work for the various data is completed, the BSU test and the communication test through the steering of the beam and the measurement of the near electric field are executed (S200) (S300).
상기의 BSU 및 통신 테스트는 셋업된 빔 조향 주파수 데이터에 따라 X축 및 Y축에 대한 빔 조향에 대한 테스트를 배열소자의 위치 정보에 따라 전체 배열소자에 대하여 실행하며, 이 과정에서 발생되는 통신 에러가 발생되는 경우 이를 디버깅하고, BSU와 신호 분배기간에 통신 에러가 발생하는 경우 이 에러를 디버깅하여 안정된 통신 상태가 유지될 수 있도록 한다.The BSU and communication test performs a beam steering test on the X-axis and the Y-axis according to the setup beam steering frequency data for all the array elements according to the position information of the array elements, and communication errors generated in this process. If it occurs, debug it, and if a communication error occurs in the signal distribution period with the BSU, debug this error so that a stable communication state can be maintained.
상기와 같이 통신 테스트가 완료되면 전체 배열소자에 대한 테스트를 진행한다(S400).When the communication test is completed as described above, a test for the entire array device is performed (S400).
이는 BSU 동작모드에서 배열소자를 동작시키는 리셋(Reset) 전류의 타이밍과 셋(Set) 전류의 타이밍과 최대 변위시간을 테스트한다.This tests the timing of the reset current, the timing of the set current and the maximum displacement time to operate the array element in the BSU mode of operation.
이후, 각 배열소자에 대한 빔 조향을 셋팅하는 안테나 튜닝을 실행한다(S500). 안테나 튜닝이 완료되면, 다음 측정부터는 이 과정을 생략하는 것도 가능하다.Thereafter, antenna tuning for setting beam steering for each array element is performed (S500). Once the antenna tuning is complete, it is possible to skip this step from the next measurement.
상기의 안테나 셋팅은 자동 셋팅과 운용자에 의한 수동 셋팅으로 이루어지는데, 자동 셋팅은 설정된 측정 시나리오에 따라 편집된 양자화 데이터로부터 각 배열소자에 대한 X축의 빔 조향각과 Y축의 빔 조향각 및 위상 제어 주파수를 설정한다.The above antenna setting consists of an automatic setting and a manual setting by an operator. The automatic setting sets the beam steering angle of the X axis, the beam steering angle of the Y axis, and the phase control frequency for each array element from the edited quantization data according to the set measurement scenario. do.
수동 셋팅은 운용자가 운용자 단말을 이용하여 지정하는 배열소자에 대하여 X축의 빔 조향각과 Y축의 빔 조향각 및 위상 제어 주파수를 설정한다.Manual setting sets the beam steering angle of the X-axis, the beam steering angle of the Y-axis, and the phase control frequency for the array element designated by the operator using the operator terminal.
상기와 과정을 통해 BSU의 초기화와 각종 테스트 및 안테나 튜닝이 완료된 상태에서 근접 전계의 측정을 통해 위상배열안테나의 특성을 분석할 수 있는 조건이 완료되었는지를 판단한다(S600).Through the above-described process, it is determined whether the conditions for analyzing the characteristics of the phased array antenna are completed by measuring the proximity electric field in the state where the BSU initialization, various tests, and antenna tuning are completed (S600).
특성 분석 조건이 완료되지 않은 상태이면 셋팅된 위상 데이터의 수정을 실행한 다음 안테나 튜닝을 재 실행한다(S700).If the characteristic analysis condition is not completed, the correction of the set phase data is executed, and then antenna tuning is performed again (S700).
상기에서 특성 분석 조건이 완료되면 운용 시나리오에 따라 측정 대상 위상배열안테나(500)를 통해 설정된 조건으로 빔을 조사시키고, 이때 NFS(200)의 위치를 결정하여 배열소자로부터 조사되는 빔의 근접 전계를 검출하고, 이를 네트워크 분석기(300)를 이용한 위상 및 파워값의 분석후 제어장치(100)가 검출하는 해당 위상배열안테나(500)에 대한 특성을 측정한다(S800).When the characteristic analysis condition is completed, the beam is irradiated under the condition set by the measurement target phased array antenna 500 according to the operation scenario, and at this time, the position of the NFS 200 is determined to determine the proximity electric field of the beam irradiated from the array element. After detecting the phase and power values using the network analyzer 300, the characteristics of the phased array antenna 500 detected by the control device 100 are measured (S800).
상기의 특성 측정은 제어장치(100)가 설정된 운용 시나리오에 따라 NFS 제어기(400)를 통해 NFS(200)에 설치되는 모터를 구동시켜 NFS(200)의 탐침 프로브를 4축으로 이동시켜 위치를 결정하고, 이 상태에서 측정 포인트 개수, 즉 측정하고자 하는 안테나에 의해서 X축과 Y축의 측정 포인터 수, 픽셀 간격 및 측정 영역을 설정한다.The above characteristic measurement is performed by driving a motor installed in the NFS 200 through the NFS controller 400 to determine the position by moving the probe probe of the NFS 200 in four axes according to the operating scenario in which the control device 100 is set. In this state, the number of measurement points, that is, the number of measurement pointers on the X and Y axes, the pixel spacing, and the measurement area are set by the antenna to be measured.
이후, 운용 시나리오에 따라 명령어 및 빔 조사 데이터를 출력하여 위상배열안테나에서의 빔 조향을 제어함으로써, NFS(200)의 탐침 프로브가 설정된 측정 포인트의 배열소자에서 조사되는 빔에 대한 근접 전계를 측정하여 네트워크 분석기(300)에 인가한다.Subsequently, command and beam irradiation data are output according to an operation scenario to control beam steering in the phased array antenna, so that the probe probe of the NFS 200 measures the proximity electric field of the beam irradiated from the array element of the set measurement point. Applied to the network analyzer 300.
네트워크 분석기(300)을 파워 및 위상값으로 변환시켜 제어장치(100)에 인가시킨다.The network analyzer 300 is converted into power and phase values and applied to the control device 100.
이때, 제어장치(100)는 네트워크 분석기(300)에서 인가되는 파워 및 위상값으로부터 각 배열소자의 빔 조향에 대한 특성을 분석하여 메모리 영역에 저장함과 동시에 이를 표시수단을 통해 운용자에게 디스플레이 하여준다.At this time, the control device 100 analyzes the characteristics of the beam steering of each array element from the power and phase values applied from the network analyzer 300 and stores them in the memory area and displays them to the operator through display means.
상기에서는 본 발명에 따른 위상배열안테나 측정 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above, a preferred embodiment of a phased array antenna measurement system and method thereof according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications are made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is possible to do this and this also belongs to the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 위상배열안테나용 측정 시스템 및 그 방법에 의하면, 위상배열안테나와 유기적인 연동으로 다양한 위상 제어 주파수에 따라 각 배열소자에서 방사되는 빔의 근접 전계를 측정하고 제어 위상과 파워값을 분석함으로써, 위상배열안테나의 특성 검출에 편리성이 제공된다.As described above, according to the measurement system and method for a phased array antenna according to the present invention, an organic connection with a phased array antenna measures a near field of a beam radiated from each array element according to various phase control frequencies and controls a phase. By analyzing the and power values, convenience is provided for detecting the characteristics of the phased array antenna.
또한, 위상배열안테나의 능동적으로 제어와 NFS의 위치 및 측정각의 제어를 통해 각각의 배열소자에 대한 특성을 분석함으로써, 위상배열안테나의 전체적 특성의 분석에 신뢰성을 제공하고 다양한 위상 제어 주파수에 대한 제어로 측정 시간이 단축된다.In addition, by analyzing the characteristics of each array element through active control of the phased array antenna and control of the position and measurement angle of the NFS, it provides reliability in the analysis of the overall characteristics of the phased array antenna and for various phase control frequencies Control reduces measurement time.
도 1은 본 발명에 따른 위상배열안테나 측정 시스템에 대한 구성도이다.1 is a block diagram of a phased array antenna measurement system according to the present invention.
도 2는 도 1의 구성에 대하여 블록도로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a block diagram of the configuration of FIG. 1.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 제어장치에 대한 상세 구성 블록도이다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the control device shown in FIGS. 1 and 2.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 근접 전계 측정장치 제어기에 대한 상세 구성 블록도이다.4 is a detailed block diagram illustrating the proximity field measuring device controller shown in FIGS. 1 and 2.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 측정 시스템을 이용하여 위상배열안테나의 특성 테스트를 실행하는 흐름도이다.5 is a flowchart of a characteristic test of a phased array antenna using an antenna measurement system according to the present invention.
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