KR100527848B1 - 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치 - Google Patents

근역 측정을 위한 안테나 정합 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 측정하고자 하는 안테나 패턴을 이용하여 오차가 최소가 되는 좌표를 검출함으로써 측정 안테나와 프로브 안테나간의 정확한 정합을 수행하기 위한, 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 있어서, 외부의 측정 안테나로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나; 상기 수신 안테나에서 수신한 신호를 수직 및 수평 편파로 분할하기 위한 신호 분할 수단; 상기 신호 분할 수단에서 분할한 수직 편파를 수신하기 위한 수직편파 수신 수단; 상기 신호 분할 수단에서 분할한 수평편파를 수신하기 위한 수평편파 수신 수단; 상기 수직편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 1 진폭/위상 검출 수단; 상기 수평편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 2 진폭/위상 검출 수단; 상기 측정 안테나의 편파에 따라 상기 수신 안테나가 정합할 수 있도록, 상기 제 1 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상과 상기 제 2 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상을 비교하여 좌표를 결정하기 위한 좌표 결정 수단; 및 상기 좌표 결정 수단에서 결정한 좌표에 따라 상기 수신 안테나의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 안테나 근역 측정 시스템 등에 이용됨.

Description

근역 측정을 위한 안테나 정합 장치{Apparatus for Antenna Alignment for Near-Field Measurement}
본 발명은 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 근역 측정(Near-field Measurement)에 있어서 측정 안테나와 프로브 안테나(Probe antenna) 사이의 정합(Alignment)을 빠르고 정확하게 수행하기 위한, 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 안테나 패턴을 근역 측정하기 위해서는 측정 대상인 측정 안테나와 프로브 안테나 사이에 정합이 이루어져야 한다. 이 두 안테나 사이의 정합 오차는 결국 패턴 측정의 오차를 유발시키게 된다.
두 안테나 사이의 정합은 두 안테나의 개구면(Aperture Plane)이 서로 평행해야 하고, 프로브 안테나는 측정 안테나 개구면의 정중앙에 위치하도록 하여 수행한다. 이때, 프로브 안테나는 X-Y 평면 및 Z 방향으로 움직일 수 있으며, 측정 안테나는 앙각 방위각 Z-축을 구동 모터를 통해 움직일 수 있다.
이 두 안테나의 정합은, 측정 안테나에 대해서 광 추적장치 등을 이용하여 기계적 방식으로 수행되나, 이와 같은 방식은 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술이 다음과 같은 논문[F.H Larson, "A Dual-Polarized System for Near-Field Measurement", IEEE AP-S, Vol. 2, pp. 557-560, 1979, Jun]에 개시되어 있다.
상기 논문에 개시된 기술은, 일반적으로 선형 또는 원형 편파 안테나를 측정하기 위해서는 두 안테나 간(측정 대상 안테나 및 프로브 안테나) 얼라인먼트가 된 상태에서 프로브를 0도 상태와 90도 상태에서 두 번 측정하는 번거로움을 해결하기 위하여, 듀얼(Dual) 프로브를 사용함으로써 90°회전할 필요가 없어 측정 시간을 반으로 줄일 수 있도록 한다.
그러나, 상기 논문에 개시된 기술 역시 기계적인 정합을 수행하여야 하므로, 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라 오차 또는 안테나 위치 변경이 있을 경우 측정을 처음부터 다시 수행해야 하고, 기계적인 장비를 운용하는데 많은 인력이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 측정하고자 하는 안테나 패턴을 이용하여 오차가 최소가 되는 좌표를 검출함으로써 측정 안테나와 프로브 안테나간의 정확한 정합을 수행하기 위한, 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 있어서, 외부의 측정 안테나로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나; 상기 수신 안테나에서 수신한 신호를 수직 및 수평 편파로 분할하기 위한 신호 분할 수단; 상기 신호 분할 수단에서 분할한 수직 편파를 수신하기 위한 수직편파 수신 수단; 상기 신호 분할 수단에서 분할한 수평편파를 수신하기 위한 수평편파 수신 수단; 상기 수직편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 1 진폭/위상 검출 수단; 상기 수평편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 2 진폭/위상 검출 수단; 상기 측정 안테나의 편파에 따라 상기 수신 안테나가 정합할 수 있도록, 상기 제 1 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상과 상기 제 2 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상을 비교하여 좌표를 결정하기 위한 좌표 결정 수단; 및 상기 좌표 결정 수단에서 결정한 좌표에 따라 상기 수신 안테나의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 측정하고자 하는 안테나 패턴의 특성을 이용하여 오차가 최소가 되는 좌표를 찾아 측정 안테나와 프로브 안테나간의 정확한 정합을 수행하기 위한 안테나 정합 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은, 측정 안테나 및 프로브 안테나의 두 안테나가 정합이 되어 있다면, 선형편파 안테나의 경우 근역 측정 결과가 동편파(co-polarization)에 대해서는 안테나 개구면에서 최대 진폭을 갖고, 교차편파(Cross-polarization)에 대해서는 널(Null)을 가지는 성질을 이용한다. 또한, 원형편파 안테나의 경우 근역 측정 결과가 동편파(co-polarization)와 교차 편파(Cross-polarization)에 대해서는 진폭이 동일해야 하고 위상에 대해서는 서로 90°차가 되어야 하는 점을 이용한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치(120)는, 측정 안테나(111)로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 프로브 안테나(121), 상기 프로브 안테나(121)에서 수신한 신호를 수직 및 수평 편파로 분할하기 위한 직교 변환기(122), 상기 직교 변환기(122)에서 분할한 수직 편파를 수신하기 위한 수직편파 포트(123), 상기 직교 변환기(122)에서 분할한 수평편파를 수신하기 위한 수평편파 포트(124), 상기 수직편파 포트(123)로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 1 진폭/위상 검출기(125), 상기 수평편파 포트(124)로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 2 진폭/위상 검출기(126), 상기 측정 안테나의 편파에 따라 상기 프로브 안테나가 정합할 수 있도록 상기 제 1 진폭/위상 검출기(125)에서 검출한 진폭/위상과 제 2 진폭/위상 검출기(126)에서 검출한 진폭/위상을 비교하여 좌표를 결정하기 위한 진폭/위상 비교기(127), 및 상기 진폭/위상 비교기(127)에서 결정한 좌표에 따라 상기 프로브 안테나의 위치를 조정하기 위한 위치 조정기(128)를 포함한다. 이때, 좌표는 도면에 도시된 바와 같이 배치되는 것을 알 수 있다.
또한, 측정 송신부(110)는 측정 안테나(111) 및 안테나 구동부(112)를 구비한다.
상기 측정 안테나(111)는 안테나 형태에 따라 평면파 또는 구면파를 본 발명에 따른 안테나 정합 장치(120)에 전송할 수도 있으며, 선형 또는 원형 편파를 송신할 수도 있다.
안테나 정합이 이상적일 경우 거리에 따른 진폭 특성을 도 2 내지 도 4를 참조로 설명하기로 한다.
도 2는 상기 도 1의 측정 안테나가 선형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 진폭특성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 측정 안테나(111)가 한 개의 선형편파 안테나일 경우 이상적인 정합에서 "A"는 측정 안테나(111)의 편파와 동편파이고, "B"는 측정 안테나(111)의 편파와 교차편파가 되는 것을 나타내는 것으로, 동편파 최고점과 교차편파 널(Null) 점의 일직선 라인이 Y축과 평행하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 이때의 좌표가 측정 안테나(111)와 프로브 안테나(121) 사이의 정합 좌표가 될 수 있다.
도 3은 상기 도 1의 측정 안테나가 원형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 진폭특성을 설명하기 위한 일예시도이며, 도 4는 상기 도 1의 측정 안테나가 원형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 위상특성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 측정 안테나(111)가 원형편파 안테나일 경우 상기 도 1의 수직편파 포트(123) 및 수평편파 포트(124)에서의 진폭성분은 각각 "C" 및 "D"와 같다. 또한, 두 신호의 위상 차이는 각각 "E" 및 "F"와 같다. 즉, 측정 안테나(111)가 원형편파 안테나인 경우 상기 수직편파 포트(123) 및 수평편파 포트(124)의 진폭성분은 대략 동일하게 되며, 그 위상성분은 90°의 위상차를 가지게 된다.
본 발명의 안테나 정합 장치는, 상기 도 2 내지 도 4와 같이 위상/진폭특성이 결정되는 좌표를 찾아내는 것이다. 이하, 상기 도 1의 구성요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1의 프로브 안테나(121)는 상기 측정 안테나(111)로부터 전송되는 신호를 수신하는 기능을 담당하며, 상기 직교 변환기(122)는 상기 프로브 안테나가 수신한 신호를 수직/수평편파로 분할하는 기능을 담당한다.
상기 수직편파 포트(123)와 수평편파 포트(124)는 상기 직교 변환기(122)가 분할한 수직편파 및 수평편파를 각각 수신하는 기능을 담당한다.
상기 진폭/위상 검출기(125, 126)는 각각 상기 수직편파 포트(123)와 수평편파 포트(124)로부터 수신하는 신호의 진폭과 위상을 검출하는 기능을 담당한다.
상기 진폭/위상 비교기(127)는 상기 측정 안테나(111)가 선형편파인 경우 수직편파 포트(123) 및 수평편파 포트(124)로부터 수신한 신호의 진폭의 최고점과 널(Null)점의 일직선이 Y축과 평행하게 되는 좌표를 결정하는 기능을 담당한다.
또한, 상기 측정 안테나(111)가 원형편파인 경우 상기 수직편파 포트(123) 및 수평편파 포트(124)로부터 수신한 신호의 진폭이 동일하고, 그 위상이 90°위상차를 가지게 되는 좌표를 결정하는 기능을 담당한다.
이로서, 상기 위치 조정기(128)는 상기 진폭/위상 비교기(127)가 결정한 좌표로 상기 프로브 안테나(121)를 조정하는 기능을 담당하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 듀얼편파(Dual Polarized) 프로브를 사용하여, 두 선형직각 편파를 동시에 측정함으로써, 회전 오차와 측정 시간을 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 두 선형직각 편파를 동시에 측정하여 전자적인 정합을 수행함으로써, 많은 시간과 비용이 소요되는 기계적인 정합에 비해 안테나 정합을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치의 일실시예 구성도.
도 2는 상기 도 1의 측정 안테나가 선형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 진폭특성을 설명하기 위한 일예시도.
도 3은 상기 도 1의 측정 안테나가 원형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 진폭특성을 설명하기 위한 일예시도.
도 4는 상기 도 1의 측정 안테나가 원형편파 안테나인 경우 프로브 안테나의 정합이 이상적일 때 거리에 따른 위상특성을 설명하기 위한 일예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
111 : 측정 안테나 112 : 안테나 구동부
121 : 프로브 안테나 122 : 직교 변환기
123 : 수직편파 포트 124 : 수평편파 포트
125, 126 : 진폭/위상 검출기 127 : 진폭/위상 비교기
128 : 위치 조정기

Claims (3)

  1. 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치에 있어서,
    외부의 측정 안테나로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나;
    상기 수신 안테나에서 수신한 신호를 수직 및 수평 편파로 분할하기 위한 신호 분할 수단;
    상기 신호 분할 수단에서 분할한 수직 편파를 수신하기 위한 수직편파 수신 수단;
    상기 신호 분할 수단에서 분할한 수평편파를 수신하기 위한 수평편파 수신 수단;
    상기 수직편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 1 진폭/위상 검출 수단;
    상기 수평편파 수신 수단으로부터 수신한 신호의 진폭과 위상을 검출하기 위한 제 2 진폭/위상 검출 수단;
    상기 측정 안테나의 편파에 따라 상기 수신 안테나가 정합할 수 있도록, 상기 제 1 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상과 상기 제 2 진폭/위상 검출 수단에서 검출한 진폭/위상을 비교하여 좌표를 결정하기 위한 좌표 결정 수단; 및
    상기 좌표 결정 수단에서 결정한 좌표에 따라 상기 수신 안테나의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단
    을 포함하는 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표 결정 수단은,
    상기 측정 안테나가 선형편파 안테나인 경우에, 상기 수직편파 수신 수단 및 상기 수평편파 수신 수단으로부터 각각 상기 제 1 및 제 2 진폭/위상 검출 수단을 통하여 수신한 신호 중, 상기 측정 안테나와 동편파인 신호의 진폭의 최고점과 상기 측정 안테나와 교차편파인 신호의 널점의 일직선이 Y축과 평행하게 되는 좌표를 정합 좌표로 결정하는 것을 특징으로 하는 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표 결정 수단은,
    상기 측정 안테나가 원형편파 안테나인 경우에, 상기 수직편파 수신 수단 및 상기 수평편파 수신 수단으로부터 각각 상기 제 1 및 제 2 진폭/위상 검출 수단을 통하여 수신한 신호의 진폭이 동일하고, 그 위상이 90°위상차를 가지게 되는 좌표를 정합 좌표로 결정하는 것을 특징으로 하는 근역 측정을 위한 안테나 정합 장치.
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