KR102096620B1 - 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법 - Google Patents

원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102096620B1
KR102096620B1 KR1020190057197A KR20190057197A KR102096620B1 KR 102096620 B1 KR102096620 B1 KR 102096620B1 KR 1020190057197 A KR1020190057197 A KR 1020190057197A KR 20190057197 A KR20190057197 A KR 20190057197A KR 102096620 B1 KR102096620 B1 KR 102096620B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
time
antenna
impulse
impulse response
inverted
Prior art date
Application number
KR1020190057197A
Other languages
English (en)
Inventor
홍순기
박홍수
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020190057197A priority Critical patent/KR102096620B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102096620B1 publication Critical patent/KR102096620B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명의 원형 편파 임펄스 방사 장치는 시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)을 생성하는 신호발생기; 및 분산 특성을 갖는 안테나를 포함하되, 상기 안테나는 상기 신호발생기로부터 전달된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원한 후 방사하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 본 발명은 기존의 분산 특성을 갖는 안테나의 구조를 변형하지 않고도 원형 편파 임펄스를 송신할 수 있으며, 단일 편파로 송/수신되는 임펄스(impulse)를 사용함으로써 UWB 시스템에서 발생할 수 있는 각종 성능 저하 문제를 손쉽게 해결할 수 있는 장점이 있다.

Description

원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RADIATING A CIRCULARLY POLARIZED IMPULSE}
발명은 원형 편파(Circularly Polarized, CP) 임펄스(Impulse) 방사 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산 특성을 갖는 안테나(Dispersive Antenna)를 통한 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
초광대역(ultrawideband, UWB)란 500MHz 이상의 주파수 대역을 사용하거나 비대역폭으로 정의되는 수치가 25% 이상인 라디오 기술을 의미한다. 비대역폭이란 중심주파수 대비 신호의 대역폭을 의미한다. 즉, UWB는 광대역의 주파수를 사용하는 라디오 기술로서, 높은 거리 분해능, 투과성, 협대역 잡음에 대한 강한 면역성, 주파수를 공유하는 타 기기와의 공존성과 같은 다양한 장점을 지닌다. 따라서, 이를 이용한 UWB 시스템은 다른 협대역 신호(예컨대, GPS, Bluetooth, WLAN, ZigBee 등)에 간섭을 주지 않고 주파수에 별 상관없이 통신이 가능하다. 특히 기존의 WLAN이나 Bluetooth 등에 비해 높은 전송 속도와 낮은 전력소모 등에서 월등히 앞서기 때문에 고성능 휴대용기기 간의 접속기술방식으로 각광받을 수 있으며, 낮은 전력소모는 휴대용기기의 배터리 문제를 해소하는 데에 도움이 될 것으로 전망하고 있다.
한편, IR-UWB(Impulse-Radio Ultra WideBand) 레이더(이하, UWB 레이더라 한다) 기술은 이러한 UWB 기술을 레이더에 접목한 시스템으로, 주파수 영역에서의 광대역 특성을 갖는 매우 짧은 지속시간의 임펄스 신호를 송신하여 사물 및 사람으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신해 주변 상황을 인지하는 레이더 기술을 의미한다.
UWB 레이더 시스템은 신호 생성부에서 수 나노-수 피코 초의 시간 폭을 갖는 임펄스 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 광각 또는 협대역의 각도로 방사한다. 이러한 임펄스(impulse)는 보통 단일 편파(polarization)로 송/수신되므로, 고정되지 않은 목표물의 위치가 변하거나 전파 환경에 의해 편파가 바뀌게 되면 송/수신 성능이 떨어진다. 즉, UWB 기반의 장치들간 목표물 탐지 및 센싱 성능을 저하시키게 된다.
이러한 단일 편파 임펄스의 한계를 극복하기 위해, 주기적으로 회전하는 원형 편파(circularly polarized, CP) 임펄스(impulse)를 활용하여 신호를 전송하는 방법이 제안되고 있다. 하지만, 상기 원형 편파 임펄스는 편파의 다양성을 제공하여 단일 편파 임펄스의 한계를 극복할 수 있는 반면, 이를 방사하기 위해 복잡한 구조의 안테나를 사용해야 한다는 문제가 있다. 즉, 원형편파 임펄스를 방사하기 위해, 일반적으로, 초광대역 특성과 원형 편파 특성을 모두 만족하는 스파이럴 안테나(spiral antenna) 혹은 90도 위상 차이를 갖는 2개의 전파를 동시에 궤전하는 방식(orthogonal dual feed) 방식의 광대역 안테나를 사용한다. 그런데, 전자의 경우 본질적인 분산(dispersive)으로 인해 원형 편파 임펄스를 방사하는 것이 어렵고, 후자의 경우 안테나의 구조에 의해 대역폭에 제한이 생기므로 초광대역 특성을 만족시키기 위해 안테나의 복잡한 설계가 추가적으로 필요하다.
1. Zhong Y-W, Yang G-M, Mo J-Y, et al. Compact circularly polarized Archimedean spiral antenna for ultrawideband communication applications. IEEE Antennas Wirel Propag Lett. 2016;16:129-132. 2. Elmansouri MA, Filipovie DS. Low-dispersion spiral antennas. IEEE Trans Antennas Propag. 2012;60(12):5522-5530. 3. Saini RK, Dwari S.A braodband dual circularly polarized square slot antenna. IEEE Trans Antennas Propag. 2016;64(1):290-294.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 분산 특성을 갖는 안테나의 구조를 변형하지 않고 원형 편파 임펄스를 송신할 수 있는 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시간-역전 기반의 펄스 압축 기술을 사용하여 분산 특성을 갖는 안테나를 통한 원형 편파 임펄스를 송신할 수 있는 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 원형 편파 임펄스 방사 장치는 시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)을 생성하는 신호발생기; 및 분산 특성을 갖는 안테나를 포함하되, 상기 안테나는 상기 신호발생기로부터 전달된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원한 후 방사하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신호 발생기는 상기 안테나의 역 분산에 대한 정보를 포함하는 시간 역전된 임펄스 응답을 생성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 신호 발생기는 상기 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 1-비트 디지털-아날로그 변환기(1-bit DAC)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 안테나는 3-10 GHz의 UWB 대역에 맞추어 설계된 아르키메데스의 스파이럴 안테나(Archimedean spiral antenna)로 구현할 수 있다.
한편, 본 발명에서 제공하는 원형 편파 임펄스 방사 방법은 분산 특성을 갖는 안테나를 이용한 원형 편파 임펄스 방사 방법에 있어서, 시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)을 생성하는 신호 발생 단계; 상기 신호 발생 단계에서 생성된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원하는 펄스 복원 단계; 및 상기 복원된 펄스를 방사하는 방사 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신호 발생 단계는 상기 안테나의 역 분산에 대한 정보를 포함하는 시간 역전된 임펄스 응답을 생성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 신호 발생 단계는 상기 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 펄스 복원 단계는 상기 역 분산 정보에 의거하여 안테나의 분산을 무효화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 시간-역전 기반의 펄스 압축 기술을 이용하여 분산 특성을 갖는 안테나를 통해 원형 편파 임펄스를 송신함으로써, 기존의 분산 특성을 갖는 안테나의 구조를 변형하지 않고도 원형 편파 임펄스를 송신할 수 있다. 따라서, 본 발명은 단일 편파로 송/수신되는 임펄스(impulse)를 사용함으로써 UWB 시스템에서 발생할 수 있는 각종 성능 저하 문제를 손쉽게 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 편파 임펄스 방사 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 설계된 아르키메데스의 스파이럴 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 편파 임펄스 방사 방법에 대한 처리 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 펄스 압축을 사용하는 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 스파이럴 안테나의 UWB 방사 개형도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 대한 검증 결과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 시간-역전된 입력신호를 1-비트 양자화시켜 본 발명에 적용한 경우 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
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. 또한, 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 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. 즉, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 편파 임펄스 방사 장치에 대한 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 편파 임펄스 방사 장치(100)는 신호발생기(110) 및 안테나(120)를 포함한다.
신호발생기(110)는 시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간-역전된 임펄스 응답(time reversal impulse response)을 생성한다. 이 때, 시간 역전 펄스 압축은 본 발명의 발명자에 의해 공지된 기술(Hong SK, Lathrop E, Mendez VM, Kim J. Ultrashort microwave pulse generation by passive pulse compression in a compact reverberant cavity. Prog Electromagn Res . 2015;153:113-121 및 Hong SK, Park HS. Ultra-compact pulse compressor for generating ultrawideband short pulse. Electron Lett . 2018;54(12):768-770)을 이용할 수 있다.
안테나(120)는 분산 특성을 갖는 안테나로서, 신호발생기(110)로부터 발생된 시간-역전된 임펄스 응답(time reversal impulse response)을 하나의 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원한 후 방사한다. 이 때, 신호발생기(110)로부터 입력된 시간-역전된 임펄스 응답(time reversal impulse response)은 안테나(120)의 역 분산에 대한 정보를 담고 있으므로, 방사되는 과정에서 안테나의 분산이 무효화되고 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스를 복원해 낼 수 있게 한다. 그러므로 이 때 방사되는 펄스는 원형 편파 임펄스가 된다.
한편, 신호발생기(110)는 상기 시간-역전된 임펄스 응답(time reversal impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 1-비트 디지털-아날로그 변환기(1-bit DAC)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 원형 편파 임펄스 방사 장치는 저가의 시스템에서도 유용하게 사용될 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 특성을 갖는 스파이럴 안테나의 예를 도시하고 있다. 즉, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 아르키메데스의 스파이럴 안테나를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 아르키메데스의 스파이럴 안테나(Archimedean Spiral Antenna)와 밸런을 도시하고, 도 2의 (b)는 상기 안테나의 반사계수(｜S11｜)를 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, 상기 아르키메데스의 스파이럴 안테나(Archimedean Spiral Antenna)(200)는 3-10 GHz의 UWB 대역에 맞추어 설계된 것으로서, 스파이럴 안테나(210)는 3.175mm 두께의 Rogers RT/duroid 5870 기판에 제작하였으며, 밸런(220)은 1.6mm 두께의 FR-4 기판에 제작하였다. 한편, 스파이럴 안테나의 피드(feed)는 ‘balanced’ 이며 188.5
Figure 112019049890891-pat00001
의 특성임피던스를 갖기 때문에, 50
Figure 112019049890891-pat00002
의 특성임피던스를 가지며 ‘unbalanced’ 한 동축 피드(coaxial feed)로부터 임피던스 테이퍼링(impedance tapering)과 ‘unbalanced’ to ‘balanced’를 위해 microstrip-to-parallel stripline이 포함된 임피던스 테이퍼드(impedance-tapered) 밸런이 사용되었다. 그 결과, 도 2의 (b)에 예시된 바와 같이 상기 안테나(200)가 UWB 대역에서 좋은 임피던스 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 편파 임펄스 방사 방법에 대한 처리 흐름도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 분산 특성을 갖는 안테나(120)를 이용한 원형 편파 임펄스 방사 방법은 다음과 같다. 먼저, 단계 S110에서는, 신호 발생기(110)가 시간-역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간-역전된 임펄스 응답(time reversal impulse response)을 생성한다. 이 때, 단계 S110에서는, 시간 역전 펄스 압축은 본 발명의 발명자에 의해 공지된 기술(Hong SK, Lathrop E, Mendez VM, Kim J. Ultrashort microwave pulse generation by passive pulse compression in a compact reverberant cavity. Prog Electromagn Res . 2015;153:113-121 및 Hong SK, Park HS. Ultra-compact pulse compressor for generating ultrawideband short pulse. Electron Lett . 2018;54(12):768-770)을 이용할 수 있다. 또한, 단계 S110에서, 신호 발생기(110)는 안테나(120)의 역 분산에 대한 정보를 포함하는 시간 역전된 임펄스 응답을 생성할 수 있으며, 상기 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 1-비트 양자화(quantization)된 신호를 처리함으로써, 본 발명의 장치 및 방법이 저가의 장치에서도 활발히 사용될 수 있는 장점이 있다.
한편, 단계 S120에서는, 안테나(120)가 상기 단계 S110에서 생성된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원한다. 이 때, 안테나(120)는 상기 시간 역전된 임펄스 응답에 포함된 역 분산에 대한 정보에 의거하여 안테나의 분산을 무효화하는 단계를 더 수행할 수 있다. 또한, 단계 S130에서는, 안테나(120)가 상기 단계 S120에서 복원된 펄스를 방사한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면들로서, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 펄스 압축을 사용하는 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 스파이럴 안테나의 UWB 방사 개형도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 대한 검증 결과를 설명하기 위한 도면들이고, 도 7은 시간-역전된 입력신호를 1-비트 양자화시켜 본 발명에 적용한 경우 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 펄스 압축을 사용하지 않는 경우에 대한 스파이럴 안테나의 UWB 방사 개형도를 나타내고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 펄스 압축을 사용하는 경우에 대한 스파이럴 안테나의 UWB 방사 개형도를 나타낸다. 먼저, 도 4의 (a)를 참조하면, 펄스 압축을 사용하지 않는 경우 짧은 펄스(short pulse)를 입력신호로 사용하여 스파이럴 안테나(10)(dispersive spiral antenna)를 통해 방사하게 되면, 안테나의 본질적인 분산으로 인해 방사된 신호는 원형 편파(circularly polarized, CP)를 갖지만 시간-분산(time-spread) 된 신호(dispersed CP signal)가 된다. 반면, 도 4의 (b)를 참조하면, 펄스 압축을 사용하는 경우 캘리브레이션 단계(calibration stage)를 통해 얻어진 시간-역전된 임펄스 응답(time-reversed impulse response)을 입력신호로 사용하면, 이러한 입력신호는 시간-역전에 의해 안테나의 역 분산에 대한 정보를 담고 있으므로 방사되는 과정에서 안테나의 분산이 무효화되고 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스를 복원해 낼 수 있게 한다. 그러므로 상기 시간-역전 된 임펄스 응답(time-reversed impulse response)을 입력신호로 사용하여 스파이럴 안테나(10)(dispersive spiral antenna)를 통해 방사하게 되면, 방사된 펄스는 원형 편파 임펄스(CP impulse)가 된다.
도 5는 수치해석 시뮬레이션을 통한 본 발명의 검증 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 수치해석 시뮬레이션을 위해 송수신 안테나를 도 5(a)에 예시된 바와 같이 설치하였다. 즉, Far-field 조건을 만족시키기 위하여 수신 안테나(20)(point sensor)를 송신안테나인 스파이럴 안테나(10)의 중심 축 방향으로 1m 위치에 두고, 3-10 GHz의 UWB 대역을 갖는 짧은 펄스를 전송하여 방사된 펄스를 수평 편파(
Figure 112019049890891-pat00003
)와 수직 편파(
Figure 112019049890891-pat00004
)로 나누어 각각 측정하였다. 수평 편파와 수직 편파의 선형 결합은 방사된 원형 편파 신호를 의미한다. 도 5(b)는 펄스 압축을 사용하지 않았을 경우 상기 시뮬레이션을 통해 스파이럴 안테나(10)로부터 방사된 펄스를 나타내고, 도 5(c)는 펄스 압축을 사용했을 경우 상기 시뮬레이션을 통해 스파이럴 안테나(10)로부터 방사된 펄스를 보여준다. 도 5(b) 및 도 5(c)에서, 공통적으로,
Figure 112019049890891-pat00005
는 파란색 실선,
Figure 112019049890891-pat00006
는 빨간색 실선으로 표시하였으며, 검은색 점선은
Figure 112019049890891-pat00007
와
Figure 112019049890891-pat00008
의 선형 결합을 나타낸다. 도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하면, 두 경우 모두 원형 편파를 방사하기는 하지만, 펄스 압축을 사용하지 않는 경우 스파이럴 안테나의 본질적인 분산으로 인해 방사된 펄스는 시간-분산된 펄스가 된다(도 5(b)). 반면에 펄스 압축을 사용하는 경우에는 분산이 무효화되어 방사된 펄스는 임펄스와 같이 짧은 원형 편파 신호가 된다(도 5(c)).
도 6은 측정 결과에 의한 검증 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 시뮬레이션의 결과를 검증하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제작한 스파이럴 안테나(200)를 송신안테나로 사용하여 측정을 수행하였다. 이를 위해, 송수신 안테나를 도 6(a)에 예시된 바와 같이 설치하였다. 도 6(a)를 참조하면, 방사된 신호를 상기 스파이럴 안테나(200)로부터 1m 떨어진 위치에서 수신안테나인 초광대역 비발디(vivaldi) 안테나(30)를 통해 수평 편파(
Figure 112019049890891-pat00009
)와 수직 편파(
Figure 112019049890891-pat00010
)로 나누어 각각 측정하였다. 도 6(b)는 펄스 압축을 사용하지 않았을 경우 상기 시뮬레이션을 통해 스파이럴 안테나(200)로부터 방사된 펄스를 나타내고, 도 6(c)는 펄스 압축을 사용했을 경우 상기 시뮬레이션을 통해 스파이럴 안테나(200)로부터 방사된 펄스를 보여준다. 이때도 도 5(b) 및 도 5(c)의 경우와 마찬가지로
Figure 112019049890891-pat00011
는 파란색 실선,
Figure 112019049890891-pat00012
는 빨간색 실선으로 표시하였으며, 검은색 점선은
Figure 112019049890891-pat00013
와
Figure 112019049890891-pat00014
의 선형 결합을 나타낸다. 도 6(b) 및 도 6(c)를 참조하면, 측정 결과는 시뮬레이션과 일치하며, 펄스 압축을 사용하는 경우(도 6(c))에만 원형 편파 임펄스가 분산 특성을 갖는 스파이럴 안테나를 통해 방사되는 것을 알 수 있다.
도 7은 시간-역전된 입력신호를 1-비트 양자화시켜 본 발명에 적용한 경우 그 결과를 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로, 시간-역전(time reverse, TR) 기반의 펄스 압축을 구현하기 위해서는 멀티 비트(multi-bit)가 구현 가능한 고가의 임의 파형 발생기(arbitrary waveform generator. AWG)가 필요한데, 이러한 AWG는 저가의 어플리케이션(application)에서는 적합하지 않을 수도 있다. 이를 보완하기 위해, 도 7(a)에 예시된 바와 같이, 시간-역전된 입력 신호(TR impulse response)에서 0보다 큰 값을 1, 0보다 작은 값은 -1로 만드는 양자화(quantization)(즉, 1-비트 양자화)를 이용할 수 있다. 이를 위해 1-비트 아날로그-디지털 컨버터(digital to analog converter; DAC)를 사용하면 저렴하게 시간-역전된 입력 신호를 구현할 수 있다. 도 7(b)는 상기 1-비트 양자화를 사용하여 펄스 압축을 통해 방사된 신호를 시뮬레이션 한 결과를 나타낸다. 도 7(b)를 참조하면, 1-비트 양자화에 의해 신호의 전체적인 리플(ripple)이 증가하여 신호의 품질(quality)이 다소 감소하기는 하였지만 여전히 원형 편파 임펄스가 방사되는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에서 제안한 시스템의 저렴한 실제 구현이 가능하다는 것을 나타낸다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 예를 들어, 방법들은 일련의 단계로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점을 본 발명에 포함된 것으로 해석해야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 원형 편파 임펄스 방사 장치에 있어서,
    시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)을 생성하는 신호발생기; 및
    분산 특성을 갖는 안테나를 포함하되,
    상기 신호 발생기는
    상기 안테나의 역 분산에 대한 정보를 포함하는 시간 역전된 임펄스 응답을 생성하고,
    상기 안테나는
    상기 신호발생기로부터 전달된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원한 후 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 발생기는
    상기 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 1-비트 디지털-아날로그 변환기(1-bit DAC)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안테나는
    3-10 GHz의 UWB 대역에 맞추어 설계된 아르키메데스의 스파이럴 안테나(Archimedean spiral antenna)인 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 장치.
  5. 분산 특성을 갖는 안테나를 이용한 원형 편파 임펄스 방사 방법에 있어서,
    시간 역전 펄스 압축(time reversal pulse compression)에 의해 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)을 생성하는 신호 발생 단계;
    상기 신호 발생 단계에서 생성된 시간 역전된 임펄스 응답 신호를 한 시점으로 압축시켜 짧은 펄스로 복원하는 펄스 복원 단계; 및
    상기 복원된 펄스를 방사하는 방사 단계를 포함하고,
    상기 신호 발생 단계는
    상기 안테나의 역 분산에 대한 정보를 포함하는 시간 역전된 임펄스 응답을 생성하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 신호 발생 단계는
    상기 시간 역전된 임펄스 응답(impulse response)에 대하여 1-비트 양자화(quantization)를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 펄스 복원 단계는
    상기 역 분산 정보에 의거하여 안테나의 분산을 무효화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 임펄스 방사 방법.
KR1020190057197A 2019-05-15 2019-05-15 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법 KR102096620B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190057197A KR102096620B1 (ko) 2019-05-15 2019-05-15 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190057197A KR102096620B1 (ko) 2019-05-15 2019-05-15 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102096620B1 true KR102096620B1 (ko) 2020-04-02

Family

ID=70281603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190057197A KR102096620B1 (ko) 2019-05-15 2019-05-15 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102096620B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09178793A (ja) * 1995-12-21 1997-07-11 Kyoto Sangyo Gijutsu Shinko Zaidan インパルス電磁波の放射装置
KR100663658B1 (ko) * 1999-06-29 2007-01-03 로베르트 보쉬 게엠베하 나선형 안테나

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09178793A (ja) * 1995-12-21 1997-07-11 Kyoto Sangyo Gijutsu Shinko Zaidan インパルス電磁波の放射装置
KR100663658B1 (ko) * 1999-06-29 2007-01-03 로베르트 보쉬 게엠베하 나선형 안테나

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Zhong Y-W, Yang G-M, Mo J-Y, et al. Compact circularly polarized Archimedean spiral antenna for ultrawideband communication applications. IEEE Antennas Wirel Propag Lett. 2016;16:129-132.
2. Elmansouri MA, Filipovie DS. Low-dispersion spiral antennas. IEEE Trans Antennas Propag. 2012;60(12):5522-5530.
3. Saini RK, Dwari S.A braodband dual circularly polarized square slot antenna. IEEE Trans Antennas Propag. 2016;64(1):290-294.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mehdipour et al. Complete dispersion analysis of Vivaldi antenna for ultra wideband applications
Ray et al. Ultrawideband printed elliptical monopole antennas
Khan et al. Isolation enhancement of a wideband MIMO antenna using floating parasitic elements
Gao et al. Design of a miniaturization printed circular-slot UWB antenna by the half-cutting method
Licul et al. A parametric study of time-domain characteristics of possible UWB antenna architectures
US9692123B2 (en) Systems and methods of controlling antenna radiation patterns
Abbasi et al. Measurement of directionally resolved radar cross section of human body for 140 and 220 GHz bands
KR102096620B1 (ko) 원형 편파 임펄스 방사 장치 및 그 방법
Chamaani et al. Planar UWB monopole antenna optimization to enhance time-domain characteristics using PSO
Ebnabbasi et al. UWB performance of coplanar tapered slot antennas
Mehdipour et al. Modified slot bow‐tie antenna for UWB applications
Khaleghi et al. Impulse radiating log-periodic dipole array antenna using time-reversal technique
Valizade et al. A design of UWB reconfigurable pulse transmitter with pulse shape modulation
Mao et al. Time-domain characteristics of ultra-wideband tapered loop antennas
Fromenteze et al. UWB passive beamforming for large antenna arrays
Singsura et al. Design of antenna reflector using two layer frequency selective surfaces for directivity enhancement in UWB application
Sibille et al. A channel-based statistical approach to antenna performance in UWB communications
Mao et al. Frequency-and time-domain characterizations of ultrawideband tapered loop antennas
Yazdandoost et al. Design and analysis of an antenna for ultra-wideband system
Lee et al. A novel UWB antenna using PI-shaped matching stub for UWB applications
Maalik Antenna design for UWB radar detection application
Dietrich Jr et al. Trends in antennas for wireless communications.(Special Report)
Samal et al. Time-Domain Performance of a Directional Wearable UWB Antenna under Bending
Elmansouri et al. Lens loading approach for improving ultra‐wideband performance of spiral antennas
CN105161849A (zh) 微波超宽带天线

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant