KR102243445B1 - Antenna appartus, active electronically scanned arrary radar using the same, and error correcting method of the same - Google Patents

Antenna appartus, active electronically scanned arrary radar using the same, and error correcting method of the same Download PDF

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KR102243445B1 KR1020200124164A KR20200124164A KR102243445B1 KR 102243445 B1 KR102243445 B1 KR 102243445B1 KR 1020200124164 A KR1020200124164 A KR 1020200124164A KR 20200124164 A KR20200124164 A KR 20200124164A KR 102243445 B1 KR102243445 B1 KR 102243445B1
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박대성
정윤권
정구호
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Abstract

According to the present invention, an antenna apparatus comprises: a plurality of antennas arranged at preset positions; a plurality of transceiving units connected to respective antennas to radiate a transmission signal or receive a reception signal through the antennas in accordance with an inputted setting value; a calculation unit which uses an interconnection value between the antennas and a transfer function value between the transceiving units to calculate the ratio of errors between the transceiving units; a correction unit which controls the operation of the transceiving units in accordance with the calculated ratio of errors; and a prediction unit which uses an interconnection value measured between some of the antennas to predict an interconnection value between other antennas, and transfers the predicted interconnection value to the calculation unit. Errors can be corrected by using an interconnection phenomenon which occurs between antennas.

Description

안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 오차 교정방법{ANTENNA APPARTUS, ACTIVE ELECTRONICALLY SCANNED ARRARY RADAR USING THE SAME, AND ERROR CORRECTING METHOD OF THE SAME}Antenna device, active phased array radar having the same, and error correction method thereof {ANTENNA APPARTUS, ACTIVE ELECTRONICALLY SCANNED ARRARY RADAR USING THE SAME, AND ERROR CORRECTING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나들 사이에 발생하는 상호결합 현상을 이용하여 오차를 교정할 수 있는 안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 교정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna device, an active phased array radar having the same, and a correction method thereof, and more particularly, an antenna device capable of correcting an error using the mutual coupling phenomenon occurring between antennas, and having the same. It relates to an active phased array radar, and a calibration method thereof.

일반적으로 레이더는 안테나를 이용하여 표적으로 전자파를 방사하고, 표적으로부터 반사되는 전자파를 수신하여 표적의 위치를 감지하는 장치이다. 기존에는 안테나를 기계적으로 움직이면서 표적을 추적하는 기계식 레이더를 주로 사용하였으나, 최근에는 복수의 안테나의 위상을 제어하여 지향 방향을 조절하는 위상배열 레이더를 주로 사용하고 있다.In general, a radar is a device that emits electromagnetic waves to a target using an antenna and detects the position of a target by receiving electromagnetic waves reflected from the target. In the past, a mechanical radar that tracks a target while moving an antenna mechanically has been mainly used, but recently, a phased array radar that controls the phase of a plurality of antennas to control the direction of the target has been mainly used.

위상배열 레이더는 크게, 하나의 송수신 모듈만 이용하는 수동 위상배열 레이더와, 복수의 송수신 모듈을 이용하는 능동 위상배열 레이더로 구분된다. 능동 위상배열 레이더는 송수신부들의 작동을 제어하여 다양한 전자빔을 형성할 수 있고, 복수의 안테나를 사용하기 때문에 높은 이득을 얻을 수 있다. 따라서, 능동 위상배열 레이더가 수동 위상배열 레이더보다 안정성과 신뢰도가 높아 더 많이 사용되고 있다.Phased array radars are largely divided into passive phased array radars using only one transmission/reception module and active phased array radars using a plurality of transmission/reception modules. The active phased array radar can form various electron beams by controlling the operation of the transmitting and receiving units, and because a plurality of antennas are used, a high gain can be obtained. Therefore, active phased array radars are more widely used because of higher stability and reliability than passive phased array radars.

그러나 송수신 모듈은 온도나 습도 및 시간에 따라 특성이 변화될 수 있다. 이에, 실제 사용환경에서 능동 위상배열 레이더에 구비되는 송수신 모듈들 특성이 서로 달라져, 능동 위상배열 레이더의 성능이 저하될 수 있다. 즉, 송수신 모듈들 사이에 오차가 발생하여, 능동 위상배열 레이더 표적의 위치를 정확하게 감지하는 못하는 문제가 발생할 수 있다.However, the characteristics of the transmission/reception module may change according to temperature, humidity, and time. Accordingly, characteristics of the transmitting/receiving modules provided in the active phased array radar in an actual use environment may be different from each other, so that the performance of the active phased array radar may be degraded. That is, an error may occur between the transmission/reception modules, and thus a problem of accurately detecting the position of the active phased array radar target may occur.

KRKR 2005-00540442005-0054044 AA

본 발명은 안테나들 사이의 상호결합 값을 용이하게 예측할 수 있는 안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 교정방법을 제공한다. The present invention provides an antenna device capable of easily predicting mutual coupling values between antennas, an active phased array radar having the same, and a calibration method thereof.

본 발명은 안테나들 사이에 발생하는 상호결합 현상을 이용하여 오차를 교정할 수 있는 안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 교정방법을 제공한다.The present invention provides an antenna device capable of correcting an error using the mutual coupling phenomenon occurring between antennas, an active phased array radar having the same, and a calibration method thereof.

본 발명은 미리 설정된 위치에 배치되는 복수개의 안테나; 입력되는 설정값에 따라 상기 안테나를 통해 송신 신호를 방사하거나 수신 신호를 수신할 수 있도록, 각각의 안테나와 연결되는 복수개의 송수신부; 상기 안테나들 사이의 상호결합 값, 및 상기 송수신부들 사이의 전달함수 값을 이용하여, 상기 송수신부들 사이의 오차의 비를 산출할 수 있는 연산부; 산출된 오차의 비에 따라 상기 송수신부들 각각의 작동을 제어할 수 있는 보정부; 및 상기 안테나들 중 일부 안테나들 사이에서 측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측할 수 있고, 예측된 상호결합 값을 상기 연산부에 전달할 수 있는 예측부;을 포함한다.The present invention includes a plurality of antennas disposed at a preset position; A plurality of transmission/reception units connected to respective antennas so as to radiate a transmission signal or receive a reception signal through the antenna according to an input set value; An operation unit capable of calculating a ratio of an error between the transmitting and receiving units by using the mutual coupling value between the antennas and the transfer function value between the transmitting and receiving units; A correction unit capable of controlling the operation of each of the transmission/reception units according to the calculated error ratio; And a prediction unit capable of predicting an mutual coupling value between other antennas by using the mutual coupling value measured between some of the antennas and transferring the predicted mutual coupling value to the calculating unit.

상기 보정부는 상기 산출된 오차의 비가 1이 되도록 상기 송수신부에 입력되는 설정값을 조절한다.The correction unit adjusts a set value input to the transmission/reception unit so that the calculated error ratio becomes 1.

상기 안테나들은 n×n(n은 3 이상의 자연수) 배열로 배치되고,The antennas are arranged in an n×n (n is a natural number of 3 or more) array,

상기 예측부는, 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나들 사이의 거리값, 방위각 정보, 및 측정된 상호결합 값을 이용하여, 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나들의 상호결합 값을 예측할 수 있다.The predictor may predict the mutual coupling values of the antennas for which the mutual coupling value is not measured using the distance value between the antennas for which the mutual coupling value is not measured, the azimuth angle information, and the measured mutual coupling value.

본 발명은 안테나 장치; 및 상기 안테나 장치와 연결되고, 상기 안테나 장치에 송신 신호의 발생 조건을 입력할 수 있는 입력 장치;를 포함한다.The present invention is an antenna device; And an input device connected to the antenna device and capable of inputting a condition for generating a transmission signal to the antenna device.

본 발명은 능동 위상배열 레이더의 오차를 교정하는 교정방법으로서, 미리 설정된 위치에 배치된 안테나들 중 일부 안테나들 사이의 상호결합 값을 측정하는 과정; 측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측하는 과정; 상기 안테나들 각각과 연결되는 복수개의 송수신부 사이의 전달함수 값을 측정하는 과정; 측정된 상호결합 값, 예측된 상호결합 값, 및 상기 전달함수 값을 이용하여 상기 송수신부들 사이의 오차의 비를 산출하는 과정; 및 상기 산출된 오차의 비에 따라 상기 송수신부의 작동을 제어하는 과정;을 포함한다.The present invention provides a calibration method for correcting an error of an active phased array radar, comprising: measuring an interconnection value between some antennas among antennas disposed at a preset position; Predicting an mutual coupling value between different antennas using the measured mutual coupling value; Measuring a transfer function value between a plurality of transceivers connected to each of the antennas; Calculating a ratio of errors between the transceivers using the measured mutual coupling value, the predicted mutual coupling value, and the transfer function value; And controlling the operation of the transceiver according to the calculated error ratio.

상기 일부 안테나들 사이의 상호결합 값을 측정하는 과정은, 네트워크 분석기를 이용하여 상호결합 값을 하나씩 측정하는 과정을 포함한다.The process of measuring the mutual coupling values between some of the antennas includes measuring the mutual coupling values one by one using a network analyzer.

상기 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측하는 과정은, 다른 안테나들 사이의 거리값 및 방위각 정보를 획득하는 과정; 및 다른 안테나들 사이의 거리값, 방위각 정보, 및 측정된 상호결합 값을 이용하여, 다른 안테나들의 상호결합 값을 산출하는 과정;을 포함한다.The process of predicting the mutual coupling value between the different antennas may include obtaining distance value and azimuth angle information between the other antennas; And calculating the mutual coupling values of the other antennas by using the distance values between the other antennas, the azimuth angle information, and the measured mutual coupling values.

상기 다른 안테나들의 상호결합 값을 산출하는 과정은, 하기의 식 (1)을 이용하여 상호결합 값을 산출하는 과정을 포함한다.The process of calculating the mutual coupling values of the other antennas includes calculating the mutual coupling values using Equation (1) below.

식 (1):

Figure 112020101997148-pat00001
Equation (1):
Figure 112020101997148-pat00001

(여기서, Sab는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 상호결합 값이고, k는 전파상수이고, r은 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 거리이고, C는 미리 측정된 상호결합 값을 이용하여 얻은 계수 값이고, φ는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 방위각임.)(Here, S ab is the mutual coupling value between the a-th antenna and the b-th antenna, k is the propagation constant, r is the distance between the a-th antenna and the b-th antenna, and C is the pre-measured mutual coupling value. It is the coefficient value obtained by doing this, and φ is the azimuth angle between the a-th antenna and the b-th antenna.)

상기 오차의 비를 산출하는 과정은, 하기의 식 2를 이용하여 오차의 비를 구하는 과정을 포함한다.The process of calculating the ratio of the error includes a process of obtaining the ratio of the error using Equation 2 below.

식 (2):

Figure 112020101997148-pat00002
Equation (2):
Figure 112020101997148-pat00002

(여기서, Un+1은 n+1번째 송수신부의 오차, Un은 n번째 송수신부의 오차, Tm,n+1은 m번째 송수신부과 n+1번째 송수신부의 전달함수 값, Tm,n은 m번째 송수신부과 n번째 송수신부의 전달함수 값, Cm,n은 m번째 안테나와 n번째 안테나 사이의 상호결합 값, Cm,n+1은 m번째 안테나와 n+1번째 안테나 사이의 상호결합 값임.)(Here, U n+1 is the error of the n+1th transceiver, U n is the error of the nth transceiver, T m,n+1 is the transfer function value of the mth transceiver and the n+1th transceiver, T m,n Is the transfer function value of the m-th transceiver and the n-th transceiver, C m,n is the mutual coupling value between the m-th antenna and the n-th antenna, and C m,n+1 is the mutual coupling between the m-th and n+1th antennas. It is a combined value.)

본 발명의 실시 예들에 따르면, 스켈레톤 어레이(Skeleton array)를 이용하여 능동 위상배열 레이더의 안테나들 사이의 상호결합 값을 용이하게 예측할 수 있다. 이에, 예측된 상호결합 값을 이용하여 능동 위상배열 레이더에 발생하는 오차를 교정해줄 수 있다. 따라서, 오차로 인해 능동 위상배열 레이더의 성능이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to easily predict the mutual coupling value between antennas of an active phased array radar using a skeleton array. Accordingly, an error occurring in the active phased array radar can be corrected by using the predicted mutual coupling value. Accordingly, it is possible to suppress or prevent the performance of the active phased array radar from deteriorating due to an error.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 능동 위상배열 레이더의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보정방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기준 안테나와 임의의 안테나 사이의 거리에 따른 전파특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 안테나와 임의의 안테나 사이의 거리와 방위각을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험 예에 따른 11×11 배열의 안테나 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험 예에 따른 더미 안테나를 배치한 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실험 예에 따른 위상 오차와 교정값의 크기와 위상을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 위상 오차 교정 전후의 방사패턴을 비교한 그래프이다.1 is a diagram showing the structure of an active phased array radar according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a correction method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing radio wave characteristics according to a distance between a reference antenna and an arbitrary antenna according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a distance and azimuth angle between a reference antenna and an arbitrary antenna according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an antenna structure of an 11×11 array according to an experimental example of the present invention.
6 is a diagram showing a structure in which a dummy antenna is arranged according to an experimental example of the present invention.
7 is a graph comparing the magnitude and phase of a phase error and a correction value according to an experimental example of the present invention.
8 is a graph comparing radiation patterns before and after phase error correction according to an experimental example of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided to inform you. In order to describe the invention in detail, the drawings may be exaggerated, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 능동 위상배열 레이더의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 능동 위상배열 레이더에 대해 설명하기로 한다.1 is a diagram showing the structure of an active phased array radar according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an active phased array radar will be described in an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 능동 위상배열 레이더는, 표적의 위치정보를 획득할 수 있는 장치이다. 도 1을 참조하면, 능동 위상배열 레이더(100)는 입력 장치(120), 및 안테나 장치(110)를 포함한다.An active phased array radar according to an embodiment of the present invention is a device capable of obtaining position information of a target. Referring to FIG. 1, the active phased array radar 100 includes an input device 120 and an antenna device 110.

입력 장치(120)는 안테나 장치(110)와 신호를 주고받을 수 있게 연결된다. 입력 장치(120)는 안테나 장치(110)에 송신 신호인 전자빔의 발생 조건을 입력할 수 있다. 이에, 입력 장치(120)로 송수신부(112)에 구비되는 감쇠기 및 위상 변위기의 작동을 제어하여, 사용자는 원하는 형상의 전자빔을 안테나 장치(110)를 통해 방사할 수 있다.The input device 120 is connected to exchange signals with the antenna device 110. The input device 120 may input a condition for generating an electron beam, which is a transmission signal, to the antenna device 110. Accordingly, by controlling the operation of the attenuator and the phase shifter provided in the transmitting/receiving unit 112 by the input device 120, the user can emit an electron beam having a desired shape through the antenna device 110.

예를 들어, 입력 장치(120)는 안테나 장치(110)에 구비되는 복수개의 송수신부(112)들 각각과 신호를 주고받을 수 있게 연결될 수 있다. 입력 장치(120)는 각 송수신부(112)에 입력되는 설정값을 다르게 결정할 수 있다. 따라서, 입력 장치(120)가 입력하는 설정값에 따라 방사되는 전자빔의 형상 등이 조절될 수 있다.For example, the input device 120 may be connected to exchange signals with each of the plurality of transmission/reception units 112 provided in the antenna device 110. The input device 120 may differently determine a set value input to each of the transceiving units 112. Accordingly, the shape of the emitted electron beam may be adjusted according to a set value input by the input device 120.

안테나 장치(110)는 입력 장치(120)와 신호를 주고받을 수 있게 연결된다. 안테나 장치(110)는 안테나(111), 송수신부(112), 예측부(115), 연산부(113), 및 보정부(114)을 포함한다.The antenna device 110 is connected to exchange signals with the input device 120. The antenna device 110 includes an antenna 111, a transmission/reception unit 112, a prediction unit 115, an operation unit 113, and a correction unit 114.

안테나(111)는 복수개가 구비되어 미리 설정된 위치에 배치된다. 예를 들어, 안테나(111)들은 n×n(n은 3 이상의 자연수) 배열로 배치되어, 일정한 간격으로 서로 이격될 수 있다. 안테나(111)들은 상하방향(또는, Y 방향) 및 좌우방향(또는, X 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. A plurality of antennas 111 are provided and are disposed at a preset position. For example, the antennas 111 are arranged in an n×n (n is a natural number of 3 or more) arrays, and may be spaced apart from each other at regular intervals. The antennas 111 may be disposed to be spaced apart from each other in the vertical direction (or the Y direction) and the left and right direction (or the X direction).

이때, 안테나(111)들 중 적어도 일부의 실제 간격이 서로 다를 수도 있다. 즉, 실제 사용 환경에서 안테나(111)들의 간격을 일정하게 유지하기가 어렵기 때문에, 안테나(111)들 중 적어도 일부의 간격이 일정하지 않을 수 있다. 그러나 안테나(111)들이 배치되는 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.In this case, the actual spacing of at least some of the antennas 111 may be different from each other. That is, since it is difficult to maintain a constant spacing of the antennas 111 in an actual use environment, the spacing of at least some of the antennas 111 may not be constant. However, the structure in which the antennas 111 are disposed is not limited thereto and may be various.

송수신부(112)는 입력되는 설정값에 따라 안테나(111)를 통해 송신 신호를 방사하거나 수신 신호를 수신할 수 있다. 송수신부(112)는 입력 장치(120)와 신호를 주고받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 송수신부(112)는 입력 장치(120)에 입력되는 설정값에 따라 전자빔의 크기와 위상을 조절하여, 안테나(111)로 방사되는 전자빔의 패턴 모양과 전자빔의 형성 방향을 조절할 수 있다.The transmission/reception unit 112 may radiate a transmission signal or receive a reception signal through the antenna 111 according to an input set value. The transmission/reception unit 112 may be connected to exchange signals with the input device 120. Accordingly, the transmitting/receiving unit 112 may adjust the size and phase of the electron beam according to the set value input to the input device 120 to adjust the pattern shape of the electron beam emitted to the antenna 111 and the formation direction of the electron beam.

또한, 송수신부(112)는 안테나(111)가 구비되는 개수만큼 복수개가 구비될 수 있다. 이에, 송수신부(112)들이 안테나(111)들 각각에 신호를 주고받을 수 있게 연결될 수 있고, 안테나(111) 별로 방사하는 전자빔을 조절할 수 있다.In addition, a plurality of transmission/reception units 112 may be provided as many as the number of antennas 111 provided. Accordingly, the transmission/reception units 112 may be connected to transmit and receive signals to each of the antennas 111, and an electron beam radiated to each antenna 111 may be controlled.

이때, 측정기를 이용하여 안테나(111)들 사이의 상호결합 값, 및 전달함수 값을 측정할 수 있다. 상호결합 값은 안테나(111)들 사이의 에너지 결합정도를 나타내는 값이고, 전달함수 값은 송수신부(112) 사이의 에너지 결합정도를 나타내는 값이다. 예를 들어, 상호결합 값을 측정하는 제1 측정기(미도시), 및 전달함수 값을 측정하는 제2 측정기(미도시)가 구비될 수 있다.At this time, the mutual coupling value and the transfer function value between the antennas 111 may be measured using a measuring device. The mutual coupling value is a value indicating the degree of energy coupling between the antennas 111, and the transfer function value is a value indicating the degree of energy coupling between the transmitting and receiving units 112. For example, a first measuring device (not shown) for measuring an interconnection value, and a second measuring device (not shown) for measuring a transfer function value may be provided.

제1 측정기는 2포트 네트워크 분석기(2 Port Network Analyzer)일 수 있다. 이에, 제1 측정기는 두 개의 안테나(111) 중 어느 하나에 급전하고, 다른 하나에서 이를 수신한 값을 이용하여, 두 안테나(111) 사이의 상호결합 값을 측정할 수 있다. 즉, 제1 측정기는 급전되는 한 안테나(111)를 기준으로 다른 안테나(111)로 수신되는 값을 이용하여 두 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 측정할 수 있다.The first meter may be a 2 port network analyzer. Accordingly, the first measuring device may measure the mutual coupling value between the two antennas 111 by using a value fed to one of the two antennas 111 and received by the other. That is, the first measuring device may measure the mutual coupling value between the two antennas 111 by using a value received by the other antenna 111 based on the one antenna 111 being fed.

그러나 제1 측정기는 한 번에 하나의 상호결합 값만 측정할 수 있다. 이에, 안테나(111)가 구비되는 개수가 증가할수록 전체 상호결합 값들을 측정하는데 많은 시간이 소용된다. 따라서, 제1 측정기로 복수개의 안테나(111) 중 미리 정한 일부 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 측정하고, 예측부(115)를 통해 다른 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 산출할 수 있다. 제1 측정기는 측정결과를 연산부(113)에 전달할 수 있다.However, the first meter can only measure one interconnection value at a time. Accordingly, as the number of antennas 111 is increased, more time is spent measuring total mutual coupling values. Therefore, the first measuring instrument measures the mutual coupling values between some predetermined antennas 111 among the plurality of antennas 111, and calculates the mutual coupling values between the other antennas 111 through the predictor 115. can do. The first measuring device may transmit the measurement result to the operation unit 113.

제2 측정기는 두 개의 송수신부(112) 중 어느 하나를 통해 이와 연결된 안테나(111)에 급전한 후, 다른 안테나(111)에서 이를 수신하여 이와 연결된 다른 송수신부(112)를 통과한 값을 가지고, 두 송수신부(112)들 사이의 전달함수 값을 측정할 수 있다. 즉, 제2 측정기는 급전되는 하나의 송수신부(112)를 기준으로 다른 송수신부(112)에서 수신되는 값을 이용하여 송수신부(112)들 사이의 전달함수 값을 측정할 수 있다. 제2 측정기는 측정결과를 연산부(113)에 전달할 수 있다.The second measuring instrument receives power from the antenna 111 connected thereto through any one of the two transmission/reception units 112, and then receives it from the other antenna 111 and has a value that has passed through the other transmission/reception unit 112 connected thereto. , It is possible to measure the value of the transfer function between the two transceivers 112. That is, the second measuring device may measure a transfer function value between the transmitting and receiving units 112 by using a value received from the other transmitting and receiving units 112 based on the one transmitting and receiving unit 112 that is fed. The second measuring device may transmit the measurement result to the operation unit 113.

연산부(113)는 안테나(111)들 사이의 상호결합 값, 및 송수신부(112)들 사이의 전달함수 값을 이용하여, 송수신부(112)들 사이의 오차의 비를 산출할 수 있다. 오차는 진폭 오차, 및 위상 오차 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 오차의 종류에 따라 보정부(114)가 송수신부(112)의 작동을 제어하는 방식이 변경될 수 있다.The calculation unit 113 may calculate a ratio of an error between the transmission/reception units 112 by using a mutual coupling value between the antennas 111 and a transfer function value between the transmission/reception units 112. The error may include at least one of an amplitude error and a phase error. Depending on the type of error, the method in which the correction unit 114 controls the operation of the transmission/reception unit 112 may be changed.

보정부(114)는 연산부(113)와 신호를 주고받을 수 있게 연결된다. 보정부(114)는 연산부(113)에서 산출된 오차의 비에 따라 송수신부(112)들 각각의 작동을 제어할 수 있다. 따라서, 안테나(111)들 사이에 오차가 발생하더라도, 보정부(114)에 의해 전자빔의 패턴 모양과 전자빔의 형성 방향을 정상적으로 조절할 수 있다.The correction unit 114 is connected to exchange signals with the operation unit 113. The correction unit 114 may control the operation of each of the transmission/reception units 112 according to the ratio of the error calculated by the operation unit 113. Accordingly, even if an error occurs between the antennas 111, the pattern shape of the electron beam and the direction in which the electron beam is formed can be normally adjusted by the correction unit 114.

예를 들어, 보정부(114)는 연산부(113)에서 산출된 오차의 비가 1이 되도록 송수신부(112)에 입력되는 설정값을 조절할 수 있다. 즉, 송수신부(112)들의 오차가 모두 동일해지도록 송수신부(112)들의 작동을 제어할 수 있다. 송수신부(112)들의 오차가 모두 동일해지면, 전자빔의 패턴 형상이나 전자빔의 형성 방향이 왜곡되는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서, 정상적인 형태의 전자빔을 생성할 수 있다.For example, the correction unit 114 may adjust a set value input to the transmission/reception unit 112 so that the ratio of the error calculated by the operation unit 113 is 1. That is, the operation of the transmission/reception units 112 may be controlled so that the errors of the transmission/reception units 112 are all the same. When the errors of the transmission/reception units 112 are all the same, it is possible to reduce distortion of the pattern shape of the electron beam or the direction in which the electron beam is formed. Thus, it is possible to generate an electron beam of a normal shape.

예측부(115)는 제1 측정기에서 측정된 측정결과를 전달받을 수 있다. 예측부(115)는 전체 안테나(111)들 중 일부 안테나(111)들 사이에서 미리 측정된 상호결합 값을 이용하여, 다른 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 예측할 수 있다. 예를 들어, 예측부(115)는 스켈레톤 어레이를 이용하여 상호결합 값들을 산출할 수 있다. 이에, 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나들 사이의 거리값, 방위각 정보, 및 측정된 상호결합 값을 이용하여 상호결합 값들을 산출할 수 있다. 따라서, 전체 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 하나하나 측정하지 않을 수 있기 때문에, 전체 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 획득하는 시간을 단축할 수 있다.The predictor 115 may receive the measurement result measured by the first measuring device. The predictor 115 may predict mutual coupling values between the other antennas 111 by using the mutual coupling values measured in advance between some of the antennas 111 among all the antennas 111. For example, the prediction unit 115 may calculate mutual coupling values using a skeleton array. Accordingly, the mutual coupling values may be calculated using the distance value between the antennas for which the mutual coupling value is not measured, the azimuth angle information, and the measured mutual coupling value. Therefore, since the mutual coupling values between all the antennas 111 may not be measured one by one, it is possible to shorten the time to obtain the mutual coupling values between all the antennas 111.

또한, 예측부(115)는 연산부(113)와 신호를 주고받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 예측부(115)에서 예측된 상호결합 값이, 연산부(113)에 전달될 수 있다. 따라서, 연산부(113)는 제1 측정기에서 측정된 상호결합 값들과, 예측부(115)에서 예측된 상호결합 값들을 이용하여 연산작업을 수행할 수 있다.In addition, the prediction unit 115 may be connected to exchange signals with the operation unit 113. Accordingly, the mutual coupling value predicted by the prediction unit 115 may be transmitted to the calculation unit 113. Accordingly, the operation unit 113 may perform an operation using the mutual coupling values measured by the first measuring device and the mutual coupling values predicted by the prediction unit 115.

이처럼 예측부(115)를 통해 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 신속하고 용이하게 예측할 수 있다. 따라서, 상호결합 값을 획득하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있기 때문에, 송수신부(112)들 사이에서 발생하는 오차를 신속하게 교정해줄 수 있다. 이에, 오차로 인해 능동 위상배열 레이더(100)의 성능이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.In this way, the mutual coupling values between the antennas 111 can be quickly and easily predicted through the prediction unit 115. Therefore, since it is possible to shorten the time required to obtain the mutual coupling value, errors occurring between the transmitting and receiving units 112 can be quickly corrected. Accordingly, it is possible to suppress or prevent the performance of the active phased array radar 100 from deteriorating due to an error.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보정방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기준 안테나와 임의의 안테나 사이의 거리에 따른 전파특성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 안테나와 임의의 안테나 사이의 거리와 방위각을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 교정방법에 대해 설명하기로 한다.2 is a flow chart showing a correction method according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view showing radio wave characteristics according to a distance between a reference antenna and an arbitrary antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. A diagram showing a distance and azimuth angle between a reference antenna and an arbitrary antenna according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a calibration method according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시 예에 따른 교정방법은, 능동 위상배열 레이더의 오차를 교정하는 교정방법이다. 도 2를 참조하면, 교정방법은, 미리 설정된위치에 배치된 안테나들 중 일부 안테나들 사이의 상호결합 값을 측정하는 과정(S110), 측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측하는 과정(S120), 안테나들 각각과 연결되는 복수개의 송수신부 사이의 전달함수 값을 측정하는 과정(S130), 측정된 상호결합 값, 예측된 상호결합 값, 및 전달함수 값을 이용하여 상기 송수신부들 사이의 오차의 비를 산출하는 과정(S140), 및 산출된 오차의 비에 따라 송수신부의 작동을 제어하는 과정(S150)을 포함한다.A calibration method according to an embodiment of the present invention is a calibration method for calibrating an error of an active phased array radar. Referring to FIG. 2, the calibration method includes a process of measuring an interconnection value between some antennas among antennas disposed at a preset position (S110), and mutual coupling between other antennas using the measured interconnection value. A process of predicting a value (S120), a process of measuring a transfer function value between a plurality of transceivers connected to each of the antennas (S130), using the measured mutual coupling value, the predicted mutual coupling value, and the transfer function value Thus, a process of calculating a ratio of the errors between the transmitting and receiving units (S140), and a process of controlling the operation of the transmitting and receiving units according to the calculated ratio of the errors (S150).

이때, 도 1과 같은 능동 위상배열 레이더(100)는 복수의 안테나(111)와 복수의 송수신부(112)를 구비한다. 안테나(111)들은 미리 정해진 위치에 배치된다. 그러나 각각의 송수신부(112)는 온도나 습도 및 시간에 따라 특성이 달라질 수 있기 때문에, 송수신부(112)들 사이에 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 보정방법으로 송수신부(112)들 사이의 오차를 보정하여, 원하는 형상의 전자빔을 원하는 방향으로 정확하게 방사할 수 있다.In this case, the active phased array radar 100 as shown in FIG. 1 includes a plurality of antennas 111 and a plurality of transmission/reception units 112. The antennas 111 are disposed at predetermined positions. However, since characteristics of each of the transceivers 112 may vary according to temperature, humidity, and time, an error may occur between the transceivers 112. Accordingly, by correcting an error between the transmitting and receiving units 112 by the correction method according to an exemplary embodiment of the present invention, an electron beam having a desired shape can be accurately radiated in a desired direction.

우선, 전체 안테나(111)들 중 일부 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 측정할 수 있다(S110). 안테나(111)들은 n×n(n은 3 이상의 자연수) 배열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 11×11 배열의 안테나(111)들 중 12개의 안테나(111)들을 선택하여 상호결합 값들을 측정할 수 있다.First, the mutual coupling value between some of the antennas 111 among all the antennas 111 may be measured (S110). The antennas 111 may be arranged in an n×n (n is a natural number of 3 or more) array. For example, 12 antennas 111 among the 11×11 array antennas 111 may be selected to measure mutual coupling values.

이때, 상호결합 값들은, 네트워크 분석기인 제1 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 복수개의 안테나(111)를 사용하는 경우, 안테나(111)들 사이에 서로 영향을 미치는 상호결합이 발생할 수 있고, 제1 측정기는 급전되는 하나의 안테나(111)를 기준으로 다른 안테나(111)에 수신되는 값을 이용하여 상호결합 값이 측정할 수 있다. 따라서, 제1 측정기는 한 번에 두 안테나(111) 사이의 상호결합 값을 측정할 수 있다. 이에, 제1 측정기로 12개 안테나(111)들의 상호결합 값들을 측정하는 경우, 상호결합 값들을 동시에 측정하지 못하고 하나씩 측정할 수 있다. 그러나 미리 상호결합 값이 측정되는 안테나(111)들의 개수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.In this case, the mutual coupling values may be measured using a first measuring device that is a network analyzer. In the case of using a plurality of antennas 111, mutual coupling affecting each other may occur between the antennas 111, and the first measuring instrument is connected to the other antenna 111 based on the one antenna 111 to be fed. Using the received value, the mutual coupling value can be measured. Accordingly, the first measuring device can measure the mutual coupling value between the two antennas 111 at a time. Accordingly, when measuring the mutual coupling values of the 12 antennas 111 with the first measuring instrument, the mutual coupling values may not be measured at the same time, but may be measured one by one. However, the number of antennas 111 for which the mutual coupling value is measured in advance is not limited thereto and may be varied.

그 다음, 측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 예측할 수 있다(S120). 예를 들어, 스켈레톤 어레이를 이용하여 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 산출할 수 있다. 스켈레톤 어레이는, 복수개의 안테나(111)들 중 미리 선택된 기준 안테나와 임의의 위치에 존재하는 안테나와의 상호결합 값을 계산하기 위한 어레이 모델이다. 따라서, 제1 측정기로 미리 측정한 12개 안테나(111)들의 상호결합 값을 이용하여, 나머지 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 산출할 수 있다. 이에, 제1 측정기를 이용하여 상호결합 값을 하나씩 측정할 때보다 나머지 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 신속하게 획득할 수 있다.Then, the mutual coupling value between the other antennas 111 may be predicted using the measured mutual coupling value (S120). For example, it is possible to calculate mutual coupling values between antennas 111 whose mutual coupling values have not been measured using a skeleton array. The skeleton array is an array model for calculating an interconnection value between a reference antenna selected in advance from among the plurality of antennas 111 and an antenna present at an arbitrary position. Accordingly, the mutual coupling value between the remaining antennas 111 can be calculated using the mutual coupling values of the 12 antennas 111 previously measured by the first measuring instrument. Accordingly, the mutual coupling value between the remaining antennas 111 can be obtained more quickly than when the mutual coupling values are measured one by one using the first measuring device.

이때, 기준 안테나와 비교적 가까운 거리에 위치한 안테나는 1/(kr)3에 비례하는 전파특성을 가진다. 여기서 k는 전파상수, r은 기준 안테나와의 거리를 의미한다. 도 3과 같이 나머지 안테나들 또한 기준 안테나와의 거리에 따라 1/(kr)2, 1/(kr)1/2, 1/(kr)에 비례하는 전파특성을 가진다. 스켈레톤 어레이를 이용하여 상호결합 값을 산출하기 위해, 이러한 전파특성에 따른 하기의 식 (1)을 이용할 수 있다.In this case, an antenna located at a relatively close distance to the reference antenna has a radio wave characteristic proportional to 1/(kr) 3. Here, k is the propagation constant and r is the distance to the reference antenna. As shown in FIG. 3, the remaining antennas also have radio wave characteristics proportional to 1/(kr) 2 , 1/(kr) 1/2 , and 1/(kr) depending on the distance from the reference antenna. In order to calculate the mutual coupling value using the skeleton array, the following equation (1) according to such propagation characteristics can be used.

식 (1):

Figure 112020101997148-pat00003
Equation (1):
Figure 112020101997148-pat00003

여기서, Sab는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 상호결합 값이고, k는 전파상수이고, r은 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 거리이고, C는 미리 측정된 상호결합 값을 이용하여 얻은 계수 값이고, φ는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 방위각이다. C값은 12개의 안테나에서 측정된 상호결합 값을 이용하여 얻을 수 있기 때문에, r값과 φ값을 알면 식 1을 이용하여 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 상호결합 값을 산출할 수 있다. r값과 φ값은 상호결합 값을 산출하려는 안테나의 위치를 나타내는 값들이다. 따라서, 상호결합 값을 산출하려는 임의의 안테나의 도 4와 같은 위치정보(r값과 φ값)를 식 1에 대입하면, 임의의 안테나와의 상호결합 값이 산출될 수 있다. 이에, 제1 측정기로 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나(111)들의 위치정보를 이용하여 나머지 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 모두 산출할 수 있다.Here, S ab is the mutual coupling value between the a-th antenna and the b-th antenna, k is the propagation constant, r is the distance between the a-th antenna and the b-th antenna, and C is the mutual coupling value measured in advance. Is the obtained coefficient value, where φ is the azimuth angle between the a-th antenna and the b-th antenna. Since the C value can be obtained using the mutual coupling values measured by 12 antennas, if the r value and the φ value are known, the mutual coupling value between the a-th antenna and the b-th antenna can be calculated using Equation 1. The values of r and φ are values representing the location of the antenna for which the mutual coupling value is to be calculated. Therefore, by substituting the position information (r value and φ value) as shown in FIG. 4 of the antenna for calculating the mutual coupling value into Equation 1, the mutual coupling value with the arbitrary antenna can be calculated. Accordingly, it is possible to calculate all mutual coupling values between the remaining antennas 111 by using the location information of the antennas 111 for which the mutual coupling value has not been measured by the first measuring instrument.

이때, 상호결합 값을 산출하기 전에, 임의의 안테나들 사이의 거리값 및 방위각 정보를 획득할 수 있다. 안테나(111)들 각각의 위치를 미리 알고 있기 때문에, 상호결합 값을 측정하려는 임의의 두 개의 안테나가 선택되면 도 4와 같은 그래프로 거리값과 방위각 정보를 획득할 수 있다.At this time, before calculating the mutual coupling value, distance values and azimuth angle information between arbitrary antennas may be obtained. Since the positions of each of the antennas 111 are known in advance, when two arbitrary antennas for measuring mutual coupling values are selected, distance values and azimuth angle information can be obtained through a graph as shown in FIG. 4.

그 다음, 안테나(111)들 각각과 연결되는 복수개의 송수신부(112) 사이의 전달함수 값을 측정할 수 있다(S130). 전달함수 값은 제2 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 복수개의 송수신부(112)를 사용하는 경우, 송수신부(112)들 사이에 서로 영향을 미칠 수 있고, 전달함수는 송수신부(112)들 사이의 이러한 영향을 나타내는 값이다. 따라서, 제2 측정기는 급전되는 하나의 송수신부(112)를 기준으로 다른 송수신부(112)에서 수신되는 값을 이용하여 전달함수 값을 측정할 수 있다.Then, a transfer function value between the plurality of transmitting and receiving units 112 connected to each of the antennas 111 may be measured (S130). The transfer function value can be measured using a second measuring device. When a plurality of transmission/reception units 112 are used, they may affect each other between the transmission/reception units 112, and the transfer function is a value representing such an influence between the transmission/reception units 112. Accordingly, the second measuring device may measure the transfer function value by using a value received from the other transmitting and receiving units 112 based on the one transmitting and receiving unit 112 that is fed.

이때, 두 안테나(111)들 사이의 전달함수 값과, 상호결합 값, 오류 값, 및 송수신부(112)에 입력되는 설정값은 하기의 관계식과 같은 관계를 가질 수 있다.In this case, a transfer function value between the two antennas 111, an mutual coupling value, an error value, and a setting value input to the transmission/reception unit 112 may have a relationship as shown in the following relational expression.

관계식:

Figure 112020101997148-pat00004
Relationship:
Figure 112020101997148-pat00004

여기서, Tm,n은 m번째 송수신부와 n번째 송수신부의 전달함수, Cm,n은 m번째 안테나와 n번째 안테나 사이의 상호결합 값, Wm은 m번째 송수신부의 설정값, Wn은 n번째 송수신부의 설정값, Um은 m번째 송수신부의 오류 값, Un은 n번째 송수신부의 오류 값이다. 상호결합 값들과 전달함수 값은 측정기들이 측정되거나 예측부를 통해 예측되는 값이기 때문에, 상호결합 값들과 전달함수 값들은 미리 획득할 수 있다. 설정값은 능동 위상배열 레이더(100)의 사용자가 입력하는 값이기 때문에, 사용자가 설정값들을 모두 1로 동일하게 설정할 수 있다.Here, T m,n is the transfer function of the m-th transceiver and the n-th transceiver, C m,n is the mutual coupling value between the m-th antenna and the n-th antenna, W m is the set value of the m-th transceiver, and W n is The setting value of the n-th transceiver, U m is the error value of the m-th transceiver, and U n is the error value of the n-th transceiver. Since the mutual coupling values and the transfer function values are values measured by measuring devices or predicted through the prediction unit, the mutual coupling values and the transfer function values can be obtained in advance. Since the set value is a value input by the user of the active phased array radar 100, the user can set all the set values equally to ones.

이때, 오차는 진폭 오차 및 위상 오차 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 설정값은 감쇠 및 위상 지연 중 적어도 어느 하나의 설정값일 수 있다. 감쇠를 조절하는 경우 진폭 오차가 변화되고, 위상 지연을 조절하는 경우 위상 오차가 변화될 수 있다.In this case, the error may be at least one of an amplitude error and a phase error, and the set value may be at least one of attenuation and phase delay. When the attenuation is adjusted, the amplitude error is changed, and when the phase delay is adjusted, the phase error may be changed.

그 다음, 측정된 상호결합 값, 예측된 상호결합 값, 및 측정된 전달함수 값을 이용하여 송수신부(112)들 사이의 오차의 비를 산출할 수 있다(S140). 오차의 비는 하기의 식 (2)를 이용하여 산출할 수 있다.Then, the ratio of the errors between the transmitting and receiving units 112 may be calculated using the measured mutual coupling value, the predicted mutual coupling value, and the measured transfer function value (S140). The ratio of the error can be calculated using the following equation (2).

식 (2):

Figure 112020101997148-pat00005
Equation (2):
Figure 112020101997148-pat00005

여기서, Un+1은 n+1번째 송수신부의 오차, Un은 n번째 송수신부의 오차, Tm,n +1은 m번째 송수신부과 n+1번째 송수신부의 전달함수 값, Tm,n은 m번째 송수신부과 n번째 송수신부의 전달함수 값, Cm,n은 m번째 안테나와 n번째 안테나 사이의 상호결합 값, Cm,n +1은 m번째 안테나와 n+1번째 안테나 사이의 상호결합 값이다. 상호결합 값들, 전달함수 값들은 이미 측정되거나 산출되었기 때문에 이미 알고 있는 값이기 때문에, 식 (2)를 이용하여 오차의 비를 산출할 수 있다. 상세하게는, 진폭 오차와 위상 오차를 구할 수 있다. 이때, 사용자에 의해 설정값들을 모두 1로 동일하게 설정된 상태일 수 있다.Here, U n+1 is the error of the n+1th transmission/reception unit, U n is the error of the nth transmission/reception unit, T m,n +1 is the transfer function value of the mth transmission/reception unit and the n+1th transmission/reception unit, and T m,n are The transfer function value of the m-th transmitting and receiving unit and the n-th transmitting and receiving unit, C m,n are the mutual coupling values between the m-th antenna and the n-th antenna, and C m,n +1 are the mutual coupling between the m-th and n+1th antennas. It's a value. Since mutual coupling values and transfer function values are already known values because they have been measured or calculated, the ratio of the error can be calculated using Equation (2). In detail, the amplitude error and the phase error can be obtained. In this case, all of the set values may be set equally to 1 by the user.

그 다음, 산출된 오차의 비에 따라 송수신부(112)의 작동을 제어할 수 있다(S150). 즉, 산출되는 오차의 비가 1이 되도록 송수신부(112)에 입력되는 설정값을 조절할 수 있다. 산출되는 오차의 비가 1이 아닌 경우, 오차의 비를 1로 만들 수 있는 설정값을 찾을 수 있다. 오차의 비를 1로 만들 수 있는 설정값을 보정값을 선택하여, 산출되는 오차의 비를 1로 만들 수 있다. 따라서, 송수신부(112)들의 오차가 동일해지도록 제어되어 동일한 특성을 가지게 될 수 있다.Then, the operation of the transmission/reception unit 112 may be controlled according to the calculated error ratio (S150). That is, a set value input to the transmission/reception unit 112 may be adjusted so that the calculated error ratio becomes 1. If the calculated error ratio is not 1, a set value that can make the error ratio 1 can be found. By selecting a correction value as a set value that can make the ratio of the error 1, the ratio of the calculated error can be made 1. Accordingly, the transmission/reception units 112 are controlled to have the same error, so that they may have the same characteristics.

상세하게는 진폭 오차가 발생되는 경우 감쇠를 조절하여 진폭 오차의 비가 1이 되도록 조절하고, 위상 오차가 발생되는 경우 위상 지연을 조절하여 위상 오차의 비가 1이 되도록 조절할 수 있다. 이에, 진폭 오차와 위상 오차를 각각 보정할 수 있다. 따라서, 송수신부(112)들에 진폭 오차와 위상 오차가 발생하더라도, 송수신부(112)들의 진폭 오차 또는 위상 오차가 같아지도록 조절되기 때문에, 전자빔이 왜곡 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 원하는 형상의 전자빔을 정확하게 방사할 수 있다.In detail, when an amplitude error occurs, the attenuation is adjusted so that the ratio of the amplitude error is 1, and when a phase error occurs, the ratio of the phase error can be adjusted by adjusting the phase delay. Accordingly, the amplitude error and the phase error can be corrected, respectively. Accordingly, even if an amplitude error and a phase error occur in the transceiving units 112, since the amplitude error or the phase error of the transceiving units 112 are adjusted to be the same, distortion of the electron beam can be suppressed or prevented. Therefore, it is possible to accurately emit an electron beam having a desired shape.

이처럼 안테나(111)들 중 일부 안테나(111)들 사이의 상호결합 값을 이용하여 나머지 전체 안테나(111)들 사이의 상호결합 값들을 신속하고 용이하게 예측할 수 있다. 따라서, 상호결합 값을 획득하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있기 때문에, 송수신부(112)들 사이에서 발생하는 오차를 신속하게 교정해줄 수 있다. 이에, 오차로 인해 능동 위상배열 레이더(100)의 성능이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.As described above, by using the mutual coupling values between some of the antennas 111 among the antennas 111, it is possible to quickly and easily predict the mutual coupling values between the remaining antennas 111. Therefore, since it is possible to shorten the time required to obtain the mutual coupling value, errors occurring between the transmitting and receiving units 112 can be quickly corrected. Accordingly, it is possible to suppress or prevent the performance of the active phased array radar 100 from deteriorating due to an error.

도 5는 본 발명의 실험 예에 따른 11×11 배열의 안테나 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실험 예에 따른 더미 안테나를 배치한 구조를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실험 예에 따른 위상 오차와 교정값의 크기와 위상을 비교한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 위상 오차 교정 전후의 방사패턴을 비교한 그래프이다. 하기에서는 본 발명의 실험 예에 대해 설명하기로 한다.5 is a diagram showing an antenna structure of an 11×11 array according to an experimental example of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a structure in which a dummy antenna according to an experimental example of the present invention is arranged, and FIG. 7 is an experiment of the present invention It is a graph comparing the magnitude and phase of the phase error and the correction value according to the example, and FIG. 8 is a graph comparing the radiation patterns before and after phase error correction according to the experimental example of the present invention. Hereinafter, an experimental example of the present invention will be described.

스켈레톤 어레이를 이용한 교정방법의 정확성을 검증하기 위하여 도 5와 같은 11×11 구조로 배열된 안테나들을 설계하여 실험을 수행하였다. 즉, 121개의 안테나를 구비하여 일정한 구조로 배치하였다. 이때, 중심부에 배치되는 안테나들과 외곽부에 배치되는 안테나들의 환경을 동일하게 만들어주기 위해, 도 6과 같이 외곽부에 배치되는 안테나들을 감싸는 한 줄의 더미 안테나(111)를 추가하였다. 송수신부(112)들 사이에 오차를 발생시키기 위하여 각 송수신부(112)의 크기와 위상을 다르게 설정하여 주었으며, 본 발명의 실시 예에 따른 교정방법에 따라 오차 교정을 진행하였다.In order to verify the accuracy of the calibration method using the skeleton array, an experiment was performed by designing antennas arranged in an 11×11 structure as shown in FIG. 5. That is, 121 antennas were provided and arranged in a certain structure. At this time, in order to make the environment of the antennas disposed at the center and the antennas disposed at the outer portion the same, a row of dummy antennas 111 surrounding the antennas disposed at the outer portion as shown in FIG. 6 was added. In order to generate an error between the transmitting and receiving units 112, the size and phase of each transmitting and receiving unit 112 are set differently, and error correction is performed according to a calibration method according to an exemplary embodiment of the present invention.

이때, 교정은 61번 안테나를 기준 안테나로 하여 61번 안테나와 나머지 안테나들의 크기와 위상 차이를 계산한 후, 계산된 값만큼을 나머지 소자들에 보상해주었다. 도 7에서 Amplitude error와 phase error는 임의로 설정한 각 채널의 오류 값을 나타내며, Compensation amplitude와 Compensation phase는 스켈레톤 어레이와 식(2)를 이용하여 계산한 각 송수신부(112)의 보정값을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 임의로 설정한 오류값과 보정값이 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.At this time, for calibration, the size and phase difference of antenna 61 and the remaining antennas were calculated using antenna 61 as a reference antenna, and then the calculated value was compensated for the remaining elements. In FIG. 7, Amplitude error and phase error represent error values of each channel arbitrarily set, and Compensation amplitude and Compensation phase represent correction values of each transceiver 112 calculated using a skeleton array and Equation (2). Referring to FIG. 7, it can be seen that the arbitrarily set error value and the correction value are substantially similar.

또한, 도 8의 파란색 선과 같이 오차를 교정하기 전에는 각 안테나들 사이의 급전 크기와 위상이 달라 +z 방향으로 지향성을 나타내지 않았었다. 그러나 교정 이후에는 도 8의 빨간색 선과 같이 각 안테나들 사이의 오류가 거의 없기 때문에 방사패턴이 +z 방향으로 지향성을 보이며, 오차가 발생하지 않은 도 8의 검은 색 선과 같은 방사패턴과 거의 일치한다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 교정방법을 통해 오차를 효과적으로 교정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in the blue line of FIG. 8, before the error is corrected, the power feed between the antennas is different in size and phase, so that directivity in the +z direction was not shown. However, after the calibration, since there is almost no error between the antennas as shown in the red line of FIG. 8, the radiation pattern shows directivity in the +z direction, and substantially coincides with the radiation pattern such as the black line of FIG. 8 in which no error occurs. Therefore, it can be confirmed that the error can be effectively corrected through the correction method according to an embodiment of the present invention.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by being limited to the described embodiments, and should be defined by the claims to be described below as well as the claims and their equivalents.

100: 능동 위상배열 레이더 110: 안테나 장치
111: 안테나 112: 송수신부
113: 보정부 114: 연산부
115: 예측부 120: 입력 장치100: active phased array radar 110: antenna device
111: antenna 112: transceiver
113: correction unit 114: calculation unit
115: prediction unit 120: input device

Claims (9)

미리 설정된 위치에 배치되는 복수개의 안테나;
입력되는 설정값에 따라 상기 안테나를 통해 송신 신호를 방사하거나 수신 신호를 수신할 수 있도록, 각각의 안테나와 연결되는 복수개의 송수신부;
상기 안테나들 사이의 상호결합 값, 및 상기 송수신부들 사이의 전달함수 값을 이용하여, 상기 송수신부들 사이의 오차의 비를 산출할 수 있는 연산부;
산출된 오차의 비에 따라 상기 송수신부들 각각의 작동을 제어할 수 있는 보정부; 및
상기 안테나들 중 일부 안테나들 사이에서 측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측할 수 있고, 예측된 상호결합 값을 상기 연산부에 전달할 수 있는 예측부;를 포함하고,
상기 예측부는, 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나들 사이의 거리값, 방위각 정보, 및 측정된 상호결합 값을 이용하여, 상호결합 값이 측정되지 않은 안테나들의 상호결합 값을 예측할 수 있는 안테나 장치.A plurality of antennas disposed at preset positions;
A plurality of transmission/reception units connected to respective antennas so as to radiate a transmission signal or receive a reception signal through the antenna according to an input set value;
An operation unit capable of calculating a ratio of an error between the transmitting and receiving units by using the mutual coupling value between the antennas and the transfer function value between the transmitting and receiving units;
A correction unit capable of controlling the operation of each of the transmission/reception units according to the calculated error ratio; And
Including; a prediction unit capable of predicting an mutual coupling value between other antennas by using the mutual coupling value measured between some of the antennas, and transferring the predicted mutual coupling value to the calculating unit; and
The prediction unit is an antenna device capable of predicting the mutual coupling value of the antennas for which the mutual coupling value is not measured by using the distance value between the antennas for which the mutual coupling value is not measured, the azimuth angle information, and the measured mutual coupling value. 청구항 1에 있어서,
상기 보정부는 상기 산출된 오차의 비가 1이 되도록 상기 송수신부에 입력되는 설정값을 조절하는 안테나 장치.The method according to claim 1,
The antenna device for adjusting a set value input to the transmitting/receiving unit so that the ratio of the calculated error is 1. 청구항 1에 있어서,
상기 안테나들은 n×n(n은 3 이상의 자연수) 배열로 배치되는 안테나 장치.The method according to claim 1,
The antennas are arranged in an n×n (n is a natural number of 3 or more) array. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 안테나 장치; 및
상기 안테나 장치와 연결되고, 상기 안테나 장치에 송신 신호의 발생 조건을 입력할 수 있는 입력 장치;를 포함하는 능동 위상배열 레이더.The antenna device of any one of claims 1 to 3; And
And an input device connected to the antenna device and capable of inputting a condition for generating a transmission signal to the antenna device. 능동 위상배열 레이더의 오차를 교정하는 교정방법으로서,
미리 설정된 위치에 배치된 안테나들 중 일부 안테나들 사이의 상호결합 값을 측정하는 과정;
측정된 상호결합 값을 이용하여 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측하는 과정;
상기 안테나들 각각과 연결되는 복수개의 송수신부 사이의 전달함수 값을 측정하는 과정;
측정된 상호결합 값, 예측된 상호결합 값, 및 상기 전달함수 값을 이용하여 상기 송수신부들 사이의 오차의 비를 산출하는 과정; 및
상기 산출된 오차의 비에 따라 상기 송수신부의 작동을 제어하는 과정;을 포함하고,
상기 다른 안테나들 사이의 상호결합 값을 예측하는 과정은,
다른 안테나들 사이의 거리값 및 방위각 정보를 획득하는 과정, 및
다른 안테나들 사이의 거리값, 방위각 정보, 및 측정된 상호결합 값을 이용하여, 다른 안테나들의 상호결합 값을 산출하는 과정을 포함하는 교정방법.As a calibration method to correct errors of active phased array radar,
Measuring an interconnection value between some of the antennas disposed at a preset position;
Predicting an mutual coupling value between different antennas using the measured mutual coupling value;
Measuring a transfer function value between a plurality of transceivers connected to each of the antennas;
Calculating a ratio of errors between the transceivers using the measured mutual coupling value, the predicted mutual coupling value, and the transfer function value; And
Including, the process of controlling the operation of the transmission and reception unit according to the calculated error ratio, and
The process of predicting the mutual coupling value between the different antennas,
A process of obtaining information on a distance value and azimuth angle between different antennas, and
A calibration method comprising the step of calculating mutual coupling values of different antennas using distance values, azimuth angle information, and measured mutual coupling values between different antennas. 청구항 5에 있어서,
상기 일부 안테나들 사이의 상호결합 값을 측정하는 과정은,
네트워크 분석기를 이용하여 상호결합 값을 하나씩 측정하는 과정을 포함하는 교정방법.The method of claim 5,
The process of measuring the mutual coupling value between some of the antennas,
A calibration method including the process of measuring the mutual coupling values one by one using a network analyzer. 삭제delete 청구항 5에 있어서,
상기 다른 안테나들의 상호결합 값을 산출하는 과정은,
하기의 식 (1)을 이용하여 상호결합 값을 산출하는 과정을 포함하는 교정방법.
식 (1):
Figure 112021022389944-pat00006

(여기서, Sab는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 상호결합 값이고, k는 전파상수이고, r은 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 거리이고, C는 미리 측정된 상호결합 값을 이용하여 얻은 계수 값이고, φ는 a번째 안테나와 b번째 안테나 사이의 방위각임.)The method of claim 5,
The process of calculating the mutual coupling values of the other antennas,
A calibration method including the process of calculating the mutual coupling value using the following equation (1).
Equation (1):
Figure 112021022389944-pat00006

(Here, S ab is the mutual coupling value between the a-th antenna and the b-th antenna, k is the propagation constant, r is the distance between the a-th antenna and the b-th antenna, and C is the pre-measured mutual coupling value. It is the coefficient value obtained by doing this, and φ is the azimuth angle between the a-th antenna and the b-th antenna.) 청구항 5에 있어서,
상기 오차의 비를 산출하는 과정은,
하기의 식 2를 이용하여 오차의 비를 구하는 과정을 포함하는 교정방법.
식 (2):
Figure 112021022389944-pat00007

(여기서, Un+1은 n+1번째 송수신부의 오차, Un은 n번째 송수신부의 오차, Tm,n+1은 m번째 송수신부과 n+1번째 송수신부의 전달함수 값, Tm,n은 m번째 송수신부과 n번째 송수신부의 전달함수 값, Cm,n은 m번째 안테나와 n번째 안테나 사이의 상호결합 값, Cm,n+1은 m번째 안테나와 n+1번째 안테나 사이의 상호결합 값임.)The method of claim 5,
The process of calculating the ratio of the errors,
A calibration method including the process of obtaining the ratio of the error using Equation 2 below.
Equation (2):
Figure 112021022389944-pat00007

(Here, U n+1 is the error of the n+1th transceiver, U n is the error of the nth transceiver, T m,n+1 is the transfer function value of the mth transceiver and the n+1th transceiver, T m,n Is the transfer function value of the m-th transceiver and the n-th transceiver, C m,n is the mutual coupling value between the m-th antenna and the n-th antenna, and C m,n+1 is the mutual coupling between the m-th and n+1th antennas. It is a combined value.)
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