KR20240042790A - 배열 안테나 진단 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배열 안테나 진단에 관한 것으로, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 입력부; 상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 모델링부; 및 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하고, 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 진단부;를 포함할 수 있다.

Description

배열 안테나 진단 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ARRAY ANTENNA DIAGNOSIS}
본 발명은 배열 안테나를 진단하기 위한 기술에 관한 것으로, 특히 근접 전계 측정 시설을 이용한 배열 안테나 진단 기술에 관한 것이다.
배열 안테나는 통신, 레이더 등 다양한 응용 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 이러한 배열 안테나는 다수의 안테나를 배열하여 동작시키고 각 안테나 소자마다 개별적인 전자식 제어가 가능하다. 이러한 전자식 제어를 활용하면 고속으로 정밀한 빔을 형성하고 제어할 수 있다.
특히, 전자식 제어 배열 안테나는 각 안테나 소자 별로 정확한 제어가 필수적이다. 이용자가 원하는 진폭 및 위상을 입력했을 때 해당 안테나 소자에서 같은 진폭과 위상을 가진 전자파를 방사해야만 하며, 모든 안테나 소자들이 이러한 조건을 만족할 때 비로소 사용자가 원하는 형태로 빔을 정밀하게 제어할 수 있다.
하지만, 전자파 잡음 및 공정 오차 등에 의해서 이러한 조건을 만족시킬 수 없고, 배열 안테나를 실제로 사용하기 전에 공장 출하 단계에서 배열 안테나의 정밀한 진단이 필요하다. 특히, 배열 안테나를 외부에서 진단하는 경우에는 외부 요인에 의해 정확한 진단을 할 수 없으므로, 공장 출하 전에 외부 요인을 차단한 안테나 근접 전계 측정 시설에서 진단을 주로 수행하고 있다.
등록특허 10-0586705, 2006년06월08일 등록공고 등록특허 10-1298617, 2013년08월26일 등록공고
본 발명의 실시예에서는, 안테나 소자의 능동소자 전류분포 데이터를 이용하여 안테나 소자의 급전부에 해당하는 전계의 진폭 및 위상을 정밀하게 획득할 수 있는 배열 안테나 진단 기술을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 입력부; 상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 모델링부; 및 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하고, 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 진단부;를 포함하는 배열 안테나 진단 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 입력부는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대해서 동일한 전압을 인가하여 진폭 및 위상이 출력되도록 하고, 상기 진폭 및 위상을 기초로 상기 방사 전계 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는 극소 다이폴 전류를 이용하여 상기 복수의 안테나 소자의 출력 분포를 기 설정된 해상도로 모델링할 수 있다.
또한, 상기 관계식은 J=C·S로 표현되고, 상기 J는 상기 표면전류 분포 데이터, 상기 S는 상기 능동소자 전류분포 데이터, 상기 C는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가되는 빔계수일 수 있다.
또한, 상기 빔계수는 진폭 및 위상을 갖는 복소수일 수 있다.
또한, 상기 진단부는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 진폭 및 위상을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계; 상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계; 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함하는 배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계는, 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대해서 동일한 전압을 인가하여 진폭 및 위상이 출력되도록 하고, 상기 진폭 및 위상을 기초로 상기 방사 전계 데이터를 획득하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계는, 극소 다이폴 전류를 이용하여 상기 복수의 안테나 소자의 출력 분포를 기 설정된 해상도로 모델링하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 관계식은 J=C·S로 표현되고, 상기 J는 상기 표면전류 분포 데이터, 상기 S는 상기 능동소자 전류분포 데이터, 상기 C는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가되는 빔계수일 수 있다.
또한, 상기 빔계수는 진폭 및 위상을 갖는 복소수일 수 있다.
또한, 상기 측정하는 단계는, 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 진폭 및 위상을 검출하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고, 상기 방법은, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계; 상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계; 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계; 상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계; 상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함하는 배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배열 안테나의 모든 안테나 소자를 켠 상태에서의 근접 전계 데이터를 이용한 진단으로 RF 제어 방식에 관계없이 범용적인 배열 안테나에 대해 고속으로 안테나 진단을 수행할 수 있다. 또한, 미리 알고 있는 이상적인 능동 소자 전류 데이터를 활용하여 안테나 소자의 급전부에 해당하는 전계의 진폭 및 위상을 정밀하게 획득할 수 있다. 이로 인해, 정밀성, 범용성 및 고속성을 갖는 통신용 배열 안테나의 진단 및 보정에 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 진단 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 진단 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자에 대한 능동소자 전류분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 배열 안테나의 가상 극소 다이폴 전류분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 적용되는 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터와 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 특정 안테나 소자에 일정 크기의 오차를 발생시켰을 때의 실제 오차 예측 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
별도의 근접 전계 측정시설을 이용하여 배열 안테나를 진단하는 방법으로 아래 두 가지가 예시될 수 있다.
첫 번째 방법은 아래의 순서를 따른다.
먼저, 진단하고자 하는 안테나 소자의 전원을 켜서 방사시킨 후 나머지 소자는 모두 전원을 차단하거나 감쇄기를 통해 방사를 억제하며, 전원을 켠 한 개의 안테나 소자의 중심에서 파장 내의 간격을 띄우고 측정 프로브를 위치시켜 진폭 및 위상을 기록한다.
만일, 정상적인 배열 안테나라면 프로브로 측정 및 기록된 모든 안테나 소자의 진폭 및 위상이 거의 균일하게 나타나게 된다. 그러나, 문제가 있는 배열 안테나의 경우에는 문제가 있는 안테나 소자의 진폭 및 위상이 다른 소자들의 평균값에 비해 큰 차이가 발생하게 된다. 이러한 차이는 해당 소자를 교체하거나 전자제어를 통해 해당 차이만큼 보상하여 문제를 해결할 수 있다.
이와 같은 첫 번째 방법은 개별 안테나 소자를 독립적으로 제어할 수 있는 형태의 배열 안테나에 적합한 진단 기법이다.
두 번째 방법은 아래와 같은 순서로 이루어진다.
먼저, 진단하고자 하는 배열 안테나 진폭과 위상을 제어하고, 측정 프로브의 스캐닝을 이용하여 배열 안테나를 포함한 넓은 영역에 대해서 방사된 전계 분포를 측정하며, 측정한 전계 분포를 푸리에 변환을 통해 배열 안테나 개구면에서의 전계 데이터로 변환한다.
이러한 과정을 거치면 역전파를 통해 획득한 배열 안테나의 개구면 전계를 진폭과 위상에 대해 이미지화 시킬 수 있다.
두 번째 방법은 이러한 이미지를 기반으로 한 진단에 가깝다. 만일, 정상적인 배열 안테나를 가정하면 이렇게 획득한 진폭과 위상 이미지가 배열 안테나 영역에서는 동일한 진폭과 위상을 갖도록 균일하게 나타나며, 문제가 있는 배열 안테나의 경우 문제가 있는 소자의 진폭 및 위상이 다른 주변 값들보다 크게 차이가 나타나게 되고 해당 차이가 이미지에서는 불균일한 특이점으로 나타나게 된다.
두 번째 방법은 모든 안테나 소자를 동일하게 제어 및 온 시킨 상태에서 한 번의 측정으로 배열 안테나를 진단하는 기법으로서, 첫 번째 방법에 비해 매우 고속으로 진단이 가능하며, 또한 안테나 소자를 개별적으로 제어할 필요가 없어 범용성도 높다.
본 발명의 실시예에서는 첫 번째 방법의 정밀성과 두 번째 방법의 범용성 및 고속성을 모두 갖는 배열 안테나 진단 기술을 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 진단 장치(100)에 대한 블록도로서, 도 1의 배열 안테나 진단 장치(100)는 입력부(110), 모델링부(120) 및 진단부(130)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류(Active Element Current)분포 데이터(S)와 방사 전계 데이터(E)를 획득 및 저장할 수 있다.
먼저, 능동소자 전류분포 데이터(S)는 별도의 전자파 수치해석 시뮬레이션을 이용하거나 이상적인 형태의 수학식을 이용하여 획득될 수 있다.
전자파 수치해석 시뮬레이션을 이용하는 경우에는, 측정하고자 하는 배열 안테나와 동일한 구조에 대해 급전 위치에 해당하는 하나의 안테나 소자만 활성화시키고 나머지 안테나 소자는 비활성화시킨 상태에서 입력부(110)를 통해 능동소자 전류분포 데이터(S)를 저장할 수 있다.
수학식을 이용하는 경우에는, 입력부(110)는 델타(δ) 함수를 이용하여 능동소자 전류분포 데이터(S)를 저장할 수 있으며, 이에 대해서는 도 2에서 자세히 다루기로 한다.
이러한 입력부(110)는 해당 배열 안테나의 모든 안테나 소자에 대해 반복하여 능동소자 전류분포 데이터(S)를 미리 저장해 둘 수 있다. 예를 들어, 100개의 안테나 소자에 해당하는 배열 안테나는 100개의 능동소자 전류분포 데이터(S)로 저장될 수 있다.
또한, 입력부(110)는 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 방사 전계 데이터(E)를 획득 및 저장할 수 있다.
입력부(110)는 배열 안테나의 모든 안테나 소자를 활성화시킨 상태에서 모든 안테나 소자에 대해 동일한 진폭과 위상을 갖도록 제어하며, 별도의 안테나 근접 전계 측정시설을 이용하여 배열 안테나의 방사 전계 데이터(E)를 획득 및 저장할 수 있다.
이와 같은 능동소자 전류분포 데이터(S)와 방사 전계 데이터(E)는 도시 생략된 저장부에 저장될 수 있는데, 이러한 저장부는, 예를 들어 컴퓨팅 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함할 수 있으며, 배열 안테나 진단 장치(100) 또는 별도의 컴퓨팅 시스템 내에 구비될 수 있다.
모델링부(120)는 입력부(110)의 방사 전계 데이터(E)를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 획득할 수 있다. 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 획득하기 위한 극소 다이폴 모델링은 아래 도 2에서 자세히 다루기로 한다.
진단부(130)는 모델링부(120)를 통해 획득된 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)와 입력부(110)를 통해 획득 및 저장된 능동소자 전류분포 데이터(S)를 기초로 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터(J)를 계산할 수 있으며, 계산된 표면전류 분포 데이터(J)와 능동소자 전류분포 데이터(S) 간의 관계식을 기초로 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정할 수 있다. 관계식에 대해서는 하기의 설명에서 구체적으로 다루기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 진단 방법을 예시적으로 설명하는 흐름도이다.
먼저, 단계(S100)에서 입력부(110)는, 도 3에 예시한 바와 같이, 배열 안테나(a)에 배치된 복수의 안테나 소자(예컨대, 16개의 안테나 소자) 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터(S)를 획득 및 저장할 수 있다.
여기서, 능동소자 전류분포 데이터(S)는 도 3의 (b)와 같이 16개의 안테나 소자 각각에 대한 분포도로 표시될 수 있으며, 별도의 전자파 수치해석 시뮬레이션을 이용하거나 이상적인 형태의 수학식을 이용하여 획득될 수 있다.
전자파 수치해석 시뮬레이션을 이용하는 경우에는, 측정하고자 하는 배열 안테나와 동일한 구조에 대해 급전 위치에 해당하는 하나의 안테나 소자만 활성화시키고 나머지 안테나 소자는 비활성화시킨 상태에서 입력부(110)를 통해 능동소자 전류분포 데이터(S)를 저장할 수 있다.
수학식을 이용하는 경우에는, 입력부(110)는 아래 [수학식 1]과 같이 델타(δ) 함수를 이용하여 능동소자 전류분포 데이터(S)를 저장할 수 있다.
[수학식 1]에서 은 n번째 안테나 소자만 활성화시키고, 나머지 안테나 소자는 비활성화시킨 상태에서의 능동소자 전류분포 데이터이다. 따라서, 총 N개의 안테나 소자를 가진 배열 안테나는 N개의 을 미리 저장해서 보유하고 있어야 한다.
는 측정하고자 하는 배열 안테나의 설계요소를 반영한 안테나 급전부 에서의 편파 방향을 의미한다. 일반적으로 측정시스템의 좌표계를 따라서 x축으로 안테나의 편파가 형성되어 있다면 로 설정하면 된다. 는 크기가 1이고 x축 방향을 가리키는 단위벡터를 의미한다.
은 특정 관측점의 위치벡터를 나타낸다. 은 n번째 안테나의 급전 위치 벡터를 나타낸다. 델타 함수를 통해 수학적으로 간단하게 표현하여 안테나 급전 위치 외의 영역은 0으로 정의하는 것이 가능하다.
이와 같이, 입력부(110)는 해당 배열 안테나의 모든 안테나 소자에 대해 반복하여 능동소자 전류분포 데이터(S)를 미리 저장해 둘 수 있다. 예를 들어, 100개의 안테나 소자에 해당하는 배열 안테나는 100개의 능동소자 전류분포 데이터(S)로 저장될 수 있다.
한편, 입력부(110)는 단계(S100)에서 능동소자 전류분포 데이터(S)와 함께, 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 방사 전계 데이터(E)를 획득 및 저장할 수 있다. 예컨대, 입력부(110)는 배열 안테나의 모든 안테나 소자를 활성화시킨 상태에서 모든 안테나 소자에 대해 동일한 진폭과 위상을 갖도록 제어하며, 별도의 안테나 근접 전계 측정시설을 이용하여 배열 안테나의 방사 전계 데이터(E)를 획득 및 저장할 수 있다.
이후, 단계(S102)에서 모델링부(120)는 입력부(110)의 방사 전계 데이터(E)를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 획득할 수 있다.
이러한 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 획득하기 위한 극소 다이폴 모델링은 아래 [수학식 2]에 의해 구현될 수 있다.
[수학식 2]에서 배열 안테나를 원하는 해상도로 모델링하기 위해 사용자가 설정한 총 샘플의 개수는 M으로 가정하였다. 이는 총 M개의 극소 다이폴 전류로 측정 배열 안테나를 모델링하는 것을 의미한다. 만일, 고해상도의 극소 다이폴 모델링이 필요하다면 M을 증가시켜서 설정이 가능하다.
또한 의 시간 관례를 적용하였고 는 각주파수, 은 유전율, 는 파수(wave number)이다. 으로 관측위치와 m번째 극소 다이폴 사이의 거리를 나타낸다. 또한 은 의 단위벡터를 의미한다.
최종적으로, 극소 다이폴 모델링으로 찾는 미지수는 이다. 미지수를 제외한 나머지 값들은 모두 알고 있으므로, [수학식 2]를 행렬 형태로 변환한 후 방정식을 풀면 을 획득할 수 있다.
도 4는 이러한 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 설명하기 위한 도면으로서, 임의의 개수(예컨대, 16개)로 구성된 배열 안테나(a)의 방사 전계 데이터(E)를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)를 획득할 수 있다. 도 4의 (b)는 배열 안테나(a)의 진폭에 대한 분포도이고, (c)는 배열 안테나(a)의 위상에 대한 분포도이다.
이후, 단계(S104)에서 진단부(130)는 모델링부(120)를 통해 획득된 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터(P)와 입력부(110)를 통해 획득 및 저장된 능동소자 전류분포 데이터(S)를 기초로 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터(J)를 계산할 수 있다.
이때, 진단부(130)는 표면전류 분포 데이터(J)와 능동소자 전류분포 데이터(S) 간의 관계식을 기초로 배열 안테나(a)의 각각의 안테나 소자에 인가된 신호를 측정할 수 있다(S106).
표면전류 분포 데이터(J)를 행렬로 변환하여
Figure pat00019
이라고 명명할 때, 이 값은 의 합으로 표현할 수 있다. 이때
Figure pat00021
은 N개의 소자에 인가되는 각 빔계수를 의미하며 진폭과 위상값을 갖는 복소수로 표현될 수 있다.
여기서,
Figure pat00022
을 얻기 위해서는 아래 [수학식 3]과 같은 행렬식을 구성한 후, 최소자승법을 활용한 최적화 알고리즘을 통해
Figure pat00023
의 근사값을 구할 수 있다.
위 행렬식의 의미를 결함이 있는 배열 안테나를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 결함이 발생한 배열안테나의 표면에서의 표면전류 분포는 이고, 배열안테나를 구성하는 각 소자의 능동소자 전류 분포는 이며, 두 값은 모두 이미 알고 있는 값이다.
이 능동소자 전류 분포 와 배열 안테나의 표면에서의 표면전류 분포 간의 관계를 해석하면 각 소자에 어떤 빔계수가 인가되어야 표면전류 분포 이 형성되는지 근사적으로 도출할 수 있으며, 이렇게 구한 를 통해 배열 안테나를 구성하는 각 소자에 인가된 신호를 매우 정확하게 진단해낼 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이 16개 소자로 구성된 배열 안테나에 대해, 먼저 전자파 수치해석 시뮬레이션을 통해 16개 소자의 배열 안테나의 능동소자 전류분포인 를 구해서 저장할 수 있다.
도 3과 동일한 배열 안테나에 대해 본 발명의 실시예에 따른 배열 안테나 진단 방법을 이용하여 최종적으로 를 도출할 수 있으며, 이는 도 5에 도시한 바와 같이 배열 안테나(a)의 표면전류 분포 데이터(J)와 능동소자 전류분포 데이터(S) 간의 관계식으로 표현될 수 있다.
이러한 관계식을 기초로 배열 안테나(a)의 각각의 안테나 소자에 인가된 신호, 즉 진폭 및 위상을 측정할 수 있는데, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이 배열 안테나(a)의 안테나 소자들 중 9번째 안테나 소자에 0.3의 오차를 발생시켜 신호 크기에 대한 실제 오차를 예측할 수 있다.
도 6의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 진단 방법으로 오차를 예측한 경우와, 기존의 전형적인 기법으로 오차를 예측한 경우를 비교한 그래프이다.
도 6의 (b)와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진단 방법을 통해서는 실제 오차와 매우 근사한 값으로 예측이 가능한 반면, 기존 기법은 실제 오차와 많은 차이가 있음을 알 수 있다. 여기서, 기존 기법은, 예컨대 푸리에변환 기반의 역전파 이미지 추정 기법이 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 배열 안테나의 모든 안테나 소자를 켠 상태에서의 근접 전계 데이터를 이용한 진단으로 RF 제어 방식에 관계없이 범용적인 배열 안테나에 대해 고속으로 안테나 진단을 수행할 수 있다. 또한, 미리 알고 있는 이상적인 능동 소자 전류 데이터를 활용하여 안테나 소자의 급전부에 해당하는 전계의 진폭 및 위상을 정밀하게 획득할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 정밀성, 범용성 및 고속성을 갖는 통신용 배열 안테나에 대한 신뢰성 있는 진단 및 보정이 가능할 것으로 기대된다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리)에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
100: 배열 안테나 진단 장치
110: 입력부
120: 모델링부
130: 진단부

Claims (14)

  1. 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 입력부;
    상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 모델링부; 및
    상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하고, 상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 진단부;를 포함하는
    배열 안테나 진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대해서 동일한 전압을 인가하여 진폭 및 위상이 출력되도록 하고, 상기 진폭 및 위상을 기초로 상기 방사 전계 데이터를 획득하는
    배열 안테나 진단 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델링부는 극소 다이폴 전류를 이용하여 상기 복수의 안테나 소자의 출력 분포를 기 설정된 해상도로 모델링하는
    배열 안테나 진단 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관계식은 J=C·S로 표현되고,
    상기 J는 상기 표면전류 분포 데이터, 상기 S는 상기 능동소자 전류분포 데이터, 상기 C는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가되는 빔계수인
    배열 안테나 진단 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔계수는 진폭 및 위상을 갖는 복소수인
    배열 안테나 진단 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 진폭 및 위상을 검출하는
    배열 안테나 진단 장치.
  7. 배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계;
    상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계;
    상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및
    상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함하는
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계는, 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대해서 동일한 전압을 인가하여 진폭 및 위상이 출력되도록 하고, 상기 진폭 및 위상을 기초로 상기 방사 전계 데이터를 획득하는 단계인
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계는, 극소 다이폴 전류를 이용하여 상기 복수의 안테나 소자의 출력 분포를 기 설정된 해상도로 모델링하는 단계인
    배열 안테나 진단 장치 배열 안테나 진단 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 관계식은 J=C·S로 표현되고,
    상기 J는 상기 표면전류 분포 데이터, 상기 S는 상기 능동소자 전류분포 데이터, 상기 C는 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가되는 빔계수인
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 빔계수는 진폭 및 위상을 갖는 복소수인
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는, 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 진폭 및 위상을 검출하는 단계인
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법.
  13. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고,
    상기 방법은,
    배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계;
    상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계;
    상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및
    상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함하는
    컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  14. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    배열 안테나에 배치된 복수의 안테나 소자 각각에 대한 능동소자 전류분포 데이터와 방사 전계 데이터를 획득 및 저장하는 단계;
    상기 방사 전계 데이터를 기초로 극소 다이폴 모델링을 수행하여 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터를 획득하는 단계;
    상기 가상 극소 다이폴 전류분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터를 기초로 상기 배열 안테나의 표면전류 분포 데이터를 계산하는 단계; 및
    상기 표면전류 분포 데이터와 상기 능동소자 전류분포 데이터 간의 관계식을 기초로 상기 복수의 안테나 소자 각각에 인가된 신호를 측정하는 단계;를 포함하는 배열 안테나 진단 장치의 배열 안테나 진단 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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