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2차원 X-밴드 위상 배열 안테나용 광 실시간 지연선로

An Optical True Time-Delay for Two-Dimensional X-Band Phased Array Antennas

  • 정병민 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 김성철 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 신종덕 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 김부균 (숭실대학교 정보통신전자공학부)
  • Jung, Byung-Min (School of Electronic Engineering, Soongsil University) ;
  • Kim, Sung-Chul (School of Electronic Engineering, Soongsil University) ;
  • Shin, Jong-Dug (School of Electronic Engineering, Soongsil University) ;
  • Kim, Boo-Gyoun (School of Electronic Engineering, Soongsil University)
  • 발행 : 2005.06.01

초록

본 논문에서는 크로스(CROSS) 포트에 광섬유 지연선로가 연결된 $2\times2$ 광 스위치들로 구성된 광섬유 지연선로 행렬과 다파장 광원을 이용한 2차원 위상 배열 안테나(Phased Array Antenna; PAA)용 광 실시간 지연선로(True Time-Delay ; TTD)의 구조를 제안하였고, 파장 의존형 광 TTD와 파장 비의존형 광 TTD를 결합하여 10-GHz 2차원 PAA용 2-비트$\times$4-비트 광 TTD를 제작하였다. 단위 시간 지연 차이가 각각 ${\Delta}T=12ps$$\Delta\tau=6ps$인 파장 의존형 광 TTD와 파장 비의존형 광 TTD의 모든 주사각에 대해서 시간지연을 측정하였다. 파장 의존형 광 TTD의 시간 지연 오차는 지터에 의해 최대 2.8 ps가 발생하였으며, 파장 비의존형 광 TTD의 경우에는 ${\pm}0.8ps$이하의 오차가 나타났다. 제안된 2차원 PAA용 광 TTD의 구조는 1차원 선형 PAA보다 높은 이득을 얻을 수 있고, 다파장 광원을 사용하므로 광 파워 및 파장의 안정성을 확보할 수 있으며, 전기적 스위치 제어기를 이용하여 $2\times2$ 광 스위치 행렬을 열(column) 단위로 절체하기 때문에 주사 빔 제어 속도가 빠르고 구동이 간단한 장점을 갖고 있다.

In this paper, an optical true time-delay (TTD) for two-dimensional (2-D) phased array antennas (PAAs), composed of a multi-wavelength optical source and a fiber optic delay line matrix consisting of $2\times2$ optical switches with optical fiber connected between cross ports, has been proposed. A 2-bit $\times4-bit$ optical TTD for 10-GHz 2-D PAAs has been implemented by cascading a wavelength dependent TTD (WD-TTD) and a wavelength independent TTD (WI-TTD). The unit time delay for WD-TTD and WI-TTD have been chosen as ${\Delta}T=12ps$ and $\Delta\tau=6ps$, respectively. Time delay have been measured at all radiation angles. The maximum delay error for WD-TTD was measured to be 3 ps due to jitter incurred from gain switching. For the case of WI-TTD, error was within ${\pm}\;1\;ps$. The proposed optical TTD for a 2-D PAA has the following advantages: 1) higher gain compared to one-dimensional linear PAAs, 2) stabilization of optical power and wavelength by using a multi-wavelength optical source, and 3) fast beam scan and simple operation due to electronic control of the $2\times2$ optical switches matrix on a column-by-column basis.

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참고문헌

  1. M. Y. Frankel, R. D. Esman, and M. G. Parent, 'Array Transmitter/Receiver Controlled by a True Time-Delay Fiber-Optic Beamformer,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 7, pp. 1216-1218, Oct. 1995 https://doi.org/10.1109/68.466595
  2. K. Horikawa, I. Ogawa, H. Ogawa, and T. Kitoh, 'Photonic Switched True Time Delay Beam Forming Network Integrated on Silica Waveguide Circuits,' IEEE MIT-S, vol. 1. pp. 65- 68, May 1995
  3. Henry Zmuda, Richard A. Soref, Paul Payson, Steven Johns, and Edward N. Toughlian, 'Photonic Beamformer for Phased Array Antennas Using a Fiber Grating Prism,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 9, no. 2, pp. 241-243, Feb. 1997 https://doi.org/10.1109/68.553105
  4. J. L. Corral, J. Marti, S. Regidor, J. M. Fuster, R. Laming, and M. J. Cole, 'Continuously Variable True Time-Delay Optical Feeder for Phased-Array Antenna Employing Chirped Fiber Gratings,' IEEE MTT, vol. 45. pp. 1531-1536, Aug. 1997 https://doi.org/10.1109/22.618471
  5. Y. Liu, J. Yao, and J. Yang, 'Wideband true-time-delay unit for phased array beamfonning using discrete-chirped fiber grating prism,' Opt. Commun., vol. 207, pp. 177-187, June 2002 https://doi.org/10.1016/S0030-4018(02)01529-8
  6. Jong-Dug Shin, Back-Song Lee, Boo-Gyoun Kim, 'Optical True Time-Delay Feeder for X-Band Phased Array Antennas Composed of 2 $\times$2 Optical MEMS Switches and Fiber Delay Lines,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 16, pp. 1364-1366, May 2004 https://doi.org/10.1109/LPT.2004.826083
  7. 정병민, 윤영민, 신종덕, 김부균, '2$\times$2 광 MEMS 스위치와 광섬유 지연선로를 이용한 위상배열 안테나용 4-비트 광 실시간 지연선로,' 한국광학회지, 15권, 4호, pp. 385-390, 2004
  8. Dannis T. K. Tong and Ming C. Wu, 'Multiwavelength Optically Controlled Phased-Array Antennas,' IEEE MTT, vol. 46. pp. 108-115, Jan. 1998 https://doi.org/10.1109/22.654929