Design and Experiment of Ku_band Linear Active Phased Array Antenna System

In this paper, the linear active phased array antenna system operated in Ku DBS band was designed and experimented. The antenna system was composed of sixteen radiating active channels and Wilkinson power combiners with 16-channel inputs, a stabilizing DC bias and phase control board. Electrical beams of the antenna system can be formed by controling the phase-states of 3-bit digital phase shifter inside each active channel by virtue of the phase control board. The amplitude and phase deviations measured between active channels were less than ${\pm}0.8dB$ and ${\pm}15^{\circ}$, respectively, and the noise figure of each active channel was measured less than 1.2 dB in the operating band. The measured performances of the overall antenna system showed the antenna gain of more than 23.07 dBi and the sidelobe level of less than -11.17 dBc, and the bore-sight cross-polarization level of less than -12.75 dBc in the operating band. Also, by phase-controlling active channels, the beam scan patterns at $10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ}$ were measured, and the losses caused by the corresponding beam scanning were 1.1 dB, 2.5 dB and 3.6 dB from the measurements, respectively.

Ku 대역 선형 능동 위상 배열 안테나 시스템 설계 및 실험

본 논문은 Ku 위성 방송 대역에서 동작하는 선형 능동 위상 배열 안테나 시스템의 설계 및 실험에 관한 것으로, 안테나 시스템은 16개의 방사 능동 채널 및 16 채널 입력의 윌킨슨 전력 결합기 그리고 안정화 직류 전원 및 위상 제어 보드로 구성된다. 각 능동 채널 내에는 3-비트 디지털 위상 천이기가 존재하여 제어부로부터 위상을 제어 받아 전자적인 안테나 빔을 형성할 수 있다. 측정된 각 능동 채널간의 진폭 및 위상 편차는 각각 ${\pm}0.8dB$ 이하 및 ${\pm}15^{\circ}$ 이하였으며, 각 능동 채널의 잡음 지수는 동작 대역 내에서 1.2 dB 이하의 성능을 갖는다. 전체 안테나 시스템의 측정 성능은 동작 대역 내에서 23.07 dBi 이상의 안테나 이득과 - 11.17 dBc 이하의 사이드로브 레벨 그리고 정방향에서 -12.75 dBc 이하의 교차 편파 레벨을 보여 주었다. 또한, 능동 채널내 위상 제어를 통해 $10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ}$의 빔 스캔 방사 패턴이 측정되었으며, 이때, 각각 1.1 dB, 2.5 dB, 3.6 dB의 빔 스캔 손실 성능을 보여 주었다.