The Design of a Broadband E-plane H Sectoral Horn Phased Array Antenna Using Mutual Coupling

An H-sector horn antenna has a constant beam coverage characteristic and it can be useful for application to a wide band phased array antenna system. In this paper, we designed a broadband E-plane H-sector horn phased-array antenna, which has a 3:1 bandwidth and ${\pm}60^{\circ}$ beam steering capability. An H-sector hem antenna was designed to have $30{\sim}50^{\circ}$ half-power beam width in the principal H-plane. The active reflection coefficient including mutual coupling was calculated using a waveguide simulator, and the active reflection characteristic was improved by mutual coupling over wide frequency range. Using these results, an $8{\times}1$ H-sector phased array antenna was fabricated. The measurement results for the half-power beam width in the principal H-plane and the active reflection coefficient showed a good agreement with the simulation results. The peak-value pattern in the steered radiation beams also agreed well with the active element pattern. The measured active reflection coefficients within the beam steering range are mostly less than 0.3 over the 3:1 frequency range.

상호 결합을 이용한 광대역 E-면 H 섹터 혼 위상 배열 안테나 설계

H 섹터 혼 안테나는 일정한 빔 커버리지를 가지면서 빔 조향을 하는 광대역 위상 배열 송신기의 복사 소자로 유용하다. 본 논문에서는 상호 결합을 이용하여 3:1 주파수 대역과 ${\pm}60^{\circ}$의 빔 조향 범위를 갖는 광대역 E-면 H 섹터 혼 위상 배열 안테나를 설계하였다. 주자계면에서 반전력 빔 폭이 $30{\sim}50^{\circ}$을 갖는 H 섹터 혼 안테나를 설계하였다. 도파관 시뮬레이터를 이용하여 상호 결합을 포함하는 능동 반사 계수를 계산하였고, 광대역 주파수 범위에서 상호 결합에 의하여 능동 반사 특성이 개선되었다. 이러한 결과를 이용하여 $8{\times}1$ H 섹터 혼 위상 배열안테나를 제작하였다. 주자계면에서의 반전력 빔 폭과 능동 반사 계수의 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다. 빔 조향된 복사 빔들의 첨두치 패턴은 능동 소자 패턴과 잘 일치하였다. 3:1 주파수 대역과 빔 조향 범위에서 능동 반사 계수는 대부분 0.3 이하로 측정되었다.