본 논문에서는 IMT-2000 소형 기지국 시스템 응용을 위한 광대역 특성을 갖는 위상 배열 안테나 시스템의 평판형, 소형 구조를 설계 및 구현하였다. 저비용, 단순 설계의 빔 형성망을 구성하기 위해 두 가지 방법이 제안되었다. 첫번째로 연속적으로 위상을 조정할 수 있는 새로운 소형 광대역 위상 천이기를 병렬 결합선로를 이용하여 설계하였으며, 둘째로는 위상 배열 안테나에서 기준 위상을 갖는 위상 천이기를 대체할 수 있는 등가적인 위상 지연기를 제안하였다. 또한 광대역 시스템 구현을 위해 광대역 위상 천이기와 함께 광대역 특성을 갖는 와이드 슬랏 안테나를 단위 안테나로 설계하였다. 따라서 설계된 위상 배열 안테나 시스템은 낮은 복잡도와 적은 공정 비용에도 불구하고 소형, 광대역, 그리고 넓은 빔 틸팅 각도를 갖도록 설계되었다. 제작된 3${\times}$l 선형 위상 배열 안테나 시스템은 와이드 슬랏 안테나의 접지면으로 충분한 1.6 λ${\times}$ l.6 λ의 소형 구조로 구현되었으며, 실험 결과 IMT-2000 대역 내에서 15 dB 이하의 S$_{11}$을 보였고, E평면 방사 패턴에서 -29$^{\circ}$에서 +30$^{\circ}$의 빔 스캔 각도를 나타내었다.다.
이 논문에서는 스캔 기능을 갖는 패브리 패롯형 공진기 안테나에 대해서 다룬다. 제안하는 배열 안테나는 슈퍼스트레이트/PEC 복합체내에 마이크로스트립 급전 어레이를 이용하는 것으로 급전 위상에 따라서 빔 틸트 각도의 제어가 가능하다. 기존의 배열 안테나와 비교하여 안테나 어퍼쳐 크기의 증가로 높은 디렉티비티와 사이드 로브 억압비의 개선을 가져온다.
본 논문은 프로우브 급전한 주기적인 위상 배열 마이크로스트립 안테나의 계산된 결과를 제시한다. 수치적인 마들은 엄밀한 그린 함수와 캘러킨 (Galerkin)해에 근거를 둔다. 임의의면(plane)에서의 입력 임피던스를 스캔 각도에 따라 계산하여 반사계수를 구하고 유전체의 유전율과 두께가 위상 배열 안테나에 미치는 영향을 제시한다. 표면파에 의한 스캔 블라인드 현상을 설명하고 유전체의 두께에 따른 E-면과 H-면에서의 입력 임피던스 대역폭을 계산한다.
쌍방향 선로결합형 위상차 배열 발진기 결합계를 구성하고, (1) 쌍방향 주파수제어 방식, (2) 단방향 주파수 제어방식, (3) 쌍방향 주입위상 제어방식 등 3가지 방식에 대하여 구동실험을 하였다. 시험 제작한 발진기에 구형 패치 안테나를 부착하여 2요소 능동안테나를 제작, 안테나 사이를 전송선로로 결합하여 어레이를 구성하고 결합 위상과 전송선로 길이와의 관계를 측정하였다. 전송선로로 결합된 능동 위상차 배열안테나의 주사각도에 따른 방사전력을 측정한 결과, (1)의 방식에서 빔의 방사방향은 약$-9.8^{\circ}$에서 $+9.8^{\circ}$까지 $19.6^{\circ}R, 위상차는 $-0.31{\pi}$에서 $-0.36{\pi}$까지 (2)의 방식에서 빔의 방사방향은 약 $-3.8^{\circ}$에서 $+17^{\circ}$까지 $20.8^{\circ}$, 위상차는 $-0.085{\pi}$에서 $-0.65{\pi}$까지, (3)의 방식에서 빔의 방사방향은 약 $-17^{\circ}$에서 $+16^{\circ}$까지 $33^{\circ}$, 위상차는 $-0.63{\pi}$에서 $-0.59{\pi}$까지 변하여 모두 위상차 배열동작이 가능함을 확인하였다.
유한한 기판크기가 E-평면으로 배열된 선형 위상 배열 안테나의 방사 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 여러 가지 기판 크기에 따른 active reflection coefficient 와 average active element pattern 으로부터 선형 배열안테나의 방사특성을 예측하였다. E-평면과 만나는 기판 가장자리까지의 거리 변화가 H-평면과 만나는 기판 가장자리까지의 거리 변화에 비해 위상 배열 안테나의 방사 패턴 특성에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 S-대역에서 동작하는 광대역 특성을 가지는 aperture coupled feed patch 구조를 설계하고, $4{\times}1$로 배열하였다. 설계한 배열안테나는 다른 layer 기판의 커플링을 통하여 광대역 특성을 갖는다. 제안한 안테나는 2개의 층으로 이루어져 있고, 위층은 4개의 방사패치, 아래층은 aperture와 접지 면으로 이루어져 있다. 제안한 배열안테나를 측정한 결과, 3.2 GHz를 중심으로 약 15 %의 광대역 특성을 갖는 것을 확인하였다. 빔 조향을 위해, 제안한 배열 안테나에 위상천이기를 적용하였다. 제안한 위상배열안테나는 제작 및 측정하였다. 측정결과, 위상차를 통하여 약 $35^{\circ}$까지 빔 조향이 가능한 것을 확인하였다.
이동통신 시스템에서 데이터, 음성, 영상신호를 효율적으로 전송하기 위해 위상 배열 안테나(Phased-Array Antenna: PAA)에 관한 연구가 최근 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 광통신 기술을 이용한 PAA용 실시간 지연선로 (True Time-Delay: TTD)는 넓은 대역폭, 저 손실, 전자파 간섭에 무관, 소형화, 특히 ‘beam squintr´ 현상이 없는 장점이 있기 때문에 각광을 받고 있다. 특히, 신호의 간섭을 줄이기 위해 안테나 방사 패턴의 부엽 (side lobe)의 크기를 감소시킬 수 있는 안테나 설계기술이 필요하다. (중략)
본 논문에서는 부호 교차 위상 개념이 적용된 유전 알고리즘을 이용한 널링 안테나(nulling antenna)의 연구 결과를 제시하였다. 기존 국내 및 국외에서 제안되었던 유전 알고리즘을 이용한 널 합성 방법들은 다수의 배열 소자를 갖는 경우에 빠르고 정확한 널 합성이 용이하지 않았다. 유전 알고리즘의 특성상 이진 부호로 표현된 위상 값들의 교배 및 변이를 통해 널을 합성하게 되므로 배열 소자의 개수가 늘어날수록 빠르고 정확한 널 합성이 힘들게 된다. 따라서 본 논문에서는 100개 이상의 배열 소자를 갖는 널링 안테나에서 널 합성에 사용되는 위상 값들이 전체 배열 소자들의 중심을 기점으로 대칭되는 값을 갖도록 하고, 인접 소자 간에 인가되는 위상값의 부호를 반대가 되도록 하는 개념이 적용된 유전 알고리즘을 제안하였으며, 기존 연구되었던 논문들에 비해 절반의 위상 값만을 구해 널을 합성하므로 수렴 속도를 크게 개선하였고, 또한 -70 dB 이상의 깊은 널을 정확한 위치에 합성해 내었다.
최신의 레이더는 동시에 다양한 다수의 표적을 탐색하고, 추적하며, 외부 재밍신호를 회피할 수 있는 다기능레이더 형태로 발전하고 있다. 이러한 다기능레이더 요구사항을 만족시키기 위해서 레이더 안테나는 실시간 빔조향 뿐만 아니라 동시에 다중 빔을 형성하고, 특정 방향에 대해 수신빔 제거 등 디지털 빔 형성이 가능한 능동위상배열 안테나 형태로 구현된다. 본 논문에서는 디지털 빔 형성이 가능한 부배열 타입 배열안테나의 하드웨어 구현방안에 대해 기술하였다. 또한 배열수신빔 형성시 부엽 준위를 낮추기 위한 안테나 개구면 진폭 가중치 적용방법에 따른 부배열 수신기 설계 방법을 제시하고, 진폭 가중치 적용방법에 따른 G/T 성능을 비교하였다. 또한 설계된 부배열 마다 부배열 수신기 동적 영역에 대해 분석하고, 디지털 빔형성기의 정렬 및 보정에 더 유리한 하드웨어 구현 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 ISM(5GHz)대역에서 동작하는 개구 결합 원 편파 패치 안테나를 제안하고 단일 원 편파 패치 안테나에 광대역성과 원 편파의 특성을 향상시키기 위해 0$^{\circ}$, 90$^{\circ}$, 180$^{\circ}$, 270$^{\circ}$와 0$^{\circ}$, 45$^{\circ}$, 90$^{\circ}$, 135$^{\circ}$의 서로 다른 위상 지연을 갖는 시퀀셜 로테이션 배열 방법을 사용하여 각각 2$\times$2 안테나로 설계하여 비교 분석하였다. 그 결과 90$^{\circ}$와 45$^{\circ}$의 위상 지연을 갖는 시퀀셜 로테이션 배열 2$\times$2 안테나가 광대역 특성과 축비가 개선됨을 확인하였다. 또한 45$^{\circ}$의 위상 지연을 갖는 시퀀셜 로테이션 배열 2$\times$2 안테나가 90$^{\circ}$의 위상 지연을 갖는 시퀀셜 로테이션 배역 2$\times$2 안테나에 비해 임피던스 대역폭과 축비 특성이 개선되었음을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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