본 논문에서는 역지향성 능동배열 안테나용 2-포트 주파수 혼합기를 설계 제작하였다. 역지향성 안테나는 임의의 방향에서 입사하는 전파를 그 방향으로 되돌려 복사시키는 안테나 배열 시스템으로서, 반사파가 입사 반대방향으로 파면(wave front)을 갖도록 하기 위해서는 입사신호의 위상을 180도 천이 시키는 공액 위상변위기가 필요하다. 역지향성 배열에서 공액 위상변위기는 주파수 혼합기로 구현할 수 있다. 2-포트 주파수 혼합기는, 일반적인 3-포트 구조와 달리, RF/IF 신호를 동일 포트에서 사용함으로써 입력단의 신호 결합회로를 사용하지 않아도 되며, 임피던스 정합이 용이하다는 장점을 갖는다. 회로 제작을 위한 비선형소자로 p-HEMT가 사용되었으며, -10 dBm의 LO 전력을 인가하였을 때, 변환손실 -1 dB와 RF 전력 -15 dBm의 1-dB 억압점(compression point)이 측정되었다.
본 논문에서는 역지향 배열 안테나 시스템을 제안하고, 이를 기반으로 대응 신호를 발생시켜 전자기파를 능동적으로 상쇄할 수 있는 가능성에 대하여 알아보았다. 제안한 시스템은 전자기파가 입사할 경우 입사 방향에 대한 사전 지식이 없더라도 입사 방향으로 신호를 발생시켜 송신할 수 있다. 이를 레이더 전자기파 상쇄에 응용할 경우, 물체에 반사되어 레이더로 되돌아 가는 반사 신호의 진행 방향과 같은 방향으로 대응 신호를 송신하여 상쇄시킬 수 있다. 이때 상쇄 효과를 최대화하기 위해서는 역지향 배열 안테나 시스템의 입력과 출력 사이의 높은 격리도가 필수적이다. 본 연구에서는 이를 위해 이중 변환 믹서 방식의 시스템을 제안하였다. 주파수가 동일한 믹서의 입출력 신호 사이에 높은 격리도를 확보하여 시스템에서 발생된 신호의 송신 방향과 레이더 신호의 입사 방향 사이의 오차를 최소화시킴으로써 반사 신호 억제 효율을 극대화할 수 있다. 실험적 검증을 위해 이중 변환 믹서 방식 $2{\times}2$ 역지향 배열 안테나 시스템을 설계, 제작하여 사각 금속판과 원통에 대하여 반사파 상쇄 실험을 수행하였다. 최대 29 dB까지 반사파가 감소되는 결과를 얻음으로써 제안된 방법의 유효성을 확인하였다.
본 논문에서는 역지향성 능동배열 안테나용 2-포트 주파수 혼합기를 설계 제작하였다. 역지향성 안테나는 임의의 방향에서 입사하는 전파를 그 방향으로 되돌려 복사시키는 안테나 배열 시스템으로서, 주파수 혼합기는 반사파가 입사 반대방향의 파면(wave front)을 갖기 위한 공액변위기로 작용된다. 2-포트 주파수 혼합기에서는 RF/IF 신호가 동일 포트를 사용함으로써 입력단의 신호 결합회로를 사용하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 비선형소자는 p-HEMT가 사용되었으며, -10㏈m의 LO 전력에서 변환손실 -l㏈와 RF 전력 -15㏈m의 1-㏈ 억압점이 측정되었다.
본 논문에서는 저전력 고품질의 60GHz 대역 무선 통신을 위한 디지털 역지향성 안테나 시스템의 설계와 성능을 분석하였다. 디지털 역지향성 안테나는 수신된 방향에 대한 정보 없이 자동적으로 빔을 신호원 방향으로 생성할 수 있다. 제안된 시스템은 신호원 방향으로 빔을 형성하여 간섭 신호를 감소시키고 SINR 을 향상시킴으로써 저전력 통신이 가능하다. 초고속 통신을 위해서 60GHz 와 같은 밀리미터파 대역에서 통신을 할 경우 주파수 오프셋이 심하게 발생된다. 본 논문에서는 디지털 PLL 을 사용하여 주파수 오프셋에 강한 시스템을 설계하였다. 또한, 안테나 수에 따른 빔 성능 및 디지털 역지향성 안테나의 위상 공액 기법을 사용한 경우에 대해서 주파수 오프셋을 고려하여 성능을 분석하였다.
디지털 RDA 시스템은 입사된 신호의 방향으로 신호를 전송 하는 시스템이다. 디지털 RDA 시스템은 멀티패스 환경에서 신호가 동시에 수신될 경우 각 경로 신호의 벡터합의 형태로 수신되기 때문에 수신신호를 경로 별로 분리하지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 하이브리드 디지털 RDA 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 2가지 모드로 동작하게 된다. 하나는 디지털 RDA 모드. 두번째는 디지털 빔포밍 모드이다. 디지털 RDA 모드는 멀티패스의 영향이 적을 경우에 적용되게 되고 멀티패스의 영향이 큰 상황에서는 디지털 빔포밍 모드가 동작하게 된다. 디지털 빔포밍 모드로 동작하게 될 경우에 우리는 MUSIC 알고리즘을 통해서 신호의 입사 방향에서 최적의 경로를 찾고 최적의 경로를 통해서 통신을 하게 된다. 제안된 시스템을 통해서 우리는 멀티패스 환경에서 디지털 RDA가 가지게 되는 단점을 보완할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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