등간격 안테나 소자들로 구성된 모노펄스 추적용 선형 배열 안테나의 합 및 차 패턴 합성 문제에서 원하는 패턴을 만족시키도록 하는 개별 안테나 급전 여기 전류의 상대적인 가중치들을 도출하는 효율적인 수치적 방법을 제안한다. 이 방법은 패턴 배열 인자를 표현하는 Schelkunoff 다항식에 내재된 패턴 null 점들의 최적 섭동에 기본을 둔다. 따라서 여기 전류 가중치들을 직접 최적화하는 기존의 방식과는 달리, 이 방법은 null 점 제어에 의해 원하는 개별 sidelobe 레벨(SLL)들을 갖는 패턴과 해당 여기 전류 가중치들을 쉽게 합성할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 최적화 과정에서 null 점 초기값에 따라 두 가지 형태의 차 패턴들을 합성할 수 있음을 보인다. 임의의 SLL들을 갖는 패턴들을 합성하고, 도출된 결과들을 배열 인자 식에 대입함으로써 제안한 방법의 타당성을 수치적으로 검증한다.
본 논문은 T-모양 급전션을 갖는 마이크로스트립 슬롯 안테나를 전송선로 모델로 해석을 하였다. 마이크로스 트립 선로와 슬롯 선로의 접합변을 트랜스포머로 모델링을 하였으며 실험적인 방법으로 트랜스포머의 turn ratio 를 유도하였다. 전송선로 모델을 이용하여 단일 안테나뿐만 아니라 $1\times2,l\times4$ 배열 안테나를 해석하여 설계하 였고 제착하여 전송선로 모델로 계산한 반사손실 값과 측정값의 비교를 통해 전송선로 모텔이 안테나 설계에 유 용함을 입증하였다. 측정한 단일 안테나, $1\times2,l\times4$배열 안테나의 대역폭은 VSWR $\leq2$를 기준으로 하여 각각 2 28.5%, 47.8% 50.9% 였고 $1\times4$배열 안테나의 E-명변에서 주빔의 3dB 빔폭은 약$27^{\circ}$ 이득은 7.97 dBi 였다.
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.
위상배열 안테나는 개별 안테나의 위상을 제어함으로써 원하는 방향으로 빔 패턴을 형성할 수 있어 무선전력전송의 효율을 높이는데 효과적이다. 최적의 빔포밍을 통해 무선전력전송의 효율을 극대화하기 위해 송신기는 최적의 전송 경로를 인지해야 한다. 최적의 전파 경로 추정을 위해 일반적으로 송신기는 주기적으로 파일롯 신호를 전송하고 수신기는 이를 이용하여 최적의 경로에 해당되는 빔포밍 가중치를 계산하여 송신기로 피드백한다. 일반적으로 피드백 양이 안테나 수에 비례하여 증가하여 안테나 수가 많은 경우 피드백 오버헤드 문제가 대두된다. 본 논문에서 far-field approximation을 적용하여 피드백 양을 최소화하는 기법을 제안하고, 모의실험을 통해 간소화된 피드백 정보가 빔 패턴에 미치는 영향을 분석한다.
어레이 소자의 방사 또는 수신 특성은 소자 상호결합 효과 때문에 고립된 소자의 특성과 달라지게 되며, 따라서 어레이 성능은 고립된 소자를 가정하여 설계할 경우의 성능과 다르게 된다. 접지판 위에 위치한 삼각형 격자 구조를 가진 직사각형 다이폴 어레이에 미치는 상호 결합의 영향을 소자패턴을 고려하여 논의하였다. 소자 이득 함수를 이용하여 소자가 균일하게 분포되거나 소자간격이 체감된 어레이에서 부엽(sidelobe)에 미치는 소자 상호결합 효과의 영향을 점검하였다. 상호결합 효과가 존재할 때, 소자간격이 체감된 어레이에서의 부엽의 성능이 소자간격이 균일하게 분포된 어레이와 비교하여 향상되는 것을 보여주었다. 컴퓨터 시뮬레이션을 제시하였다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제13권2호
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pp.81-85
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2015
A 94-GHz phased array antenna using a log-periodic antenna has been developed on a GaAs substrate. The developed phased array antenna comprises four log-periodic antennas, a phase shifter, and a Wilkinson power divider. This antenna was fabricated using the standard microwave monolithic integrated circuit (MMIC) process including an air bridge for unipolar circuit implementations on the same GaAs substrate. The total chip size of the fabricated phased array antenna is 4.8 mm × 4.5 mm. Measurement results showed that the fabricated phased array antenna had a very wide band performance from 80 GHz to 110 GHz with return loss characteristics better than -10 dB. In the center frequency of 94 GHz, the fabricated phased array antenna showed a return loss of -16 dB and a gain of 4.43 dBi. The developed antenna is expected to be widely applied in many applications at W-band frequency.
In modern wireless communication systems including beamformers or location-based services (LBS), which employ multiple antenna elements, estimating the number of signals is essential for accurately determining the quality of the communication service. Representative signal number estimation algorithms including the Akaike information criterion (AIC) and minimum description length (MDL) algorithms, which are information theoretical criterion models, determine the number of signals based on a reference value that minimizes each criterion. In general, increasing the number of elements mounted onto the array antenna enhances the performance of estimating the number of signals; however, it increases the computational complexity of the estimation algorithm. In addition, various configurations of array antennas for the increased number of antenna elements should be considered to efficiently utilize them in a limited location. In this paper, we introduce an efficient signal number estimation algorithm based on the beamspace based AIC and MDL techniques that reduce the computational complexity by reducing the dimension of a uniform circular array antenna. Since this algorithm is based on a uniform circular array antenna, it presents the advantages of a circular array antenna. The performance of the proposed signal number estimation algorithm is evaluated through computer simulation examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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