Design of the Shaped Offset Cassegrain Antenna System Combined with Corrugated Conical Feed Horn

양두영,Yang, Doo-Yeong Institute of Korean Electrical and Electronics Eng 1999 전기전자학회논문지 Vol.3 No.1

In this paper, the design for the shaped offset cassegrain antenna system combined with corrugated feed horn is presented. First, spherical-mode wave theory is applied to the corrugated conical horn and its radiation patterns are investigated. Using the radiation patterns, design data of the corrugated conical horn are obtained by efficiency investigation of horn antenna. When the investigation is completed, the flare angle and length of the corrugated conical horn is determined. Next, the main and sub-reflector is designed using Snellis law and the conservation principle of energy. Then the uniform direction and energy density of the traveling wave at the aperture of the main-reflector is obtained. The maximum size of the main-reflector is determined by investigation of the illumination and spillover efficiency. Finally, the curvature of the main-reflector is modified to satisfy the condition of the uniform phase. From the calculated efficiencies, the designed site of the main-reflector and sub-reflector, system gain of the shaped offset cassegrain antenna has been obtained 40.5dB in Ka-band frequency. It has better characteristics than the result of SABOR with 39dB gain.

LH 전송선을 이용한 광대역 고역통과 필터 설계 및 제작

양두영,서수덕,조학래,Yang, Doo-Yeong,Seo, Soo-Duk,Cho, Hak-Rae 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.2

본 논문에서는 칩커패시터와 마이크로스트립 선로를 이용하여 LH 구조의 단위셀을 고안하고, 제안된 단위셀로부터 등가회로를 추출하여 단위셀의 제반 특성을 분석하였으며, 광대역 고역통과필터를 설계하는데 적용하였다. 이 필터는 고역통과 특성을 갖는 여러 개의 단위셀을 종속 연결하여 마이크로스트립 전송선에 구현하였으며, 그 성능은 0~2.18 GHz의 저지대역에서 62.9dB의 대역제거 특성과 3.0~12.75 GHz의 통과대역에서 1.17dB 이하의 삽입손실을 갖는다. In this paper, the unit cell of LH structure using microstrip transmission line and chip capacitor is devised, and the reactive components of equivalent circuit are extracted from the proposed unit cell. And then, we have analyzed for the unit cell parameters and applied the characteristics to the wideband high pass filter design. This filter cascading several unit cells with high pass property has been implemented on microstrip transmission line, and the performance has been the band rejection characteristics of 62.9 dB in the stop band to 0~2.18 GHz and less than the insertion loss of 1.17 dB in the pass band from 3.0G Hz to 12.75 GHz.

메타매질 전송선로를 이용한 불요 공진모드 제거용 마이크로스트립 대역통과 필터

양두영(Doo-Yeong Yang),이민수(Min-Soo Lee) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회논문지 Vol.9 No.12

본 논문에서는 마이크로스트립 전송선을 이용하여 필터를 구현할 때 고조파 대역에서 나타나는 불요 공진모드 특성을 제거하도록 DCRLH 메타셀을 헤어핀 공진기와 결합하여 기본 통과대역 신호만을 전달하는 마이크로스트립 대역통과 필터를 설계하고 제작하였다. 대역통과 필터는 불요 고조파 통과특성을 제거하기 위한 DCRLH 메타셀 전송선로와 통과대역 신호를 잘 전달하기 위한 CCRLH 헤어핀 공진기로 구성하였다. DCRLH 성질을 갖는 인터디짓 메타셀(Interdigit Meta-cell)은 필터회로의 입력단과 출력단에 병렬로 삽입하였고, CCRLH 대역통과 성질을 갖는 헤어핀공진기(Hairpin Resonator)는 두개의 DCRLH 메타셀 사이에 설치하였다. 이렇게 구성함으로써 저지대역에서 나타나는 불요고조파신호를 억제시킬 수 있었고, 필터의 대역통과 성능을 개선할 수 있었다. WCDMA 이동통신과 WiBro 무선 인터넷 통신을 동시에 수행할 목적으로 제작된 마이크로스트립 대역통과 필터는 1.91㎓~2.41㎓의 통과대역에서 삽입손실은 0.2㏈로 나타났고, 3㎓~7.5㎓의 저지대역에서 감쇄특성은 -30㏈ 이하로 양호한 성능을 나타내었다. In this paper, microstrip bandpass filter combined DCRLH metameterial-cells with a hairpin resonator is designed and fabricated to be transferred only fundamental passband signal, and removed a spurious resonant mode occurring when filter design using a microstrip transmission line is done. The bandpass filter is composed of CCRLH hairpin resonator and DCRLH interdigit metameterial-cells. The hairpin resonator with CCRLH property is implemented between two DCRLH interdigit metameterial-cells with DCRLH property, which is parallel to input port and output port. The interdigit metameterial-cells suppress spurious harmonics occurring on the higher order frequency and improve a filter performance. Insertion loss of the fabricated microstrip bandpass filter on the passband from 1.91㎓ to 2.41㎓ is 0.2㏈, and attenuation on the stopband from 3㎓ to 7.7㎓ is bellower than -30㏈. Therefore, this filter has a good performance for both mobile communications of WCDMA and wireless internet of WiBro.

이동통신 환경에서 다중신호의 DOA 추정과 적응 빔성형

양두영(Doo-Yeong Yang),이민수(Min-Soo Lee) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.12

이동통신 환경에서 매개변수와 비매개변수추정 알고리즘을 토대로 DOA와 적응 빔성형 알고리즘을 연구하고 분석하였다. 매개변수추정 알고리즘에서는 배열안테나로 수신된 신호의 상관행렬로부터 신호성분과 잡음성분에 대한 고유치를 구하고, 그 고유치들로부터 전력스펙트럼을 판별하였다. 반면에 비매개변수 추정 알고리즘에서는 입사각의 함수로써 신호에너지를 추정하기 위하여 고분해능과 잡음억압을 도출하도록 비이차놈을 사용하여 규칙화 목적함수를 최소화하였다. 그리고 나서, 신호와 잡음공간 조정벡터로부터 DOA를 추정하였고, 공간벡터에 의하여 도출된 가중치를 적용하여 적응 빔성형 패턴을 개선하였다. 따라서 희소강제조정을 갖는 개선된 방향성 추정 알고리즘은 다른 알고리즘들과 비교하여 잡음 억제와 고분해능을 갖는다. The DOA(direction of arrival), which is based on parametric and nonparametric estimation algorithm, and adaptive beamforming algorithm for mobile communication environments are researched and analyzed. In parametric estimation algorithm, eigenvalues of the signal component and the noise component are obtained from correlation matrix of received signal by array antenna and power spectrum of the received signal is discriminated from them. Otherwise, in nonparametric estimation algorithm, we minimize a regularized objective function for finding a estimate of the signal energy as a function of angle, using nonquadratic norm which leads to supper resolution and noise suppression. And then, DOA is estimated by the signal and noise spatial steering vector, and adaptive beam-forming pattern is improved by weight vectors obtained from the spatial vector. Therefore, the improved directional estimation algorithm with regularizing sparsity constraints offers super-resolution and noise suppression compared to other algorithms.

다층 MTL 기반 빔성형 안테나 시스템 설계 및 구현

양두영(Doo-Yeong Yang) 대한전자공학회 2020 전자공학회논문지 Vol.57 No.4

제안한 빔성형 안테나 시스템은 어레이 안테나의 빔 방향을 급전 시스템인 버틀러 매트릭스로 조정할 수 있다. 배열 안테나의 빔 패턴은 급전 신호의 크기와 위상 및 안테나 요소 사이의 간격에 의해 결정된다. 따라서 버틀러 매트릭스 및 배열 안테나와 같은 각 구성 요소를 설계하는 것은 성능 및 빔 방향을 결정하기 때문에 매우 중요하다. 본 논문에서는 버틀러 매트릭스와 어레이 안테나를 결합하여 대역폭을 확장하고 크기를 줄이는 4×4 빔 성형 안테나를 제안하였다. 그리고 빔성형 안테나 회로는 다층 기술로 구현된다. 다층 구성은 복층 마이크로스트립 전송선(MTL)을 사용하여 해결한다. 결론적으로 스위치형 빔성형 안테나는 제안된 구성에 따라 복층 MTL로 설계되고 제작되었다. 또한 성능 분석을 위해 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 비교하였다. 그 결과로부터 제안된 빔성형 안테나는 동작 주파수 대역에서 비대역폭, 최대 반사손실, 삽입손실 및 점진적 위상 변화가 각각 24%, 15.76 dB, 6.5±0.8 dB 및 ±5° 이내의 양호한 성능을 가진다. 또한, 각 입력에 따른 빔 패턴은 이동 기지국의 120° 섹터 범위 내에서 반전력 빔폭이 30°인 양호한 커버리지를 갖는다. The proposed beamforming antenna system is capable of adjusting the beam direction of array antenna as a feeding system with Butler matrix. The beam pattern of array antenna is determined by the magnitude and phase of feeding signal, and interval between antenna elements. Therefore, designing each component such as Butler matrix and array antenna is very important because those decide on the performance and beam direction. In this paper, we propose the 4⨉4 beamforming antenna combining Butler matrix and array antenna to extend bandwidth, and to reduce the size. The beamforming Antenna’s circuit is implemented in a multilayer technology. The multilayer compositions are resolved by using double layered microstrip transmission line (MTL). Finally, the switched beamforming antenna has been designed and fabricated on double layered MTL by the proposed configuration. And also, the simulation results and the measured results have been compared for performance analysis each other. As a result, the proposed beamforming antenna has good performance that the relative bandwidth, maximum return loss, insertion loss and progressive phase shift deviation are 24%, 15.76 dB, 6.5±0.8 dB and ±5° in operating frequency band, respectively. Also, the beam pattern according to each input has good coverage with a half power beamwidth of 30° within a range of 120° sector for mobile base station.

선형-원형배열 안테나에 따른 MIMO의 DOA 추정과 적응 빔성형 분석

양두영(Yang, Doo-Yeong),이민수(Lee, Min-Soo) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.6

본 논문에서는 비변수 추정 알고리즘을 토대로 선형배열 안테나와 원형배열 안테나로부터 수신되는 다중신 호의 DOA와 적응 빔성형 알고리즘을 연구하고 분석하였다. 비변수 추정 알고리즘에서는 입사각의 함수로써 신호에 너지를 추정하기 위하여 고분해능과 잡음억압을 도출하도록 비이차놈을 사용하여 규칙화 목적함수를 최소화하였다. 그리고 나서, 신호와 잡음공간 조정벡터로부터 DOA를 추정하였고, 공간벡터에 의하여 도출된 가중치 벡터를 적용하 여 적응 빔성형 패턴을 개선하였다. 특히, 안테나 배열방법과 배열소자의 수에 따라 입사되는 다중신호의 방향성 판 별 능력과 적응빔을 성형하는 능력을 비교하고 고찰하였다. In this paper, DOA(direction of arrival) of multiple incident signals received from linear array antenna and circular array antenna, which is based on nonparametric estimation algorithm, and adaptive beam-forming algorithm are studied and analyzed. In nonparametric estimation algorithm, we minimize a regularized objective function for finding a estimate of the signal energy as a function of angle, using nonquadratic norm which leads to supper resolution and noise suppression. And then, DOA is estimated by the signal and noise spatial steering vector, and adaptive beam-forming pattern is improved by weight vectors obtained from the spatial vector. Especially, the discrimination ability of DOA and the adaptive beam-forming ability according to antenna array methods and the number of array elements are compared and considered.

Planar Square-spiral Antenna using a strip conductor

양두영(Yang, Doo-Yeong),이민수(Lee, Min-Soo) 한국산학기술학회 2012 한국산학기술학회논문지 Vol.13 No.5

UHF 대역인 860MHz~960MHz에서 동작하는 RFID 시스템용으로 도체스트립을 이용한 평판사각 스파이얼 안테나를 제안하고 분석하였다. 도체스트립의 공통선 길이, 분리간격, 선폭, 선간격, 스파이럴 회전수를 변화시켜서 안 테나 입력임피던스와 RFID 테그칩 간을 정합스터브 없이 소형으로 설계하고, 최적화된 안테나를 제작하였다. 최적화 된 결과로부터, VSWR<2인 범위의 주파수대역은 RFID 초고주파 대역인 100MHz를 포함한다. 안테나 이득은 910MHz 중심주파수에서 3.5DBi이고, 빔패턴은 수직과 수평방향으로 지향성 패턴을 갖는다. 따라서 제안된 안테나는 규정된 입력임피던스를 갖는 다양한 형태의 테그칩을 요구하는 실질적인 RFID 응용에 적합하다. Planar square-spiral antenna using a strip conductor is proposed and analyzed for RFID system in UHF band operating from 860MHz to 960MHz. By varying the length of common line, detached distance, strip line-space, strip line-width and the number of spiral turn, the optimized antenna are designed and fabricated in compact size without a matching-stub between the input port of the proposed antenna and RFID tag chip. From the optimized results, the frequency bandwidth in VSWR<2 has covered 100MHz in the RFID UHF band. The antenna gain has obtained 3.5dBi at the center frequency of 910MHz and the desired beam pattern has shown directional pattern on elevation and azimuth angle. Therefore, the proposed antenna is suitable for practical RFID applications requiring various tag chips with the specific input impedance.

편파면 회전을 위한 도파관 아이리스 편파기 설계 분석

양두영(Yang, Doo-Yeong),이민수(Lee, Min-Soo) 한국산학기술학회 2012 한국산학기술학회논문지 Vol.13 No.7

본 논문은 정방형 도파관을 이용하여 편파면을 회전시키는 편파기의 단순화된 설계법을 제안하였다. Ku 밴 드 주파수인 14.3GHz∼14.8GHz에서 동작하는 180 ˚ 편파기의 특성을 최적화하기 위하여, 개선된 모드정합법과 구분적 멱보간법을 편파기 설계에 적용하였다. 최적화 결과는 VSWR<2 인 범위의 Ku 밴드 주파수 대역에서 500MHz의 대 역폭을 나타내었고, 직교모드 TE₁₀와 TE₀₁ 간에 위상차는 14.2GHz∼14.8GHz 주파수 대역에서 180 ˚ ±1 ˚ 를 갖는다. 그리고 교차편파 손실은 40dB 이하이고, 통과대역의 삽입손실은 0.1dB 이다. 따라서 제안한 편파기는 낮은 VSWR과 소형의 크기가 요구되는 실질적인 Ku 밴드 시스템에 적용이 가능하다.

엔드론치형 구형도파관 어댑터 내부의 루프결합구조에 대한 모드 해석

김동현,좌정우,양두영,Kim, Dong-Hyun,Jwa, Jeong-Woo,Yang, Doo-Yeong 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.2

본 논문에서는 엔드론치형 구형도파관 어댑터 해석을 위하여 루프 결합 모델을 제안하고, 이를 토대로 입력 임피던스의 모드 해석식을 유도하였다. 구형도파관 내의 전파모드와 고차모드들에 따른 입력 임피던스의 영향을 분석하고, 설계변수에 대하여 고찰하였다. 또한 선행 연구에서 제안된 방식과 상용 해석 툴인 HFSS의 해석결과를 바탕으로 제안한 해석식이 타당함을 검증하였다. 제안한 엔드론치형 구형도파관 어댑터는 특성 임피던스 $50{\Omega}$을 갖는 동축선의 내부도체와 WR90 상용도파관내에서 길이가 17.6mm인 급전루프가 연결된 결합구조이다. 이러한 구조에서 앤드론치형 어댑터는 정재파비(VSWR)가 2.0이하인 기준에서 7.5GHz에서 10.6GHz 대역을 갖는다. In this paper, the loop coupling model for the analysis of end launcher rectangular waveguide adapter are proposed. The formula of input impedance from this model are presented. The influence of propagation mode and higher modes in rectangular waveguide are analyzed and design parameters of the end launcher adapter are investigated. The computational results between the proposed theoretical analysis and the previous papers are compared and are verified by HFSS. The end launcher rectangular waveguide adapter consists of the coupling geometry which is connected the inner conductor of $50{\Omega}$ coaxial line through into the 17.6mm feeding loop in a WR90 commercial waveguide, and the VSWR is maximum 2.0 over operating frequency from 7.5GHz to 10.6GHz.

모드정합 컨버터에 기반한 광대역 원뿔형 주름 혼안테나 설계 및 분석

이동학(Dong-Hak Lee),양두영(Doo-Yeong Yang) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.7

본 논문에서는 Ku 밴드 전체 대역에 걸쳐 광대역 주파수 특성을 얻을 수 있는 원뿔형 주름 혼안테나의 설계방법을 제안하였다. 혼안테나의 이득, 정재파비, 주편파와 교차편파의 비와 광대역 특성을 개선시키기 위하여 두 종류의 모드정합 컨버터를 원뿔형 주름 혼안테나 내부에 구성하였다. 하나의 형태는 원형도파관 종단 내부에 또 다른 형태는 혼플레어 전단에 설치하였다. 제안된 모드정합 컨버터들의 위치에 따라 두 가지 형태의 안테나 구조는 시뮬레이션을 통해 비교하고 분석되었 다. 그리고 Ku 밴드 전체 주파수 대역인 12-18 GHz에서 정재파비가 2보다 작고 교차편파와 주편파의 비가 30dB, 안테나 이득이 20dB 이상인 값에서 안테나의 성능을 비교한 결과, 원형도파관 내에 모드정합 컨버터를 설계한 원뿔형 주름 혼안테 나의 구조가 혼플레어 내에 모드정합 컨버터를 설계한 안테나의 구조보다 제반 성능이 더욱 안정적이고, 동시에 송수신할 수 있는 신호 주파수 대역이 광대역 특성을 갖는다. 따라서 이득과 VSWR, 복사패턴, 대역폭 등을 감안했을 때, 원형도파관 내부에 모드정합 컨버터를 설계한 구조가 좀 더 뛰어난 성능을 보였다. In this paper, the design methodology of a corrugated conical horn antenna is proposed to be obtain wide-band properties over the full range of frequencies in the Ku-band. In order to improve the properties of the corrugated conical horn antenna, such as its gain, VSWR, co-polarization to cross-polarization ratio and wide-bandwidth, two types of mode matching converters are implemented within it. One is located at the end of the circular waveguide, while the other is positioned in front of the horn-flare section. The properties of the antenna are analyzed and compared according to the position of the proposed converters through simulations. In the comparison of the antenna performance in the case where the VSWR, co-polarization to cross-polarization ratio and antenna gain over the Ku band of 12-18 GHz are less than 2, greater than 30dB and 20dB respectively, the former antenna exhibits greater stability and a wider frequency band than the latter from the viewpoint of transmitting and receiving signals simultaneously. Therefore, considering the gain, VSWR, radiation pattern and bandwidth, the horn antenna structure in which the mode matching converter is implemented inside the circular waveguide has better performance than the other.