재귀적 소자 교환 방식을 이용한 능동위상배열안테나 부배열 구조 최적화 알고리즘

채희덕(Heeduck Chae),주정명(Joung Myoung Joo),유제우(Je-Woo Yu),박종국(Jongkuk Park) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.8

능동위상배열레이다 기술의 발전에 따라 최근에는 수십 개의 디지털 수신기를 사용하여 부배열 단위에서 수신된 신호를 디지털적인 방법으로 합성하는 능동위상배열안테나가 개발되고 있다. 디지털 빔 합성시 빔 특성은 부배열 단위의 가중치에 의해서도 영향을 받지만, 부배열 구조의 형상에 의해서도 크게 영향을 받는다. 그래서 본 논문에서는 재귀적인 소자 교환 방식을 사용하여 부배열 구조를 생성하는 방법과 운용하는 빔의 부엽을 최소화할 수 있도록 부배열 구조를 최적화하는 알고리즘을 제안하였다. 또한, 본 논문에서 제안한 알고리즘을 적용하여 디지털 빔 형성에 가장 많이 사용되는 모노펄스빔과 펜슬 다중빔에 대해 각각 또는 동시에 최대 부엽을 최소화하는 최적화된 부배열 구조 해를 찾아 그 결과를 제시하였다. With the development of active phased array radar technology in recent years, active phased array antennas, which digitally combine signals received from subarray units using dozens of digital receiver, have been developed. The beam characteristics are greatly affected by the shape of the subarray structure as well as the weight of subarray in digital beamforming. So in this paper, the method to generate subarray structures by using recursive element exchanging method and the method to optimize subarray structures that can minimize sidelobes of operating beams are proposed. Additionally it presents the result to find the optimized subarray structure to minimize the maximum sidelobe of monopulse beam and pencil multi-beam respectively or simultaneously which are commonly used for digital beamforming by applying the algorithm propsed in this paper.

근접 전계 시험 시설을 이용한 능동 위상 배열 안테나 송신 빔 패턴 측정

채희덕(Heeduck Chae),김한생(HanSaeng Kim),이동국(Dong-Kook Lee),정명득(Myung-Deuk Jeong),박종국(Jongkuk Park) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.12

본 논문에서는 국내 최초로 개발되는 함상용 중거리 레이더에 사용되는 능동 위상 배열 안테나의 송신 빔 특성을 근접 전계 시험으로 측정하는 방안에 대하여 제시하였다. 측정하고자 하는 능동 위상 배열 안테나는 고출력 송신 빔을 펄스 형태로 방사하기 때문에 저출력의 연속적인 파형을 사용하는 일반적인 근접 전계 시험시설에서는 측정하기 어렵다. 그래서 본 논문에서는 고출력 송신 시에도 견딜 수 있도록 설계된 근접 전계 시험시설과 펄스 모드 측정을 지원하는 Agilent사의 PNA-X 네트웍 분석기를 이용한 근접 전계 시험으로 펄스 형태의 고출력 송신 빔을 방사하는 능동 위상 배열 안테나를 측정하는 방안에 대하여 제시하였고, 실제 개발된 능동 위상 배열 안테나의 고출력 송신 빔 패턴을 근접 전계 시험으로 측정하였다. 또한, 능동 위상 배열 안테나의 송신 특성인 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)를 측정하였고, 수학적인 계산을 통해 예측한 EIRP 값과 비교한 결과 0.1 ㏈의 오차 내에서 동일함을 확인하였다. In this paper, we proposed the transmit beam measurement method of active phased array antenna, which is installed in Korea"s first developed naval medium range radar, using near-field measurement facility. The pulse-mode high power characteristics of active phased array antenna"s trasmit-beam make it difficult to measure with general near-field measurement facilities where low power continuous RF signals are used. Thus, in this paper, the measurement method of active phased array antenna"s transmit beam in conjunction with the near-field measurement facility, which is suitable for the high-power transmit beam measurement, and PNA-X network analyzer(Agilent Technologies), which can support pulse-mode measurement, was proposed and measured by near-field measurement techniques. And the EIRP(Effective Isotropic Radiated Power), the transmit characteristic of active phased array antenna, was measured by the near field measurement techniques and compared to numerical estimation which was nearly equal with small difference of 0.1 ㏈.

완전 디지털 레이다에 적용 가능한 능동위상배열안테나 근접전계 수신 시험

채희덕(Heeduck Chae),이재민(Jae-Min Lee),김영완(Young-Wan Kim),김한생(HanSaeng Kim),진형석(Hyoung Seog Jin),박종국(Jongkuk Park) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.7

소자 단위에서 디지털로 신호를 수신하는 완전 디지털 수신 능동위상배열안테나는 최종적인 수신 빔을 디지털 빔형성 방법으로 합성하므로 일반적인 근접전계 시험 방법을 적용하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 완전 디지털 수신능동위상배열안테나를 시험하기 위한 근접전계 수신 시험 구성과 방법을 제시하였다. 또한, 디지털 빔 합성 과정과 잡음합성 과정을 토대로 근접전계 수신 시험을 통해 수신 빔 패턴 뿐 아니라, 수신 성능을 대표하는 안테나의 이득 대비시스템 잡음 온도의 비(G/T)를 측정하는 방법을 제시하고, 실제 개발된 L-밴드 장거리레이다용 완전 디지털 수신 능동위상배열안테나를 이용하여 검증한 결과를 제시하였다. A full digital receiving active phased array antenna generates final receiving beams by digital beam forming of received digital signals in element-level that makes difficult to use typical near-field measurement method. Thus in this paper, a modified near-field measurement method which is suitable for full digital receiving active phased array antenna is proposed. Also the measured results of receiving beam pattern and G/T using developed L-band full digital receiving active phased array antenna are shown for the verification of proposed method.

탐색레이더용 피아식별안테나 후방 방사 수준 개선에 관한 연구

김영완,채희덕,박종국,이동국,정명득,한인희,이두연,Kim, Young-Wan,Chae, Heeduck,Park, Jongkuk,Lee, Dong-Kook,Jeong, Myung-Deok,Han, In-Hee,Lee, Du-Yeon 한국군사과학기술학회 2013 한국군사과학기술학회지 Vol.16 No.1

In this paper, we described the study on back-radiation level improvement of IFF antenna after briefly describing a design of IFF antenna to distinguish the target as the sub-antenna of surveillance radar. The proposed IFF antenna was minimized a size with use all-in-one power divider as a two-channel IFF antenna forming sum and difference pattern. The method for back-radiation level reduction was studied, and the identified method through the simulation confirmed the decrement throught the measurement.

위성 SAR용 광대역 이중편파 적층형 패치 배열 안테나 설계 및 제작

이재민,유제우,채희덕,이유리,정화영,김종필,박종국,Lee, Jae-Min,Yu, Je-Woo,Chae, Heeduck,Lee, YuRi,Jung, Hwa-Young,Kim, JongPil,Park, Jongkuk 한국ITS학회 2021 한국ITS학회논문지 Vol.20 No.2

본 논문에서는 위성 SAR 시스템에 적용하기 위한 광대역 이중편파 적층형 패치 안테나를 설계하고 제작 결과를 제시하였다. 위성 SAR 분야에 주로 적용되는 X-대역에서 위성 SAR 시스템의 영상 품질 향상을 위해 손실 최소화, 광대역 동작 그리고 능동위상배열안테나에 적용이 가능하도록 능동반사손실 최소화 관점에서 안테나를 설계하였다. 제작된 안테나의 대역폭은 능동반사손실 -10 dB 이하 기준에서, 수직/수평 편파 각각 19.26%/19.79% 이며, 손실은 주파수 평균으로 수직/수평 편파 각각 0.797 dB/0.799 dB 로 확인되었다. 또한, 근접전계시험으로 안테나의 빔 패턴을 확인하다. 그 결과, 배열이론을 바탕으로 계산된 이상적 패턴과 비교하여, 측정된 패턴 및 지향성이 매우 유사함을 확인하였다. This paper proposes a wide-band dual-polarization stacked patch array antenna for satellite SAR system applications. The array antenna was designed for loss minimization and wide-band characteristics to enhance the performance of the SAR system and optimize it for active return loss in applications to active phased arrays. The fabricated array antenna showed a performance of 19.26%/19.79% fractional bandwidth within the -10 dB reference level of the active return loss and showed loss characteristics of 0.797 dB/0.799 dB averaged within the operational frequency for both H/V-polarization cases. The pattern performance was verified by comparing the measured patterns with the calculated patterns obtained by the array factor.

능동 위상 배열 안테나의 반사 특성을 고려한 안정적 시스템 운용에 관한 연구

김영완(Young-Wan Kim),채희덕(Heeduck Chae),이동국(Dong-Kook Lee),정명득(Myung-Deok Jeong),박종국(Jongkuk Park) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.1

본 논문에서는 능동 위상 배열 안테나(APAA: Active-Phased Array Antenna)의 능동 반사 계수(ARC: Active Reflection Coefficient) 개선 및 보호 회로 구성을 통한 안정적인 시스템 운용에 관하여 연구하였다. 수동 위상배열 안테나에서와 달리 APAA는 복사 소자와 송수신 모듈이 결합된 형태로 일반적인 수동 위상 배열 안테나의 반사 계수 특성과 차별된 새로운 ARC의 정의가 적용되어야 한다. ARC는 방사하는 소자로부터의 자기 반사 계수 외에 인접한 방사 소자로부터 유기되는 결합량의 중첩을 고려한 반사 계수이다. 이는 능동 위상 배열 레이더(APAR: Active-Phased Array Radar) 시스템의 특성을 예측하고 분석하는데 중요한 파라미터가 된다. 운용 중 발생하는 높은 ARC는 시스템 성능 열화에 직접적인 원인이 된다. 본 논문에서는 APAR의 안정적인 운용을 위한 방안으로 ARC의 성능을 개선시키는 방안과 보호 회로를 통한 열화 방지 방안에 관하여 분석하였다. 실제 제작한 능동 위상 배열 안테나의 실험 결과를 통해 두 방안의 유효성을 검증하였다. In this paper, a stabilizd system operation through a composition of a protective circuit and an improvement of active reflection coefficient(ARC) is studied. Unlike the passive-phased array antenna, the APPA is a combined form of radiating element and transmitter-reciever module. Therefore, a definition of new ARC that differentiates itself from typical passive-phased array antenna must apply. The ARC is a reflection coefficient considering a superposition of a coupling from nearby radiating elements and self reflection. It is an important parameter that predicts and analyzes charateristics of a APPR system. A high level ARC is a direct source inducing a performance degradation of a system. In this paper, as a method for a stabilized operation of APAR, one method for improving a performance and another for degradation prevention are analyzed. An effectiveness of two methods was validated using experiment results of real-fabricated active-phased array antenna.

완전 디지털 다기능 레이다의 송신 근접전계 시험에서 빔 패턴 보정에 관한 연구

주정명(JoungMyoung Joo),채희덕(Heeduck Chae),박종국(Jongkuk Park),진형석(Hyung-Suk Jin),강연덕(Yeon-Duk Kang),한일탁(Il-Tak Han),김두수(Doo-Soo Kim),이동국(Dong-Kook Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2

디지털 레이다의 근접전계 시험 시 필연적으로 발생하는 누설 신호는 각각의 측정 데이터 샘플에 영향을 미치게 된다. 비록 각각의 누설 신호는 아주 미약한 크기이기는 하나, 측정된 근접전계를 원전계 빔 패턴으로 변환할 때에는 그 성분이 누적되어 큰 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 근접전계 데이터의 백프로젝션(Back-Projection)을 통해 누설 신호를 효과적으로 제거하는 방안에 대해 검증하였다. 먼저 시뮬레이션에서는 노이즈 및 누설 신호 간 특성을 검토하고, 수학적으로 모델링된 근접전계 측정 신호를 모사하였다. 다음으로 보어사이트와 빔 조향된 경우에 대해 누설 신호가 안테나 빔 패턴에 미치는 영향성에 대해 분석하였다. 또한, 제안된 방법을 통해 근접전계 데이터로부터 누설 신호를 추출 및 제거하고 결과를 비교하였다. 마지막으로 시뮬레이션과 같은 방식으로 완전 디지털 다기능 레이다의 송신 근접전계 시험 시 측정된 데이터에 제안된 방법을 적용하여 누설 신호가 보정된 결과를 제시하였다. Leakage signals, inevitably generated during near-field measurement of a digital radar, affect the measured data samples. Although each leakage signal occurs at a very low level, the signals accumulate and have a significant effect when the measured near-field converts into a far-field beam pattern. In this study, we verified a method that effectively eliminates the leakage signals through back projection from the near-field data. In the simulation, the difference between the characteristics of the noise and leakage signal was examined, and the near-field measurement signal was simulated with mathematical modeling. Next, we analyzed the effect of leakage signals on antenna beam patterns in the case of boresight and beam steering. In addition, the leakage signals were extracted from the near-field data and removed using the proposed method, and the results were compared. Finally, the proposed method was applied to the measured data in the near-field test of a digital multi-function radar similar to the simulation, and the results of the leakage correction are presented.

최대 부엽수준 규제를 위한 대칭적 임의 형상 평면 배열의 진폭 가중치 최적화에 관한 연구

박종국(Jongkuk Park),채희덕(Heeduck Chae),주정명(JoungMyoung Joo),강맹창(Maeng-Chang Kang) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.12

본 논문에서는 직사각형이나 원형 등의 단순 정형화 형태가 아닌 대칭적 임의 형상을 가진 평면 배열(planar array)에서, 주빔 영역이 아닌 전공간에서의 최대 부엽 수준이 원하는 수준을 넘지 않도록, 진폭 가중치를 최적화하는 효율적인 방법을 제시하였다. 일반적으로 적용할 수 있는 테일러(Taylor) 가중치를 초기값으로 하여 전 공간에서의 패턴을 계산한 다음, 이전 진폭 가중치에 미소 가중치를 더함으로써 원하는 수준 이상 부엽 위치에서의 첨두치를 원하는 수준으로 제한하도록 하였다. 이렇게 얻어진 새로운 가중치를 이용하여 위 과정을 반복함으로써, 원하는 가중치를 효율적으로 얻을 수 있음을 확인하였다. In this paper, an effective method is proposed to optimize the amplitude weight of a symmetrically arbitrarily shaped planar array, whose shape is not typical, such as a rectangle or a circle, to suppress the sidelobes to less than a certain level in the entire space excluding the main beam region. After selecting a conventional Taylor weight as an initial weight and calculating its radiation pattern in the entire visible space, all the peak values of sidelobes larger than a specified level are limited to that value by adding a small perturbation to the previous weight. This procedure is repeated using the new weight obtained, and finally, the converged solution is effectively obtained.

보정 경로를 활용한 디지털 레이더의 능동 위상 배열 근접전계 수신시험

유제우(Je-Woo Yu),채희덕(Heeduck Chae),박종국(Jongkuk Park),임재환(Jae-Hwan Lim),김덕환(Duckhwan Kim),진형석(Hyoung-Seog Jin),김한생(Han-Saeng Kim) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.6

본 논문에서는 디지털 수신 능력을 갖는 능동 위상 배열 안테나의 근접전계 수신시험 중, 수신 채널에 이득 및 위상변화가 발생하더라도 보정 경로 및 수신 채널을 통과한 신호를 이용하여 수신 채널에 발생한 이득 및 위상 변화량을 추출하고, 이를 근접전계 데이터에 직접 보상하여 수신채널에 변화가 발생하지 않은 경우에 수행한 근접전계 시험과 동등한 결과를 획득할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 근접전계 수신시험을 위한 타이밍의 일정 구간에 보정경로를 통하여 수신 채널의 상태를 감시하는 시간 구간을 추가하고 이를 보정하는 방식이다. 제안한 방법의 검증을 위하여 디지털 수신 능력을 갖는 X-대역의 능동 위상 배열 안테나와 평면형 근접전계 시험 시설을 이용하여 측정하였다. 수신 채널에 변화가 보정된 보상 패턴과 수신 채널에 변화가 없었던 기준 패턴과 비교할 때, 제안한 방법이 유효함을 확인하였다. In this paper, the method is proposed that the equivalent result can be obtained by compensating the variation of gain and phase in the comparison with the result of near-field measurement which is obtained in the steady state, although the gain and phase variation of rx-channels occurred in the near-field rx-measurement of digital active phased array antenna. The proposed concept has the time section for monitoring the state of the rx-channels through the calibration path in the measurement timeline, and is the method for compensating the variation of state. For validating the proposed method, the fabricated X-band digital active phased array antenna and the planar near-field measurement facility is utilized. The proposed method is validated in the comparison with the compensated pattern which the unstable state of rx-channels is calibrated and the reference pattern obtained under the steady state of the rx-channels.

Folded Reflectarray를 이용한 고이득 94 ㎓ 모노펄스 안테나

이한승(Hanseung Lee),채희덕(Heeduck Chae),전종훈(Jonghoon Chun),남상욱(Sangwook Nam) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.1

본 논문은 94 ㎓를 중심 주파수로 하며, 모노펄스 형식의 추적 레이다 시스템에 사용되는 folded reflectarray 안테나를 제안한다. 추적 레이다는 대부분 목표물로부터 반사되어 돌아온 반사 신호들을 비교하여 목표물을 찾으며, 모노펄스 형식에서는 이러한 신호들의 비교를 동시에 수행한다. 본 논문에서 제안한 모노펄스 형식의 folded reflectarray 안테나는 polarizing grid, reflectarray, 다중 모드 feed horn, 그리고 도파관으로 제작된 comparator로 이루어져 있다. 제작된 안테나는 다중 모드 feed horn과 comparator의 모노펄스 급전부에 의해 sum 모드, azimuth 모드, 그리고 elevation 모드, 이렇게 세 개의 방사 패턴 형식을 나타낼 수 있다. 측정 결과, sum 패턴에서는 36 ㏈, azimuth 패턴에서는 33.5 ㏈, 그리고 elevation 패턴에서는 27.2 ㏈의 이득을 확인할 수 있었다. This paper proposes a high-gain monopulse antenna using the folded reflectarray for a monopulse target-tracking radar systems designed at the center frequency of 94 ㎓. In target-tracking radar systems, the angle of arrival of the incoming wave is determined by comparing the signal received on two or more non-coincident antenna patterns. This is the physical basis of most target-tracking techniques and the comparison is made simultaneously in a monopulse radar systems. In this paper, the antenna consists of polarizing grid, reflectarray, multimode feed horn, and comparator implemented by waveguide. The antenna is able to have three radiation patterns by using the monopulse feed systems assembled by multimode feed horn and comparator. The antenna demonstrates maximum gains 36 ㏈, 33.5 ㏈ and 27.2 ㏈ at sum mode, azimuth mode, and elevation mode respectively.