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Ku 대역 위성통신용 타일형 수신 위상배열 안테나의 설계
주태환(Taehwan Joo),김기철(Kichul Kim),서종우(Jongwoo Seo) 한국전자파학회 2019 한국전자파학회논문지 Vol.30 No.9
본 논문에서는 Ku대역 위성 통신을 위한 타일형 수신 위상 배열안테나의 설계, 제작 및 성능시험 결과에 대해 기술하였다. 본 타일형 수신 위상 배열안테나는 3장의 다층기판으로 구성된다. 첫 번째 기판은 8×8 배열의 패치안테나 및 저잡음 증폭기, 위상 천이기를 포함한 코어칩으로 구성되어 있으며, 두 번째 기판은 증폭기 및 빔 편이오차를 최소화하기 위한 TTD(True Time Delay) 회로를 포함한다. 세 번째 기판은 빔 지향을 위한 위상 천이기 및 TTD의 제어부와 신호 결합기로 구성된다. 제작된 안테나의 크기는 약 33×96×96 mm³이며 250 g(하우징 포함) 수준의 무게를 갖는다. 안테나의 전기적 성능시험 결과, Ku 대역 동작주파수의 중심에서 약 24 dBi의 이득 및 12° 빔폭을 나타내었다. 또한 동작 대역폭인 500 MHz에서 phi 방향 0° theta 방향 40° 빔지향시 전 대역에서 1° 이하의 빔 편이오차로 빔 지향 가능함을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 타일의 다수 결합을 통해 Ku 대역의 위성통신이 가능하며 다양한 형상에 적응 가능한 컨포멀 안테나를 구성할 수 있다. In this paper, we describe the design, manufacture, and performance test results of a highly integrated tile-type Rx phased-array antenna for Ku-band satellite communication. The designed tile-type receive phased-array antenna is composed of three multilayer boards. The first board consists of 8×8 arrayed patch antennas and a core chip with a low-noise amplifier and phase shifters. The second board includes a true time delay(TTD) circuit to minimize the beam squint in the wide frequency band and amplifiers. The third board consists of circuits to control the phase shifters and TTD circuit in boards 1 and 2, respectively. The manufactured tile-type antenna has the size and weight of 33×96×96 mm³ and 250 g, respectively. The results of the electrical performance test of the antenna are that the antenna gain and beam width are 24 dBi and 12° at the center of the operating frequency in the Ku-band. Further, the beam squint performance is less than 1° when steering through 0° and 40° in the φ and θ directions, respectively. A conformal phased-array antenna can be produced for satellite communication in the Ku-band using the proposed tile antenna.
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주태환(Taehwan Joo),김기철(Kichul Kim),동문호(Munho Dong),서종우(Jongwoo Seo) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2
본 논문에서는 Ku 대역 위성 통신을 위한 타일형 송신 위상 배열안테나의 설계, 제작 및 성능시험 결과에 대해 기술하였다. 본 타일형 송신 위상 배열안테나는 1장의 RF/안테나 및 4장의 다층기판으로 구성된다. 안테나의 전기적 성능시험 결과, Ku 대역 동작 주파수의 중심에서 약 24 ㏈i의 이득 및 12° 빔폭을 나타내었다. 또한 동작 대역폭인 500 ㎒에서 phi방향 0° theta 방향 40° 빔지향시 전 대역에서 3° 이하의 빔 편이오차로 빔 지향 가능함을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 타일의 다수 결합을 통해 Ku 대역의 위성통신용 배열안테나 구현이 가능하며, 플랫폼의 다양한 형상에 적응 가능한 컨포멀 안테나를 구성할 수 있다. This paper presents the design, manufacture, and performance test results of a highly integrated tile-type transmit (Tx)-phased array antenna for Ku-band satellite communication, which comprises an RF/ANT board and four multi-layer boards. The electrical performance test of the antenna demonstrated a gain and beamwidth of 24 ㏈i and 12° at the center of the operating frequency in the Ku-band, respectively. Furthermore, the beam squint performance was less than 3° when the steering angles were 0° and 40° in the phi and theta directions, respectively. With the proposed tile-type antenna, a conformal phased array antenna can be produced for satellite communication in the Ku-band.
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공중 통신용 송신 다중빔 능동 위상배열 안테나 시스템의 설계
주태환(Taehwan Joo),김영담(Youngdam Kim),황찬호(Chanho Hwang),김기철(Kichul Kim),정재수(Jaesoo Jeong) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.4
본 논문에서는 공중 통신을 위한 송신 다중빔 능동위상배열 안테나 시스템의 설계, 제작 및 성능검증 결과를 나타낸다. 본 논문에서 다중빔 송신 배열안테나는 3개의 타일형 능동위상배열 안테나로 구성되며, 각 타일은 안테나부, RF부 및 디지털 빔포밍부로 구성된다. 성능검증 결과, 4개의 동시 독립적 빔형성이 가능함을 확인하였고, 각 빔당 약 21 ㏈W 수준의 EIRP를 나타내었으며, 0.4° 이하의 빔 지향정확도를 나타내었다. 본 다중빔 안테나를 응용하면 공중 통신이 필요한 데이터링크 분야에서 활용이 가능할 것이다. In this paper, we describe the design, manufacture, and performance test results of a highly integrated Tx multi-beam active phased array antenna for aerial communications. The proposed Tx phased array antenna is composed of three tile phased array antennas, which consist of an array antenna, RF, and beamforming units. In the performance test of the Tx antenna system, an EIRP of 21 ㏈W and a beam pointing accuracy of less than 0.4° were achieved with four independently operable multi-beams. It is expected that the Tx multi-beam antenna system can be applied to common data link (CDL) communications for aerial networks.
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출력 전력 및 효율 개선을 위한 3-스택 구조의 Ku 대역 CMOS 전력 증폭기
양준혁(Junhyuk Yang),장선혜(Seonhye Jang),정하연(Hayeon Jung),주태환(Taehwan Joo),박창근(Changkun Park) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.1
본 논문에서는 높은 출력 전력을 확보함과 동시에 효율을 개선시킬 수 있는 전력 증폭기 구조를 제안하였다. 전력 소모를 최소화하기 위하여 구동 증폭단은 공통-소스 구조를 적용하였으며, 높은 출력 전력 확보를 위하여 전력 증폭단은 스택 구조를 적용하였다. 제안하는 구조의 검증을 위하여 아홉 개의 금속층을 제공하는 65-nm RFCMOS 공정을 이용하여 Ku 대역전력 증폭기를 설계하였다. 동작 주파수 14 GHz에서 16 GHz 일 때, P1dB, power-added efficiency 및 전력 이득은 각각 20 dBm 이상, 23 dB 이상 및 25% 이상으로 확인 되었다. We propose a Ku-band three-stack CMOS power amplifier to enhance the output power and efficiency. To minimize the dc power consumption, the driver stage is designed using common-source structure. To obtain high output power and utilize a voltage combining method, the power stage is designed using stack structure. To verify the proposed power amplifier structure, we design a Ku-band power amplifier using 65-nm RFCMOS process which provide nine metal layers. The P1dB, power-added efficiency, and gain are higher than 20 dBm, 23 dB, and 25%, respectively, while the operating frequency is 14 GHz-16 GHz.
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