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.

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.

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 ㏈.

AESA 레이더 광각 빔조향 특성을 고려한 복사소자 설계 기법

김영완,채희덕,안세환,주지한,Kim, Young-Wan,Chae, Hee-Duck,An, Se-Hwan,Joo, Ji-Han 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.5

In this paper, a study was conducted on the design of an array element that can be applied to the AESA radar for seeker. An antenna for application to AESA radar should choose an optimal radiation element to be applied to an array antenna in order to secure electronical beam steering characteristics, and consider beam steering characteristics when designing. In particular, in order to satisfy the wide-angle beam steering characteristics, the wide-angle impedance matching technique should be used to minimize the scan blindness region that may occur during wide-angle steering. As such, securing the stability of system operation is becoming an important design consideration for AESA radar. In this paper, WAIM is applied to the end of the radiation element to improve the characteristics of the radiation element applied to the AESA radar antenna device, and the change in the performance of the active reflection coefficient, which is a stable operation index of the system, is reviewed. The final performance result verified the validity of the proposed method by mathematically synthesizing the simulation data.

능동 위상 배열 안테나 측정 기술

김영완,채희덕,박종국,나형기,전민현 한국전자파학회 2014 전자파기술 Vol.25 No.2

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.

Folded Reflectarray를 이용한 고이득 94 GHz 모노펄스 안테나

이한승,채희덕,전종훈,남상욱,Lee, Han-Seung,Chae, Hee-Duck,Chun, Jong-Hoon,Nam, Sang-Wook 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.1

본 논문은 94GHz를 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 elevation모드, 이렇게 세 개의 방사 패턴 형식을 나타낼 수 있다. 측정 결과, sum 패턴에서는 36dB, azimuth 패턴에서는 33.5dB, 그리고 elevation 패턴에서는 27.2 dB의 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 GHz. 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 wavguide. 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 36dB, 33.5dB and 27.2dB at sum mode, azimuth mode, and evevation mode respectively.

60 GHz 대역용 도파관 급전 Radial Line Slot Array 안테나에 관한 연구

김용훈,채희덕,이중원,박종국,김성철,김성철 한국전자파학회 2002 한국전자파학회논문지 Vol.13 No.3

A single-layered radial line slot array (SL-RLSA) antenna etched on a substrate and fad by a rectangular waveguide is presented in the 60 ㎓ band. The design curves are obtained by an efficient electromagnetic coupling analysis using Ewald Sum technique and Shanks transformation. The antenna has rectangular waveguide feed structure using a rectangular waveguide-to-radial line transition. The prototype antenna of 10 cm-diameter was tested and the gain of 31 ㏈i and the efficiency of 38% were measured at 60 ㎓. 본 논문에서 60 ㎓ 대역용 도파관 급전 radial line slot array (RLSA) 안테나를 설계, 제작하였다. Ewald합 기법과 Shanks 변환을 이용한 효율적인 수치해석으로 RLSA 설계에 필수적인 슬롯을 통한 결합 특성을 계산하였고, 또한 기존의 급전 방식과는 달리 구형 도파관-radial line 변화구조를 이용한 구형 도파관 급전 구조를 사용하였다. 직경 10cm의 크기로 제작된 원형 안테나의 측정 결과 60 ㎓에서 31 ㏈i 의 이득과 38%의 효율을 나타내었다.

Ka대역 능동위상배열 광대역 안테나 성능 검증

김영완,백종균,채희덕,주지한 한국인터넷방송통신학회 2024 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.24 No.1

This paper dedcribes the design. verification, and analysis techniques for an advanced phased array antenna. When applying an active phased array antenna to an aircraft or missile, miniaturization of the array antenna and wide-angle beam steering characteristics can be unavoidable antenna design considerations. In particular, the active reflection coefficient characteristics when electronically steering a wide-angle beam is a design parameter that must be minimized in terms of system survival and system performance. As a radiator suitable for broadband characteristics and wide-angle beam steering, this paper designed an array structure using SFN and minimized the active reflection coefficient according to beam steering of up to 40° based on the spherical coordivate system angle. The bandwidth of the radiator was confirmed to be 3GHz based on active reflection in the Ka-band. In addition, the performance of the actually manufactured 8by8 array antenna wsa analyzed by measuring the single pattern of the radiator through a near-field test, mathematically synthesizing it, and predicting the Tx/TRx beam used in the seeker system.

탐색기용 AESA 안테나 성능 고도화 연구

김영완,백종균,채희덕,주지한 한국인터넷방송통신학회 2023 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.23 No.5

In this paper, a performance enhancement study of an AESA antenna that can be applied to a seeker that serves as the eye of a missile was conducted, and the performance of the antenna was verified through actual measurement. When designing an AESA antenna, the optimization of the active reflection coefficient must be considered during transmission due to the mutual coupling between radiators that inevitably occurs, and the selection of a radiator that can overcome the space limitation of the seeker with a small size/light weight is an important design consideration. Accordingly, optimization in terms of electrical performance and low-profile structure is required through research on array antennas for application to the AESA structure. The radiator designed and measured in this paper was designed as an SFN that can satisfy the low-profile structure while enhancing the performance of a general vivaldi antenna. Through this paper, it was confirmed that SFN has the same broadband characteristics as general vivaldi antennas and has optimized characteristics required for AESA antennas. The structure optimized through simulation confirmed the pattern characteristics and active reflection coefficient characteristics through the fabrication of actual proto-type antennas.