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.

완전 디지털 다기능 레이다에 적용 가능한 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험

주정명(JoungMyoung Joo),임재환(Jae-Hwan Lim),황성환(Sung-Hwan Hwang),박종국(Jongkuk Park),강연덕(Yeon-Duk Kang),한일탁(Il-Tak Han),김두수(Doo-Soo Kim),이동국(Dong-Kook Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2

본 논문에서는 다기능 레이다에 적용 가능한 디지털 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험에 대해 기술하였다. 먼저 아날로그형 능동 위상 배열 안테나와의 구조적인 차이로 인해, 기존의 수신 근접전계 시험 구성을 그대로 적용하기 어려우므로 디지털 능동 위상 배열 안테나에 적합한 수신 근접전계 시험 구성을 제안하였다. 시뮬레이션에서는 근접전계 측정 시 발생한 누설 신호에 의해 왜곡된 빔 패턴과 누설 신호 보상 결과를 제시하고, 이 결과를 바탕으로 측정된 근접전계 데이터를 검토하였다. 또한, 동시 측정된 7개의 수신 근접전계 데이터를 원전계 빔 패턴으로 변환하여 디지털 다중 빔 형성 기능을 검증하고, 보어사이트에 대해서는 빔 패턴 및 주요 성능에 대한 결과를 제시하였다. 마지막으로, 측정된 수신 빔을 이용해 합/차 패턴을 생성하고, 모노펄스 기울기를 계산하였다. 측정된 모든 결과가 이상적인 빔 패턴 및 계산 결과와 매우 유사함을 보임으로써, 제안된 수신 근접전계 시험 구성 및 측정 결과에 대한 유효성을 검증하였다. Herein, we describe the receiving (Rx) near-field measurement of digital active phased array antennas applicable to multifunction radars. Because of the structural differences with analog active phased array antennas, it is difficult to apply the conventional Rx near-field test configuration. Therefore, we have proposed a configuration of a near-field test suitable for digital active phased arrays. In the simulation, the results are presented for the beam pattern distorted by the leakage signal generated in the near field test and the beam pattern corrected for these leakage signal. After which, based on these results, the measured near-field data is reviewed. Furthermore, by converting seven near-field data measured simultaneously with far-field patterns, multiple digital beam-forming features were verified, and for the boresight, the beam patterns and its main findings were presented. Finally, sum/difference patterns were generated with multiple Rx beams, and the monopulse slope was calculated. By demonstrating that all the measured results are very similar to the ideal beam patterns and the calculation results, the validity of the proposed Rx near-field test configuration with the measurement results is verified.

격리도 및 내구성이 개선된 X대역 이중루프 배열 안테나 설계

장도영(Doyoung Jang),왕성식(Sungsik Wang),주정명(JoungMyoung Joo),추호성(Hosung Choo) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.8

본 논문에서는 격리도 및 내구성을 고려하여 via cavity 구조를 적용한 적층형 X대역 이중루프패치 배열안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 방사체의 크기를 줄이고 대역특성을 향상시키기 위해 간접급전구조를 포함하는 이중루프패치안테나를 개별소자로 사용한다. 또한, 내구성이 좋으면서도 격리도 특성을 개선시킬 수 있는 via cavity 구조를 포함하고 있다. 제안된 안테나의 검증을 위해 측정결과를 FEKO, CST, HFSS을 사용한 시뮬레이션 결과와 비교하였고, 제안된 안테나가 X대역에서 정재파비 3:1 이하로 동작함을 확인하였다. 또한 안테나를 3×3배열했을 때, 스캔 영역(0°<θ< 90°, 0°<φ<360°)에 대해서 배열안테나의 능동정재파비를 조사한 결과, 모든 조향 방향에서 3.7 이하의 능동정재파비가 나타나는 것을 확인하였다. Here, we propose an X-band dual-loop patch array with improved mutual coupling and durability. To reduce the radiator size and improve the bandwidth characteristics, individual elements of the proposed array antenna employ a dual-loop patch antenna that includes an indirectly fed structure. The proposed antenna includes a via cavity structure, which is advantageous for improving the isolation characteristics durability. To verify the performance of the proposed antenna, the measurement results are compared to the simulation results using FEKO, CST, and HFSS. The subsequent results demonstrate that the proposed antenna operates in the X-band with a VSWR less than 3:1. We also examine the VSWR in the scan range (0°<θ< 90°, 0°<φ< 360°) of the 3 × 3 array antenna, which exhibits active VSWRs less than 3.7 in all scan directions.

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.

우주 감시 레이다에 적용 가능한 능동위상배열 안테나 설계 및 제작

권시원(Siwon Kwon),조수빈(SooBean Cho),주정명(JoungMyoung Joo),채희덕(Heeduck Chae),진형석(Hyung-Suk Jin),김동현(DongHyun Kim),노재우(JaeWoo Noh) 한국전자파학회 2024 한국전자파학회논문지 Vol.35 No.2

최근 증가하는 우주 쓰레기로 인해 인간의 우주활동이 위협받고 있으며, 이를 상시 감시하기 위한 우주 감시 레이다 개발이 필요하다. 본 논문에서는 모듈 단위의 확장을 통해 L-Band 우주 감시 레이다에 적용 가능한 8×8 모듈형 배열 안테나를 설계/제작하였다. 실제 우주 감시 레이다로의 넓은 빔 조향 범위(off-axis±45°)를 고려하여 조향 범위 내에서 개별소자의 능동반사계수의 목표 성능을 −7 dB 이하로 설정하여 열화를 최소화하였으며, 시스템 단위 통합 후 송수신 경로의 실시간 상태 점검 및 보정이 가능하도록 복사소자에 점검경로를 적용하였다. 또한, 빔 조향 시 발생할 수 있는 이득 저하를 방지하고자 6 dB 빔 폭은 120° 이상을 만족하도록 설계하였다. 설계/제작된 안테나의 성능은 시뮬레이션 및 측정을 통해 목표 성능을 만족하였음을 확인하였다. Human space activities can be threatened by the recent increase in space waste. Therefore, a space surveillance radar must be developed to continuously monitor them. In this study, an 8×8 modular active phased array antenna applicable to an L-band space surveillance radar was designed/produced through module-level expansion. Considering the actual wide beam steering range (off-axis ±45°) of the space surveillance radar, the active reflection coefficient of single elements within the steering range was minimized by setting to less than -7 dB. Additionally, the calibration path was applied to the radiation element to check and rectify the real-time state of the transmission/reception path after system-level integration. Furthermore, the design prevented gain reduction that might occur during beam steering and satisfied the 6 dB beam width of more than 120°. Simulations and measurements confirmed that the performance of the designed/produced antenna met the target performance.