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배열안테나 패턴 측정 거리에 따른 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 성능 분석
Analysis of Direction Finding, Interference Cancellation, and Beamforming Performance by Array Antenna Pattern Measurement Distance 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.21 no.6 = no.87, 2017년, pp.593 - 600  

고요한 (LIG넥스원 C4I연구소) ,  강행익 (LIG넥스원 핵심기술연구소) ,  이철수 (LIG넥스원 C4I연구소) ,  김도경 (LIG넥스원 C4I연구소) ,  김갑진 (국방과학연구소 3-4) ,  박영범 (국방과학연구소 3-4)

초록
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본 논문에서는 배열안테나의 패턴을 측정하기 위한 배열안테나와 기준 신호원 사이의 거리에 따른 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 성능을 분석한다. 배열안테나는 무선통신, 레이더, 소나 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 배열안테나를 사용하기 위해서는 배열안테나의 패턴을 알고 있어야 하며, 배열안테나의 패턴은 무반향 챔버에서 측정을 통해 얻을 수 있다. 하지만 무반향 챔버의 크기는 제한적이기 때문에 거리에 따른 측정 오차가 발생하게 된다. 이는 배열안테나를 사용하는 방향탐지, 간섭제거, 빔형성의 성능 저하를 유발시킨다. 본 논문에서는 컴퓨터 모의실험을 통해서 배열안테나 패턴 측정 거리에 따른 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 성능을 분석하여 결과를 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper analyzes the performances of direction finding, interference cancellation, and beamforming performance by array antenna pattern measurement distance between the center of array antenna and reference emitter. Array antenna is widely adopted for example as wireless communications, radar, an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 무반향 챔버에서 배열안테나의 패턴 측정 시 배열안테나와 기준 신호원 사이의 거리에 따른 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 기법에 대한 성능을 비교하였다. 본 논문에서는 5소자로 구성된 등간격 원형 배열안테나를 고려하였다.
  • 본 논문에서는 배열안테나의 패턴 측정거리에 따른 배열안테나의 패턴 오차와 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 성능을 분석한다. 그리고 컴퓨터 모의실험을 통해서 각 기술의 성능을 분석하여 결과를 제시한다.

가설 설정

  • 방향탐지, 간섭제거, 빔형성 기술에서 배열안테나를 적용하는 경우에 일반적으로 각 안테나 소자는 등방성(isotropic)이고, 배열안테나에 수신되는 신호는 평면파(plane wave)를 가정한다[4]. 이를 바탕으로 배열 안테나의 안테나 패턴(어레이 매니폴드(array manifold) 데이터 또는 조향벡터(steering vector) 집합)이 정의되고, 이를 사용하여 방향탐지, 간섭제거, 빔형성을 수행한다.
  • 각 안테나 소자에 수신되는 신호는 각 안테나 소자가 배치된 위치에 따라서 서로 다른 위상지연을 갖고 수신된다. 여기에서 각 안테나 소자는 등방성이고, 수신되는 신호는 평면파임을 가정한다. 즉, 신호원이 배열안테나와 충분히 이격되어 있음을 가정한다.
  • 여기에서 각 안테나 소자는 등방성이고, 수신되는 신호는 평면파임을 가정한다. 즉, 신호원이 배열안테나와 충분히 이격되어 있음을 가정한다. [θ, ∅]는 입사각으로 각각 앙각(elevation angle)θ∊ [0, π/2]과 방위각(azimuth angle)∅∊ [0, 2π)을 나타낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배열안테나는 통신 분야에서 어떤 용도로 사용하는가? 다수의 안테나 소자를 사용하는 배열안테나는 무선 통신, 레이더, 소나 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 통신 분야에서는 서비스 커버리지(coverage) 확장, 공간 다이버시티(diversity), 간섭 신호 제거, 수신 신호 대 간섭비(SNR; signal to noise power ratio) 증가 등을 위해 사용된다. 또한 레이더나 소나 분야에서는 미상 물체에 대한 추적, 미상 신호에 대한 방향 및 위치 추정 등을 위해 사용된다.
안테나 이득 측정 시 오차가 매우 작은 이유는? 이로 인해 입사신호는 평면파가 아니고, 구 모양의 파로 배열안테나에 입사되어 거리에 따른 위상 오차가 추가로 발생한다. 안테나 이득을 측정하는 경우에는 일반적으로 알려진 far-field 만큼 이격시켜서 안테나 이득을 측정하면, 1 dB 이하의 오차만을 가지기 때문에 이득에 대한 오차는 매우 작다[6], [7]. 하지만 간섭제거나 방향탐지와 같이 각 소자의 위상 정보를 이용하는 경우에는 큰 성능 오차를 갖게 된다.
배열안테나를 사용하는 기법은 무엇을 이용하는가? 배열안테나를 사용하는 기법은 각 안테나 소자에 수신되는 신호의 공간영역 특성을 이용하여 수행된다. 배열안테나의 공간영역 특성은 각 소자의 배치에 의해 결정되며, 배치에 따라서 다양한 특성을 갖는다.
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참고문헌 (10)

  1. L. C. Godara, Smart Antennas, CRC Press, 2004. 

  2. J. C. Liberti and R. S. Rappaport, Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, Prentice Hall PTR, 1999. 

  3. Y. H. Ko, Y. J. Kim, H. I. Yoo, W. Y. Yang, and Y. S. Cho, "2-D DoA Estimation with Cell Searching for a Mobile Relay Station with Uniform Circular Array," IEEE Tran. on Communications, Vol. 58, No. 10, pp. 2805-2809, Oct. 2010. 

  4. H. L. V. Trees, Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory, Wiley-Interscience, 2002. 

  5. B. R. Jackson, S. Rajan, B. J. Liao, and S. Wang, "Direction of Arrival Estimation Using Directive Antennas in Uniform Circular Arrays," in IEEE Tran. on Antennas and Prop., Vol. 63, No. 2, pp. 736-747, Feb. 2015. 

  6. C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, WILEY, 2005. 

  7. A. D. Yaghjian, "An Overview of Near-Field Anteanna Measurements," in IEEE Tran. on Anteannas and Prop., Vol. AP-34, No. 1, pp. 30-45, Jan. 1986. 

  8. B. Liao, Z. Zhang, and S. Chan, "DOA Estimation and Tracking of ULAs with Mutual Coupling," IEEE Tran. on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 48, No. 1, pp. 891-905, Jan. 2012. 

  9. Z. Huang, C. A. Balanis, and C. R. Birtcher, "Mutual Coupling Compensation in UCAs: Simulations and Experiment," in IEEE Tran. on Antennas and Prop., Vol. 54, No. 11, pp. 3082-3086, Nov. 2015. 

  10. R. Roy, and T. Kailath, "ESPRIT-estimation of signal paramters via rotational invariance techniques," in IEEE Tran. on Acoust. Speech Signal Process., Vol. 37, No. 7, pp. 984-995, July1989. 

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