[논문]LHTL 위상변위기를 이용한 4×4 광대역 위상배열안테나

박순우; 김홍준

doi:10.5370/kiee.2017.66.2.379

LHTL 위상변위기를 이용한 4×4 광대역 위상배열안테나
4×4 Broadband Phased Array Antenna Using LHTL Based Phase Shifter 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.66 no.2, 2017년, pp.379 - 382

박순우 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungpook National University) , 김홍준 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungpook National University)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a $4{\times}4$ broadband phased array antenna using a Left-Handed Transmission Line (LHTL) based phase shifter. The phased array is constructed with sixteen quasi-Yagi antenna elements and the phase shifters, as well as four power dividers. A key component of the system, the LHTL based phase shifter is able to control a phase delay of incident waves linearly and continuously. The fabricated phased array antenna operate for a frequency range of 800 MHz (1.6 GHz~2.4 GHz). The beam scanning range of the $4{\times}4$ array antenna is ${\pm}27^{\circ}$ horizontally and vertically while the antenna gain is maintained with a variation of ${\pm}1.4dBi$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 메타물질의 1차원적 형태인 왼손법칙 전송선로(LHTL) 구조의 위상 변위기[7]를 이용하여 광대역 4x4 위상 배열 안테나를 제작, 그 특성을 고찰하였다. 안테나의 경우 광대역한 특성을 가지는 quiasi-Yagi 안테나[8]를 선정하였고, 왼손법칙 전송선로 구조의 위상 변위기를 통해 안테나 인가전류의 위상을 조절하였다.

제안 방법

위 식을 보면, 위상 배열 안테나의 빔 편향을 컨트롤하기 위해서는 위상 변위기의 성능이 아주 중요한데, 위상 변위기의 위상조절이 아주 정확하게 이루어진다면 빔을 원하는 각도로 정확하게 컨트롤 할 수 있다. 본 논문에서 사용한 위상변위기의 경우 버렉터 다이오드의 인가전압에 따라 원하는 위상을 손쉽게 구할 수 있기 때문에 제안하는 위상 배열 안테나의 경우 원하는 각도로 아주 정확하게 빔 편향이 가능하게 된다.
그림 5는 제작된 위상 배열 안테나이다. 본 논문에서는 광대역이며 지향성이 높은 Quasi-Yagi 안테나에 제작된 위상 변위기를 결합시켜 4×4 배열로 구성해 위상 배열 안테나를 제작하였다. 사용된 단일 Quiasi-Yagi 안테나의 반사계수는 그림 6과 같다.
본 논문에서는 버렉터 다이오드를 사용한 왼손법칙 전송선로구조의 위상 변위기를 이용하여 4×4 광대역 위상 배열 안테나를 설계하였다. 성능 측정 결과, 동작 주파수 대역폭이 1.

대상 데이터

본 논문에서는 메타물질의 1차원적 형태인 왼손법칙 전송선로(LHTL) 구조의 위상 변위기[7]를 이용하여 광대역 4x4 위상 배열 안테나를 제작, 그 특성을 고찰하였다. 안테나의 경우 광대역한 특성을 가지는 quiasi-Yagi 안테나[8]를 선정하였고, 왼손법칙 전송선로 구조의 위상 변위기를 통해 안테나 인가전류의 위상을 조절하였다. 무반향 측정실에서 수직 및 수평방향 빔 편향 각도와 안테나 이득을 측정한 결과 광대역한 주파수 범위에서 연속적인 빔 편향이 가능함을 확인하였다.

데이터처리

사용된 단일 Quiasi-Yagi 안테나의 반사계수는 그림 6과 같다. 실험은 무반향 측정실에서 진행하였으며 Labview를 이용해 각 위상변위기에 전압을 인가하였다.

성능/효과

본 논문에서는 버렉터 다이오드를 사용한 왼손법칙 전송선로구조의 위상 변위기를 이용하여 4×4 광대역 위상 배열 안테나를 설계하였다. 성능 측정 결과, 동작 주파수 대역폭이 1.6 GHz – 2.4 GHz로 800MHz의 광대역 특성을 보였고, 안테나의 최대 이득은 10.36 dBi, 빔 편향 범위는 상하좌우 56° ± 5°임을 확인할 수 있었다.

후속연구

본 논문에서 제안된 위상 배열 안테나는 간단한 형태로 구현이 가능하고 인가전압에 따른 선형적인 위상 변위가 가능하기 때문에 위상 배열 안테나의 빔을 원하는 방향으로 쉽게 조향할 수 있다. 이러한 특성은 향후 차량용 레이더 및 이미징 시스템, 무선전력전송 시스템 등에 다양하게 적용이 가능 할것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위상 배열 안테나는 어디에 주로 이용되고 있는가?	위상 배열 안테나는 다수의 안테나를 평면 또는 공간상에 배열한 후 각 안테나 급전 전류의 위상을 전기적으로 제어함에 따라 합성된 빔의 방향을 제어할 수 있는 안테나이다. 기존의 느린 기계식 빔 편향이 아닌, 전기적으로 빠른 빔 편향을 가능하게 함으로써 항공기나, 미사일 등의 추적 시스템에 널리 이용되고 있다[1][2]. 최근에는 통신 기술에도 적용되어 통신시스템에서 전자기 에너지를 송수신기 쪽으로 집중시킴으로써 효율을 높이는 스마트 안테나 시스템으로도 활용되고 있다[3].
	위상 배열 안테나란?	위상 배열 안테나는 다수의 안테나를 평면 또는 공간상에 배열한 후 각 안테나 급전 전류의 위상을 전기적으로 제어함에 따라 합성된 빔의 방향을 제어할 수 있는 안테나이다. 기존의 느린 기계식 빔 편향이 아닌, 전기적으로 빠른 빔 편향을 가능하게 함으로써 항공기나, 미사일 등의 추적 시스템에 널리 이용되고 있다[1][2].
	위상배열 안테나의 핵심은 무엇인가?	이러한 위상배열 안테나의 핵심은 단연 위상 변위기라 할 수 있다. 최근에는 반도체 기술과 제조공정 기술의 발달로 위상 변위기에 관한 다양한 연구가 선행되어 왔지만 대부분의 위상 변위기는 협대역 특성, 연속적인 위상 변위에 제약, 제한적인 위상변위범위 등과 같은 한계가 있다[4-6].

참고문헌 (8)

Wirth, Wulf-Dieter. Radar techniques using array antennas. Vol. 10. IET, 2001.
M. E. Russell, Future of RF technology and radars, Radar Conference, IEEE, pp. 11-16, Apr. 2007.
Han, Guodong, et al. "A novel hybrid phased array antenna for satellite communication on-the-move in Ku-band." IEEE Transactions on Antennas and Propagation 63.4 (2015): 1375-1383.

상세보기
G. Zomchek and S. Laxpati, S-band phased patch array design for satellite applications, In: IEEE Antennas Propagation Society International Symposium, Vol. 1A, Washington, D.C., 2005, pp. 338-341.
F. Ellinger, H. Jackel, and W. Bachtold, Varactor-loaded transmission-line phase shifter at c-band using lumped elements, IEEE Trans Microwave Theory Tech 51 (2003), 1135-1140.

상세보기
R.P. Hsia, W.-M. Zhang, C.W. Domier, and N.C. Luhmann, Jr, A hybrid nonlinear delay line-based broad-band phased antenna array system, IEEE Microwave Guided Wave Lett 8 (1998), 182-184.

상세보기
H. Kim, A.B. Kozyrev, A. Karbassi, and D.W. van der Weide, Linear Tunable Phase Shifter Using a Left-Handed Transmission Line, IEEE Microwave Wireless Compon Lett 15 (2005), 366-368.

상세보기
N. Kaneda, W.R. Deal, Y. Qian, R. Waterhouse, and T. Itoh, A broadband planar quasi-Yagi antenna, IEEE Trans Antennas Propag 50 (2002).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증