[논문]Ku-대역 FMCW 레이더용 전자식 빔 조향 배열 안테나 특성 검증

정채현; 이재민; 김민철; 이행수; 류성준; 장성훈

doi:10.7236/jiibc.2023.23.4.65

초록
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본 논문에서는 포토닉스 기반의 Ku-대역 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 시스템에 적용할 전자식 빔 조향 배열 안테나 설계, 제작 및 검증 단계에 대해서 기술한다. 본 시스템은 송신부와 수신부가 따로 구성되어 있으며, 송수신부에 동일 안테나를 적용하였다. 설계된 안테나는 2×8 배열 구조를 가지며, Ku-대역에서 동작한다. 16개의 복사 소자 개별로 정재파비 측정 및 배열 복사 소자 간 커플링 영향성을 확인하였다. 또한, 송신 시 수신 안테나로 넘어가는 전력으로 인한 시스템 영향성을 최소화 하도록 송신 안테나, 수신 안테나 간의 분리도 특성을 최적화 하였으며 측정을 통해 확인하였다. 최종적으로 근접전계 챔버에서 16개 복사 소자 각각 빔 패턴 측정하여 데이터 확보 후 빔 합성을 통하여 2×8 배열 안테나의 빔폭, 부엽준위 및 빔 조향 특성을 확인하였다.

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In this paper, the design, fabrication and verification steps of an electronically scanned array antenna(AESA) for a photonics-based Ku-band FMCW radar system is described. The presented system consists of a transmitter and a receiver respectively, which has a same antenna in the transceiver. The de...

In this paper, the design, fabrication and verification steps of an electronically scanned array antenna(AESA) for a photonics-based Ku-band FMCW radar system is described. The presented system consists of a transmitter and a receiver respectively, which has a same antenna in the transceiver. The designed antenna has 2×8 array configuration and operates at Ku-band. The VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) of each 16-radiators and the coupling power between radiators is measured. Also, in order to minimize the radar system damage because of handover power from the transmitter antenna to the receiver antenna when the transmitter works, the isolation between the transmitter antenna and the receiver antenna is optimized by test. As a result, beamwidth, side lobe level and beam steering characteristic are obtained by synthesizing each radiator pattern measurement data after each beam pattern of 16-radiators is measured in the near-field chamber.

주제어

표/그림 (14)

그림 그림 1. 단일 복사 소자 Fig. 1. Single radiator element
그림 그림 2. 2×8 배열 안테나 3D 모델 Fig. 2. 2×8Array antenna 3D Model
그림 그림 3. 2×8 배열 안테나 제작 형상 Fig. 3. 2×8 fabricated array antenna
그림 그림 4. 2×8 배열 안테나 포트 번호 Fig. 4. 2×8 array antenna port number
그림 그림 5. 포트별 능동반사계수 결과 Fig. 5. Results of active return loss at each port
그림 그림 6. 수신 시스템 구성도 Fig. 6. Block diagram of a receiver system
그림 그림 7. 송신 수신 안테나 제작 형상 Fig. 7. Fabricated Tx. & Rx. antenna
그림 그림 8. 분리도 시험 셋업 Fig. 8. Test setup for isolation
그림 그림 9. 송신 수신 안테나 포트 번호 Fig. 9. Tx. & Rx. antenna port number
그림 그림 10. 분리도 시험 결과 Fig. 10. Results of the isolation
그림 그림 11. 근접전계 시험 셋업 Fig. 11. Test setup for near-field measurement
그림 그림 12. 송신 안테나 복사 패턴 Fig. 12. Radiation pattern of Tx. antenna
그림 그림 13. 송신 안테나 빔 조향 시 복사 패턴 (-20, -15, º0, +15, +20 ) Fig. 13. Beamsteering radiation pattern of Tx. antenna (-20, -15, º0, +15, +20 )
표 표 1. 송신 안테나 복사 패턴 결과 Table 1. Results of Tx. antenna radiation pattern

참고문헌 (9)

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S. Yoo, M. Kim, S. Park, M. Kyung, S. Jang and J.？Shin, "Design of Photonics-Based FMCW Radar？Transceiver System," the Journal of KIEES,Vol. 32, No.？10, pp. 933-941, 2021.？DOI:http://doi.org/10.5515/KJKIEES.2021.32.10.933

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Young-Wan Kim, Hee-Duck Chae, Se-Hwan An,？Ji-Han Joo, "Radiator Design Method considering？Wide-Angle Beam Steering Characteristics of AESA？Radar," the Journal of IIBC, Vol. 22, No. 5, pp. 87-92,？2022.？DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2022.22.5.87

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정채현, 강맹창, 김민철, 이행수, 류성준, 장성훈, "Ku-band？광대역 배열안테나 설계" 한국전자파학회 하계종합학술대회,？Vol.10, No. 1, 2022.

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