초록 ▼

본 연구의 최종목표는 차세대 유·무선 통합 통신망에서 광대역 신호의 고 지향성 무선 전파와 다중 빔 주사 전송을 위한 위상 배열 안테나의 성능을 극대화시킬 수 있는 광 실시간 지연선로 빔 성형망의 새로운 구조 창출에 있다.
본 연구에서는 광대역 PAA를 위한 광 TTD 빔 성형망의 새로운 구조 창출에 최종 목표를 두고, 1) 광 MEMS 스위치와 광섬유 지연선로들의 조합을 이용한 빔 성형망, 2) 개선된 FBG 프리즘 방식을 이용한 빔 성형망, 그리고 3) 광 TTD로 구동되는 PAA의 구조 설계 및 성능 입증을 위한 전산모의

본 연구의 최종목표는 차세대 유·무선 통합 통신망에서 광대역 신호의 고 지향성 무선 전파와 다중 빔 주사 전송을 위한 위상 배열 안테나의 성능을 극대화시킬 수 있는 광 실시간 지연선로 빔 성형망의 새로운 구조 창출에 있다.
본 연구에서는 광대역 PAA를 위한 광 TTD 빔 성형망의 새로운 구조 창출에 최종 목표를 두고, 1) 광 MEMS 스위치와 광섬유 지연선로들의 조합을 이용한 빔 성형망, 2) 개선된 FBG 프리즘 방식을 이용한 빔 성형망, 그리고 3) 광 TTD로 구동되는 PAA의 구조 설계 및 성능 입증을 위한 전산모의실험 분야를 연구하였다.
광 MEMS 스위치와 광섬유 지연선로들의 조합을 이용한 빔 성형망 연구에서는 크로스 포트에 광섬유 지연선로가 연결된 2×2 광 MEMS 스위치들로 구성된 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 새로운 구조의 광 TTD를 제안하였다. 1차년도에는 10-GHz 선형 PAA용 광 TTD 구조를 제안하고 제작하였으며, 2, 3차년도에는 평면 PAA를 위한 광 TTD 구조를 제안하였다. 또한 2-비트×4-비트 광 TTD를 제작하고 성능을 평가하였다.
개선된 FBG 프리즘 방식을 이용한 빔 성형망 연구에서는 FBG와 금속 박막을 이용한 새로운 TTD 구조를 제안하였고, 10-GHz 선형 PAA용 TTD를 제작하였다. 또 한, 이 구조와 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 광 TTD 구조를 결합시킨 평면 PAA용 광 TTD를 제안하였고, 2-비트×4-비트 광 TTD를 제작한 후 성능을 평가하였다.
마지막으로, 광 TTD를 이용한 PAA 구조 설계 및 성능 입증을 위한 전산 모의 실험에서는 마이크로 스트립 안테나 소자를 사용한 10-GHz 선형 및 평면 PAA를 설계하였고, 전산 모의실험으로 측정한 안테나 방사 패턴의 특성을 고찰하여 후속 과제인 PAA 시스템 연구를 위한 기초를 마련하였다.
광섬유 지연선로 행렬과 파장 고정 광원을 이용한 PAA용 광 TTD 연구에서는 단일 파장 광원과 2×2 광 MEMS 스위치로 선택되는 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 새로운 구조의 위상배열 안테나용 광 TTD를 제안하였고 10-GHz PAA용 3-비트와 4-비트 광 TTD를 구현하였다. 이 TTD 구조는 MEMS 스위치를 이용하여 시간지연을 선택하기 때문에 구동 시간이 빠르며( ≤200μs), 스위치가 열(column) 단위로 절체되는 알고리즘을 사용하였기 때문에 손실에 의한 빔 주사각 오차가 0.25 0이하(빔주사각이 -28.7 0인 경우)로 예측된다. 또한, 단일 파장 광원을 사용하였기 때문에 시스템의 안정성이 우수하다.
개선된 FBG 프리즘 방식의 TTD 연구에서는 FBG 프리즘 각 팔의 광섬유 단면 에 금속 박막을 증착시킨 구조를 제안하였고, 10-GHz PAA용 광 TTD를 제작하였다.
이 구조는 FBG 개수를 줄일 수 있기 때문에 경제적이다.
주사 빔의 방향성과 이득을 높이기 위하여 수행한 2차원 PAA를 위한 TTD 구조 연구에서는 2종류의 TTD 구조를 제안하였다. 첫 번째는 2×2 광 MEMS 스위치로 선택되는 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 광 TTD와 FBG 프리즘 방식의 TTD를 결합한 2차원 TTD 구조로서, FBG들의 최소 간격이 사용가능한 RF 최대 주파수를 결정하는 데, 현재 FBG 제작 기술로는 1-GHz이하에서 동작이 가능하다. 두 번째 구조는 2×2 광 MEMS 스위치로 선택되는 광섬유 지연선로 행렬 2개 조로 구성된 2차원 광 TTD 구조로서 FBG 프리즘을 사용하는 방식과 달리 제작이 용이하며, 사용 RF 주파수가 높고, 구동 시간이 빠르며, 높은 안정성을 갖는다.
10-GHz PAA의 전산모의실험에서는 급전 방식(Uniform, Dolph Chebychev)이 방사 패턴에 미치는 영향, 선형 및 평면 PAA의 방사 패턴 비교 연구, 마이크로 스트립 패치 안테나의 특성 연구, 그리고 10-GHz 안테나 소자의 제작 및 특성 측정에 대하여 연구하였다.

Abstract ▼

The ultimate goal of this research is to create a novel optical true time-delay beam forming network for phased array antenna systems in the next generation integrated communication networks, capable of transmitting broadband signals with high directivity and in multiple directions.
With the goal

The ultimate goal of this research is to create a novel optical true time-delay beam forming network for phased array antenna systems in the next generation integrated communication networks, capable of transmitting broadband signals with high directivity and in multiple directions.
With the goal to create a novel optical true time-delay beam forming network for broadband phased array antenna systems, we performed the research in three areas of 1) optical TTD composed of optical MEMS switches and fiber-optic delay lines, 2) optical TTD using FBG prism to obtain better performance, and 3) design and performance simulation of PAAs.
For the study on optical TTD composed of optical MEMS switches and fiber-optic delay lines, we proposed a novel optical TTD with fiber optic delay line matrices consisting of 2X2 optical switches with an optical fiber delay line connected between cross ports. Optical TTD for 10-GHz linear PAAs was proposed and fabricated in the first year. In the consecutive years, optical TTDs for 10-GHz linear PAAs were proposed. A 2-bit X 4-bit optical TTD for 10-GHz planar PAAs was fabricated and its characteristics were investigated.
To create optical TTD with better performance using FBG prism, a novel TTD using cascaded FBGs and a metal film deposited on the end of fiber strand was proposed and an optical TTD for 10-GHz linear PAAs was fabricated. A two-dimensional TTD for planar PAAs was proposed and a 2-bit X 4-bit optical TTD was implemented and investigated.
Finally, design of 10-GHz linear and planar PAAs using micro-strip antenna elements was carried out. By investigating the simulation of radiation patterns carefully, we laid a foundation for the upcoming PAA systems study.
In the study on optical TTD consisting of fiber optic delay line matrices and a wavelength-fixed source, a novel optical TTD was proposed with a single wavelength-fixed source and fiber optic delay line matrices controlled by 2X2 optical MEMS switches. 3-bit and 4-bit optical TTDs for 10-GHz PAAs were fabricated. This TTD offers the advantages of fast beam scanning of ≤200μs due to the MEMS switches, small variation of main beam angle less than 0.25 0 at a main beam angle of $-28.7^0$ since the switches are operated on a columnar basis, and stable operation because of the single wavelength source.
In the study of optical TTD using FBG prism to obtain better performance, a novel TTD using cascaded FBGs and a metal film deposited on the end of fiber strand was proposed and one for 10-GHz linear PAAs was built. Since the number of FBGs are reduced, this structure becomes economical.
We proposed two different types of two-dimensional TTDs in order to improve directivity and increase gain. The first type was composed of fiber-optic delay-line matrix TTD and FBG prism TTD. In this structure, the minimum distance between adjacent FBGs determines the maximum RF frequency. With current fabrication technique, the maximum frequency is estimated to be about 1-GHz. The second one was composed of two sets of cascaded fiber-optic delay-line matrix TTDs. This type is better than the first one due to easy fabrication, high RF frequency, fast beam scanning, and high stability.
In the simulation of 10-GHz PAAs, several important aspects of PAAs were investigated such as effect of feed types on the radiation patterns, comparison of radiation patterns between linear and planar PAAs, characteristics study for micro-strip patch antennas, and fabrication and experimental measurement of a 10-GHz antenna element.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 3. 결과 및 고찰...25
• 4. 결론...86
• 5. 인용문헌...88
• 6. 연구성과...90