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위성통신 능동 위상배열 안테나에서 주파수 스캔 효과로 발생하는 빔 지향 오차의 보상
Correction of Beam Direction Error caused by Frequency Scan Effect in Active Phased Array Antenna for Satellite Communications

전순익   (한국전자통신연구원CC0186800  ); 오승엽   (충남대학교 전자공학과UU0001302  );
  • 초록

    본 논문에서는 위성통신용 능동 위상배열 안테나에서 주파수 스캔 효과에 의하여 발생하는 안테나 빔 패턴의 지향 오차를 보상하는 방법을 제안한다. 능동 위상배열 안테나가 두 개의 빔 패턴을 위하여 두 개의 배열이 직렬 연결되고 배열 수가 비대칭인 경우에, 두 빔의 적용 주파수가 다르고 주파수 간격이 크며 빔 폭이 좁고 스캔각이 크면 안테나는 주파수 스캔 효과에 의해 빔 지향 오차가 발생한다 제안되는 수식을 사용하면, 빔 지향오차 각을 예측하여 계산할 수 있으며 이를 보상하는 능동 위상배열 안테나의 위상제어 값을 계산할 수 있다. 본 논문에서는 첫째 층 32 $\times$ 4 배열과 둘째 층 4 $\times$ 2 배열 구조로부터 두 개의 안테나 빔을 가지고, 7.25 GHz~7.75 GHz 주파수 대역에서 두 빔의 주파수 편차가 최대 500 MHz(6.7 %)이며, 주파수 스캔 범위가 0 $^{\circ}$ ~ $\pm$ 35 $^{\circ}$ 이고, 35.6 dBi 이득과 2.2 $^{\circ}$ 의 3 dB 빔 폭을 가지는 능동 위상배열 안테나 시스템을 제작하고, 주파수 스캔효과에 의한 빔 지향 오차를 제안된 방법의 적용 전과 적용 후에 측정 비교하였다. 주파수 스캔 효과에 의한 빔 지향 오차는 보상 전에 최대 2.5 $^{\circ}$ 였으나, 보상 후에는 최대 0.2 $^{\circ}$ 오차로 감소하였다. 제안된 보상으로 안테나 시스템은 7 dB 신호감쇄가 보상되었다. 제안된 보상으로 능동 위상배열 안테나는 통신을 위한 목표 위성을 정확하게 지향할 수 있다.


    In this paper, the correction method of antenna beam direction errors is introduced which caused by frequency scan effect in active Phased may antenna for satellite communications. The antenna makes the beam directional error from frequency scan effect when it has dual beam may structure with asymmetrical series connection, their frequencies are different and for from each other, their 3dB beamwidth is narrow, and scan range is wide. By proposed equations, estimated beam direction error angles can be calculated and active phase shifter control values also can be calculated to compensate them. In this paper, the active phased array antenna system was fabricated to measure beam direction errors both before and after correction, which has dual beam from 32 ${\times}$ 4 main level array and 4 ${\times}$ 2 second level array, frequency deviation 500 MHz max.(6.7 %) at 7.25 GHz∼7.75 GHz ranges, 0 $^{\circ}$ ∼ ${\pm}$ 35 $^{\circ}$ nm ranges, and 35.6 dBi gain with 2.2 $^{\circ}$ 3 dB beam width. Its beam direction error by frequency san effect which was 2.5 $^{\circ}$ max., was reduced to 0.2 $^{\circ}$ max. after correction. This was 7 dB improvement of signal loss. The active phased array antenna can accurately track the target satellite for communications by this proposed correction method.


  • 주제어

    Beam Direction Error .   Frequency Scan Effect .   Active Phased Array Antenna.  

  • 참고문헌 (10)

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    6. R. C. Hansen, Phased Array ANTENNAS, John Willy & Sons, pp. 17-25, 1998 
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    1. 1998 "이중공진 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 연구" 韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science 9 (4): 515~525    
    2. 1999 "이동체 위성방송 수신 안테나용 레이돔 설계" 電子工學會論文誌. Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics. D d36 (2): 11~19    
    3. 1999 "Ka대역 위상배열안테나 기술" 정보통신 : 한국통신학회지 = The journal of the Korean Institute of Communication Sciences 16 (9): 17~27    
    4. 1999 "이동체 탑재 DBS 안테나 시스템" 위성통신과 우주산업 = Satellite communications and space industry 7 (2): 125~132    
    5. 2000 "적층형 Cavity-Backed 원형 마이크로스트립 안테나 해석 및 구현에 관한 연구" 韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science 11 (1): 37~45    
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