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보고서 상세정보

차세대 이동통신용 역지향성 능동 안테나 배열에 관한 연구
Retrodirective Active Antenna Array for Advanced Digital Mobile Communication Systems

  • 주관연구기관

    진주산업대학교
    Jinju National University

  • 연구책임자

    전중창

  • 참여연구자

    김성우   이동현   김경열  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2004-06

  • 주관부처

    정보통신부

  • 사업 관리 기관

    정보통신산업진흥원

  • 등록번호

    TRKO201000017137

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Retrodirective array can reradiate the incoming signal back toward the source without a information processing circuity for the b...

    Retrodirective array can reradiate the incoming signal back toward the source without a information processing circuity for the beam-forming. The essentioal part for this feature is to achieve the phase conjugation for an incoming wave. The phase conjugation is to make the reflected wave from the array have the phase differece of180 degree with the incoming signal. Thwephase conjugation can be performed with a microwave mixer in which the LO frequency is almost double the RF frequency, where as the IF frequency os almost the same as the RF frequency.
    The scope of this research includes theoretical studies and the fabrication of circuits and antenna array for the retrodirective antenna. First, theoretical studies are worked out for the design filters, mixers, and array antennas.Secondly, some microwave circuits, such as filters, matching circuits, hybrid couplers, and mixers, are manufactured and measurements are carried out.


    1) 역지향성 (Retrodirctive) 안테나 배열의 동작 원리
    역지향성 안테나 배열은 beam-forming 신호처리부가 없이 임의의 방향으로 입사하는 전파에 대하여 그 방향으로 되돌려 복사하는 기능을 가지며 그 동작 원...

    1) 역지향성 (Retrodirctive) 안테나 배열의 동작 원리
    역지향성 안테나 배열은 beam-forming 신호처리부가 없이 임의의 방향으로 입사하는 전파에 대하여 그 방향으로 되돌려 복사하는 기능을 가지며 그 동작 원리는 그림 1을 참고로 설명할 수 있다.
    우선, 배열의 n번? 소자에 입사하는 전파를 고려하여, 임의의 방향으로 입사하는 입사퐈이 기준면 위상을 $\phi_{ref}$-0, 기준면과 안테나 입력단 사이의 거리를 $L_{n}$이라고 하면, 안테나 입력신호의 위상은 $\phi_{in put}$= -$k_{0}$$L_{n}$가 된다. 여기서 $k_{0}$는 자유공간 파수를 나타낸다. 공액 위상변위기의 위상변화를 $\Delta$$\phi$라고 하면, 안테나 출력신호의 위상 $\phi_{output}$은 다음과 같이 된다.
    $\phi_{output}$-$\phi_{input}$+$\Delta$$\phi$=-$k_{0}$$L_{n}$$\Delta$$\phi$
    이 신호가 기준면에 도달했을 ?의 위상 $\phi_{return}$
    $\phi_{return}$=$\phi_{output}$-2$k_{0}$$L_{n}$$\Delta$$\phi$
    이며, 입사 반대 방향으로 복사하기 위한 조건은 가 배열소자로부터의 복사파 위상이 기준면에서 동위상 (in-phase)으로 중첩되는 것이다. 기준면에서 복사파으 위상은 $\phi_{return}$=0로 놓으면, 위상변위기에서 $\Delta$$\phi$= 2$k_{0}$$L_{n}$을 만 족하면 된다. 따라서, 식 (1)로부터 안테나 출력신호 위상은
    $\phi_{output}$=-$k_{0}$$L_{n}$+$\Delta$$\phi$=$k_{0}$$L_{n}$
    이 되며, 이것은 입력신호 위상 $\phi_{input}$= -$k_{0}$$L_{n}$의 공액 위상임을 알 수 있다.
    2) 공액 위상변위기(Phase Conjugator)의 연구
    능동 역지향성 안테나의 공액 위상변위기는 주파수 혼합기(mixer)를 사용하여 구현할 수 잇다. 그림 2에 주파우 혼합기의 블록다이어그램을 보였다.
    LO신호 주파수와 RF신호 주파수를 각각 $f_{LO'}$$f_{RF}$라고 할 때, $f_{LO}$$\approx$$2f_{RF}$로 설정하면, 혼합기 IF단 출력신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.
    $V_{IF}$=$V_{rf}$cos(2$\pi$$f_{RF}$t+$$\phi$_{n}$)$\cdot$$V_{LO}$cos(2$\pi$$f_{LO}$t)=$\frac{1}{2}$$V_{RF}$$V_{LO}$[cos{2$\pi$($f_{LO}$-$f_{RF}$t)$\phi$_{n}$}+cos{2$\pi$($f_{LO}$+$f_{RF}$)t+$$\phi$_{n}$}] $\frac{BPF}{$\Leftrightarrow$}$ cos{2$\pi$($f_{LO}$-$f_{RF}$t)$\phi$_{n}$=cos(2$\pi$$f_{RF}$t-$$\phi$_{n}$)
    여기서 $\phi_{n}$은 RF입력신호 위상이며, IF 출력의 위상은 -$\phi_{N}$으로서 공액 위상이 됨을 볼 수 잇다. 이와 같이 혼합기회로를 적용하여 공액 위상변위기를 구현할 수 잇다.
    3) 역지향성(Retrodirective) 능동 안테나 배열연구
    역지향성 안테나 배열을 이용한 통신시스템의 개요를 그림 3에 도시하였다. 예를 들어 IMT-2000 대역에서 Down link와 Up link의 중심 주파수가 각각 1.99GHz 및 2.01GHz이라면, 그림 3과 같은 국성에서 4.0GHz의 LO신호를 시용하여 구현할 수 있다.
    본과제에서는 그림 3에 보인 바와 같이 4.0GHz의 LO 신호를 사용하여 Down link및 Up link의 중심주파수가 각각 1.99GHz 및 2.01GHz인 능동 안테나 배열이 제작되었다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 국문요약문 ...4
    4. 영문요약문 ...10
    5. 목차 ...13
    6. Contents...15
    7. 표목차 ...17
    8. 그림목차 ...18
    9. 제1장 서론 ...20
    10. 제2장 역지향성 안테나 및 혼합기의 이론적 고찰 ...2...
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 국문요약문 ...4
    4. 영문요약문 ...10
    5. 목차 ...13
    6. Contents...15
    7. 표목차 ...17
    8. 그림목차 ...18
    9. 제1장 서론 ...20
    10. 제2장 역지향성 안테나 및 혼합기의 이론적 고찰 ...22
    11. 2.1 역지향성 안테나 구조 및 주파수 혼합기의 원리 ...22
    12. 2.1.1 역지향성 안테나의 구조 ...22
    13. 2.1.2 혼합기의 정의 ...23
    14. 2.1.3 혼합기의 동작 및 원리 ...24
    15. 2.2 FET 혼합기의 구조 및 동작 원리 ...27
    16. 2.2.1 FET 혼합기의 구조 및 동작 원리 ...27
    17. 2.2.2 FET 혼합기의 특징 ...35
    18. 제3장 혼합기 회로의 설계 ...38
    19. 3.1 HEMT 등가회로 ...39
    20. 3.2 IF 정합회로 및 LPF 설계 ...43
    21. 3.3 Diplexer 및 RF 정합회로 설계 ...47
    22. 3.3.1 LO용 BPF 설계 ...47
    23. 3.3.2 RF용 LPF 설계 ...50
    24. 3.3.3 Diplexer 설계 ...53
    25. 3.4 HEMT 평형 혼합기의 설계 ...56
    26. 3.4.1 Rat-race 결합기 설계 및 제작 ...56
    27. 3.4.2 평형혼합기의 설계 ...61
    28. 3.5 역지향성 안테나 배열의 설계 ...64
    29. 3.5.1 역지향성 안테나 배열의 동작원리 ...64
    30. 3.5.2 역지향성 능동 안테나 배열의 설계 ...66
    31. 제4장 제작 및 측정 결과 ...68
    32. 4.1 Single-Ended 3-Port Gate 혼합기 ...68
    33. 가. 혼합기 회로 제작 ...68
    34. 나. 측정 결과 ...69
    35. 4.2 Single-Ended 2-Port Gate 혼합기 ...75
    36. 가. 혼합기 회로 제작 ...75
    37. 나. 측정 결과 ...76
    38. 4.3 Balanced 2-Port 혼합기 ...81
    39. 가. 혼합기 회로 제작 ...81
    40. 나. 평형 혼합기의 측정결과 ...82
    41. 4.4 역지향성 배열 안테나의 제작 및 측정 ...84
    42. 제5장 결론 ...89
    43. 참고문헌 ...90
  • 참고문헌

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