다기능 레이다의 디지털 능동 위상 배열 안테나에 최적화된 이중 채널 부엽 차단 빔 패턴 형성에 관한 연구

주정명,이재민,박종국,진형석,강연덕,한일탁,김두수,이동국 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.1

일반적으로 안테나 빔 패턴의 부엽으로 들어오는 다양한 간섭 신호에 의해 레이다의 탐지 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 목적으로 주 안테나 외에 별도의 부엽 차단 안테나를 추가/운용한다. 본 논문에서는 물리적으로 추가되는안테나 없이 디지털 능동 위상 배열 안테나의 구조적인 특징을 이용하여 주 안테나 내 일부 배열 소자로 부엽 차단 안테나를 구성하고, 광 채널을 추가하여 주 안테나와 부엽 차단 안테나에 대한 다중 디지털 수신 빔 형성이 가능하도록 하였다. 주 안테나의 부엽을 모두 덮기 위한 부엽 차단 안테나 구조와 2개의 부엽 차단 빔 패턴을 생성하기 위한 소자별가중치 분포를 설계하였다. 설계한 부엽 차단 안테나의 가중치 분포를 디지털 능동 위상 배열 안테나에 적용하고 근접전계 시험을 통해 원전계 빔 패턴을 확인한 결과, 시뮬레이션과 같이 보어사이트를 포함한 빔 조향 시에도 2차원 공간상의전 영역에서 이중 채널 부엽 차단 안테나의 빔 패턴에 의해 주 안테나 빔 패턴의 부엽이 모두 덮였음을 확인하였다.

능동위상배열 안테나의 저피탐 특성 구현 및 검증

주정명,박시원,채희덕,박종국,최영조,이형기,한정윤,전정환 한국인터넷방송통신학회 2023 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.23 No.2

As the latest weapon systems and electronic equipments are increasingly demanding stealth technology to improve the survivability of allies, it is necessary to implement low-observability technology that reduces the radar cross section(RCS). In order to implement this stealth technology, a method for low RCS characteristics by applying a shape design or a electromagnetic wave absorber is widely used. However, active phased array antennas have structural limitations in shape design, also when a absorber is applied to it, the performance of the antenna is degraded. Therefore, in this paper, in order to realize the low RCS characteristics of the active phased array antenna operating in the X-band, individual radiating elements suitable for applying the radio wave absorber were selected, and a 13x13 array antenna was designed and manufactured. Next, by comparing the measured results of the relative RCS and electrical performance for the manufactured antenna according to the presence and type of the absorber, it is shown that the electrical performance is maintained at an equal or higher level while obtaining the low RCS characteristics. Thereby the method proposed in this paper for implementing the low RCS characteristics was validated. Finally, it was confirmed that when the wave absorber is applied to the array antenna, the limitation of its performance deterioration can be overcome.

완전 디지털 능동위상배열 안테나의 효과적인 부엽 차단 빔 형성 방법

주정명,박종국,임재환,이재민 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.4

In this paper, a digital active phased array antenna is briefly introduced and beam forming method for a dual-channel side-lobe blanking applied to blank the side-lobe of the main beam is described. Next, the antenna performance was verified from results of design and antenna near-field measurement for the antenna main beam and side-lobe blanking beam. Then, a single-channel side-lobe blanking beam forming method was proposed to reduce the number of channels than the existing system operating dual-channel side-lobe blanking beam and weight distribution for each element of the side-lobe blanking antenna was designed with the proposed method. Finally, the designed single-channel side-lobe blanking beam pattern and blanking ability were verified and compared with the dual-channel side-lobe blanking beam. In addition, by comparing/verifying the conventional dual-channel and the proposed single-channel side-lobe blanking beam patterns measured through the receiving near-field test of the digital active phased array antenna and their ability to blank side-lobe of the main beam, validity of the proposed method for forming single-channel side-lobe blanking beam was confirmed. 본 논문에서는 디지털 능동위상배열 안테나를 간략히 소개하고 주 빔의 부엽을 차단하기 위해 적용된 이중 채널부엽 차단 빔 형성 방법에 대해 기술하였다. 그리고 안테나 주 빔 및 부엽 차단 빔 설계 결과와 안테나 근접전계 측정결과로부터 안테나 성능을 검증하였다. 다음으로 기존의 이중 채널 부엽 차단 빔 운용 방식 보다 채널수를 줄이기 위해단일 채널 부엽 차단 빔 형성 방법을 제안하고, 제안한 방법으로 부엽 차단 안테나에 대한 소자별 가중치 분포를 설계하였다. 마지막으로 설계된 단일 채널 부엽 차단 빔 패턴과 차단 능력을 검증하고 이중 채널 부엽 차단 빔과 비교하였다. 또한, 디지털 능동위상배열 안테나의 수신 근접전계 시험을 통해 측정한 이중 채널 부엽 차단 빔과 제안된 단일 채널부엽 차단 빔 패턴 및 부엽 차단 성능을 비교/검증함으로써 제안된 부엽 차단 빔 형성 방법에 대한 유효성을 확인하였다.

다기능 레이다용 완전 디지털 능동 위상 배열 안테나의 송신 근접전계 시험

주정명,임재환,박종국,진형석,강연덕,한일탁,김두수,이동국 한국전자파학회 2019 한국전자파학회논문지 Vol.30 No.12

Recent advances in hardware have resulted in the introduction of an integrated transmit/receive single chip that can not only transmit and receive RF(Radio Frequency) signals, but also perform analog to digital data conversion. This makes it easier to develop elementlevel digital active phased array(DAPA) antennas. Owing to that, there is an increasing demand for the single chip in radar applications, including the multi-function radar. The transmitting(Tx) near-field measurement configuration applied to verify the performance of the traditional analog active phased array antennas is no longer applicable to DAPA antennas. Therefore, the Tx test configuration applicable to DAPA antennas was proposed. In this paper, the overall Tx near-field test procedure has been described through the proposed test configuration. The measured and ideal results were reviewed and compared. Additionally, considering the structural characteristics of DAPA antennas, a simpler EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) measurement method than the conventional one was presented. The validity of the proposed method was verified by comparing it with the results of conventional measurement and theoretical calculation.

완전 디지털 다기능 레이다의 송신 근접전계 시험에서 빔 패턴 보정에 관한 연구

주정명(JoungMyoung Joo),채희덕(Heeduck Chae),박종국(Jongkuk Park),진형석(Hyung-Suk Jin),강연덕(Yeon-Duk Kang),한일탁(Il-Tak Han),김두수(Doo-Soo Kim),이동국(Dong-Kook Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2

디지털 레이다의 근접전계 시험 시 필연적으로 발생하는 누설 신호는 각각의 측정 데이터 샘플에 영향을 미치게 된다. 비록 각각의 누설 신호는 아주 미약한 크기이기는 하나, 측정된 근접전계를 원전계 빔 패턴으로 변환할 때에는 그 성분이 누적되어 큰 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 근접전계 데이터의 백프로젝션(Back-Projection)을 통해 누설 신호를 효과적으로 제거하는 방안에 대해 검증하였다. 먼저 시뮬레이션에서는 노이즈 및 누설 신호 간 특성을 검토하고, 수학적으로 모델링된 근접전계 측정 신호를 모사하였다. 다음으로 보어사이트와 빔 조향된 경우에 대해 누설 신호가 안테나 빔 패턴에 미치는 영향성에 대해 분석하였다. 또한, 제안된 방법을 통해 근접전계 데이터로부터 누설 신호를 추출 및 제거하고 결과를 비교하였다. 마지막으로 시뮬레이션과 같은 방식으로 완전 디지털 다기능 레이다의 송신 근접전계 시험 시 측정된 데이터에 제안된 방법을 적용하여 누설 신호가 보정된 결과를 제시하였다. Leakage signals, inevitably generated during near-field measurement of a digital radar, affect the measured data samples. Although each leakage signal occurs at a very low level, the signals accumulate and have a significant effect when the measured near-field converts into a far-field beam pattern. In this study, we verified a method that effectively eliminates the leakage signals through back projection from the near-field data. In the simulation, the difference between the characteristics of the noise and leakage signal was examined, and the near-field measurement signal was simulated with mathematical modeling. Next, we analyzed the effect of leakage signals on antenna beam patterns in the case of boresight and beam steering. In addition, the leakage signals were extracted from the near-field data and removed using the proposed method, and the results were compared. Finally, the proposed method was applied to the measured data in the near-field test of a digital multi-function radar similar to the simulation, and the results of the leakage correction are presented.

완전 디지털 다기능 레이다에 적용 가능한 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험

주정명(JoungMyoung Joo),임재환(Jae-Hwan Lim),황성환(Sung-Hwan Hwang),박종국(Jongkuk Park),강연덕(Yeon-Duk Kang),한일탁(Il-Tak Han),김두수(Doo-Soo Kim),이동국(Dong-Kook Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2

본 논문에서는 다기능 레이다에 적용 가능한 디지털 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험에 대해 기술하였다. 먼저 아날로그형 능동 위상 배열 안테나와의 구조적인 차이로 인해, 기존의 수신 근접전계 시험 구성을 그대로 적용하기 어려우므로 디지털 능동 위상 배열 안테나에 적합한 수신 근접전계 시험 구성을 제안하였다. 시뮬레이션에서는 근접전계 측정 시 발생한 누설 신호에 의해 왜곡된 빔 패턴과 누설 신호 보상 결과를 제시하고, 이 결과를 바탕으로 측정된 근접전계 데이터를 검토하였다. 또한, 동시 측정된 7개의 수신 근접전계 데이터를 원전계 빔 패턴으로 변환하여 디지털 다중 빔 형성 기능을 검증하고, 보어사이트에 대해서는 빔 패턴 및 주요 성능에 대한 결과를 제시하였다. 마지막으로, 측정된 수신 빔을 이용해 합/차 패턴을 생성하고, 모노펄스 기울기를 계산하였다. 측정된 모든 결과가 이상적인 빔 패턴 및 계산 결과와 매우 유사함을 보임으로써, 제안된 수신 근접전계 시험 구성 및 측정 결과에 대한 유효성을 검증하였다. Herein, we describe the receiving (Rx) near-field measurement of digital active phased array antennas applicable to multifunction radars. Because of the structural differences with analog active phased array antennas, it is difficult to apply the conventional Rx near-field test configuration. Therefore, we have proposed a configuration of a near-field test suitable for digital active phased arrays. In the simulation, the results are presented for the beam pattern distorted by the leakage signal generated in the near field test and the beam pattern corrected for these leakage signal. After which, based on these results, the measured near-field data is reviewed. Furthermore, by converting seven near-field data measured simultaneously with far-field patterns, multiple digital beam-forming features were verified, and for the boresight, the beam patterns and its main findings were presented. Finally, sum/difference patterns were generated with multiple Rx beams, and the monopulse slope was calculated. By demonstrating that all the measured results are very similar to the ideal beam patterns and the calculation results, the validity of the proposed Rx near-field test configuration with the measurement results is verified.

콘크리트 벽의 비파괴검사를 위한 초광대역 레이더의 2차원 FDTD 시뮬레이션에서 안테나 모델링의 영향

주정명(Jeong-Myeong Joo),홍진영(Jin-Young Hong),신상진(Sang-Jin Shin),김동현(Dong-Hyeon Kim),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.1

본 논문에서는 초광대역 벽 투과 레이더를 이용한 벽 내부 진단에 대한 유한차분 시간영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션과 데이터 처리 기술에 대한 연구를 소개한다. 본 연구에서는 2차원 FDTD 기법을 이용하여 실제 측정과 유사한 조건으로 시뮬레이션을 수행하기 위해 우선 전파의 감쇄, 투과 특성, 해상도 등을 고려하여 0.3∼7 ㎓의 초광대역을 갖는 반대 극성 비발디 안테나(anti-podal vivaldi antenna)를 설계/제작하였다. 다음으로 제작된 안테나의 방사 패턴을 측정한 후 이것을 FDTD 시뮬레이션의 소스로 사용하여 콘크리트벽 경계면과 벽 내부의 금속으로부터 반사된 데이터를 얻었다. 다음으로 이 데이터를 처리하고 레이더 영상을 생성하여 벽 내부를 관찰하였다. FDTD 시뮬레이션에서는 일반적으로 사용되고 있는 등방성 점 소스와 다항식으로 측정된 방사 패턴을 근사화하여 소스로 적용한 2가지 경우에 대해 비교하였으며, 그 결과, 안테나 패턴을 적용했을 경우 등방성 점 소스를 사용한 경우에 비해 최대 약 2.5 ㏈ 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있었다. This paper presents a finite-difference time-domain(FDTD) simulation and a data processing technique for radar sensing of the internal structure of a wall using an ultra-wide band antenna. We first designed an ultra-wide band anti-podal vivaldi antenna with a frequency range of 0.3∼7 ㎓ which is chosen to be relatively low after considering the characteristics of wave attenuation, wall penetration, and range resolution. In this study the two-dimensional FDTD technique was used to simulate a wall-penetration-radar experiment under practical conditions. The next, the measured radiation pattern of the practical antenna is considered as an equivalent source in the FDTD simulation, and the reflection data of a concrete wall and targets are obtained by using the simulation. Then, a data processing technique has been applied to the FDTD reflection data to get a radar image for remote sensing of the internal structure of the wall. We compared the two different source excitations in the FDTD simulation; (1) commonly-used isotropic point sources and (2) polynomial curve fitting sources of the measured radiation pattern. As a result, when we apply the measured antenna pattern into the FDTD simulation, we could obtain about 2.5 ㏈ higher signal to noise level than using a plane wave incidence with isotropic sources.

우주 감시 레이다에 적용 가능한 능동위상배열 안테나 설계 및 제작

권시원,조수빈,주정명,채희덕,진형석,김동현,노재우 한국전자파학회 2024 한국전자파학회논문지 Vol.34 No.2

최근 증가하는 우주 쓰레기로 인해 인간의 우주활동이 위협받고 있으며, 이를 상시 감시하기 위한 우주 감시 레이다개발이 필요하다. 본 논문에서는 모듈 단위의 확장을 통해 L-Band 우주 감시 레이다에 적용 가능한 8×8 모듈형 배열안테나를 설계/제작하였다. 실제 우주 감시 레이다로의 넓은 빔 조향 범위(off-axis±45°)를 고려하여 조향 범위 내에서개별소자의 능동반사계수의 목표 성능을 −7 dB 이하로 설정하여 열화를 최소화하였으며, 시스템 단위 통합 후 송수신경로의 실시간 상태 점검 및 보정이 가능하도록 복사소자에 점검경로를 적용하였다. 또한, 빔 조향 시 발생할 수 있는이득 저하를 방지하고자 6 dB 빔 폭은 120° 이상을 만족하도록 설계하였다. 설계/제작된 안테나의 성능은 시뮬레이션및 측정을 통해 목표 성능을 만족하였음을 확인하였다. Human space activities can be threatened by the recent increase in space waste. Therefore, a space surveillance radar must be developed to continuously monitor them. In this study, an 8×8 modular active phased array antenna applicable to an L-band space surveillance radar was designed/produced through module-level expansion. Considering the actual wide beam steering range (off-axis ±45°) of the space surveillance radar, the active reflection coefficient of single elements within the steering range was minimized by setting to less than −7 dB. Additionally, the calibration path was applied to the radiation element to check and rectify the real-time state of the transmission/reception path after system-level integration. Furthermore, the design prevented gain reduction that might occur during beam steering and satisfied the 6 dB beam width of more than 120°. Simulations and measurements confirmed that the performance of the designed/produced antenna met the target performance.

자동화기에서 자탄 탐지를 위한 모델링 및 시뮬레이션 방법

신승용,나형기,주정명,박준태,이행수 한국전자파학회 2024 한국전자파학회논문지 Vol.34 No.1S

In a closed-in weapon system, the gun fire control system protects the battleship from threatening targets, such as enemy aircraft, guided missiles, and high-speed permeable tablets. This paper describes the techniques of a shooting point calculation model and bullet trajectory modelling to detect a bullet target for automatic hit point correction (AHPC) in a gun fire control system. It also presents signal processing algorithms such as pulse-Doppler radar, constant false alarm rate, monopulse error calculation, and clustering. To demonstrate the performance of the proposed method, we compared the fire table results of the goalkeeper system with the modeling and simulation results of the proposed method. 근접방어무기체계에서 자동화기는 군 함정에 탑재하여 적 항공기, 유도탄 및 고속 침투정 등의 위협표적으로부터 자함을 방어하기 위한 무기체계이다. 본 논문은 자동화기의 자동탄착수정에서 자탄 탐지를 위해 사격 조준점 계산 모델및 탄 궤적 모델링 방법에 대해서 기술한다. 또한 펄스-도플러, CFAR, 모노펄스 오차계산 및 클러스터링 신호처리 알고리즘에 대해서 나타낸다. 제시한 방법의 성능을 보여주기 위해서 본 논문에서는 골키퍼 시스템의 사표결과와 제시한방법의 모델링 및 시뮬레이션의 결과를 비교하여 이에 대한 비교 결과를 보여준다.

다기능레이다에 적용 가능한 디지털배열안테나 시스템의 실시간 디지털다중빔형성기 설계

황성환,김한생,임재환,주정명,이기원,권민상,김우성 한국군사과학기술학회 2022 한국군사과학기술학회지 Vol.25 No.2

In this paper, we implement a digital multi-beamformer using FPGA(Field Programmable Gate Array) which has advantages in parallel and real-time data processing. This is accomplished through the use of not only high-speed data communication but also multiple beam forming, which is currently required by MFR(Multi Function Radar). As a result, the beamformer can process 24 Gbps throughput in real-time and form 5 digital beams at the same time. It is also compared to the results of Matlab simulations. We demonstrate how an implemented beamformer can be used in an MFR system by using a digital array antenna.