우주 잔해물 감시레이더 적용을 위한 부배열 혼 조립체 설계 및 측정

Design and Measurement of the Sub-Array Horn Assembly for Space Debris Monitoring Radar Applications

본 논문에서는 우주 잔해물을 모니터링 하기 위한 S-대역 위상배열안테나를 위한 4×4 부배열 조립체를 설계, 제작하였다. 제안된 부배열 조립체는 고출력 및 고이득 특성을 얻기 위한 사각 혼 기반의 배열 안테나이다. 넓은 소자간 간격을 위해 그레이팅 로브 효과를 줄이기 위한 방사소자 설계 방법을 제시하였다. 부배열 조립체를 구성하는 각 소자의 인가 전력을 조정함으로써 그레이팅 로브에 의한 부엽이 감소함을 보였다. 또한 고각 방향의 빔틸트각에 따른 그레이팅 로브의 영향을 분석하였다. 본 논문의 결과를 확인하기 위하여 4×4 부배열 조립체를 제작 측정하였다. 설계된 사각 혼 소자에 저손실 도파관-동축선 어댑터를 연결한 후 16-포트의 전력 분배기를 통해 동일 전력 및 동일 위상을 공급하였다. 16-포트 전력 분배기를 포함한 부배열 조립체는 주파수 2.9~3.5GHz 범위 에서 -15.8dB 이하의 반사계수를 갖는다. 제작된 부배열 조립체는 21.7dBi의 이득, 12.2° 이하의 3dB 빔폭, -13.2dB 이하의 부엽 준위를 얻었다.

In this study,, a 4×4 sub-array assembly was designed and fabricated to realize an S-band phased array antenna for monitoring space debris. The proposed sub-array assembly employs rectangular horn elements to obtain high power and high gain performances. A design method is proposed for a single element to avoid grating lobes due to the larger spacing. The sidelobe levels at the grating lobes are reduced by adjusting the supplied powers at each element. The effects of varying the maximum beam pointing angles on the grating lobes were anlayzed. A 4×4 sub-array assembly was fabricated to verify the results. Each designed rectangular horn element was connected with the low-loss waveguide-to-coaxial transitions and combined with the 16-way power divider to provide equal power and phase to each input port. The sub-array included a 16-way power divider with a reflection coefficient of less than -15.8 dB over the frequency of 2.9~3.5 GHz. The fabricated sub-array assembly had a gain of 21.7 dB, a 3 dB beamwidth of less than 12.2°, and a sidelobe level of less than -13.2 dB.