위상배열안테나의 위상 제어 기반 빔 형성을 위한 수정된 가중 최소제곱법에 관한 연구

A Study on the Modified Weighted Least Squares Method for Phase-only Beamforming in Phased Array Antennas

위상배열안테나 시스템은 각 방사소자에 대한 여기 신호의 위상 제어를 통해, 특정 빔 형상에 대응한 빔을 형성할 수 있다. 위상 제어만을 기반으로 요구 빔 형상에 대응한 빔을 형성하기 위해서는 여기 신호의 위상 가중치를 산출할 수 있어야 한다. 이를 위한 대표적인 방법으로 수정된 최소제곱법(Modified Least Squares Method, M-LSM)이 있다. 그러나 M-LSM의 경우 목적함수에 대한 오차가 주엽 영역에서 크게 나타나기 때문에 부엽 영역에서는 상대적으로 빔 형상 적합도가 낮게 나타나는 문제가 있다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해소하기 위해 수정된 가중 최소제곱법(Modified Weighted Least Squares Method, M-WLSM)을 제시하였다. 다양한 요구 빔 형상에 대하여 M-LSM과 M-WLSM을 이용하여 모의실험을 수행하였으며, 각 방법에 의해 형성된 빔에 대한 비교 분석을 통해 M-WLSM의 빔 형상 적합도 성능을 검증하였다.

A phased array antenna system can form a beam corresponding to a desired beam pattern by controlling the phase of the excitation signal. To achieve beamforming based on phase-only control, appropriate phase weights for the excitation signals must be computed. Among various approaches, the Modified Least Squares Method (M-LSM) is a representative technique for this purpose. However, in the case of M-LSM, the error in the objective function is heavily influenced by the mainlobe region, which results in relatively poor beam pattern conformity in the sidelobe region. To address this issue, this paper proposes a Modified Weighted Least Squares Method (M-WLSM). To evaluate performance, simulation experiments were carried out using multiple target beam patterns, applying both M-LSM and M-WLSM. Comparative analysis demonstrated that the proposed method significantly improves beam pattern conformity.