위상 어레이 안테나

제1장 위상 어레이 기초 : 패턴해석 및 합성
1.1 소개 1
1.2 어레이 기초 1
1.2.1 요소 패턴, 방향도 및 이득 2
1.2.2 동일편파(Co-polarization)와 교차편파(Cross-Polarization) 4
1.2.3 어레이 패턴 6
1.2.4 어레이 이득 8
1.2.5 최대 어레이 이득 정리 9
1.2.6 어레이 테이퍼 효율(Array Taper Efficiency) 12
1.3 펜슬(Pencil)빔 어레이
1.3.1 주사손실 및 빔 퍼짐(Broadening) 13
1.3.2 주사 어레이 설계 고려사항 15
1.3.3 그레이팅 로브(Grating Lobe) 17
1.3.4 고정(Fixed) 값의 위상 편이기 대 실시간 지연(True Time Delay) 위상 편이기 22
1.3.5 위상 양자화(Quantization) 25
1.4 선형 어레이 합성 28
1.4.1 어레이 요인: Schelkunoff 다항식 표현 28
1.4.2 이항식(Binomial)의 어레이 30
1.4.3 Dolph-Chebyshev 어레이 33
1.4.4 Taylor 선전원 합성 39
1.4.5. Bayliss 차패턴 합성(Bayliss Difference Pattern Synthesis) 47
1.5 평면 개구 합성 49
1.5.1 Taylor 원형개구 합성 51
1.5.2 Bayliss 차패턴 합성 54
1.6 연속 전원의 이산화(Discretization) 57
1.7 요약 60
연습문제 63

제2장 무한 어레이에서 플로케 모드 소개
2.1 소개 67
2.2 푸리에 스펙트럼과 플로케 급수 68
2.2.1 푸리에 변환 68
2.2.2 주기 함수: 푸리에 급수 69
2.2.3 플로케 급수 71
2.2.4 2차원 플로케 급수 73
2.3 플로케 여기(excitations)와 플로케 모드 77
2.3.1 주빔과 그레이팅 80
2.4 2차원 플로케 여기 81
2.4.1 원선도(Circle Diagram): 직사각형 그리드 82
2.4.2 원선도: 이등변 삼각형(Isosceles Triangular) 그리드 84
2.5 기하광학(Geometric Optics)으로부터의 그레이팅 빔 85
2.6 플로케 모드와 유도 모드(Guided modes) 88
2.7 요약 91
연습문제 92

제3장 플로케 모드 함수
3.1 서론 97
3.2 와 의 플로케 벡터 모드함수 97
3.2.1 플로케 모드 전계 98
3.2.2 플로케 모드 전계 101
3.3 유전체로 코팅된 접지면 상에서 전계 표면전류에 의한 무한 어레이 103
3.3.1 와 모드 전원 분해 104
3.3.2 전계 106
3.3.3 전계 108
3.3.4 플로케 임피던스 109
3.4 Blind 각도 결정 113
3.5 능동 요소 패턴(Active Element Pattern) 116
3.5.1 중첩을 적용한 어레이 패턴 116
3.5.2 플로케 모드 전개를 적용한 어레이 패턴 118
3.5.3 능동 요소 이득 패턴 120
3.6 직사각형 혼 개구의 어레이 123
3.6.1 도파관 모드 124
3.6.2 도파관 모드에 대한 플로케 모드 125
3.6.3 반사와 전송 행렬 127
3.6.4 모드 입사 133
연습문제 137

제4장 무한 어레이 결과를 적용한 유한 어레이 해석 : 상호 결합 공식
4.1 소개 143
4.2 플로케 임피던스의 대칭 특성 144
4.2.1 플로케 모드 전원에 의해 주어지는 어드미턴스 146
4.2.2 개구 어드미턴스 149
4.3 상호결합(Mutual Coupling) 151
4.3.1 상호 임피던스 151
4.3.2 상호 어드미턴스 153
4.3.3 산란 행렬 요소 153
4.4 다중 모드 전원 어레이 154
4.5 2차원 어레이의 상호 결합 155
4.5.1 직사각형 격자 155
4.5.2 임의의 격자 156
4.6 유한 어레이의 능동 입력 임피던스 158
4.6.1 개방회로의 비여기 요소 158
4.6.2 단락회로의 비여기 요소 159
4.6.3 정합 종단된 비여기 요소 159
4.7 개방된 도파관 어레이의 능동 반사손실 160
4.8 유한 어레이의 복사패턴 162
4.8.1 개방회로로 주어진 비여기 요소 162
4.8.2 단락 회로로 주어진 비여기 요소 166
4.8.3 정합 종단된 비여기 요소 166
4.9 개방된 도파관 어레이의 복사패턴 166
4.10 비균등 간격을 갖는 어레이 167
4.11 상관관계를 적용한 유한 어레이 해석 168
4.11.1 개구 전계에 대한 상관관계 168
4.11.2 상호 임피던스 170
연습문제 172

제5장 서브어레이(Subarray)의 어레이
5.1 소개 175
5.2 서브어레이 해석 176
5.2.1 서브어레이의 임피던스 행렬: 고유벡터 방법 177
5.3 임의적인(arbitrary) 수의 요소들로 이루어진 서브어레이 181
5.4 임의의 그리드를 갖는 서브어레이 182
5.5 서브어레이와 그레이팅 로브 184
5.6 능동 서브어레이 패턴 186
5.7 전력 분배기에 의해 급전된 4개의 요소들로 구성된 서브 어레이 191
5.7.1. -면 서브어레이 192
5.7.2 -면 서브어레이 193
5.8 서브어레이의 blindness 195
5.9 맺음말 196
연습문제 199

제6장 다중 층 어레이 구조에 대한 GSM 방법
6.1 소개 205
6.2 GSM 방법 206
6.3 GSM 직렬연결 규칙 207
6.4 전송행렬 표현 210
6.5 GSM 해석에 대한 구성요소(Building Block) 212
6.5.1 유전체 층 212
6.5.2 유전체 경계면 214
6.5.3 패치 어레이 216
6.6 패치 어레이의 등가 임피던스 행렬 224
6.7 MOM 해의 안정적(stationary) 특성 228
6.7.1 안정적 표현(Stationary Expression) 228
6.7.2 안정한 표현(stationary expression)의 GSM 232
6.8 MOM 해의 수렴성 235
6.8.1 결합모드 수의 선택 236
6.8.2 MOM 해석의 실패 237
6.8.3 전개모드 수에 대한 하한 경계(Lower Limit) 239
6.8.4 기저함수의 수 243
6.9 GSM 방법의 장점 243
6.10 다른 수치적 방법 244
연습문제 246

제7장 마이크로스트립 패치 어레이의 해석
7.1 소개 251
7.2 프로브-급전 패치 어레이 251
7.2.1 프로브 층의 일반화된 임피던스 행렬 252
7.2.2 입력 임피던스 256
7.2.3 임피던스 특성 257
7.2.4 능동 요소 패턴 260
7.3 EMC 패치 어레이 263
7.4 슬롯-급전 패치 어레이 265
7.4.1 마이크로스트립-슬롯 변이 266
7.4.2 입력 임피던스 270
7.4.3 능동 요소 패턴 272
7.5 스트립선로-급전 슬롯-결합 어레이 275
7.6 유한 패치 어레이 276
연습문제 280

제8장 도파관 혼 어레이
8.1 서론 283
8.2 선형 플레어(Linear Flared) 혼 어레이 284
8.2.1 반사손실(Return Loss) 특성 285
8.2.2 능동 요소 패턴 288
8.3 그레이징 로브와 null 패턴 290
8.3.1 개구 어드미턴스 공식 290
8.3.2 등가회로 292
8.3.3 그레이징 로브 조건에서 반사손실 293
8.4 어레이에서 표면파와 누설파 296
8.4.1 표면파 298
8.4.2 누설파(Leaky Wave) 303
8.4.3 초이득(supergain) 현상 305
8.5 광각 임피던스 정합(Wide-Angle Impedance Matching:WAIM) 307
8.5.1 WAIM: 입력 어드미턴스 관계 309
8.6 다중모드의 직사각형/정사각형 혼 요소 313
8.6.1 Potter 혼 313
8.6.2 고-효율 혼 314
8.7 다중모드 원형 혼 요소 315
연습문제 319
제9장 주파수-선택 표면, 편파기, 및 반사-어레이 해석
9.1 소개 323
9.2 주파수-선택 표면(Frequency-selective surface) 324
9.2.1 반사와 전송 특성 324
9.2.2 교차-편파 성능 328
9.2.3 FSS-부하 안테나(FSS-Loaded Antenna) 330
9.3 스크린 편파기(Screen Polarizer) 334
9.3.1 해석 334
9.3.2 미엔드 서셉턴스(Meander Susceptance) 335
9.3.3 반사손실과 축 비율 336
9.3.4 주사(Scan) 특성 339
9.4 기판형 반사 어레이 341
9.4.1 위상 특성 342
9.4.2 설계와 성능 345
9.4.3 원형편파 349
9.4.4 대역폭 개선 352
9.4.5 경계 빔(Contour-Beam) 반사 어레이 353
연습문제 356

제10장 다른 주기와 셀 방위를 갖는 다층 어레이 해석
10.1 서론 359
10.2 다른 주기를 갖는 층: 직사각형 격자 360
10.2.1 패치-급전 패치 서브어레이 363
10.3 비평행 셀 방위: 직사각형 격자 365
10.3.1 스크린 편파기로 부하가 주어진 패치 어레이 369
10.4 임의의 격자 구조를 갖는 층 374
10.5 요약 376
연습문제 377

제11장 성형-빔 어레이 설계: 최적 알고리즘
11.1 서론 379
11.2 어레이 크기: 선형 어레이 380
11.3 요소 크기 383
11.4 중첩(Woodward's Method)을 적용한 패턴 합성 386
11.5 경사 탐색 알고리즘(Gradient search algorithm) 389
11.5.1 수학적 기초 389
11.5.2 어레이 합성을 위한 GSA의 적용 390
11.5.3 위상 최적화(Phase-Only Optimization) 391
11.5.4 위상 최적화를 적용한 경계(contour) 빔 396
11.6 공액정합 알고리즘(Conjugate match algorithm) 400
11.7 연속 투영 알고리즘(Successive projection Algorithm) 404
11.7.1 연속 투영과 공액 정합 407
11.8 다른 최적 알고리즘 407
11.9 성형 빔 어레이의 설계 지침 408
연습문제 411

제12장 다중 빔 어레이에서 빔 형성 희로망
12.1 소개 413
12.2 전력 분배기적용 BFN 413
12.3 Butler 행렬 빔 형성기 414
12.3.1 직교적인 빔 414
12.3.2 푸리에 변환과 여기 계수 417
12.3.3 FFT 알고리즘 419
12.3.4 FFT와 Butler 행렬 423
12.3.5 하이브리드(hybrid) 행렬 424
12.3.6 비균등 테이퍼(Nonuniform Taper)에 대한 수정 Butler BFN 425
12.3.7 빔 단자 분리(Isolation) 427
12.3.8 3-차원 BFN 429
12.4 Blass 행렬 BFN 430
12.5 Rotman 렌즈 432
12.5.1 Rotman 표면 설계 433
12.5.2 수치 결과 436
12.5.3 물리적 구현(physical implementation) 438
12.5.4 산란 행렬 440
12.6 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former) 448
12.6.1 디지털 위상 편이기 448
12.6.2 시스템 특성 449
12.7 광학 빔 형성기(Optical Beam Formers) 450
연습문제 452

제13장 능동 위상 어레이 안테나
13.1 소개 455
13.2 능동 어레이 블록선도 456
13.3 어레이의 개구 설계 457
13.3.1 요소들의 수와 요소 크기 458
13.3.2 복사요소 설계 고려사항 460
13.4 반도체 전력 증폭기 461
13.4.1 시스템 특성 462
13.5 위상 편이기 466
13.6 내부변조 곱(Intermodulation Product) 467
13.6.1 IM 데이터로부터 SSPA 매개변수의 평가 469
13.6.2 IM 빔 위치 470
13.6.3 다중-채널 어레이: 잡음전력 비 472
13.6.4 AM-PM 변환 474
13.7 안테나 서브시스템의 잡음온도와 잡음지수 474
13.7.1 안테나 잡음온도 475
13.7.2 저항성 회로의 잡음온도와 잡음지수 477
13.8 능동 어레이 시스템 해석 486
13.9 능동 어레이 교정(calibration) 489
13.9.1 2-위상-상태 방법 490
13.9.2 다중-위상 토글(toggle) 방법 491
13.9.3 동시적 측정: Hadamard 행렬 방법 492
13.10 맺음말 494
연습문제 498

제14장 위상 어레이 안테나의 통계적 해석
14.1 소개 499
14.2 어레이 패턴 500
14.3 과 에 대한 통계 501
14.4 의 확률밀도 함수 505
14.4.1 중심극한 정리(Central limit Theorem: CTL) 506
14.4.2 과 의 PDF 508
14.4.3 의 PDF 509
14.5 신뢰도 한계(Limits) 515
14.5.1 빔 피크 518
14.5.2 부엽 518
14.5.3 Null 519
14.6 요소 고장(element failure) 해석 520
14.7 맺음말 523
연습문제 525
부록
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