그레이팅 로브 문제 해결을 위한 배열 안테나 구조 연구

Abstract

In order to protect humans from threats that are difficult to detect while driving or sailing, information on the surrounding situations must be secured in advance to prevent accidents. In addition, autonomous vehicles or intelligent robots that are still under study today must be able to detect them in advance in order to judge and move according to their surroundings. Accordingly, research has been conducted on the technique of estimating the position of objects using sensors such as radars. One of the values required for positioning is the direction of arrival(DOA) information of the radar signal reflected on the target. This information is estimated based on the phase difference that occurs in the received signals due to the interval between the antennas. To estimate not only azimuth angle but also elevation angle, a two-dimensional array antenna is required. However, in the beam pattern of the array antenna, there is a grating lobe having the same size as the main lobe. This lobe can cause to capture the ghost targets that are not the actual targets, thereby causing troubles in estimating the targets DOA. Although there is one method using minimum redundancy array antenna structure for solving these grating lobe problems, few studies have applied the method in two dimensions. Therefore, a new two-dimensional array antenna structure applying the minimum redundancy array method is presented in this study, and its performance is compared and analyzed with the cases of other two-dimensional array antenna.

운전이나 항해 중 발견하기 힘든 위험 요소로부터 인간을 보호하기 위해 미리 주변 상황에 대한 정보를 확보하여야 사고를 사전에 방지할 수 있다. 또한, 오늘날에도 연구 중인 자율 주행 자동차나 지능형 로봇이 주변 환경에 따라 스스로 판단하여 움직이기 위해서는 이를 미리 탐지할 수 있어야 한다. 이에 따라 레이더 등의 센서를 이용하여 물체의 위치를 추정하는 기술에 대해서 연구가 계속되고 있다. 여기서 위치 추정에 필요한 값 중 하나로 타겟에 반사된 레이더 신호의 도래각 정보가 있다. 이 도래각 정보는 안테나 간의 간격으로 인해 수신 신호에 발생하는 위상차를 토대로 추정하게 된다. 이 때 방위각뿐만 아니라 고도각까지 추정하기 위해서는 2차원 배열 안테나가 필요하다. 그러나 배열 안테나의 빔 패턴 중에서는 메인 로브와 크기가 동일한 그레이팅 로브가 존재하며 이에 의해 실제 타겟이 아닌 고스트 타겟을 추가로 잡게 되어 목표물의 도래각을 추정하는 데 지장이 생긴다. 이러한 그레이팅 로브 문제를 해결하기 위한 방법 중 minimum redundancy array 안테나 구조가 있지만, 해당 방법을 2차원에서 적용한 연구는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 minimum redundancy array를 기반으로 한 새로운 2차원 배열 안테나 구조를 제시하고 이에 대한 성능을 다른 2차원 배열 안테나 구조의 경우들과 비교 및 분석한다.