Phased array technology has been developing with advances in integrated circuits, analysis and design programs. The conventional beamforming techniques have disadvantages that the more number of array antennas increase, the more complexity of beamforming system is large. For example, additional analogue block or analogue circuits should be needed to shift phase. Because of this reason, next-generation phased arrays will build on digitization, which can easily do digital signal processing and do not have to need additional analogue parts. However, there is not much research on this field yet. This dissertation proposes a digital array antenna beamforming system and technique. Because digital beamforming system is consist of lots of RF parts and analogue circuits, even if all reference signal synchronized is used, there is a phase difference between input signals due to chip tolerance, and temperature. To solve this problem, digital array calibration technique was designed using digital processing block with correlation coefficient. Also, digital phase shifter was designed with digital mixer and digital source. Using these digital processing blocks, three array digital beamforming system is fabricated and experiment results equal to simulation results are obtained.
배열 안테나를 이용한 빔 형성 연구는 집적회로, 분석 및 디자인 프로그램의 발전과 함께 많은 발전을 하고 있다. 배열 안테나는 크게 수동, 능동, 디지털 3가지 단계로 발전하였다. 디지털은 기존에 많은 연구가 진행되어 있는 능동 배열 안테나 보다 많은 장점을 지닌다. 기존의 빔 형성 연구는 위상변조기 칩과 같이 부수적인 회로나 아날로그 블락을 이용하여 연구가 진행되고 있고 이러한 점은 각 배열 안테나의 숫자가 늘어나면, 시스템의 복잡성과 비용이 많이 올라가게 되는 단점을 가진다. 이러한 이유와 디지털의 장점 때문에 다음 세대의 빔 형성 연구는 디지털을 기반으로 하는 연구가 핵심으로 진행 될 예정이다. 본 논문에서는 SDR과 GNUradio 프로그램을 이용하여 빔 형성 시스템을 제안하였다. 보통 빔 형성 시스템은 많은 회로와 RF 블락으로 구성되어 있고, 각 RF 블락은 동기화된 기준신호를 필요로 한다. 모든 RF 블락을 동기화 시키더라도 칩 오차 및 온도에 따른 변화 등 다양한 이유로 신호들간의 위상차가 존재한다. 이 문제점을 해결하기 위해서 correlation을 이용한 위상 calibration을 제안하고 설계하였다. 그리고 가중 계수를 가하기 위해서 디지털 믹서와 디지털 신호원을 이용하여 디지털 위상변조기를 설계하였다. 이 두 가지를 이용하여 디지털 신호처리 부분을 구성하고, RF블락 부분을 구성하여 Simulation 결과와 같은 빔 형성 측정 결과를 얻었다.
