For radar systems, phased array antenna involves many design options. Often, the most important parameters in optimizing the design are cost and weight. In phased array antennas, the number of radiator rows is one of the important factors to minimizing both cost and weight. This is so because cost and weight are directly proportional to the number of radiator rows. Therefore, the choice of antenna tilt angles having relation with element spacing are important design parameters in the radar system design.
The optimum tilt angles for several types of uniformly and nonuniformly excited linear arrays are investigated theoretically. Four types of uniform and nonuniform linear arrays are considered, namely, arrays of isotropic elements, of collinear short dipoles, and of parallel short dipoles, and broadside array of dipole crosses. As a nonuniformly excited array case, directivities of Chebyshev array factors are computed to obtain the optimum tilt angle.
Next, the exact directivity including phase shift factors for several types of uniformly excited planar arrays is obtained. The approximate directivity calculations are compared with the exact results. Curves of directivity versus interelement spacing and scan angle for planar arrays with these element power patterns are also presented.
The optimum tilt angles for several types of dipole planar arrays are obtained. We propose two critera to determine the optimum tilt angles for planar antenna arrays. One is maximizing the directivity in the azimuth direction at the horizon and the other is maximizing the lowest directivity in the azimuth direction.
Lastly, the beam steering commands (such as the phase and frequency commands) for a desired beam position in the rotating phase and frequency scan radar (RPFSR) system are derived in terms of the ground based coordinate system. In general, the antenna coordinate system does not coincide with a ground based (or earth fixed) coordinate system. Because the normal of the array is inclined by a tilt angle from the vertical, the beam steering commands should be obtained by a proper coordinate transformation. The exact frequency equation derived turns out to be so complex that too much calculation time is required to get a frequency command. By getting the derivative of the frequency equation, we get an approximate equation with a simpler form.
레이다 시스템에 있어서 위상배열 안테나를 설계하는데 여러가지 선택이 있을 수 있다. 설계시에 가장 중요한 변수중의 하나는 안테나의 가격과 무게이다. 위상배열 안테나에서 안테나 배열소자의 수는 가격과 무게를 줄일 수 있는 중요한 요소중의 하나이다. 그러므로 안테나 배열요소간의 거리와 관계가 있는 안테나 기움각의 선택이 레이다 시스템의 설계시에 중요한 요소가 된다.
첫째 부분에서는 여러가지 형태의 균일 또는 비균일 선형 배열 안테나의 최적 기움각을 이론적으로 구하였다. 네가지 균일 선형 배열안테나, 곧, 등방요소 배열안테나, 짧은 한줄 쌍극자, 병렬 짧은 쌍극자, 십자 쌍극자 현측배열안테나를 고려하였다. 비균일 배열안테나일 때는 최적 기움각을 얻을 때 체비셰프 방향성 배열 요소를 계산한다.
둘째 부분에서는 여러가지 형태의 균일 평판배열 안테나에 대하여 위상 정보를 포함하는 정확한 이득을 구하였다. 몇가지 근사된 계산결과와 이 결과를 비교하였다. 배열요소간의 거리와 주사각에 따른 이득곡선을 또한 보였다.
셋째부분에서는 몇가지 평판 배열안테나에 대한 최적 기움각을 구하였다. 평판 배열안테나에 대한 최적 기움각을 구하는데 두가지 기준을 제시하였는데, 첫번째는 수평방향에서 이득을 최대로 하는 것이고, 두번째는 방위각 방향으로 가장작은 이득을 최대로 하는 것이다.
마지막 부분에서는 위상 및 주파수 주사를 하는 레이다 시스템에서 빔 명령(위상 및 주파수 명령)을 구하였다. 여기서 구해진 정확한 주파수식은 너무 복잡하여 너무많은 계산시간이 요구된다. 주파수식의 미분을 구함으로서 좀 더 간단한 근사식을 구하였다.
