The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Study on Beamforming of Conformal Array Antenna Using Support Vector Regression

Support Vector Regression을 이용한 컨포멀 배열 안테나의 빔 형성 연구

  • Lee, Kang-In (Department of Electronic Convergence Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Jung, Sang-Hoon (Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University) ;
  • Ryu, Hong-Kyun (Agency for Defense Development) ;
  • Yoon, Young-Joong (School of Electrical & Electronic Engineering, Yonsei University) ;
  • Nam, Sang-Wook (Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University) ;
  • Chung, Young-Seek (Department of Electronic Convergence Engineering, Kwangwoon University)
  • 이강인 (광운대학교 전자융합공학과) ;
  • 정상훈 (서울대학교 전기정보공학과) ;
  • 유홍균 (국방과학연구소) ;
  • 윤영중 (연세대학교 전기전자공학부) ;
  • 남상욱 (서울대학교 전기정보공학과) ;
  • 정용식 (광운대학교 전자융합공학과)
  • Received : 2018.09.07
  • Accepted : 2018.11.02
  • Published : 2018.11.30
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Abstract

In this paper, we propose a new beamforming algorithm for a conformal array antenna based on support vector regression(SVR). While the conventional least squares method(LSM) considers all sample errors, SVR considers errors beyond the given error bound to obtain the optimum weight vector, which has a sparse solution and the advantage of the minimization of the overfitting problem. To verify the performance of the proposed algorithm, we apply SVR to the experimentally measured active element patterns of the conformal array antenna and obtain the weights for beamforming. In addition, we compare the beamforming results of SVR and LSM.

본 논문에서는 SVR(Support Vector Regression)을 이용한 컨포멀 배열 안테나의 빔 형성 알고리즘을 제안한다. 기존의 최소자승법 기반 알고리즘은 모든 샘플의 오차를 고려하는 반면에, SVR은 정해진 오차 한계를 벗어나는 샘플들을 통해 가중치를 결정하여 희소(sparse)한 해를 가지며 과적합(over-fitting) 문제를 최소화하는 장점을 갖고 있다. 제안된 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 실험적으로 측정된 컨포멀 배열 안테나 능동 소자 패턴을 SVR에 적용하여 목적 빔 배턴으로 근사시키는 가중치를 구하였으며, SVR로 얻은 가중치와 최소자승법을 통해 얻은 가중치를 실측한 소자패턴에 적용하여 빔 형성 성능을 비교하였다.

Keywords

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그림 1. 컨포멀 배열 안테나 시스템 빔 형성 순서도 Fig. 1. Flow chart of conformal array antenna system.

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그림 2. 안테나 소자 형상(a), 빔 패턴(b) Fig. 2. Geometry of antenna element(a), beampattern(b).

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그림 3. 1×8 원형 컨포멀 배열 안테나 구조 Fig. 3. Geometry of circular conformal array antenna with 1×8.

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그림 4. 1×8 원형 컨포멀 배열 안테나 사진 Fig. 4. Photograph of circular conformal array antenna with 1×8 elements.

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그림 5. 측정 및 시뮬레이션 능동소자패턴 Fig. 5. Measured and simulated active element patterns.

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그림 6. 컨포멀 배열 안테나 시스템 실험 구성도 Fig. 6. Experiment configuration of conformal array antenna system.

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그림 7. 지연선로 및 감쇄기 사진 Fig. 7. Photograph of true time delay circuit and attenuator.

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그림 8. 디지털 제어보드 사진 Fig. 8. Photograph of digital control board.

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그림 9. 전력 합성기 사진 Fig. 9. Photograph of power combiner.

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그림 10. 컨포멀 배열 안테나 시스템 사진 Fig. 10. Photograph of conformal array antenna system.

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그림 11. 정규화된 목적 빔 패턴 Fig. 11. Normalized desired beampattern.

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그림 12 SVR과 LSM 알고리즘의 빔 형성 결과 Fig. 12. Beamforming result of SVR and LSM algorithm.

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그림 13. 조향각에 따른 빔 형성 결과(gain 및 PSLL) Fig. 13. Beamforming results according to steering angles (gain and PSLL).

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그림 14. 조향각에 따른 빔 형성 결과(조향오차 및 HPBW) Fig. 14. Beamforming results according to steering angles (steering error and HPBW).

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