위상 배열은 여러 소자의 상대 위상과 진폭을 조절해 원하는 방향에서 신호가 더해지도록 합니다. 위상 변위기의 비트 수는 상태 간격을 나타내며, 전체 안테나의 조향 정확도나 갱신 시간을 직접 보장하지 않습니다.
경로 차이를 위상으로 보상
먼 곳의 한 방향으로 진행하는 파는 배열 소자 위치에 따라 경로 차이를 갖습니다. 각 소자에 적절한 위상을 주면 그 방향에서 파가 동상으로 합쳐집니다. 수신에서도 해당 방향의 상대 위상을 보상해 신호를 합칠 수 있습니다.
여기서는 선형 등간격 배열, 소자 간격 d, 정면 법선에서 잰 조향각 θ0를 사용합니다. 한 위상 부호 규약에서 인접 소자의 위상 증분은 Δφ = −(2π/λ)d sin θ0입니다. 좌표나 시간 규약을 바꾸면 부호 표현도 달라집니다.
반파장 간격의 예
d = λ/2이고 θ0 = 30°라면 Δφ = −π/2, 즉 −90°입니다. 인접 소자의 위상이 같은 경우에는 이 모델에서 정면으로 합성됩니다.
이 식은 배열 인자에 대한 출발점입니다. 실제 방사 패턴에는 개별 소자 패턴, 상호 결합, 급전 손실과 구조가 포함됩니다. 배열 인자의 최댓값만으로 실제 실현 이득을 결정하지 않습니다.
위상 변위기와 진시간지연
위상 변위기는 지정 주파수에서 상대 위상을 제어합니다. 스위치 선로, 반사형과 벡터 변조 등 구현이 있으며 반도체나 페라이트 등 재료 이름만으로 손실과 속도가 정해지지 않습니다.
진시간지연은 상대 지연 τ를 제어하므로 위상이 주파수에 따라 −2πfτ로 변합니다. 넓은 대역의 조향에는 일정 위상 방식과 다른 장단점이 있습니다.
페라이트는 항상 20 ms 이상, MEMS는 모두 나노초라는 공통값을 적용하지 않습니다. 제어 인터페이스, 정착, 손실, 전력과 온도를 제품별로 확인합니다.
6비트와 빔 정확도
이상적인 6비트 위상 제어는 한 바퀴에 64상태, 간격 360°/64 = 5.625°입니다. 가장 가까운 상태로 반올림할 때 이상적 양자화 오차는 최대 반 간격입니다.
이는 부품의 절대 위상 정확도 ±2.8125°를 보증하는 문장이 아닙니다. 상태별 오차, 진폭 변화, 주파수와 온도가 추가됩니다. 또한 소자 위상 5.625°를 빔 방향 5.625°와 동일시할 수 없습니다.
주파수에 따른 빔 이동
f0에 맞춘 위상 값을 고정하면 단순 모델에서 sin θ(f) = (f0/f)sin θ0가 됩니다. 이것이 빔 스퀸트의 한 표현입니다.
10 GHz에서 30°로 맞춘 경우, 같은 위상에서 11 GHz는 약 27.0°, 9 GHz는 약 33.7°가 됩니다. 이는 같은 주빔 가지를 추적한 예이며 실제 소자와 급전의 주파수 응답은 별도입니다.
그레이팅 로브와 진폭 가중
주기적 간격이 너무 크면 원하는 방향 외에도 위상이 다시 일치하는 방향이 생깁니다. 제한된 스캔 범위 ±θmax에서 가시 영역의 추가 주극대를 피하는 이상적 선형 배열 조건은 d < λ/(1 + sin θmax)로 쓸 수 있습니다.
등호에서는 경계 방향을 검토해야 합니다. 반파장 간격도 정확한 endfire에서 반대 경계 방향의 극대를 만들 수 있습니다. 대역 상단의 가장 짧은 파장과 필요한 스캔 범위를 함께 봅니다.
진폭 테이퍼는 부엽을 줄이는 데 쓰이지만 주빔 폭과 개구 이용 효율의 절충이 있습니다. 모든 부엽이나 간섭을 완전히 제거한다는 뜻은 아닙니다.
교정과 시스템 속도
각 경로의 진폭·위상을 기준면에서 측정하고 주파수, 온도와 상태에 따른 보정값을 검증합니다. 케이블만 보정한 결과와 실장 상태의 방사 교정은 범위가 다릅니다.
명령 전송, 제어값 적용, RF 정착과 신호 처리 시간이 전체 변경 시간을 만듭니다. 부품 스위칭 200 ns만으로 시스템 빔 추적이 200 ns에 완료된다고 말할 수 없습니다.
여러 독립 동시 빔은 RF 체인과 처리 구조를 요구합니다. 많은 소자나 빠른 단일 빔 전환만으로 같은 기능을 얻지는 않습니다.
