[논문 리뷰] On the Time-Range Dependency of the Beampatterns Produced by Arbitrary Antenna Arrays: Discussions on the Misplaced Expectations from Frequency Diverse Arrays

Mahdi Fartookzadeh|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 07.

Antenna Design and Analysis참고 문헌 6인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 주파수 다양성 어레이(FDAs)가 원거리 영역에서 시간에 따라 변하지 않는, 거리에 따라 변하는 빔패턴을 생성할 수 없다는 것을 입증한다. 이는 시간과 거리 차원 간의 내재된 결합성 때문이며, 최근의 FDAs에서 시간에 따라 변하지 않는 공간 집중 가능성을 주장한 바를 도전하며, 거리 의존성이 요구될 경우 이러한 빔패턴은 본질적으로 실현 불가능하다는 것을 보여주고, 이전 연구들이 FDA 원리를 잘못 적용한 점을 비판한다.

ABSTRACT

In the recent years constructing time-invariant spatial-focusing beampatterns by using frequency diverse arrays (FDAs) is conveyed in several papers. Further than time-invariant spatial-focusing beampatterns, the unfeasibility of constructing range-dependent time-invariant beampatterns is demonstrated in this paper. It is indicated that the beampatterns produced by antenna arrays including FDAs are not independently controllable in time, t, and range, r, dimensions, in the farfield. Inappropriate applications of the FDAs having time-invariant spatial-focusing beampatterns in two recent papers are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 주파수 다양성 어레이(FDAs)를 사용하여 원거리 영역에서 시간에 따라 변하지 않는 빔패턴을 구축하는 데 있어 이론적 한계를 조사하는 것.
• 최근의 FDAs가 거리 의존성이 없이 시간에 따라 변하지 않는 공간 집중을 달성할 수 있다는 주장의 타당성을 도전하는 것.
• 특히 원거리 영역에서 FDAs 빔패턴의 시간과 거리 간 기본적인 결합성을 명확히 하는 것.
• 시간에 따라 변하지 않는 빔패턴을 달성하기 위해 FDA 원리를 잘못 적용한 최근 두 페퍼를 비판하는 것.

제안 방법

• 원거리 영역에서 임의의 안테나 어레이(포함해 FDAs)가 생성하는 빔패턴의 수학적 구조 분석.
• 어레이 인자의 시간 및 거리 의존성의 유도 및 검토를 통해 제어 가능성 제약 식별.
• 원거리 근사치를 사용하여 빔패턴 설계에서 시간(t)과 거리(r) 변수의 독립성 평가.
• 이론적 빔패턴 행동과 최근 두 논문에서 주장한 결과를 비교하여 모순 노출.
• 실현 불가능성의 근본 원인 규명: 복사 패턴에서 시간-거리 의존성이 분리되지 않음.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원거리 영역에서 주파수 다양성 어레이를 사용하여 시간에 따라 변하지 않는, 거리에 따라 변하는 빔패턴을 구성할 수 있는가?
• RQ2 왜 최근의 FDAs에서 시간에 따라 변하지 않는 공간 집중 주장이 거리 의존성이 포함될 경우 실패하는가?
• RQ3 FDAs 빔패턴에서 시간과 거리 간의 결합성이 발생하는 기본적인 수학적 이유는 무엇인가?
• RQ4 최근 두 논문의 가정이 물리적으로 실현 불가능한 빔패턴 설계로 이어지는 방식은 어떠한가?
• RQ5 FDAs 빔패턴에서 시간-거리 의존성은 어느 정도 제어 가능하거나 독립적인가?

주요 결과

• 원거리 영역에서 주파수 다양성 어레이를 사용하여 시간에 따라 변하지 않는, 거리에 따라 변하는 빔패턴을 구성하는 것은 내재된 시간-거리 결합성 때문에 본질적으로 불가능하다.
• FDAs의 빔패턴은 시간과 거리 차원에서 독립적으로 제어할 수 없으며, 이는 독립적인 공간 집중 가능성을 무효화한다.
• 최근의 FDAs에서 시간에 따라 변하지 않는 공간 집중 가능성을 주장한 논문들은 특히 거리 의존성이 포함될 경우 어레이 모델을 부적절하게 적용한 것이다.
• 분석 결과, 빔패턴 식의 시간과 거리 변수는 분리되지 않으며, 이로 인해 피할 수 없는 상호의존성이 발생한다.
• 이 논문은 최근 두 연구에서 시간에 따라 변하지 않는 빔패턴을 달성한다고 주장하는 데에 있어 핵심적인 설계 가정의 결함을 드러낸다.