곡면에서의 마이크로스트립 어레이 안테나의 복사 특성에 관한 연구

A Study on the Radiation Characteristics of Microstrip Array Antennas on the Nonplanar Surface

圓筒形 物體의 오목면과 블록면의 表面에 密着하여 設置한 마이크로스트립 어레이 안테나의 輻射 特性에 관하여 理論的 解析을 試圖하였으며, 實驗을 통하여 檢證하였다. 單一素子 안테나의 解析은 傳送線路 모델法을 適用하였고, 어레이 안테나의 理論은 曲面 위에 2次元的으로 配列된 각각의 單一素子에 대하여 座標移動과 回轉을 考慮한 座標變換法으로 解析하여 遠距離에서의 合成 電界 强度를 數値計算으로 구하였으며, 10GHz에서 4素子 竝列 어레이 안테나 및 마이크로스트립 給電線路를 設計 製作하여 여러 가지 曲率半徑에 대하여 反射損失, 共振周波數, 輻射패턴, 半 電力 비임幅, 利得 등과 같은 諸 輻射特性을 測定하겨 理論値와 比較 考察하였다. 理論에서 豫測한 바와 같이 오목면과 블록면에서 모두 曲率半徑의 減少에 따라 輻射 패턴의 비임 폭이 더 커지는 것을 確認하였으며, 曲面에서 座標變換法으로 計算한 마이크로스트립 竝列 어레이 안테나의 合成 輻射電力 패턴이 測定値와 잘 一致하였다. 아울러 曲率半徑의 變化에 따른 周波數의 變化, 入力 임피던스 및 利得의 變化는 無視할 수 있을 程度임을 確認하였다.

In this paper, an attempt has been made to analyze the theoretically and verify experimentally the effect of curvature on the radiation characteristics of microstrip array antennas mounted conformally on the concave surface and the convex surface of the cylindrical body. The analysis of single element microstrip antenna is made by using the analysis method of Transmission Line Model. The theory of array antennas is established by application of the method of transformed coordinates, in which the translation and the ratation about each single element arrayed two-demensionally on the nonplanar surface are under consideration, and it is investigated by computation of the synthetic electric field strength in the far zone. In addition, various radiation characteristics, such as return loss, resonant frequency, radiation pattern, half-power, beamwidth, gain, are measrued and compared with the theroetical values according to the variation of curvature, by designing and building 4-element array microstrip antenna operating at 10 GHz, and microstrip feed lines. As predicted in theroy, it is verified that radiation pattern of antennas mounted on the concave and the convex surfaces alike broadens as the radius of curvature decreases. And for the curved surfaces, aggrement between computed values of the total synthetic radiation power pattern by the method of transformed coordinates and measured valuse is good. Besides, it is found that resonant frequency, input impedance and gain are hardly affected by the radius of curvature.