본 논문에서는 5.5GHz 대역 LNA와 $1{\times}2$마이크로 스트립 패치 안테나로 구성 된 무선 랜용 능동안테나를 설계 및 제작하였다. LNA는 NEC사의 NE3210S01을 사용하여 잡음 특성을 개선하였으며, 마이크로 스트립 패치 안테나는 전방향 특성을 갖도록 설계하였으며, 설계된 $1{\times}2$마이크로 스트립 패치 안테나는 약8.3dBi의 이득을 가지면서 입력 반사손실이 -32[dB], 전압정재파비가 1.132를 나타내었고, LNA는 이득이 15dB, 입출력 반사손실이 -20[dB]의 특성을 보였다.
본 논문에서는 5.5GHz 대역 LNA와 1${\times}$2마이크로 스트립 패치 안테나로 구성된 무선랜용 능동안테나를 설계 하였다. LNA는 NEC사의 NE3210S01을 사용하여 잡음 특성을 개선하였으며, 마이크로 스트립 패치안테나는 전방향 특성을 갖도록 설계하였다. 설계된 1${\times}$2마이크로 스트립 패치안테나는 약8.3dBi의 이득을 가지면서 전방향 특성을 나타내었고, LNA는 이득이15dB, 잡음지수는 1dB이하의 특성을 보였다.
본 논문에서는 역지향성 능동배열 안테나용 2-포트 주파수 혼합기를 설계 제작하였다. 역지향성 안테나는 임의의 방향에서 입사하는 전파를 그 방향으로 되돌려 복사시키는 안테나 배열 시스템으로서, 주파수 혼합기는 반사파가 입사 반대방향의 파면(wave front)을 갖기 위한 공액변위기로 작용된다. 2-포트 주파수 혼합기에서는 RF/IF 신호가 동일 포트를 사용함으로써 입력단의 신호 결합회로를 사용하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 비선형소자는 p-HEMT가 사용되었으며, -10㏈m의 LO 전력에서 변환손실 -l㏈와 RF 전력 -15㏈m의 1-㏈ 억압점이 측정되었다.
본 논문은 기생면을 이용한 마이크로 스트립안테나 형태로 소형화 된 방사체와 증폭단를 결합하여 AM/FM 대역, DMB 대역 및 GPS 대역을 수신할 수 있는 차량용 통합 안테나를 설계 및 제작 하였다. 제작한 능동형 안테나는 AM/FM 대역에서 기존의 평면형 안테나에 비해 15% 이상의 크기 축소 효과를 나타내었다. 또한 상용 헬리컬 안테나와 동등한 수신 성능 특성을 나타내었며 DMB 및 GPS 대역에서도 만족할만한 수신 성능 특성을 나타내었다. 제작된 능동형 안테나의 크기는 $133{\times}31{\times}1.2mm$이고, 단일 입력 단자와 2개의 출력 단자를 갖는다.
본 논문에서는 위성통신용 능동 위상배열 안테나에서 주파수 스캔 효과에 의하여 발생하는 안테나 빔 패턴의 지향 오차를 보상하는 방법을 제안한다. 능동 위상배열 안테나가 두 개의 빔 패턴을 위하여 두 개의 배열이 직렬 연결되고 배열 수가 비대칭인 경우에, 두 빔의 적용 주파수가 다르고 주파수 간격이 크며 빔 폭이 좁고 스캔각이 크면 안테나는 주파수 스캔 효과에 의해 빔 지향 오차가 발생한다 제안되는 수식을 사용하면, 빔 지향오차 각을 예측하여 계산할 수 있으며 이를 보상하는 능동 위상배열 안테나의 위상제어 값을 계산할 수 있다. 본 논문에서는 첫째 층 32$\times$4 배열과 둘째 층 4$\times$2 배열 구조로부터 두 개의 안테나 빔을 가지고, 7.25 GHz~7.75 GHz 주파수 대역에서 두 빔의 주파수 편차가 최대 500 MHz(6.7 %)이며, 주파수 스캔 범위가 0$^{\circ}$~$\pm$35$^{\circ}$이고, 35.6 dBi 이득과 2.2$^{\circ}$의 3 dB 빔 폭을 가지는 능동 위상배열 안테나 시스템을 제작하고, 주파수 스캔효과에 의한 빔 지향 오차를 제안된 방법의 적용 전과 적용 후에 측정 비교하였다. 주파수 스캔 효과에 의한 빔 지향 오차는 보상 전에 최대 2.5$^{\circ}$였으나, 보상 후에는 최대 0.2$^{\circ}$오차로 감소하였다. 제안된 보상으로 안테나 시스템은 7 dB 신호감쇄가 보상되었다. 제안된 보상으로 능동 위상배열 안테나는 통신을 위한 목표 위성을 정확하게 지향할 수 있다.
능동 안테나는 수동 안테나에 비하여 소형으로 광대역 특성 및 높은 이득을 얻을 수 있으나, 잡음 및 불요파 신호가 발생되는 단점이 있다. 또한, 수신 시스템의 초단부에 위치하므로, 고감도 수신 시스템을 위하여 불요파 신호 특성이 좋아야 한다. 본 연구에서는 출력단 P1dB가 3 dBm 이상이고 $100{\sim}500\;MHz$에서 동작하며, 실환경에서 높은 선형 특성을 갖는 능동 안테나를 개발하였다. 이를 위하여 공통 드레인 FET와 2단 BJT의 능동 회로를 구성하였고, ADS를 이용하여 능동 안테나를 설계하였다. 제작된 능동 안테나의 평균 이득, 평균 잡음 지수, OIP3, VSWR 및 P1dB는 각각 9.7 dBi, 10 dB, 14 dBm, 1.7:1 및 3 dBm으로 설계치와 잘 일치하였다. 도심 인근지역에서 측정된 수신 스펙트럼 특성은 설계된 능동 안테나가 CS 구조를 갖는 참고문헌 [9]의 안테나보다 불요파 신호 특성이 약 $10{\sim}30\;dB$가 개선되어 방송 및 상용 신호와 혼재된 상태에서 신호 세기가 약한 미지의 신호를 검출하기 위한 고감도 수신 시스템에 적용할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 내장형 안테나의 일종인 IFA 구조를 이용하여 433MHz용 소형 능동 RFID 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나에서 급전점과 단락스트립 사이의 간격 변화, 복사기에 미엔더 라인 구조를 삽입, 복사기와 접지면 사이 간격 변화를 주어 안테나 성능을 개선하였다. 안테나 파라미터 특성에 확인하기 위하여 ANSYS사의 HFSS를 이용하였다. 433MHz 능동형 RFID 주파수 대역은 433.67-434.17MHz이다. 제작한 안테나는 433MHz 능동형 RFID 대역에서 반사손실 -9.54dB이하의 값을 가지며, 최대 안테나 이득은 -4.28dBi임을 확인할 수 있다. 제안한 안테나의 전체 지그 크기는 $72{\times}44{\times}1mm$이고, 안테나 부분은 $35.5{\times}19.5mm$이다. 안테나의 측정결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 분석한 결과, IFA 구조를 이용한 소형 433MHz 안테나의 실용화 가능성을 확인 할 수 있었다.
본 논문은 IMT-2000 기지국에 적용할 이중편파 다이버시티 능동형 배열 안테나의 새로운 형태를 제안하고, 설계 및 개발하였다. 먼저 배열 안테나를 구성하게 될 단일 안테나 소자는 마이크로 스트립 패치 안테나로서 $\pm$ 45$^{\circ}$의 편파를 갖는 패치를 설계하여 IMT-2000의 송신부와 수신부를 커버할 수 있는 대역폭 (1,885~2,200 MHz)을 갖추고, 이중편파간에 16 ㏈ 이하의 격리도를 확보하며 이득은 7 ㏈i 이상으로 확보를 하였다. 최종적으로 2$\times$8 이중편파 능동형 배열 안테나에서는 저 전력증폭기의 분산 장착 기술을 위해 균일한 특성을 갖는 전력증폭기를 각 패치의 후면에 분산하여 1,200 W 이상의 EIRP와 20 ㏈ 이상의 편파간 격리도를 확보할 수가 있었다.
모노펄스 추적 알고리즘은 대국의 송신 신호를 기반으로 대국의 위치를 추정하는 추적 알고리즘이다. 모노펄스 추적 알고리즘에 의한 추정 위치는 안테나의 합 및 차 신호 패턴에 의한 모노펄스 비율 곡선(MR-C; Monopulse Ratio curve)을 기반으로 산출된다. 따라서 MR-C의 선형 구간에 비례하여 높은 정확도의 추정 위치를 산출할 수 있는 범위가 증가하게 된다. 본 논문에서는 능동위상배열안테나가 적용된 추적 안테나 시스템에 있어, 능동위상배열안테나의 빔 형성 기법을 적용하여 MR-C의 선형 구간을 확장하는 방법을 제안하였다. 동일한 안테나 시스템을 기반으로 모의실험을 수행한 결과, 제안된 기법의 적용 유/무에 따라 MR-C의 선형 구간이 약 2배 정도 차이가 남을 확인하였다.
능동위상배열안테나 시스템은 각 방사 소자에 급전되는 신호의 크기 및 위상을 조절하여 빔 조향, 다중 빔 형성, 적응형 빔 형성 등을 할 수 있다. 능동위상배열안테나 시스템을 이용하여 원하는 방사특성을 얻기 위해서는 각 방사 소자에 정확한 신호의 크기 및 위상값이 급전되어야 한다. 그러나 다양한 원인에 의해 급전 신호 오차가 발생하며, 본 논문에서는 이와 같은 급전 신호의 오차 값을 산출하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 급전 신호의 오차 추정 절차가 간단하며, 급전 신호 크기 및 위상 오차를 빠르고 정확하게 탐색할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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