최근 전 세계적으로 ITC 기술을 이용한 항만 물류 분야의 경쟁력이 심화되는 추세를 보이고 있으며 현재 우리나라도 국가 전략적 차원에서 생산성 향상 및 서비스의 개선을 통한 고부가 가치를 획득하기 위한 u-Port(항만 물류) 사업이 진행 중이다. u-Port 사업에서 주된 기술 요소로 RFID/USN 기술이 사용되는데, 이 기술은 금속 환경에서의 태그 인식률이 좋지 않고, 인식거리가 짧다는 문제점들을 이유로 센서 노드들의 추가적인 배치를 통하여 관리를 하고 있다. 그러나 이러한 방법은 오차 범위가 크고 시스템 구축 초기비용 및 유지보수 비용이 많이 들어 U-Port용 시스템 구축에 여러 가지 문제점을 초래하고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 본 논문에서는 금속 태그 제작에 사용되는 급전의 문제점을 개선하고, 주변 환경 요소인 금속 물질로 인한 영향을 줄여 태그를 금속 물체에 부착 할 경우에도 장거리 인식율을 높일 수 있도록 인셋 급전을 적용한 산업용 RFID 적층형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 인셋 급전은 기존의 유도결합 급전을 이용한 구조와는 다르게 방사체와 급전선이 서로 분리되어 있지 않은 것이 가장 큰 특징이다. 이런 특징의 구조는 낮은 안테나 높이와 태그 칩에 임피던스 정합이 가능한 형태를 생산할 수 있게 해준다. 그러나 무조건 태그 안테나의 높이를 줄이면 안테나의 임피던스는 접지면과 방사체 사이의 기생 캐패시턴스가 증가하여 임피던스 정합의 어려움이 발생할 수 있으므로 단락 구조를 급전에 적용시켜 안테나의 임피던스를 인덕티브하게 만드는 방법을 이용하여 태그 안테나 설계 시 단점을 최소화하고 장점을 극대화 시켰다[1][2]. 이러한 기술적 요소들을 적용하여 본 논문에서는 마이크로스트립 패치 안테나를 변형된 형태로 설계하였고, 부착되는 금속물질의 영향을 줄이기 위해 인셋 급전을 이용하였으며, 안테나의 구성을 단일 층이 아닌 멀티층, 즉 방사체와 접지면 사이에 금속판을 삽입하여 특성저하를 감소시켰다.
본 논문에서는 접지면의 크기가 안테나의 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 기존의 프린트형 안테나의 특성 개선 요구에 부응한 안테나를 설계ㆍ제작하여 프린트형 안테나의 접지면의 크기에 따른 특성을 측정, 분석하여 최적의 접지면 크기를 산출하였다. 폴디드 안테나의 특성에 미치는 접지면 효과를 알아보기 위해 동박판을 잘라 기존의 폴디드 슬롯 안테나의 접지면을 확장시켰을 때 임피던스 및 방사 특성의 변화를 조사한 결과 임피던스 특성에는 별로 영향을 주지 않았으나, 방사 특성에는 많은 영향을 미치고 있음을 확인 할 수 있었다. 접지면의 크기를 고려한 엄격한 설계를 위해서는 복잡한 과정을 거쳐야 하지만, 접지면의 효과를 무시할 수 있는 적당한 크기를 산정하여 제작한다면 좀더 간단하게 안테나를 제작할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 초전도체 안테나와 같은 고효율 소형안테나를 해석하고 있다. 그런데 초전도체의 표면저항은 주파수의 제곱에 비례하여 증가하기 때문에 초전도체 안테나는 낮은 주파수대역에서 유용하다. 따라서 이에 사용되는 안테나의 크기가 커지게 되는데 이와 같은 안테나를 소형화 하는데 있어 정합회로의 역할은 매우 중요하다 할 수 있다. 본 논문은 초전도체 소형안테나를 구성함에 있어 손실특성을 최소화 할 수 있는 최적의 정합회로 구조를 준정근사법을 이용하여 해석한다. 또한 결과의 유효성을 확인하기 위해 안테나의 입력임피던스특성과 방사특성을 평가한다.
본 논문에서는 UHF RFID Reader 장치에서 고주파 신호 송신을 위한 발진기형 능동 안테나를 설계 제작하였다. 능동 안테나의 방사체로는 임피던스 정합이 용이하면서 좌선 원형 편파 특성을 갖는 소형화된 사각형 링 패치 안테나가 제안되었다. 이를 기반으로 링 패치 내부의 빈 공간에 RF증폭 회로를 위치시켜 사각형 링 패치와 상호연결하여 궤환 구조를 형성함으로써 발진 회로를 구성하였다. 발진 중심 주파수는 915 MHz이며 링 패치는 발진기의 공진기로 활용하였다. 실험 결과, 임피던스 대역폭 29 MHz, 3 dB 축비 대역폭 20 MHz, 3 dB 빔폭 $85^{\circ}$, 그리고 유효 방사 전력을 8.8 dBm을 얻었다.
본 연구에서는 식물의 씨로부터 착유하는 기존의 착유방법에 있어서 착유 효율의 한계를 개선하기 위하여 초음파를 이용한 부가 에너지의 적용 가능성을 실험적으로 확인 하였다.그 결과, 기존의 압착방식에 의한 착유 방식에 란주반형 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 진동에 의한 압력을 부가함으로써 기존의 단순압착 방식의 착유효율이 15 %인 경우 25 %로 증가하여 적지 않은 효율의 증가를 보였다. 초음파에 의한 부가 압력을 해석하기 위하여 착유시료의 음향임피던스 및 초음파 트랜스듀서의 전통속도를 측정하여 방사되는초음파의 음압진폭을 구한 결과 단순압착 정압의 약 2.8 %에 불과했으나 초음파 주기에 따른 양력의 변회는 착유효율증가에 매우 효율적임을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 이동통신 단말기에 적합한 변형된 반 파장 로디드 라인 안테나를 설계 및 구현하였다. 제안된 안테나는 실험적인 PCB 위에 하나의 반 파장 로디드 라인 구조를 갖는 방사체, 유전체 기판, 급전봉과 두 개의 단락봉으로 구성되어져 있다. 두 개의 단락봉은 방사체의 양쪽 끝에 각각 배치되어 있으며, 집중형 인덕턴스 소자는 각각의 단락봉과 PCB 그라운드 사이에 놓여져 있다. 인덕터 값의 조절을 통하여 안테나의 공진 주파수와 입력 임피던스가 각각 조정되어질 수 있다. 제안된 안테나는 최대 12 nH의 인덕터 값의 범위 내에서 $1,470\~2,660\;MHz$의 넓은 동작 영역과 좋은 임피던스 정합 특성을 가지고 있다. 안테나의 최대 이득은 동작 영역내에서 $-0.45\~2.03\;dBi$로 측정되었다.
본 논문에서는 대역폭을 향상시키기 위하여 이중공진을 갖는 마이크로스트립 U형 슬롯 패치 안테나를 설계 제작한다. U형 슬롯 패치 안테나를 설계하는데 있어서 입력 임피던스, 패치 폭, 슬롯의 전체길이, 발포형 유전체의 높이, 급전 위치 및 핀의 반경 등을 고려해야 한다. 안테나의 광대역 특성을 얻기 위해서는 슬롯의 폭과 길이를 조절한다. 안테나의 방사는 수직슬롯에 평행인 E면 패턴과 수평슬롯에 평행인 H면 패턴을 갖는 선형편파 특성을 갖는다. 안테나의 방사패턴, 임피던스 도표, 전압정재파비는 "ENSEMBLE"을 사용하여 계산하고 실험결과와 비교한다. 실험 결과 VSWR$\le$2:1인 임피던스 대역폭은 약 28.6%이며, 6.040GHz에서 지향성 이득은 14.18dBi 이다..18dBi 이다.
상대 유전율이 2.5인 태프론 기판(31 mil)과 상대 유전율이 1.06인 Foam을 이용하여 개구 결합 급전 방식 의 Ku 밴드 U 슬롯 마이크로 스트립 안테나플 섣계 및 제착하고 반사손실, 동일/교차 편파 방사패턴. 이득 등을 측정하였다. Foam을 사용한 경우 교차편파와 후방방사를 적절한 크기 이내로 제한하는 범위 내에서 38 %정도의 임피던스 대역폭을 보였으며 시율레이션 결과와 잘 일치하였다. 동일/교차 편파 방사 패턴도 시율 레이션 결과와 유사하였다.
본 논문에서는 RFID 태그용 UHF밴드 전방향성 안테나를 설계하였다. 전방향 방사특성과 소형화를 위해서 로딩 다이폴을 교차시키는 방법과 구부리진 다이폴을 교차시키는 방법을 나타내었다. 다이폴 간의 급전 위상차를 90도 되게 급전함으로써 E면 방사패턴이 전방향 특성을 갖도록 하였다. 마일라 재질 위에 칩 입력임피던스와 공액 정합되도록 구현한 3종류 안테나에 대한 반사특성은 -10 dB 기준으로 670-1,050 MHz, 700-1,250 MHz 및 600-1,020 MHz의 광대역 특성을 얻었다. E면 및 H면 모두가 무지향인 전방향 방사특성을 보였다.
구형도파관의 넓은 면에 축방향 슬롯을 파고 또 각각의 슬롯을 축방향으로 배열하였 때의 원거리 방사패턴을 구하는 과정을 보였으며 측정된 결과와 계산결과를 비교하였다. 방사전자계는 슬롯의 표면에 유기되는 등가의 자기전류로부터 계산할 수 있으며 임의의 개수를 가지는 배열안테나의 경우에는 각각의 슬롯이 자기 어드미턴스와 상호결합에 의한 영향을 받기 때문에 원하는 방사패턴을 얻기 위해서는 상호 어드미턴스를 고려하여 슬롯의 길이와 오프셋을 고려하여야 한다. 슬롯에서의 전계분포 해석은 모멘트법(method of moment)을 사용하여 해석하였다. 본 연구에서는 직선편파특성을 가지는 슬롯 배열 안테나의 설계를 위하여 슬롯의 자기 및 상호 어드미턴스를 구하고, 반복적인 수치해석 과정을 통하여 입력임피던스의 최적화 방법에 대하여 논하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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