본 논문에서는 비행체 탑재용으로 안테나의 소영화를 위해 GPS용 적층형 폴디드 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 기존의 소형화된 마이크로스트립 패치 안테나는 고비 유전율의 유전체를 이용한 소형화로 유전체 손실에 의해 대역폭이 작아지고 효율저하가 발생하게 된다. 제안된 안테나는 기존의 단점을 보완하는 소형화를 위해 먼저 Rogers사 TMM 10i(비유전율=9.8, 손실탄젠트=0.002) 유전체를 이용하였고, 다음으로 perturbation 효과를 적용시킨 방사소자를 유전체 표면에 폴디드 구조로 구현하였다. 이렇게 GPS $L_1$대역에서 설계된 안테나의 방사소자 크기는 $20.3mm{\times}19.93mm$를 가지며, 기본 반파장 마이크로스트립 패치 원편파 안테나보다 94.2% 소형화 특성을 얻었다. 또한 -10 dB 대역폭의 경우 32.3 MHz(2.05%), 3 dB 축비 대역폭의 경우 6.7 MHz(0.43%)로 측정되었다. 방사패턴 측정 결과 최대이득은 x축 편파에서 0.56 dBi, y축 편파에서 1.23 dBi을 얻었다.
본 논문에서는 자계 집속을 위해 메타 물질 slab을 포함하는 무선 전력 전송 성능을 공진기의 유효 Q-factor와 결합계수 예측식을 사용하여 요소적으로 분석하였다. 구체적으로, 메타 물질이 갖는 손실을 고려한 등가회로를 제안하고, 이를 이용하여 무선 전력 전송 시스템을 분석하였다. 손실이 없는 이상적 또는 저손실 메타 물질이 시스템에 삽입될 경우, 음의 투자율로 인한 자계 집속으로 인해 전송 효율이 대폭적으로 개선될 수 있다. 하지만 음의 투자율을 구현하기 위해 RR (Ring Resonator) 또는 SRR(Split Ring Resonator)로 메타 물질을 설계할 경우, 구조에 의한 손실로 효율 증가에 악영향을 끼치게 된다. 점 자하 소스가 아닌 실제의 루프 공진기에 손실이 있는 메타 물질을 사용하여 전송 효율을 향상시키기 위해서는, 메타 물질의 폭을 송수신 공진기 간 거리의 반 이하에서 최적화하여야 한다. 손실 탄제트가 0.001인 메타 물질이 두 공진체 사이에 삽입되었을 때는 그 폭과 두 공진기 사이의 거리의 비가 약 0.35일 때 전송 효율이 93%(메타물질 사용하지 않은 경우는 53 %)로 최대가 되었으며, 손실 탄젠트가 0.2(실제 손실과 유사)를 갖는 메타 물질이 삽입될 경우, 그 비가 약 0.25에서 약 61 %의 최대 전송효율을 나타내었다.
본 논문에서는 유니 플래너 급전구조를 갖는 V형 선형 테이퍼드 슬롯 안테나를 설계하였다. 설계에 사용한 유전체 기판은 두께가 0.762mm이고 비유전율이 3.0인 PTFE 기판이며 손실 탄젠트는 0.001이다. 또한 중심 주파수는 5.8GHz로 설계하였으며 급전선로의 실현은 Hammerstad에 의한 식을 사용 하였다. V-LTSA의 S11과 VSWR의 시뮬레이션 결과를 얻었으며 -10dB를 기준으로 할 때 대역폭은 약 4.3GHz이었고 VSWR은 약 1.8 Octave의 광대역 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 선박내 무선통신용 장비로 활용 가능한 대역인 TRS(Trunked Radio System), WLAN(Wireless LAN), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 삼중대역을 위한 평면 모노폴 소형 마이크로스트립 안테나를 설계하였다. 설계되어진 안테나는 접지면과 패치면을 동일면상에 위치시키는 CPW(Co-planar Waveguide)급전 구조를 이용하여 크기를 소형화하였다. 제안된 안테나는 유전율이 4.4, 두께 1.5mm, 탄젠트 손실이 0.04인 FR-4 기판을 이용하였으며, 삼중대역에서 2 이하의 정재파비를 만족하고 -10dB이하의 만족할 만한 입력대비 반사손실을 얻었다.
다른 물리탐사법과는 달리, 전자탐사의 실질적인 국내 활용과 연구는 1980년대부터이다. 이렇게 늦게나마 시작하게 된 것은 1970년대 미국 유학한 네 명의 연구자들의 영향이고, 이 들과의 공동연구와 유대는 현재까지 지속되고 있다. 그 동안 국내 연구진이 이룬 성과는 괄목할 만 하다. 이제 우리는 MT와 CSAMT탐사, 지자기수직탐사, 소형루프탐사, VLF탐사, GPR탐사, 시간영역 전자탐사 등 전 분야에 걸쳐 국제 수준의 기술력을 확보하게 되었고 신기술인 고주파수 전자탐사, 시간영역 전자탐사, 역산기법 분야에서 창의 있는 연구 성과를 내고 있다. 활용 분야도 지하자원탐사에서 지반조사, 환경조사, 고고학조사, 구조물 결함조사, 땅굴조사 등으로 엄청나게 확장되었다. 아직도 자료해석이 난삽하기 이를 데 없는 전자탐사법을 한 단계 높일 결정적인 돌파구가 국내 연구진에 의해서 나올 날이 멀지 않을 것이다.
전자파 흡수용 재료로서 NiCuZn 페라이트의 제조조건 중 구성성분비, 소결온도, 평균입자 크기에 대하여 자기적 특성을 검토하였다. 전자파 흡수용 재료로서의 NiCuZn 페라이트가 가장 넓은 주파수 대역에 적용될 수 있는 화학적 조성비는 $Fe_2O_3$ 49.0 mol%, NiO 9.0 mol%, CuO 8.0 mol%, ZnO 34.0 mol%이다. 이 화학조성에서 배합한 원료를 $900^{\circ}C$에서 하소하여 제조한 페라이트를 성형하여 $1080^{\circ}C$에서 소결시킨 페라이트 상태를 관찰한 결과 결정립 $5{\sim}10{\mu}m$로서 최적의 상태를 보였다. 평균입자크기가 $1.12{\mu}m$의 경우 가장 우수한 손실탄젠트 및 전자파 흡수특성을 나타내었다.
안테나에서의 소형화 기법은 안테나의 물리적인 모양을 변형하여 공진에 필요한 전기적인 길이를 주어진 공간에서 최대화하고 경우에 따라서 고차의 공진모드를 이용하는 방법이다. 가장 대표적인 설계방법으로는 헬리컬 안테나, 미앤더 안테나, 프랙탈 안테나 등이다. 본 논문에서 제안한 소형화 안테나는 프랙탈 개념의 koch curve 구조이다. 안테나는 ISM 대역의 2.45 GHz 주파수이며, 마이크로스트립 패치 안테나로 제작하였다. koch curve 마이크로스트립 패치 안테나는 유전율 4.7, 유전체 높이 1.6 mm, 손실 탄젠트 0.02의 FR4 epoxy 기판을 사용하였으며, 에칭공정으로 제작하였다. 제작된 안테나의 반사손실 결과는 2.45 GHz 대역에서 -23.17 dB, VSWR 결과는 1.1491, 임피던스 정합은 $46{\Omega}$이다.
제안된 UWB 원형 패치 안테나는 FCC에서 규정한 3.1 ~ 10.6 GHz 대역에서 25% 이상의 상대적 대역폭을 갖도록 유도하였다. 안테나는 일반적인 마이크로스트립 라인과 선형적으로 임피던스가 변하는 마이크로스트립 라인의 두 가지 구조를 통해 광대역 특성을 유도하였다. 최종 제안된 안테나는 Ansys사의 HFSS를 화용하여 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 mm를 갖는 FR4_epoxy 기판에 설계되었다. 안테나 분석을 위하여 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 시뮬레이션을 하였다. 분석한 결과 2.28 ~ 13.35 GHz 대역에서 -10 dB 반사손실 및 $VSWR{\leq}2$를 만족하여 약 11.89 GHz의 대역폭을 보였으며, 방사패턴은 전 대역에서 모두 무지향성의 특성을 보였다. 안테나의 이득은 2 ~ 8 GHz 대역에서 점차적으로 증가하여 8 GHz에서 7.92 dBi의 가장 큰 이득의 특성을 보였으며, 9 ~ 12 GHz 대역에서 점차적으로 이득이 감소하는 특성을 보였다.
본 논문에서는 UWB 통신 시스템에 적합한 안테나를 제안하였으며, 특정 구간에서 위치 인식에 적합한 특성을 만족하였다. 제안된 테이퍼드 슬롯 안테나는 Ansys사의 HFSS 시뮬레이션 툴을 통하여 최적화 설계되었으며, 유전율 4.5, 손실 탄젠트 0.0035, 두께 1.62 mm를 갖는 Taconic TRF-45 기판으로 제작되었다. 테이퍼드 슬롯 안테나는 주파수 영역에서의 반사계수 및 정재파비, 방사패턴 등을 분석하였다. 제작된 테이퍼드 슬롯 안테나의 임피던스 대역폭은 3.8 ~ 8.9 GHz 대역에서 5.1 GHz 대역폭을 보였으며, 안테나의 E-평면과 H-평면에서 방사패턴은 특정 구간에서 실내 외 위치 인식에 적합한 지향성의 특성을 만족하였다. 안테나 이득은 시뮬레이션에서 6 GHz 대역에서 7.4 dBi이며, 측정 결과는 6 GHz 대역에서 7.6 dBi의 최대 이득을 보인다. 제안된 테이퍼드 슬롯 안테나는 시뮬레이션과 측정 결과는 다소 차이가 있지만 UWB 통신 시스템의 규정을 만족하였다.
본 논문에서는 마이크로스트립 헤어핀 형태의 링 공진기를 이용하여 저위상 잡음을 개선한 소형화된 S 대역에 사용가능한 발진기를 설계 및 제작하였다. 기판은 고조파 특성이 우수한 유전율 ${\varepsilon}_r$=3.5 기판두께 h=20mil 금속두께 t=17um 손실 탄젠트 $tan{\delta}$=0.0025 인 TACONIC사의 RF-35를 사용하였다. 측정된 결과 발진 주파수는 2.45 GHz에서 출력전력은 20.9 dBm으로서 기존의 발진기에 비하여 상당히 높은 출력을 얻었고, 위상 잡음 특성은 100 kHz offset에서 -100.5 dBc/Hz 로서 기존의 발진기 성능과 비교하면 우수한 특성이 있음을 확인할 수 있었고, 고조파 억압 특성은 32 dBc 이상으로서 우수한 특성을 갖는 발진기임을 보여주었다. 본 논문에서 제안된 발진기의 형태를 이용하여 RFIC, MIC, MMIC 형태로 제작한다면 발진기를 소형화할 수 있을 것이며, 이 제작된 발진기는 S-밴드의 주파수원으로 이용 가능할 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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