본 논문에서는 어레이 안테나를 구성하는 각 패치 안테나의 입력 임피던스가 비 균일하게 구성되어 있는 K 밴드(24.15 GHz) $3{\times}6$ 어레이 안테나를 제안하였다. 각 패치 안테나의 임피던스를 조절하기 위해 인셋 급전의 길이를 다르게 함으로써 설계하였다. 또한, 키르히호프 법칙에 의하여 각 패치에 동일한 전류를 인가시켰다. 제안된 비 균일 어레이 안테나의 대역폭은 균일 어레이 안테나의 대역폭보다 1.5배 넓음을 확인하였다. 이는 비균일 임피던스 어레이 안테나를 구성하는 각 패치의 인셋 급전의 길이가 다르기 때문에 다중 공진을 형성하여 대역폭이 넓어지는 것이라 사료된다. 제안된 비 균일 어레이 안테나의 대역폭은 5.07 %, 이득은 18.32 dBi로 측정되었다.
이동체 탑재형 안테나는 설치 장소의 특성상 소형화와 경량화가 필수적인 요소이다. 그러므로 이동체 탑재형 안테나의 경우 반사판형 안테나보다 마이크로스트립 어레이 안테나가 널리 쓰이고 있다. 본 고에서는 마이크로 스트립 슬롯 어레이 안테나를 설계하였다. 만족스러운 고 이득을 얻을 수 있으며 동시에 패치 소자의 개수를 줄이기 위해 패치 단일 소자가 가급적 고 이득을 낼 수 있는 구조로 설계하였다. 본 고에서 설계한 슬롯 안테나는 기생슬롯을 가진 H 자형 타입의 소자이다. 설계는 제작상의 오차를 고려하여, 운용 주파수 11.7~12.75 GHz에서 VSWR 1.8:1 이하를 목표로 하였다. 제작된 안테나의 측정결과는 11.7~12.75 GHz대역에 걸쳐 VSWR < 1.8의 만족한 결과를 보이고, 단일 소자의 시뮬레이션 이득 결과는 10 dBi를 보였으며 $4\times4$ 어레이를 했을 경우 이득은 22 dBi의 값을 보였다. 제작되어진 안테나는 추후 급전 네트웍의 최적화를 통해 상호 간섭(Mutual Coupling)을 최소화하여 효율을 최대화한다면 직접 위성 서비스를 수신하기 위한 초소형 안테나로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 PCS 기지국요 U-슬롯 어레이 안테나 설계가 실행 및 연구되었다. U-슬롯 안테나는 안테나의 부피가 작은 단층 형태이나 기생 패치를 이용하는 설계보다 더넓은 대역폭을 얻을 수 있으며 probe 급전의 경우에 17%이상의 대역폭을 얻을 수 있다. 설계도니 U-슬롯 어레이 안테나는 PCS 주파수 대역에서 12dB이상의 평균 이득과 안정적인 복사패턴을 가지고 있다. 본 논문에서 U-슬롯 어레이 안테나의 설계를 통하여 PCS를 기지국용 안테나로의 이용 가능성을 제시하였다.
본 문에서는 Tschebyscheff 다항식 이론을 이용하여 상대적 전류 분포비가 1:2:2:1이 되도록 마이크로스트립 패치 어레이 안테나(MPAA) 설계 제작하였다. 지향성을 갖는 제안된 안테나는 작고 가벼우며 얇다. 또한 빔폭이 14。 인 어레이 안테나이고, 중심 주파수는 10.2553GHz이다. MPAA는 한 개의 마이크로스트립 패치 안테나(SMA:single microstrip antenna)특성과 비교 분석하였다. 그 결과 MPAA는 SMA보다 보다 좁은 복사 전력 빔폭과 큰 최대 복사 전력 이득을 획득했다. PIN 다이오드를 이용한 위상 변환기를 적용하면 전자적 빔스케닝이 가능하고, 소형 레이더 시스템에 적합하다.
본 논문에서는 수평편파용 EMCD 어레이 안테나의 빔 틸트 특성을 기술하고 있다. 소자하나에 대하여 설계를 한 후, 이를 어레이 설계에 적용하여 어레이 안테나의 특성을 평가하였다. FDTD법에 의해 해석된 수평편파용 EMCD 어레이 안테나의 이론적 주파수특성과 지향성 패턴 결과는 실제 제작한 안테나의 측정치와 잘 일치하였다. 제작된 20 소자 어레이 안테나의 주빔의 앙각 틸트 각도는 무궁화위성이 위치한 47°였고, 반치폭은 약 ±7.5°정도로 양호한 지향성 특성을 보였다.
본 논문은 현재 직접 위성수신용 안테나로 사용 중인 파라볼릭 안테나를 대체할 수 있는 마이크로스트립 어레이 안테나를 연구하였다. 마이크로스트립 어레이 안테나는 극히 제한적인 분야에서 사용되었으나 직접위성 수신용 안테나와 같이 우리 실생활에 직접 적용할 수 있다면 많은 분야에서 활용이 예상된다. 마이크로스트립 어레이 안테나가 직접 위성수신용 안테나로 활용되려면 우선적으로 광대역 특성이 요구된다. 따라서 본 논문의 목표를 직접 위성수신을 위한 광대역 주파수 대역이 보장되는 안테나 설계기술로 설정하였다. 본 논문에서 제안된 마이크로스트립 안테나는 사각형 패치에 직교하는 두 개의 급전선로에 의해서 급전되도록 하였으며 순차 회전 급전기술로 광대역에서 좋은 축비를 얻을 수 있도록 설계하였다. 사각형 패치는 위성수신 주파수 대역에서 설계되었으며 폭과 길이는 W=L=8.9 mm ($0.352{\lambda}o$)이며 전체 크기는 $250{\times}250mm$이다. 제안된 안테나는 기존 급전방식의 안테나에 비해서 1 dB 이상의 축비가 개선되는 것을 실험을 통하여 입증하였다. 안테나의 성능 입증을 위해서 두 개의 $8{\times}8$ 어레이 안테나를 제작하여 실험하였다. 안테나의 최대 이득은 20.8 dB, 사이드로브 레벨 -10 dB 이하를 확인하였다. 본 논문의 안테나를 국내 무궁화 위성수신 시스템에 적용한다면 C/N=6.7 dB의 수신성능이 확보됨을 링크버짓 계산을 통하여 입증하였다.
본 연구는 파라볼릭 반사기의 체적을 줄일 수 있는 프린트 리플렉터어레이 안테나 설계에 대한 연구이다. 이를 위해 시뮬레이션과 제작된 도파관 시뮬레이터 측정을 통해 리플렉트어레이 안테나 단일소자의 위상변위 특성을 확인하였다. 그 결과, 10GHz에서 시뮬레이션시 최대 $298^{\circ}$의 위상 변위를 나타내었으며, 제작 측정시 $309^{\circ}$의 평균 위상변위 특성이 나타남을 확인하였다. 또한, 프린트 리플렉트어레이 안테나 이득은 28.3dBi, 3dB 빔폭은 E-plane $5.1^{\circ}$, H-plane $5.2^{\circ}$, 부엽은 E-plane -11.4dB, H-plane -17.6dB를 나타내었다.
마이크로스트립 리플렉트어레이는 다수의 반사소자를 이용하여 방사패턴을 조절하는 안테나로서, 일반적으로 곡면형 반사판 안테나를 대체하기 위하여 연구되어왔다. 본 논문에서는 리플렉트어레이에 관한 간략한 설계 이론을 정리하고, 고이득 및 광대역 리플렉트어레이의 연구동향을 살펴본다. 리플렉트어레이의 이득 특성을 개선하기 위해서는 리플렉트어레이에서 구현되는 반사위상의 오차를 최소화해야 하는데, 이를 위해서는 충분히 넓은 반사위상 범위 및 낮은 반사위상 민감도를 얻어야 한다. 리플렉트어레이의 대역폭을 확장하기 위해서는 반사소자의 반사위상이 주파수에 대해 선형적인 특성을 가지도록 설계해야 한다. 본 논문에서는 적층형 구조, 단층 다중공진 구조 등, 고이득 및 광대역 리플렉트어레이를 위해 반사소자의 반사위상 특성을 개선하고자 하는 다양한 연구에 대해 살펴본다. 또한, 안테나를 보다 소형화하기 위해 리플렉트어레이를 이중 반사판 형태로 구현하는 연구를 소개하고, 마지막으로 Contoured 빔, 근거리 빔 집중, RCS 감소 등 다양한 리플렉트어레이 적용 사례에 대해 정리한다.
리플렉트어레이 안테나는 반사경 안테나의 단점을 보완하여 대체할 새로운 형태의 안테나로 대두되고 있다. 하지만 반사판이 단층구조일 경우 대역폭이 매우 좁다는 단점이 있고, 대역폭을 넓히기 위하여 다층구조의 반사판을 사용할 경우 설계가 어렵고 제작 단가가 높아지게 된다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 극복하기 위하여 단층구조를 사용하여 제작 단가를 낮추면서 협대역 특성을 극복할 수 있는 정사각형에 U자 모양 슬롯을 낸 패치를 이용하여 리플렉트어레이 안테나를 설계하였다. 제안된 리플렉트어레이 안테나는 12.5 GHz에서 55.5 %의 효율과 14 % 이상의 1 dB gain bandwidth 특성을 갖는다.
유선 Relay Station(RS)은 셀룰러 시스템의 기지국(Base Station; BS)과 Radio-over-Fiber(RoF) 형태로 연결되어 시스템의 용량을 증대시키고 음영 지역을 축소시키는 역할을 수행할 수 있다. 무선 멀티홉 시스템과는 달리 별도의 대역으로 BS와 RS 간 신호 전송을 함에 따라, 주파수 재사용으로 인한 간섭의 영향을 크게 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 RS를 활용하는 셀룰러 시스템에서 안테나 어레이를 부가적으로 사용하는 경우 전송 용량 측면에서의 이득을 산출하고, 셀 내에 배치하는 안테나 어레이의 구성에 따른 성능 변화를 분석한다. 특히 성능 향상을 최대화하는 RS 위치의 선정, 주어진 안테나 원소 개수에 따른 배치 형태 결정, 안테나 원소의 개수 증가에 따른 성능 이득을 실험적으로 평가함으로써, 유선 RS와 안테나 어레이의 통합 활용 방안을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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