본 연구에서는 원형편파 특성을 갖는 마이크로스트립형 패치 안테나를 제작하였다. 먼저 마이크로스트립 안테나의 이론적 해석을 통하여 90도 위상차로 인하여 발생하는 원형편파 안테나의 패치 형태를 연구하였으며, 원형편파 중에서도 좌선회 원형편파와 우선회 원형편파 안테나에 대해서도 연구를 행하였다. 이러한 해석을 토대로, 기판을 설정하고 모멘트 법의 Ensemble 5.0을 이용하여 시뮬레이션 한 후 가장 적절한 원형편파 안테나를 구상하였다. 그로부터 서로의 위상 차 문제에 대하여 해결 방안을 연구한 후 원형편파 안테나를 설계하였고, 이를 제작하였다. 또한, 제작된 원형편파 안테나특성을 Network Analysis를 통하여 분석하였다.
본 논문에서는 원형편파를 송신하고 수직 및 수평편파를 합성하는 방식의 원형편파 다이버시티시스템을 설계 및 제작하였나. 중심주과수 2.4GHz의 수직 및 수평편파안테나 그리고 90도 Hybrid Combiner를 설계 제작하여 원형편파 다이버시티시스템의 송신계를 구성하였고, 수직 및 수평편파 안테나와 편파 다이버시티 합성기를 설계 제작하여 원형편파 다이버시티시스템의 수신계를 구성하였다. 선계에 사용된 프로그램은 Ensemble 5.0이고 제작된 안테나, 위상기 및 합성기는 Network Analyzer(8753ES)를 이용하여 측정했으며 시뮬레이션 결과와 측정결과가 상당히 일치함을 확인했다.
본 논문에서는 비가시거리(NLOS) 전파환경에서 원형편파를 송신하고 수직, 수평편파 안테나로 수신하는 원형편파 다이버시티(CV-CH)방식에 대하여 이론적 모델을 제시하고 이의 우수성을 확인하였다. 원형편파 다이버 시티에 대한 간단한 이론적 모델을 통하여 XPD에 대한 상관계수 평가식을 유도하였으며, 비가시거리 전파환경에서 원형편파다이버시티 경우 직선편파다이버시티(VV-VH) 경우보다 교차편파분리도(XPD)가 약 6~7 dB 정도 낮게 됨을 알 수 있었다. 그 결과 원형편파 다이버시티 경우의 상관계수는 기존의 직선 편파다이버시티보다 더 낮은 상관계수 값을 나타내는 이론적 모델을 제시하였고 측정된 결과로부터 이의 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 혼 안테나를 위한 원형 편파가 발생 가능한 동축-도파관 변환 구조를 제안한다. 제안된 장치는 동축 선로에서 원형 도파관으로 모드를 변환하기 위한 변환 구조와 원형 도파관에서 원형 편파를 발생시키기 위한 편파기 기능을 동시에 가진다. 제안된 구조는 동축 선로에서 원형 도파관으로 $TE_{11}$ 모드의 신호를 전달하기 위한 수직 동축 내심과 백숏 사이에 수직 전계를 수평 전계로 바꾸는 편파 비틈 구조를 두어 원형 편파를 발생시킨다. 이러한 장치는 원형 편파 혼 안테나 이전에 위치해 시스템을 단순화 시킬 수 있는 장점을 가진다. 제안된 원형 편파 발생이 가능한 동축-도파관 변환 구조는 X-대역($8.0{\sim}8.5$ GHz)에서 동작하게 설계하였다.
본 논문에서는 3D Ray Tracing 편파특성 예측 시뮬레이터를 개발하고 초고속 옥내 무선환경에서의 원형편파 우수성을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 제안된 3D Ray Tracing 기법을 이용하여 시뮬레이션 한 결과 기수회의 반사파가 수신기에서 수신되지 않는 원형판파의 특성 때문에 다중경로 페이딩을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 옥내 가시거리(LOS) 및 비가시거리(NLOS) 환경에서의 원형편파를 이용한 페이딩 경감효과는 수직 및 수평견파나 편파다이버시티보다 우수함을 알 수 있었고, DS-CDMA 시스템을 이용한 경우에 있어서도 원형편파가 보다 우수한 BER 성능을 나타냄을 확인하였다.
인공 자기 도체 편파 변환기를 이용한 원형 편파 안테나를 소개하고 특성을 분석한다. 기존 원형 편파 안테나들의 한계였던 얇은 구조의 광대역 축비 대역폭을 구현할 수 있음을 인공 자기 도체 이론에 근거하여 이론적으로 설명하고 실험적으로 검증한다. 기존의 안테나들은 방사체 표면 전류에 의해 원형 편파 특성이 구현됨에 따라 축비 대역폭이 방사체 구조에 의존적이었던 반면, 제안된 구조는 선형 편파 다이폴 안테나를 사용하면서 접지면의 격자 구조를 통해 원형 편파 특성을 구현하였다. 이러한 인공 자기 도체 편파 변환기는 접지면에 전기적으로 인접한 다이폴 안테나가 효율적으로 방사할 수 있도록 도와줄 뿐 아니라, 표면 격자의 기하 구조에 따라 축비 대역폭을 조절할 수 있다는 장점을 동시에 가진다. 인공 자기 도체 편파 변환기를 통해 발생된 원형 편파의 축비 특성을 이론적으로 분석하고, 임피던스 정합 특성, 원형 편파 방사 패턴 및 축비 패턴, 축비 대역폭, 격리도 등을 측정하여 논의한다.
본 논문에서는 PIN 다이오드를 이용하여 다양한 편파 변환 특성을 갖는 마이크로스트립 원형 패치 안테나를 제안하였다. 안테나의 방사 패치에 두 개의 튜닝 스터브를 일정 거리를 두어 배치하고 PIN 다이오드로 각각의 튜닝 스터브를 방사 패치에 대하여 전기적으로 단락과 개방으로 스위칭함으로써 편파 변환 특성을 갖도록 하였다. 각각의 PIN 다이오드의 on/off 특성에 따라 안테나의 방사 특성은 두 주파수대의 선형 편파와 원형 편파, 우화전 원형 편파와 좌회전 원형 편파의 특성을 나타내게 된다. PIN 다이오드가 모두 on 또는 모두 off일 때 선형 편파가 발생하게 되고, 둘 중에 하나만 on되면 원형 편파 특성을 나타내게 된다. 안테나 측정 결과, 선형 편파일 경우에는 -10 dB 임피던스 대역폭은 각각 57.0 MHz($2.4\%$)와 50.0 MHz($2.1\%$)이며 방사 패턴에 있어서는 -15 dB 이하의 교차 편차 특성을 나타내었다. 또한, 원편파로 동작하는 경우, 좌${\cdot}$우 회전 편파에 대하여 모두 약 $1.3\%$의 축비 대역폭을 가졌으며 축비의 최소값은 0.2와 0.9 dB로 측정되었다.
본 논문에서는 이중편파들을 수신할 수 있는 소형 마이크로 스트립안테나를 제안하였다. 우선원형편파와 좌선 원형편파를 동시에 수신할 수 있어 편파 다이버시티 환경을 제공한다. 패치 내부에 정사각형 모양의 빈 공간을 두어 소형화를 구현하였다. 그리고 패치를 회전시켜 다이아몬드 형태를 만들고 급전선 주위에 슬롯을 두어 임피던스 정합이 용이하게 하였다. 제안된 안테나는 GPS(global positioning system)에 적용되어 설계되었으며 시뮬레이션을 통해 이론의 타당성을 입증하였다. 제작된 안테나를 측정한 결과 우선원형편파 신호를 수신하는 경우에, 정재파비 2:1 특성을 나타내는 83MHz 대역폭, 약 58MHz 의 3dB 축비대역폭, 90도의 3dB 빔폭 과 0dBi의 이득을 나타낸다. 또한 좌선원형편파를 수신하는 경우에도 유사한 특성을 보여준다.
본 논문에서는 기존의 원형 링 마이크로스트립 슬롯 안테나에 십자슬롯과 truncated를 통하여 원형편파를 구현할 수 있는 새로운 안테나 구조를 제안하였다. 금전구조는 입력단 설계가 간단하고 정함이 쉬운 전자파 결합방식을 사용하였고, Ansoft HFSS V8.0으로 최적화 한 후 제작 및 측정하였다. 제안된 안테나는 GPS(1.55MHz)대역에서 원형편파(RHCP, LHCP)특성을 만족하고, 각각의 안테나 구조에서 7.74%의 임피던스 대역폭(VSWR$\leq$2)을 갖고 안테나의 방사소자를 소형화하였다. 이는 기존의 월평 링 마이크로스트립 슬롯 안테나의 임피던스 대역폭 및 편파특성을 획기적으로 개선한 것이다.
본 논문에서는 원형 버섯 구조에 구부러진 가지가 부착된 전방향성 원형 편파 안테나를 제안한다. 수직 편파와 전방향성의 방사 패턴을 얻기 위해 원형 버섯 구조의 영차 공진을 사용하였고, 수평 편파를 얻기 위해 구부러진 가지를 원형 버섯 구조에 부착하였다. 그리고 수직 편파와 수평 편파간의 $90^{\circ}$ 위상 차이를 위해 구부러진 가지와 원형 버섯 구조 사이에 위상 지연 선로를 삽입하였다. 따라서 제안된 안테나는 전방향성 원형 편파 특성을 가진다. 제안된 안테나는 기존에 보고된 전방향성 원형 편파 안테나에 비해 전기적인 크기가 38% 감소하였다. 또한, 별도의 $90^{\circ}$ 위상 천이기와 이중 급전의 필요 없이 간단하게 디자인이 가능하다. 제안된 안테나는 임피던스 정합과 방사 패턴의 향상을 위해 바주카 발룬을 사용하였다. 좀 더 개선된 3 dB 축비를 얻기 위해 최적화 과정을 거친 결과 린Y 평면에서 3 dB 축비를 만족하는 구간이 $86{\sim}282^{\circ}$로 측정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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