본 논문에서는 FR4와 같은 저가의 고손실 기판을 이용하여 금속 부착형 태그 안테나를 설계하는 새로운 방법을 제안한다. 제안한 설계 방법은 유전 손실(dielectric loss)에 따른 기판 손실(substrate loss)을 크게 감소시킴으로써, 태그 안테나의 복사 효율(radiation efficiency)을 기존의 평면 역 F 안테나(planar inverted-F antenna: PIFA)에 비하여 2배 이상 향상시킨다. 본 논문에서는 제안한 방법에 따른 안테나의 등가 회로 모델을 정립하고 이를 체계적으로 분석하였으며, 시제품을 제작 및 측정하여 제안한 방법의 우수성을 입증하였다.
A method of optimum design based on reliability for antenna structures is presented in this paper. By constructing the equivalent event, the formula is derived for calculating the reliability of reflector accuracy of antenna under the action of random wind load. The optimal model is developed, in which the cross sectional areas of member are treated as design variables, the structure weight as objective function, the reliability of reflector accuracy and the strength or stability of structural elements as constraints. The improved accelerated convergence gradient algorithm developed by the author is used. The design results show that the method in this paper is feasible and effective.
본 논문에서는 전기적 소형 모노폴 형태의 안테나가 제시되었다. 크기가 매우 짧은 (${\iota}{\approx}{\lambda}_g/15$ ) 모노폴은 용량성 소자로 동작하며, 접지면 위에 놓여진 개방형 슬롯구조는 유도성 소자로 동작하므로, 이 들 두 소자를 결합시킨 구조는 LC 공진기를 형성하게 된다. 안테나에 대한 등가회로 모델 은 안테나의 해석 및 설계의 정확성을 파악하기 위하여 사용되었다. 제안된 안테나는 매우 작은 전기적인 크기를 갖고 있으나 양호한 성능을 나타내고 있다. 측정된 안테나의 최대 이득과 효율은 주파수 2.1 GHz에서 각각 3.6 dBi 및 77.8 %를 나타내었다.
3차원 FDTD 법과 등가회로망 모델을 이용하여 bistatic GPR 시스템의 수신응답을 해석하였다. 기존의 델타갭 급전모델은 안테나와 선로간의 임피던스 정합특성을 고려하지 않았기 때문에 부정확하다는 것을 알 수 있었다. 본 논문에서는 실제 GPR의 물리적 특성을 고려하여 개선된 급전모델을 구성하였다. 실제 bistatic GPR 시스템에 대한 3차원 FDTD 해석결과를 이용하여 각주파수 영역의 등가 회로망 모델을 구성하여 실제 수신전압을 계산하였다. 계산결과가 측정자료에 접근함을 보임으로써 제시한 모델의 타당성을 입증하였다.
3차원 FDTD 법과 등가회로망 모델을 이용하여 bistatic GPR 시스템의 수신응답을 해석하였다. 기존의 델타갭 급전모델은 안테나와 선로간의 임피던스 정합특성을 고려하지 않았기 때문에 부정확하다는 것을 알 수 있었다. 본 논문에서는 실제 GPR의 물리적 특성을 고려하여 개선된 급전모델을 구성하였다. 실제 bistatic GPR 시스템에 대한 3차원 FDTD 해석결과를 이용하여 각주파수 영역의 등가 회로망 모델을 구성하여 실제 수신전압을 계산하였다. 계산결과가 측정자료에 접근함을 보임으로써 제시한 모델의 타당성을 입증하였다.
본 논문에서는 단락된 사각 디스크와 프로브 급전된 사각 스파이럴 형태의 스트립 선로를 전자기적으로 결합한 형태의 소형 모노폴 안테나를 제안하고, 집중소자를 이용하여 안테나의 등가모델을 제시하였다. 단락 된 사각 디스크는 캐패시턴스 성분을 가지는 모노폴로써 병렬 RLC 공진회로로 등가화 되며, 사각 스파이럴 스트립 선로 급전부는 인덕턴스 성분의 모노폴로써 직렬 RLC 공진회로로 등가화 된다. 그러므로 안테나는 병렬 공진회로의 공진과 직렬 공진회로의 공진이 결합하여 넓은 주파수 대역폭을 가지게 된다. 제안한 안테나는 0.075λ$_{0}$${\times}$0.075λ$_{0}$${\times}$0.075λ$_{0}$의 크기를 가지며, VSWR$\leq$2를 기준으로 2.038GHz의 중심주파수에서 16.5 %의 대역폭을 가진다.
본 논문에서는 변형된 MSA에 전기력선의 제한이 없도록 용량을 장하한 MSA를 제안했다. 제안된 안테나는 1.9 GHz의 중심 주파수에서 7.76%의 대역폭을 갖고, 임의의 급전점 변화에 따라 대역폭과 공진주파수의 변화를 보였다. 용량을 장하한 MSA는 변형된 MSA보다 개선된 대역폭을 얻었다. 전송 선로 모델의 안테나 등가 회로는 정확한 공진 주파수를 찾기 위해 설계되었고, return loss 값을 계산했다. 계산된 값은 실험값과 양호하게 일치되었다.
직각 도파관 내의 주 모드인 TE$_{10}$ 모드의 필드 분포를 기준으로 만든 전송선 등가 모델을 바탕으로 슬롯 결합의 결합을 통해 급전하는 도파관 슬롯 배열 안테나를 설계하였다. 이를 위해 도파관 중심에 위치한 기울어진 슬롯(결합 슬롯)의 적절한 각도와 도파관 축 방향 슬롯(방사 슬롯)의 이격거리를 구해낸 후, 이를 EM 시뮬레이션을 통해 전자기적 특성을 파악하고 특성을 분석하였으며 실제 제작품 측정 결과 비교하였다. 측정된 반사손실 대역폭은 중심주파수 9.15 GHz에서 180 MHz, 부엽레벨은 -25 dB 이하, 반 전력 빔폭은 약 9$^{\circ}$, 이득은 25.5 dB이며 이러한 결과는 시뮬레이션 데이터와 유사하다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제18권3호
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pp.175-181
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2018
The array patterns of a patch array antenna were calculated using an active element pattern (AEP) method that considers ground edge effects. The classical equivalent radiation model of the patch antenna, which is characterized by two radiating slots, was adopted, and the AEPs that include mutual coupling were precisely calculated using full-wave simulated S-parameters. To improve the accuracy of the calculation, the edge diffraction of a ground plane was incorporated into AEP using the uniform geometrical theory of diffraction. The array patterns were then calculated on the basis of the computed AEPs. The array patterns obtained through the conventional AEP approach and the AEP method that takes ground edge effects into account were compared with the findings derived through full-wave simulations conducted using a High Frequency Structure Simulator (HFSS) and FEKO software. Results showed that the array patterns calculated using the proposed AEP method are more accurate than those derived using the conventional AEP technique, especially under a small number of array elements or under increased steering angles.
FDTD법을 이용하여 GPR의 응답을 계산하기 위해서는 정확하고 효율적인 안테나 급전 모델이 매우 중요하다. 기존 문헌에 의하면 각주파수 영역에서 등가 회로망 모델, 시간영역에서 1차원 전송선 셀 모델, 전압경계조건 모델 등이 있다. 본 논문에서는 이러한 급전모델간의 이론적인 관계를 검토하였다. 매우 짧은 길이의 무손실 급전선이 송신기(또는 수신기) 와 정합 되었을 때 위의 3가지 모델이 서로 등가관계가 성립함을 알 수 있었다. 모의계산의 정확성과 계산의 효율성 관점에서 급전모델에 따른 실제 GPR 시스템의 수신응답 계산결과들을 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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