본 논문에서는 1~6GHz 대역에서 동작하는 소형 대수 주기 다이폴 배열 (LPDA: Log-periodic Dipole Array) 안테나에 관해 연구하였다. LPDA 안테나의 폭을 소형화하기 위해 역(inverted)-L 형태의 다이폴 소자를 사용하였고, 전체 길이를 줄이기 위해 각 다이폴 소자 간의 간격을 줄였다. 역-L 형태의 다이폴 소자의 top-loading 길이를 증가시킬수록 LPDA 안테나의 폭을 더 줄일 수 있으나, 대역폭과 이득은 상대적으로 감소함을 알 수 있었다. 최종 제작된 소형 LPDA 안테나는 FR4(비유전율 4.4, 두께 1.6 mm) 기판 상에 제작되었고, 표준 LPDA 안테나와 비교하여 폭이 32%, 길이가 49% 줄어들었다. 측정한 이득은 1~6GHz 대역에서 1~3.1 dBi 범위에 있다.
본 논문에서는 재난안전 통신망(Public Safety LTE: 698~806 MHz) 서비스를 위하여 대수 주기 다이폴 배열(Log-Periodic Dipole Array) 안테나의 소형화 구조를 제안하였다. LPDA 안테나를 소형화하기 위하여 배열 다이폴에 반복성 프랙털 나무(fractal tree) 소자를 새롭게 추가하여 배열 다이폴의 길이를 단축하였다. 그 결과, 전형적인 LPDA 안테나와 비교하여 약 25 % 정도 소형화 되었다. 제안한 LPDA 안테나 설계 규격을 검증하기 위하여 두께가 1.5 mm인 알루미늄을 사용하여 실제 제작 및 성능을 측정하였으며, 계산 결과와 비교적 양호한 결과를 얻었다.
UWB 응용을 위해 스트립이 추가된 직각 삼각형-모양의 다이폴 소자로 구성된 소형 대수 주기 다이폴 배열 (LPDA; log periodic dipole array) 안테나를 제안하였다. 첫째, LPDA 안테나의 폭을 줄이기 위해 기존의 스트립 다이폴 소자 대신에 직각 삼각형-모양 다이폴 소자를 사용하였다. 둘째, 소자 사이의 간격을 줄여 LPDA 안테나의 길이를 줄였다. 마지막으로, 안테나의 폭을 더 줄이기 위해 직각 삼각형-모양 다이폴 소자의 양 팔의 끝에 스트립을 추가하였다. 16개의 다이폴 소자와 4 dBi 이상의 이득을 가지도록 제안된 안테나의 시제품을 FR4 기판에 44mm×30mm 크기로 제작하였다. 제작된 안테나의 전압 정재파비가 (VSWR; voltage standing wave ratio) 2 이하인 주파수 대역은 2.99-14.76 GHz로 UWB 대역을 만족하며, 측정된 이득은 4.0-5.5dBi이고 전후방비는 10 dB 이상이다. 제안된 소형 LPDA 안테나의 길이와 너비는 기존 LPDA에 비해 각각 40.9%와 20.6% 감소하였다.
본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에서 사용되는 LPDA(Log-Periodic Dipole Array) 안테나를 소형화 하는 연구를 하였다. LPDA 안테나를 소형화하기 위해, 본 연구에서는 LPDA 안테나의 저주파 대역 방사 소자를 급전 부분의 전류 상쇄 효과가 적은 삼각형 미앤더 구조로 변형시켰다. 삼각형 미앤더 구조는 이등변 삼각형 미앤더 구조와 직각 삼각형 미앤더 구조를 제안하였으며, 두 가지 미앤더 구조를 적용하여 LPDA 안테나를 소형화 하였다. 또한, 소형화된 LPDA 안테나에 대해서 시뮬레이션과 측정 결과를 비교하였다. 그 결과, 이등변 삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나와 직각삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나는 기본형 LPDA 안테나에 비해서 각각 60.5 %, 72.4 %로 소형화되었다. 따라서 제안된 삼각형 미앤더 구조가 LPDA 안테나의 소형화에 적합함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 UWB 통신용으로 사용할 수 있는 대수 주기 보우타이 다이폴 배열 (LPBDA) 안테나에 대하여 연구하였다. 일반적인 LPDA 안테나에서 사용되는 다이폴 소자 대신에 보우타이 형태의 다이폴 소자를 사용하였고, 보우타이 소자의 양끝으로 벌어진 각도에 따른 LPBDA 안테나의 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하였다. 양끝으로 벌어진 각도가 증가할수록 LPBDA 안테나의 가장 낮은 동작 주파수가 저주파수 대역으로 이동하여 주파수 대역폭이 늘어나지만, 평균이득은 줄어들었다. 그러나, LPDA 안테나에 비해 이득의 변화는 적고 전후방비가 향상되었다. 표준 LPDA 안테나와 양끝으로 벌어진 각도가 13도인 LPBDA 안테나를 FR4(비유전율 4.4, 두께 0.8 mm) 기판상에 제작하였다. 측정한 이득은 3.1~10.6 GHz 대역에서 표준 LPDA 안테나는 4~6.5 dBi 범위에 있고 LPBDA 안테나는 4.2~5 dBi 범위에 있다.
Genetic algorithms (GA) is a well known technique that is capable of handling multiobjective functions and discrete constraints in the process of numerical optimization. Together with the Pareto ranking scheme, more than one possible solution can be obtained despite the imposed constraints and multi-criteria design functions. In view of this unique capability, the design of the log-periodic dipole antenna array (LPDA) using this special feature is proposed in this paper. This method also provides gain, front-back level and S parameter design tradeoff for the LPDA design in broadband application at no extra computational cost.
In this letter, a miniaturized log-periodic dipole array (LPDA) antenna operating from 1 GHz to 6 GHz is proposed for portable direction finding applications. To reduce the lateral size of an LPDA antenna, bow-tie elements and a top-loading technique are utilized and spacing factor is decreased to reduce the spacing between the LPDA elements. The proposed miniaturized LPDA antenna has the measured gain and front-to-back ratio ranging from 1.2 dBi to 3 dBi and from 7 dB to 22 dB, respectively.
본 논문에서는 UWB 대역(3.1-10.6 GHz)에서 동작하는 소형 대수-주기 반-보우타이 다이폴 배열 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 안테나는 일반적인 대수-주기 다이폴 배열 안테나에서 사용되는 스트립 형태의 다이폴 소자 대신에 반-보우타이 형태의 다이폴 소자를 사용하고 소자간의 간격을 줄여 소형화하였다. 반-보우타이 다이폴 소자의 벌어지는 각도와 간격계수에 따른 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하였다. 최적화된 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR) < 2 이하인 대역은 2.95-11.31 GHz으로 UWB 대역에서 동작함을 확인하였다. 또한, 대수-주기 다이폴 배열 안테나에 비해 제안된 안테나의 길이와 폭은 각각 32.1 %와 18.3 %가 축소되었다.
본 논문은 공중에서 회전하면서 광대역 신호를 방향 탐지하고 수신하는 반사판 안테나 급전기용 초광대역 LPDA(Log-Periodic Dipole Array) 안테나를 제안한다. S 대역부터 Ka 대역까지 20:1 이상의 초광대역 특성을 확보하기 위해 평면기판 위에 방사소자를 인쇄하였고, 기판 사이에 견고한 구조의 쐐기형 유전체 지지대를 삽입하였다. 또한, 무게를 줄이기 위해 지지대 중심 부분을 스티로폼 재질로 대체하였다. 설계된 LPDA 안테나의 5-dB 반사손실 대역폭은 시뮬레이션 37.57:1(1.09~40.95 GHz), 측정 33.85:1(1.31~44.35 GHz)로 초광대역 특성을 나타내었다. 동작 대역에서 평균 이득은 시뮬레이션, 측정 각각 5.79 dBi, 5.76 dBi로서 요구하는 이득을 확보하였다. 제안된 견고하고 가벼운 초광대역 LPDA 안테나는 항공용으로 적용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 위상 배열안테나 급전부를 포함한 반사판 안테나의 빔포밍 특성을 연구하였다. 제안된 안테나의 반사판의 직경, F/D, 급전부의 배열 소자수가 변함에 따라 반사판에 의해 형성되는 빔의 조향각을 계산함으로써 안테나의 빔포밍 특성을 확인하였다. 또한 실제 측정을 통해 제안된 안테나의 빔포밍 특성을 확인하기 위해 직경 1.5 m의 반사판, LPDA(Log Periodic Dipole Array) 4소자로 구성된 급전부를 이용하여 빔포밍 성능을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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