본 논문에서는 LTE와 WiMAX 시스템에 적용 가능한 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 제안된 모노폴 안테나의 기판은 FR-4이고 크기는 $70.88mm{\times}54.88mm$이다. 제안된 안테나는 평면형 모노폴 설계를 기본구조로 구성함으로서 LTE와 WiMAX 대역을 포함하는 이중대역 특성을 갖도록 설계하였다. 최적화된 파라메타를 얻기 위해 상용 툴(CST's Microwave Studio Program)을 사용하여 시뮬레이션 하였으며 안테나 성능에 민감하게 작용하는 파라메타를 찾아내서 최적화된 수치를 얻었다. 얻어진 최적화된 수치를 사용하여 제안된 안테나를 설계하였다. 따라서 제안된 안테나는 LTE와 WiMAX 대역을 동시에 만족하였다. 그리고 LTE와 WiMAX 대역에서 좋은 이득과 방사패턴의 특성을 얻었다.
The electromagnetic characteristics of FCEVs (fuel cell electric vehicles) are much different from the existing combustion engine cars as well as hybrid, plug-in-hybrid, and pure electric vehicles due to the high voltage/current generated by a fuel cell stack which uses a compressed hydrogen gas reacted with oxygen. To operate fuel cell stack efficiently, BOP (Balance of Plant) which is consisted of many motors in water pump, air blower, and hydrogen recycling pump as well as inverters for these motors is essential. Furthermore, there are also electric systems for entertainment, information, and vehicle control such as navigation, broadcasting, vehicle dynamic control systems, and so on. Since these systems are connected by high voltage or general cables, EMC (Electromagnetic compatibility) analysis for high voltage and general cable of FCEV is the most important element to prevent the possible electric functional safety errors. In this paper, electromagnetic fields by high voltage and general cables for FCEVs is studied. From numerical analysis results, total time harmonic electromagnetic field strength from high voltage and general cables have difference of 13~16 dB due to ground effect by impedance matching. The EMI results of FECV at 10 m distance shows difference of 41 dB at 30 MHz and 54 dB at 230 MHz compared with only general cable routing.
본 논문에서는 초광대역 발룬을 이용한 quasi-Yagi 배열 안테나의 간단한 설계 과정이 소개되었다. 제안된 안테나는 발룬, 급전선 그리고 안테나간의 연결을 임피던스 정합의 관점에서 간단히 설계될 수 있음을 보였다. 이러한 광대역 및 고이득 배열 안테나는 초광대역 특성을 가지는 발룬을 이용하여 쉽게 설계할 수 있다. 실제 Ku 대역에서 설계된 $1\times4$ 및 $1\times8$ quasi-Yagi 배열 안테나는 약 50 %의 대역폭을 가졌고, 9$\sim$2 dBi의 안테나 이득을 가졌다. 측정 결과 계산 값과 잘 일치하였고, 광대역이면서 좋은 복사 특성을 가졌다. 본 논문에서 제시된 새로운 방법의 초광대역 배열 안테나는 광대역 위상 배열 안테나 및 공간 전력 합성 시스템 등에 다양하게 응용될 수 있다.
본 논문은 타이어 휠로 인한 전파의 감쇄를 최소화하기 위해 직각 스파이럴 형태의 TPMS용 송신 안테나를 설계하고 제작하였다. 설계된 안테나의 433 MHz 주파수에서의 $S_{11}$은 시뮬레이션 결과, -10 dB 대역폭이 23 MHz(427~450 MHz)가 확보되었으며, 설계된 안테나를 두께 0.3 mm인 황동 재질로 $5mm(W){\times}23mm(D){\times}10mm(H)$의 크기로 제작한 후 반사 손실을 측정한 결과, -10 dB 대역폭이 433 MHz${\pm}$10 MHz로 충분한 대역폭이 확보됨을 확인하였다. 제작된 안테나의 방사 전력은 휠에 미부착시 -44.21 dBm, 휠에 장착 시 -50.0 dBm으로 측정되었으며, 실제 데이터 송수신 테스트를 통해 실용화가 가능함을 확인할 수 있었다.
임의 복사패턴을 만족시키는 배열안테나 소스 전류분포 합성시 사용하는 Woodward-Lawson 샘플링법은 우함수형 복사패턴 합성에 주로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 이를 확장하여 기함수형 패턴도 만족시키는 비선형 소스 분포함수의 최적합성법을 제시하고, 이를 임의의 반사특성을 갖는 단일 및 결합선로의 불균일 모드 임피던스 프로필 합성에 동시에 적용하였다. 이 최적합성법은 주파수영역 반사패턴에 내재된 복소null점의 최적 섭동에 기본을 두고 있다. 제어된 반사패턴의 표본값으로부터 분산특성을 갖는 임피던스 프로필이 직접 계산되므로서 기존외 불균일선로 합성법보다 매우 간단함을 보였다. 그리고 서로 다른 임피던스간의 정합을 위한 기존이 테이퍼선로 이론에 기초한 불균일선론 합성법들을 탈피하여, 서로 같은 임피던스간의 불균일선로 합성도 가능케하므로서 본 연구에서 제시한 방법은 일반성을 가진다. 임의 통과대역을 갖는 필터 설계에 적용, 분석하므로서 타당성을 보였다.
본 논문에서는 직사각형 평면 모노폴 구조에 이중 슬리브를 추가하여 광대역화를 이룬 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나의 임피던스 매칭을 위해 두 개의 갭 슬리브와 외각 슬리브를 추가하여 이중 슬리브 구조로 안테나 성능을 개선하였다. 안테나 파라미터 특성을 확인하기 위하여 ANSYS사의 HFSS 시뮬레이터를 이용하였다. 제안한 안테나에서 VSWR이 2 이하인 시뮬레이션 주파수 대역은 2.5GHz~10.5GHz이다. 주파수 대역폭은 8GHz이다. 실제로 제작한 안테나의 주파수 대역은 2.92GHz~10.32GHz이며, 주파수 대역폭은 7.4GHz이다. 측정된 복사패턴 주파수는 3GHz, 6GHz, 9GHz이다. 모든 주파수에서 다이폴안테나 패턴과 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 안테나 크기는 $40{\times}40mm^2$이다. 시뮬레이션 결과와 측정 데이터를 비교분석한 결과 초광대역 평면 모노폴 안테나의 실용화 가능성을 확인할 수 있었다.
마이크로스트립 콤 어레이 안테나에 대한 CSRR-메타물질의 영향을 연구하였다. 마이크로스트립 콤 어레이 안테나는 12개의 방사체로 구성되었고 24GHz ISM 대역에서 16.09dBi의 이득과 0.24GHz 대역폭을 갖도록 설계하였다. 설계된 안테나는 안테나 면에 수직한 방사빔과 16.09dBi의 동일편파 이득, -10.86dBi의 교차편파 이득을 갖고 있었다. CSRR-메타물질은 0.24GHz이던 마이크로스트립 콤 어레이 안테나의 임피던스 대역폭을 3.6GHz로 대폭 증가시켰으나 동일편파 이득이 10.8dBi로 되고 교차편파 이득이 14.1dBi로 되어 동일편파와 교차편파가 혼재했으며 안테나 이득을 1.99dB 만큼 저하시켰다. 한편, CSRR 링의 스플릿 방향에 따른 연구에서 링의 스플릿 방향을 위로하거나 아래로 했을 때는 거의 같은 특성을 보였다. 그러나 링의 스플릿 방향을 위와 아래로 교번하여 배치하였을 때는 동일편파 이득이 -1.29dBi로 감소하고 교차편파 이득이 13.9dBi로 증가하여 교차편파가 주가 되는 파로 변환되었다.
T-모양의 마이크로스트립 급전 구조를 갖는 슬롯 안테나는 정합을 쉽게 이룰 수 있고 대역폭이 기존의 급전 구조의 슬롯 안테나에 비하여 넓었다. 양방향으로 복사체를 갖는 슬롯 안테나가 한 방향으로만 복사하기를 원할 경우, 반사판을 별도로 설치해야 한다. 그러나 본 논문에서 제시한 한 방향으로만 복사체를 갖는 슬롯 안테나는 반사판 설치가 필요 없게 된다. 그래서 반사판을 포함하는 2-층의 유전체 층에 십자형 급전구조를 갖는 마이크로스트립 슬롯 복사체인 새로운 방법을 제시하였다. FDTD 법으로 해석하여 전계분포를 시간 영역에서 계산하였고, 이를 Fourier 변환시켜 슬롯 안테나의 반사손실, 전압 정재파비, 복사패턴을 주파수 영역에서 계산하였다. 그리고 슬롯의 길이(I/sub s/)와 폭(W/sub s/), 수평부 급전선의 길이(I/sub d/), 상측 수직 급전선의 길이(l/sub u/), offset 에 따라 대역폭이 민감하게 변한다. 설계변수들을 최적화한 후에 측정한 결과, 최대 대역폭은 중심 주파수 2.5㎓에서 1,850㎒의 광대역 특성을 얻었다.
본 논문에서는 유도 결합 구조를 응용하여 등방향 방사 특성에 근접하고 기 상용화된 태그 칩과의 임피던스 매칭과 제작이 용이한 UHF(911 MHz) 대역 RFID 태그 안테나를 설계 제작하였다. 제안된 안테나는 $40{\times}46mm\;(0.12{\times}0.14{\lambda})$의 크기를 가지고 수직 입사의 경우에 최대 RCS가 $-18.5dBm^2$이며, 3 dB RCS 대역폭이 9 MHz(1%)이다. 태그 칩과 안테나 임피던스가 단락 상태일 때의 RCS가 방향에 따라 최대 $-16.9dBm^2$, 최소 $-21.4dBm^2$로 4.5 dB의 차이를 보여, 기존 다이폴 형태의 안테나가 가지는 입사파의 방향에 따른 문제점을 대폭 개선하였다. 또한 설계된 안테나를 제작하여 입사파 각도에 따른 RCS를 측정하였고, 시뮬레이션 결과와 유사함을 확인하였다.
본 논문에서는 수직 접지면을 가지는 4중 대역용 이중 스파이럴 라인 로디드 모노폴 안테나를 제안한다. 안테나의 크기는 $38{\times}12{\times}7\;mm^3$이고, 접지면의 크기는 $40{\times}92\;mm^2$이다. 측정된 안테나의 대역폭은 $VSWR{\le}2$를 기준으로 첫 번째 대역과 두 번째 대역에서 각각 11.7 %와 24.8 %이며, Cellular($0.824{\sim}0.894\;GHz$), PCS($1.750{\sim}1.870\;GHz$), UMTS($1.920{\sim}2.170\;GHz$) 그리고 IMT-2000($1.885{\sim}2.200\;GHz$) 대역을 동시에 수용한다. 측정된 안테나의 최대 이득은 Cellular, PCS, UMTS, IMT-2000 대역의 중심 주파수에서 -0.99 dBi, 4.07 dBi, 2.72 dBi와 4.33 dBi이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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