기판 집적 도파관(Substrate Integrated Waveguide: SIW) 기술을 이용한 Ka 밴드의 35 GHz용 $4{\times}4$ 평면 배열 안테나를 제시한다. 전체 안테나 구조는 3층의 PCB(Printed Circuit Board) 적층 형태로 구성되며, top PCB에는 45도로 기울어진 직렬 방사 슬롯이 평면 배열로 방사부를 이룬다. 또한, 균일한 전력을 전달하고 안테나 전체 단면적을 최소화하기 위해 middle 및 bottom PCB에는 급전 SIW가 위치한다. 전체 안테나 개구면의 면적은 $750.76mm^2$이며, 유전율 2.2의 RT/Duroid 5880 기판을 적층하여 설계하였다. 각 방사부 및 급전부의 개별적인 전기적 특성은 full-wave 시뮬레이터인 CST MWS를 이용하여 확인하였다. 나아가 제안된 평면 배열 안테나는 대역폭 (490 MHz), 최대 이득(18.02 dBi), 부엽 레벨(-11.0 dB), 교차 편파 레벨(-20.16 dB)의 전기적 특성을 보인다.
본 논문에서는 도파관 슬롯 배열 안테나의 요소로서 구형 도파관 광벽에 위치하고 이중 리지가 장하된 끝이 둥근 소형 슬롯을 제안하였다. 리지 치수를 적절히 조절하면 원하는 주파수에서 슬롯의 공진을 얻을 수 있다. 제안된 슬롯의 공진 길이는 공진 주파수에서 약 $0.26{\lambda}_0$(자유 공간 파장)이다. 제안된 공진 슬롯은 소형이고, 작은 공진 컨덕턴스 그리고 짧으면서도 안정된 공진 길이 등의 장점을 가진다. 부가적으로 슬롯을 도파관 슬롯 배열에 적용할 때 각 슬롯의 특성들이 인접한 슬롯에 의해서 영향을 적게 받는다. 부엽 준위 -20 dB를 가지는 $4{\times}1$ 도파관 슬롯 배열 안테나를 설계, 제작한 후 실험하였다. 측정결과들이 시뮬레이션 결과들과 잘 일치하고, 주파수 9.41 GHz에서 부엽 준위 -15.9 dB, E-평면 반치각 $110.2^{\circ}$, H-평면 반치각 $21.2^{\circ}$이다.
In this paper, a new design for a Coplanar Waveguide (CPW) fed wide-band slot antenna is presented. To enhance the impedance bandwidth of the slot antenna, we proposed the tapering slot structure. A various resonance modes are generated in the tapering slot. The impedance bandwidth of the proposed antenna is about 12:1 ($2.0GHz{\sim}24.3GHz$) with $VSWR{\le}2$. Simulation results for return loss and radiation pattern are presented.
본 논문에서는 새로운 구조의 CPW 급전 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 안테나의 슬롯 구조를 비대칭 곡선형 테이퍼 형태로 구현하여 다중 공진 모드를 형성시킴으로써 임피던스 대역폭을 확장시키는 효과를 가져왔다. 제안된 안테나의 측정된 임피던스 대역폭(VSWR$\leq$2)은 약 13:1(2.0 GHz∼25.9 GHz)을 나타내었다. 이는 기존의 CPW 급전 슬롯 안테나의 임피던스 대역폭을 크게 개선한 것이며 모의실험 및 측정된 반사손실과 복사 패턴을 표현하였다.
본 논문에서는 무궁화 3호 위성의 방송수신용 안테나를 설계 및 제작하였는데, 기존의 방송수신용 안테나보다 넓은 수신영역을 가지는 고이득 안테나를 제작하는데 중점을 두었다. 본 안테나는 급전 라인의 손실을 줄이기 위하여 급전 라인을 도파관 구조로 설계하였다. 또한 방사효율을 높이고 급전 구조를 간단히 하기 위하여 cavity backed slot array 형태의 방사구조를 제안하였다. 슬롯 배열 안테나의 최대 이득은 11.7 GHz$\~$12.75 GHz 대역에서 33 dEi 이상을 얻을 수 있었다. 임피던스 대역폭 또한 VSWR 2:1에서 $13\%$로 설계사양을 만족시켰다.
본 논문에서는 DBS 수신용 이동체 탑재형 시스템에 이용하기 위한 빔 틸트형 슬롯 어레이 복사 도파관 안테나의 특성을 기술하고 있다. 슬롯 도파관 어레이의 기초연구로써, 도파관 광벽면 위에 놓인 16 슬롯 소자에 대하여 설계를 행하였다. 빔 틸트 특성을 가지는 안테나의 슬롯 길이, 슬롯사이의 거리 그리고 크로스 슬롯의 사이각과 같은 설계 파라미터들은 모멘트법에 의해 계산되었다. 이들 결과를 근거로 16소자x16열의 복사 도파관 안테나를 설계·제작하였다. 제작된 안테나의 측정된 주 빔의 지향각은 48°∼50° 사이로 다소 측정 주파수에 의존했으며, 측정치는 설계치와 잘 일치하였다. 측정된 앙각 지향성의 3 dB 빔폭은 약 13° 정도였고, DBS 대역에서의 축비는 약 2.8 dB 이하, 이득은 24 dBi 이상으로 관측되었다. 제작한 도파관 평면 안테나의 성능을 평가하기 위하여, 안테나를 위성 추적 제어시스템과 결합하여 차량을 이용하여 고속도로에서 필드 성능 시험을 행하였다. 측정을 하는 동안, 차안에서 연속적인 TV 시청이 가능하였고 제안된 안테나의 우수한 성능이 입증되었다
DBS(Direct Broadcast Satellite) 수신용 radial-line slot antenna(RLSA)의 설계를 위한 슬롯을 통한 결합 특성을 해석하였다. RLSA에서 이미 제안된, narrow wall이 주기 경계 조건(periodic boundary condition)을 만족시키고 wide wall에 슬롯이 주기적으로 배열되어 있는 구형 도파관 모델을 이용하였다. 자장 적분 방정식과 필요한 그린 함수를 유도하여 모멘트 법으로 풀었다. 이때 수치 해석의 효율을 극대화하고 그린 함수에 의한 특이점 문제를 해결하기 위해 entire domain 기저 함수와 sub-domain 기저 함수를 모두 사용하였다. 한편 그린 함수를 빠르게 계산하기 위한 가속화 방법으로 구형 도파관 영역은 Ewald합 기법을, 반공간 영역은 Shanks 변환을 이용하였다. 시뮬레이션 결과로부터 RLSA의 설계에 이용되는 다양한 변수들이 결합에 미치는 영향을 예측할 수 있었다.
위성방송수신 및 위성 양방향 인터넷, VSAT 등의 위성통신서비스를 차량 이동 시에도 이용할 수 있기 위해서는 차량에 탑재하기 용이하도록 소형이며 높이가 낮은 안테나 구조가 요구된다. 또한 중위도 지역에서 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ku 밴드의 위성통신용으로 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 배열안테나 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 수직 편파로 동작하는 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였다. 16개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 30 dBi 이었으며, 빔폭은 4.9도, 사이드로브 레벨은 -20 dB 이하, 중심주파수에서 빔틸트 각도는 45도를 얻었다. 급전선로는 도파관의 병렬급전 방식으로 설계하여 광대역, 저손실 특성을 얻을 수 있었다.
진행파 슬롯 배열 안테나에서 반사파에 의한 부엽을 억제하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 이 방법에서는 통상적으로 사용되는 정합부하 대신에 여러 단의 높이가 감소한 도파관과 마지막 단에 연결된 단락회로가 사용되었다. 제안된 방법의 타당성을 보이기 위해 Ku-대역에서 동작하는 도파관 슬롯 안테나를 제작 시험하였다. 측정결과로부터 제안된 방법을 사용하여 반사파에 의한 부엽을 억제할 수 있음을 확인하였다.
A narrow slot in the broad wall of a rectangular waveguide is analysed using a Spatial Network Method[1] which takes account of the waveguide wall thickness. In essence, SNM is used to solve arbitrary shape and materials constant, derived from maxwell's equations to find the tangential electric fields on the upper and lower surfaces of the slot. In this paper, applying to the offset and length[2] which yield a zero equivalent shunt susceptance, analysing single and 4 array slot antenna. The current of the transient analysis shows each the times. Analysed result of SNM is verified by the method of moment and HFSS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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