대한원격탐사학회 2008년도 International Symposium on Remote Sensing
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pp.441-444
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2008
This paper describes the development of a circularly polarized microstrip antenna, as a part of the Circularly Polarized Synthetic Aperture Radar (CP-SAR) sensor which is currently under developed at the Microwave Remote Sensing Laboratory (MRSL) in Chiba University. CP-SAR is a new type of sensor developed for the purpose of remote sensing. With this sensor, lower-noise data/image will be obtained due to the absence of depolarization problems from propagation encounter in linearly polarized synthetic aperture radar. As well the data/images obtained will be investigated as the Axial Ratio Image (ARI), which is a new data that hopefully will reveal unique various backscattering characteristics. The sensor will be mounted on an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) which will be aimed for fundamental research and applications. The microstrip antenna works in the frequency of 1.27 GHz (L-Band). The microstrip antenna utilized the proximity-coupled method of feeding. Initially, the optimization process of the single patch antenna design involving modifying the microstrip line feed to yield a high gain (above 5 dBi) and low return loss (below -10 dB). A minimum of 10 MHz bandwidth is targeted at below 3 dB of Axial Ratio for the circularly polarized antenna. A planar array from the single patch is formed next. Consideration for the array design is the beam radiation pattern in the azimuth and elevation plane which is specified based on the electrical and mechanical constraints of the UAV CP-SAR system. This research will contribute in the field of radar for remote sensing technology. The potential application is for landcover, disaster monitoring, snow cover, and oceanography mapping.
본 논문은 10GHz 에서 동작하는 마이크로스트립 $18\times2$ 이중 빔 배열 안테나를 설계 하였다. 단일 복사 소자는 개구면 결합형 패치를 사용하였으며, 이를 전송선 모델을 이용하여 해석 하였다. 급전선은 Side Lobe Level(SLL)를 줄이기 위해 tapered 직-병렬 구조를 사용하였다. 또한 45도에서 이중 빔을 갖게 하기 위해 소자간에 180도 위상차를 주었다. 그 결과 SLL은 25dB를 가지며, $\pm44.5$도에서 두개의 빔을 갖게 되며 8도의 좁은 빔폭을 갖는다.
T-모양 급전선을 갖는 개구-결합 마이크로스트립 안테나인 새로운 방법을 제안하였다. 시간영역 유한차분(FDTD) 법을 적용하여 안테나의 특성들을 해석하고, 최대 대역폭을 갖는 안테나를 설계하였다. 안테나를 모델링하여 파의 진행과정과 전계분포를 시간 영역에서 계산하였다. 그리고 FDTD 법으로 얻은 값들을 Fourier 변환시켜 반사손실, 전압 정재파비, 입력 임피던스를 주파수 영역에서 각각 계산하였다. 패치의 길이와 폭, 슬롯의 길이와 폭, T-모양 급전선의 길이, offset 따라 대역폭이 변하였다. 측정된 % 대역폭은 중심 주파수 2.5 GHz에서 49.2 %의 광대역 특성을 얻었으며, 이들 결과들은 계산값과 비교적 잘 일치하였 다.
본 논문에서는 다이폴 야기 배열 안테나의 동작 원리를 개구 급전 마이크로스트립 패치 안테나에 적용하여 틸티드 빔(tilted beam) 특성을 가지는 패치 안테나를 제안하고 그 특성을 실험적으로 고찰하였다. 제안된 안테나는 구동 패치, 반사 패치, 유도 패치들의 크기, 각 패치 간 간격, 유전체 기판의 두께와 유전율, 그리고 급전 방법 등에 의해 성능 변화 및 특성이 좌우되기 때문에, 본 논문에서는 이득과 빔 틸팅에 큰 영향을 미치는 변수들을 찾아내고 이들에 의한 성능 trade-off을 통해 빔 틸티드 개구 급전 마이크로 스트립 패치 안테나를 설계 제작하고 반사 손실과 빔 패턴에 대한 설계 및 측정 결과를 비교 분석하였다. 제작된 안테나는 공진 주파수인 2.58 GHz에서 앙각 방향에서의 주 빔은 45$^{\circ}$틸티드 특성을 가지고 있으며, 시뮬레이션 빔 패턴과 잘 일치하는 것을 확인하였다.
정사각형 천공이 $2{\times}2$ 배열된 정사각형 패치 안테나에 근접 결합 급전을 이용하여 기판 두께와 천공의 위치 및 크기가 안테나의 대역폭과 방사특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 안테나 기판과 급전 기판의 두께가 두꺼워질수록 방사특성의 저하 없이 대역폭이 증가 되었다. 천공 중심의 위치를 패치 길이 방향 가장자리로 이동시키는 경우 방사특성의 큰 저하 없이 대역폭을 증가시킬 수 있었다. 천공 중심의 위치를 패치 폭 방향으로 이동시키는 경우 중심 위치가 대역폭과 방사특성에 미치는 영향이 매우 작았다. 천공의 크기가 작아질수록 대역폭은 증가되고 방사특성은 향상되었다.
본 논문에서는 composit right-left handed (CRLH) 전송 선로에서 발생하는 -1 모드를 이용하여 십자 개구 결합 급전을 갖는 소형 원형 편파 메타 물질 안테나를 제안한다. -1 모드는 일반적인 패치 안테나의 기본 모드인 $TM_{010}$ 모드와 동일한 성질을 가지고 있기 때문에, 원형 편파의 동작원리를 동일하게 적용할 수 있다. 원형 편파는 두 개의 수직인 모드가 $90^{\circ}$의 위상 차이를 가질 때 형성된다. 두 개의 -1 모드를 얻기 위해서 사각형 형태를 갖는 4개의 버섯 구조를 이용하였고, 모드 간에 $90^{\circ}$의 위상차를 인가하기 위해서 십자형 개구의 폭과 길이를 최적화 하였다. 제작된 안테나의 4개로 배열된 버섯 구조의 면적은 $0.34{\lambda}_g{\times}0.34{\lambda}_g$이며, RT/duroid5880 기판에 설계되었다. 제안된 안테나의 중심 주파수는 좌수 원형 편파 안테나의 경우 1.622 GHz 원형 편파의 3 dB 대역폭은 3 MHz로 측정되었다. 우수 원형 편파 안테나의 경우, 중심 주파수는 1.609 GHz로 원형 편파의 3 dB 대역폭은 3 MHz로 측정되었다. 각각 안테나의 효율은 좌수 원형 편파 안테나의 경우 61.1 %, 우수 원형 편파 안테나의 경우 54.5 %로 측정되었다.
광대역과 고이득과 낮은 교차 편파 레벨을 가지는 H자 모양의 개구면을 가진 스트립 급전된 패치 안테나를 설계 및 제작하고 정재파비, 스미스챠트 임피던스 특성, 동일/교차 편파 방사패턴, 이득 등을 측정하였다. 본 안테나의 측정된 대역폭(VSWR<2.0)은 47.1%이다. 또한 후방방사를 줄이고 이득을 높이기 위해 반사판을 사용하였을 때 교차 편파 레벨은 E-plane에서 -18.2 dB이하이고 H plane에서 -25.7 dB이하이다. 그리고 최대 이득은 2.05 GHz의 주파수에서 10.4 dB이며, 3 dB gain 대역폭은 중심주파수 2.17 GHz에서 24%의 광대역폭을 가짐을 알 수 있었다. 본 안테나는 광대역을 필요로 하는 이동통신, 무선 LAN, RF 통신시스템 등에 사용될 수 있다.
본 논문에서는 4.7 GHz 특화망 대역에 적용할 수 있는 개구결합 급전을 갖는 이중 선형편파 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 격리도 향상을 위해 일반적인 개구 결합급전을 갖고 상층과 하층에 각각 급전점을 갖도록 설계하였다. 각각의 기판의 크기는 34.0 mm×34.0 mm (W×L)이며 두께(h) 1.0 mm, 그리고 비유전율이 4.4인 FR-4 기판을 사용하였다. 또한 상층의 윗면에 12.7 mm×14.6 mm (W2×L3)의 패치를, 하층의 아랫면에 24.0mm×1.6 mm의 급전선로를, 접지면에 1.0 mm×7.7 mm(S×T)의 크기를 갖는 슬롯을 설계하여 패치로 급전되도록 하였다. 제작 및 측정 결과로부터, -10 dB 반사손실을 기준으로 배열 안테나의 경우, 입력포트 1에서 300.0 MHz (4.52~4.82 GHz), 입력포트 2에서 170.0 MHz (4.65~4.82 GHz)의 대역폭을 얻었으며 전달계수 S21은 -30 dB 이하의 값을 얻었다. 또한 각 급전포트에서의 편파분리도를 얻었다.
본 논문에서는 개구 결합 방식을 이용하여 단일 급전으로 이중 공진을 일으키며 공진된 면파가 서로 직교 하는 새로운 형태의 패치 안테나를 제안하였으며. 이 패치 안테나의 특성을 실험적으로 고창하였다 이를 위 해 방사소자는 새로운 형태의 두 개의 사각형 홈이 파인 정사각 패치를 사용하였고 개구 결합 구조도 패치 소자에서 발생되는 2중 편파를 수용할 수 있도록 십자형 슬롯과 90도 굽은 급전션을 사용하였다. 제안된 패 치 안테나의 특성을 이용하여 Ku 밴드 위성통신용 송수선 겸용 $2\times$ 배열 안테나를 설계 제작하였으며, 성능 분석을 통하여 위성단말기용 안테나로서의 이용 타당성을 고찰하였다. 측정된 안테나의 성능을 살펴보면 송 수신 중심주파수에서 10 dBi 이상의 이득을 얻었고, 부엽은 - 13 dB 이하, 편파 분리도는 - 17 dB 이하의 값 을 나타냈다.
In this paper, low noise amplifier(LNA), aperture coupled patch antenna and $4{\times}4$ array antenna are designed in the frequency range from 11.7㎓ to 12㎓. Array antennas with and without LNA at the antenna element are fabricated and the performances are measured including noise figure(NF). The noise figure calculation for overall system was conducted and compared with the measured data to verify our measurement method. The measured overall noise figure of the array antenna with LNA at the antenna element is lower than that of array without LNA as expected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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