빔 성형 안테나를 개발하기 위해서 변형된 전송선로형 안테나(MTLA)의 둘레 및 수평, 수직 소자 길이를 가변한다. 빔 틸트 특성의 검증을 위해 각각의 변형된 형상을 갖는 MTLA에 대한 수직면 방사패턴을 모먼트법으로 해석한다. 해석 결과로부터 구현될 수 있는 최대 빔 틸트는 주로 수직 소자길이에따라 결정된다는 사실올 확 인하였다. 최대 빔 틸트를 갖는 안테나를 셜게하고 입력 임피던스 및 방사 특성을 이론적으로 계산하고 실험에 의하여 확인하였다.
In this paper, a satellite array antenna operates at 12.2GHz~12.75GHz was designed and fabricated. The lowest height and high gain electrical beam tilt was obtained by applying backed slot and sub-reflector widening the distance between the patch and the GND. The simulation and measurement showed good agreements, the electrical beam tilt was $10^{\circ}$, the gain was 26.5dBi, the VSWR was less than 3:1 and the return loss was less than -15dB.
본 논문에서는 한팔 나선 안테나(single arm spiral antenna)의 편파(polarization) 및 빔 틸트(beam tilt) 특성에 대하여 분석하였다. 한팔 나선 안테나는 나선 둘레 길이(spiral circumference length)가 한 파장 길이 이상 길어지면, 안테나의 최대방사 빔 방향이 안테나로부터 수직인 축빔(axial beam)으로부터 틸트되는 특성을 가지고 있다. 이때 나선 안테나의 급전위치(내부, 외부)에 따라 원형편파 (RHCP, LHCP)가 변화 하며, 안테나의 길이 변화에 따른 빔 틸트시 원형편파 특성에 따라 최대 방사 빔 방향이 서로 상이한 방향으로 틸트 됨을 검증하였다. 이러한 한팔 나선 안테나의 전기적인 특징을 이용하여, 단일 안테나로 이중 편파를 갖는 빔 포밍, 다이버시티, 또는 MIMO어플리케이션에 대한 적용 가능성을 확인하였다.
중위도 지역에서는 위성통신용 파라볼라 안테나를 45도 정도로 기울여 설치해야 된다는 문제점 때문에 이를 대치하기 위한 평면형 안테나의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, Ka band를 이용한 위성통신이 활발해지면서 VSAT 용 평면형 안테나의 개발 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ka 밴드의 위성통신용으로 30GHz 대역에서 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 평면배열 안테나를 설계하였다. 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 수직편파 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였으며, 특히 슬롯 배열들 각각의 폭을 조절하여 복사 전력을 제어함으로써 복사 패턴의 사이드로브 레벨을 저감시켰다. 32개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 35.16 dBi 였으며, 빔폭은 2.5도, 사이드로브 레벨은 -30 dB 이하, 중심주파수 30.0 GHz 에서 빔틸트 각도는 45도를 얻었다.
본 논문에서는 급전점에서의 입력 임피던스 정합을 위해 리액턴스 소자를 이용한 지향성 틸트 다이폴 안테나 소자의 기본 특성을 검토하고 있다. 방사 지향성의 틸트는 급전점의 위치를 적절히 선돼하여 설현시키고, 틸트각 을 크게 변화시키지 않으면서 안테나를 강제적으로 공진시킬 수 있도록 리액턴스 소자를 장하시키고 있다. 수치 계산 결과, 방사 지향성의 틸트각을 크게 변화시키지 않으면서 강제공진을 취할 수 있도록 하기 위해서는 리액턴 스 소자를 급전점 부판에 장하시켜야 한다는 것을 확인할 수 있었다. 제안한 안테나의 길이를 $0,8\lambda$, 급전점을 $0.2\lambda$로 선택하였을 경우, 주 지향성의 틸트각은 57.7도가 얻어졌으며 전력이득은 최대 8,6 dB를 얻을 수 있었다.
In this paper, we develop the Hipass antenna that is used in electronic tall-gate charging (ETC) system in Korea expressway. This antenna has circular polarized characteristics, and especially has 45 degree tilted beam properties. These properties are very effective in ETC communication between the vehicle antenna and the tall-gate antenna. To achieve these properties on a small microstrip type antenna structure, we propose a annular ring microstrip antenna with stubs. When the length and angle of stubs are changed, the direction of the circular polarized beam is generally tilted by $45^{\circ}$ in elevation angle. Especially, by using the stubs in inner area or outer area of ring antenna, it is found that the beam direction of in azimuth angle can be rotated.
기지국 섹터 배열안테나의 하향 빔틸트 각도를 조절하기 위해 전압제어 이상기를 사용하였다. 틸트 각도에 따른 각 안테나의 위상각을 도출하였으며 이때 생성되는 패턴의 수직과 수평 방향 성능을 분석 평가하였다. 이러한 분석을 통해 이동통신 기지국안테나의 셀커버리지 확보와 통화율 증대, 간섭 저감을 이룰 수 있어 최적의 기지국안테나 설계에 적용 가능할 것이다.
본 논문에서는 양방향성 지향성을 갖는 이중 대역 전기적 빔 틸팅 배열 안테나를 설계하였다. 복사소자는 이중 공진이 일어나도록 하고, PCB 기판을 이용한 평면 다이폴로 설계하였다. 각 주 빔을 틸팅하기 위하여 위상 지연기는 광대역으로 동작하여야 하므로 $50\Omega$ 마이크로스트립 선로를 이용한 위상만 변화되도록 설계하였다. 설계 안테나는 $0^{\circ}{\sim}{\pm}8^{\circ}$의 틸팅 각도를 갖는다. 안테나의 설계 규격을 검증하기 위해 배열 안테나를 제작하고 성능을 측정하였으며, 계산결과와 비교적 양호한 결과를 얻었다.
네트워크 기반 무인기 제어통신 시스템을 위한 복잡도와 성능을 고려한 지상국 최적 안테나 패턴 설계 방식을 제시하였다. 다수개의 측면 섹터와 한 개의 상향 섹터로 구성되는 지상국 안테나의 섹터 수, 수평/수직 빔폭, 틸팅각도 등 안테나 설계 파라미터의 변화에 따른 수직/수평 각도 별 안테나 이득을 모델링하고, 가상의 3차원 공간 내에서 각 파라미터의 변화가 신호 대 잡음 비 (SNR : signal to noise ratio) 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 파라미터 중 측면 섹터의 틸팅 각도가 성능에 가장 큰 영향을 미치는데, 지상국 간 거리가 길수록, 최고 고도가 높을수록, 측면 섹터 수가 작을수록 틸팅 각도를 낮춰야 함을 확인할 수 있었다. 또한 최저 SNR 최대화 측면에서는 측면 섹터 수직 빔폭을 늘리는 것이 유리하지만 평균 SNR 측면에서는 수직 빔폭을 줄이는 것이 유리함을 확인하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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