본 논문에서는 다중대역 (GSM850, EGSM, DCS1800, USPCS, W-CDMA)에서 동작하는 안테나에 대해 제안하고 있다. 상기 안테나는 상용 소프트웨어인 HFSS 3-D 시뮬레이터로 설계되었으며, FR-4(비유전율 4.4) PCB 기판위에 원형 도통관(via)과 금속 패턴으로 이루어진 미앤더 가지 구조로 구성되어 있다. 특히 이 안테나에는 전체 대역폭의 성능 향상을 위해 간극 급전 구조를 사용하였다. 디자인된 안테나는 PCB 공정을 이용하여 제작되었고, 네트웍 분석기와 테스트 챔버를 사용하여 측정하였다. 폭 8 mm에 높이 20 mm, 두께 3.2 mm의 크기를 차지하는 제작된 안테나는 다중 대역 이동 통신 단말기의 내부에 장착하여 사용할 수 있다.
본 논문에서는 대형 구조체에 장착된 안테나의 효율적인 성능예측을 위하여, 열린 도파관을 이용한 배열안테나 해석등가 모델링 기법을 제안하였다. 등가 모델을 구현하기 위하여 우선 배열 안테나의 개별 소자를 열린 도파관 형상으로 설계하였으며, 도파관의 깊이, 도파관의 개구면 넓이, 그라운드의 크기를 조절하여 원하는 개별 소자의 방사패턴의 도출이 가능하도록 하였다. 개발된 개별 소자를 두 가지 타입의 배열안테나의 등가 모델링에 적용하였다. 등가모델을 이용하여 도출된 안테나의 성능을 원본 안테나의 해석 성능과 비교하였으며, 최대이득은 0.2 dB, 반전력 빔폭은 $1^{\circ}$ 이내의 오차를 보여, 등가모델을 이용한 원본 안테나의 성능 모사가 가능함을 확인하였다. 또한, 제안된 등가모델을 간단한 항공기 형상에 장착하여 전자파 해석을 수행하였으며, 원본 안테나를 탑재한 해석 결과와 비교하였고, 그 결과 시뮬레이션 필요 해석 자원 및 해석 시간이 60 % 이상 감소하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 삼중 $TE_{01{\delta}}$ 모드를 가지는 세라믹 유전체 공진기와 새로운 결합 네트워크를 이용한 대역 통과 여파기를 제안한다. 원통형 유전체 공진기의 삼중 공진 모드를 이해하고, 모드 간 결합분석을 통해 900 MHz 대역의 대역 통과여파기의 설계를 보인다. 유전체 공진기의 높은 품질계수와 제어 가능한 3개의 전송 영점을 통해 우수한 삽입 손실과 감쇄 특성을 얻을 수 있으며 기존 단일 모드 유전체 공진기를 이용한 여파기와 비교하여 60 %의 소형화를 달성하였다. 제안된 대역 통과 여파기 및 설계방법은 회로 해석 및 3차원 모의실험과 측정을 통하여 설계목표와 비교 분석되어 그 타당성을 증명하였다.
본 논문은 유한차분 시간영역 해석법(Finite-Difference Time-Domain method)을 사용하여 1.8 GHz용 휴대폰으로부터 방출된 전파의 인체 두부에 흡수된 전력량을 산출하였다. 이를 위하여 인체 두부를 7층 매질로 모델령하였고, 휴대폰은 금속상자에 부착된 모노폴 안테나로 모텔링하였다. 모델링에 사용된 인체 두부와 휴대폰의 크기는 상용의 크기를 갖도록 하였다. 이를 위하여 모노폴 안테나의 길이는 4.5 em으로 하였다. 설정된 모텔링하에서 인체의 위해 정도를 알려주는 지수인 비흡수율(SAR-Specific Absorption Rat te)의 분포를 계산하였고 그 결과 비홉수율이 최대가 되는 지점은 인체 두뇌의 깊숙한 점이 아닌 두부의 표피근 방임을 알게 되었다. 그리고 설정된 조건하에서 그 최대치는 1.4 mW/g이었는데, 이는 국제 권고치인 1.6 mW/g보다 약간 작은 값이었다.
본 논문에서는 X 대역 위성통신 송/수신 겸용 마이크로스트립 배열 안테나를 설계 및 제작, 측정하였다. 본 논문에서 제시된 마이크로스트립 배열 안테나는 송신 대역과 수신 대역에서 각각 우수 원형 편파(RHCP)와 좌수 원형 편파(LHCP)를 구현하기 위해 단일 방사체로 정사각형의 방사 패치 대각 모서리를 절단한 모절삭 사각 패치(truncated square patch) 형태를 사용하고, 임피던스 대역폭 확장을 위해 기생 패치를 적층하였다. 또한, 축비 대역폭 개선을 위해 $2{\times}2$ 순차 회전 배열(sequential rotation array) 방식을 적용하였다. 제안된 안테나는 $8{\times}12$ 마이크로스트립 배열 안테나로 EM 시뮬레이터인 CST MICROWAVE STUDIO(이하 MWS)를 이용하여 설계하였고, 측정 결과는 설계 결과와 유사한 경향을 보였다. 본 논문에서 제시한 안테나는 X 대역 위성통신 송/수신 겸용 안테나로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 커플링 급전 구조를 가지는 항공기용 양면 인쇄형 글래스 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 한 개의 급전 선로와 다중 루프 형상의 방사 소자로 구성되며, 조종석 좌측 창문의 서로 다른 면에 위치하여 제한된 면적을 효율적으로 사용하도록 하였다. 제안된 안테나는 유전자 알고리즘을 이용하여 최적화 하였으며, 최적화된 안테나를 1/10 크기의 KUH-Surion에 장착하여 안테나 성능을 측정하였다. 최적화된 안테나는 해당 대역의 중심 주파수에서 33 %의 반전력 대역폭을 가지며, 평균 -3.49 dBi의 전면 방향 복사 이득을 갖는다. 제안된 글래스 안테나의 수신 성능을 평가하기 위해 반경 200 km에서의 수신 전력을 시뮬레이션 하였으며, 그 결과 현재 항공기용 FM 안테나로 사용 중인 pole 안테나와 비슷한 -60 dBm의 최소 수신 전력을 유지하는 것을 확인하였다.
배기관 및 급수관에 사용되는 다층 구조 도파관은 공정의 이점 및 유속 손실을 줄이는 장점을 가진다. 또한, 겹치는 층의 수를 증가시켜 차폐효과를 보상할 수 있다. 하지만 다층 구조 도파관의 차폐효과를 기존의 차폐효과 방정식으로는 예측할 수 없음에서 발생하는 적용 한계를 극복하기 위해, 수정된 차폐효과 방정식을 제안하였다. 수정된 차폐효과 방정식은 다층 구조 도파관 내부가 공기로 채워진 경우와 특정 매질이 채워졌을 경우로 나누어서 2층 구조에서부터 64층 구조까지 증가시켜 결과를 얻어냈다. 또한, 결과의 타당성을 증명하기 위하여 시뮬레이션 결과와 비교하여 제안된 차폐 효과 방정식이 일치하는 것을 확인하였다.
본 논문은 CMOS 공정에 수반되는 메탈 더미 구조가 서브 테라헤르츠 온칩 마이크로스트립 패치 안테나의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 45 nm CMOS 공정을 이용해 400 GHz 온칩 안테나를 설계하고, 3D EM 시뮬레이션을 통하여 메탈 더미 구조의 밀도에 따른 안테나의 공진주파수와 효율을 분석하였다. 검증을 위해 발진기와 집적된 안테나를 설계/제작하고, FTIR과 볼로미터를 이용한 준광학적 방법을 통해 측정을 수행하였다. 측정 결과, 밀도가 27 %인 더미 구조에 의해 안테나의 복사전력이 417 nW에서 87 nW로 6.8 dB 감소하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 저온 소성 세라믹(LTCC)에 기초한 SiP 기술을 이용하여 60 GHz 무선 통신을 위한 송신기용 초소형 전력 증폭기 LTCC모듈을 설계 및 제작하여 그 특성을 측정하였다. 60 GHz대역에서 LTCC 다층 기판과 전력 증폭기 MMIC의 상호 연결 손실을 줄이기 위해 와이어 본드와 기판 사이의 천이를 최적화하였고, MMIC 집적을 위한 고 격리 구조를 제안하였다. 와이어 본드 천이의 경우, 와이어의 인덕턴스를 감소시키기 위해 매칭 회로의 설계와 와이어 상호간의 간격을 최적화하였다. 또한 상호 연결 불연속 효과로 인한 전계의 방사를 억제하기 위해 코프라나 와이어 본드 구조를 이용하였다. 고 격리 모듈 구조를 위하여, LTCC 기판 내부에 DC 전원 배선을 내장시키고 비아로 그 주위를 차폐를 시켰다. 5층의 LTCC 기판을 사용하여 제작된 전력 증폭기 LTCC모듈의 크기는 $4.6{\times}4.9{\times}0.5mm^3$이고, $60{\sim}65GHz$ 대역에서 이득과 P1dB 출력 전력은 각각 10 dB와 11 dBm이다.
RFID 시스템에서 태그 안테나의 성능을 평가하는 중요한 기준은 우수한 인식 거리라고 할 수 있다. 태그 안테나의 인식 거리를 결정하는 요인 중 가장 중요한 것이 Radar Cross Sections(RCS)이다. 본 논문에서는 수동형 RFID 시스템에서의 태그 안테나의 RCS값을 두 개의 송 수신 리더 안테나와 network analyzer를 가지고 간단하게 측정할 수 있는 방법을 제안한다. Network analyzer로 송신 안테나에서 수신 안테나로 전달되는$S_{21}$ 값을 측정하고, 이것을 가지고 RCS 식으로 계산하여 RCS 값을 추정할 수 있다. 그리하여 RCS의 측정값, 시뮬레이션 값, 이론값을 서로 비교하였다. 측정에 사용된 태그 안테나는 2개의 다이폴 타입 태그 안테나와 1개의 금속 태그, 1개의 inductively coupled 태그 안테나를 사용하였다. 실험 결과 다이폴 타입 태그에 경우는 측정 값, 시뮬레이션값, 이론값이 거의 일치하고 다른 구조의 태그는 근사적으로 RCS 값을 추정할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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