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.
본 논문은 초광대역 임펄스를 이용한 지반탐사 레이더에 있어서 지면 및 지면과 안테나 사이의 간격에 따른 임펄스 전파에 미치는 영향을 기술한다. 영향 연구를 위해 평판형 초광대역 다이폴 안테나를 개발하였다. 우선, 수치해석 방법을 이용하여 지면의 유전율 변화 및 안테나와 지면 사이의 간격에 대한 영향을 시뮬레이션하였다. 결과를 비교하기 위하여 실제 모래 및 수분이 포함된 토양으로 구성된 시험장을 제작하여, 개발된 다이폴 안테나를 사용하여 주파수 영역에서의 지면의 변화 및 안테나와 지면의 간격 차이에 의한 주파수 영역에서의 투과 특성을 조사하였다. 역 퓨리에 변환을 이용하여 주파수 영역에서 시뮬레이션 및 측정된 투과 특성을 시간 영역에서의 임펄스 응답 특성을 구하였다. 시뮬레이션과 측정 결과로부터 지면의 유전율이 높을수록 안테나와 지면과의 간격 변화가 클수록 최대 투과값이 생기는 주파수가 높아졌고, 투과 계수도 증가하였다. 시간영역에서는 유전율이 높을수록 지표면의 직접 반사에 의해 수신되는 신호가 크게 증가하였고, 수신 신호의 모양은 완전히 변형되었다. 또한, 지면과 안테나 사이의 간격 변화로 시간영역 반사 신호의 첨두치의 시간 위치가 변경됨을 알 수 있었다.
본 논문에서는 단일 평면 구조를 가지는 CPW 급전 부채꼴형 UWB 안테나를 제안하였다. 방사 소자와 접지면이 마주 하는 부분은 지수 함수적으로 테이퍼 된 슬롯 형태를 이루도록 설계되었으며, 사각형 보우타이 구조 다이폴 안테나를 변형하여 다중 공진 모드를 형성하도록 함으로써 임피던스 대역폭을 확장시켜 $3.1\sim10.6GHz$ 에서 2 이하의 VSWR을 만족하는 특성을 구현하였다. 측정 결과 UWB 시스템 전 대역에서 -10 dB 이하의 반사손실을 만족하며, XZ 평면(Theta, $Phi=90^{\circ}$)에서 $40.1\sim89.9^{\circ}$의 반전력 빔 폭과 전 대역에서 $0.9\sim3.1dB$의 최대 이득을 나타내었다. 제안된 안테나는 기판 뒷면에 접지면이 없는 CPW 급전 구조를 사용하여 제작이 용이하고, 소형화가 가능하다.
본 논문에서는 RFID 칩 실장이 용이한 접지면이 첨가된 평면형 미엔더 형태의 평면형 다이폴 안테나를 이용 하여 UHF 대역에서 동작하는 RFID 태그용 안테나를 제안하였다. 태그의 크기를 명함 크기로 구현하기 위해서 안테나는 meander 형태로 구현하였으며, 안테나의 특성 개선을 위하여 T-정합법을 사용하였고, RFID 칩 실장이 용이한 구조를 구현하기 위해서 접지면을 첨가하였다. 논문에서 제안한 방법을 통하여 구현한 안테나의 크기는 $100\times60\;mm^2$이고, 유전체는 FR4를 사용하였다. 실험 결과 방사 패턴은 다이폴 안테나와 같이 전 방향(omnidirectional) 특성이며, 중심 주파수는 427 MHz, -10 dB 반사 손실 대역폭은 8 MHz, 최대 반사 손실은 21 dB이다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법을 이용하여 RFID 칩 실장이 용이한 RFID 태그용 안테나를 구현할 수 있다.
본 논문에서는 포물선 엣지 형태의 평면 모노폴 안테나의 스케일링 기법을 통한 소형화를 제안하였다. 매칭스텝과 불연속 CPW 구조를 사용해서 효과적인 임피던스 매칭을 시도하였다. 안테나 제작 시 유전상수가 4.4인 FR4 유전체 기판을 사용하였다. 기판의 규격은 $26mm{\times}31mm{\times}1.6mm$이다. 불연속 CPW로 급전한 안테나의 실제 측정 결과 2.37~10.52GHz (8.15GHz)로 10dB 이상의 반사손실 값을 얻었다. 복사패턴은 모든 주파수에서 다이폴 안테나의 복사 패턴과 비슷한 결과를 보였다. 더불어 급전부를 제외한 안테나 구성 요소를 동일한 비율로 축소하여 안테나의 크기를 줄이고 광대역 특성은 유지되도록 했다. 이를 통해 안테나의 self-complementary 특성을 확인하였다. 스케일링을 통해 소형화한 안테나 중에 UWB 대역을 만족하면서 가장 작은 크기를 갖는 경우는 스케일이 0.6이었을 때이다. 이 때 안테나의 크기는 $15.6mm{\times}18.6mm$이다. 측정된 10dB 대역은 3.07~12.59GHz (9.52GHz)이다.
본 논문에서는 해상 조난 시 조난자의 정확한 위치를 파악하고, 신속한 구조를 위하여 팽창식 구명조끼에 장착이 가능하면서 COSPAS-SARSAT 주파수 대역, GPS 대역과 VHF-DSC 대역에서 동작하는 다중대역 안테나를 제안하였다. GPS 대역의 안테나는 사각형 슬롯 링(square slot-ring) 형태의 평판 안테나로 구현을 하였고, COSPAS-SARSAT 및 VHF-DSC 안테나는 미앤드 구조의 다이폴 안테나로 구현을 하였다. 구명조끼에 장착이 가능하여야 하므로 유연성 확보를 위해 안테나를 0.2 mm 두께의 FR-4 기판 및 선형 도선으로 구현하였다. 제작된 안테나는 COSPAS-SARSAT, GPS, VHF-DSC 대역에서 각각 -14.6 dB, -30.9 dB, -18 dB의 반사손실을 나타내었으며, COSPAS-SARSAT, GPS 대역에서의 이득은 각각 0.83 dBi, 2.1 dBi로 나타났다.
본 논문에서는 스트립라인 형태의 주파수 선택적 표면 덮개층을 이용하여 PCS대역의 기지국 안테나로 사용될 수 있는 EBG 공진기 안테나를 제안하였다. PCS대역의 기지국 안테나에서 요구되는 안테나 이득과 대역폭을 가지는 EBG 공진기 안테나를 설계하기 위하여 덮개층 주기 구조의 단위 셀 시뮬레이션을 이용한 다양한 설계 파라미터의 변화에 따른 공진주파수 및 대역폭의 특성을 분석하였다. 이를 위하여 여러 구조들 중에서 많이 사용되는 스트립다이폴과 스트립라인 구조의 특성을 비교하였으며, 스트립라인 구조가 스트립다이폴 구조에 비해서 EBG 공진기의 공진 길이가 더 짧고 대역폭 조정이 더 쉬움을 알 수 있었다. 단위 셀 시뮬레이션 결과를 이용하여 PCS대역을 만족하는 평면구조의 EBG 공진기 안테나와 원통형 EBG 공진기 안테나를 설계하였다.
본 논문에서는 최근 5G 통신기술의 발전으로 인해 LTE와 5G 대역을 모두 커버할 수 있는 안테나가 필요로 하고 있으며, 각 대역에서 공진 주파수 대비 10%이상의 대역폭을 만족하기 위해 통합공공망(LTE)과 5G 주파수 이중대역 커버용 단일 급전 안테나를 설계, 제작하였다. 기본형 다이폴 안테나의 방사소자를 평면형 구조를 채택하였으며, 설계된 안테나는 700 MHz 안테나의 경우 동축케이블 급전 및 balun을 형성시켜 설계되었으며, 3.5GHz의 경우는 700 MHz 방사소자 급전부로부터 각각 수직 연장 후 'ㄷ'자 모양으로 접은 형태로 balun이 필요 없고 700 MHz 대역의 방사소자가 3.5 GHz 대역 방사소자의 반사판 역할을 하도록 설계하였다. 이로써, 700MHz 대역 -10 dB 대역폭 104 MHz(14.8%)과 3.5GHz 대역 -10 dB 대역폭 660 MHz(18.8%)을 나타내었고, 방사패턴 특성으로 700 MHz대역에서는 이득 8.46 dBi, 빔폭 E-plane 55°, H-plane 81°와 3.5 GHz 대역에서는 이득 6.14 dBi, 빔폭 E-plane 79°, H-plane 49°를 각각 얻었다.
본 논문에서는 마이크로 스트립으로 급전되는 quasi-Yagi 안테나(QYA)의 이득과 대역폭 개선방법에 대해 연구하였다. QYA의 광대역 특성은 평면 기판 상에 코플래너 스트립으로 급전되는 평면 다이폴 투사기와 그에 근접하는 기생 도파기로부터 얻을 수 있다. 도파기와 접지면 반사기를 추가하여 대역 내 안정된 이득분포를 갖도록 한다. 단락 종단된 마이크로 스트립 선로와 슬롯 선로로 구성된 안테나 내장형 밸런에 의해 QYA를 급전하며, 급전위치를 조절하여 광대역 임피던스 정합을 얻는다. 1.75-2.7 GHz 대역을 포함하고 이득이 4.5 dBi 이상인 QYA를 설계하고 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 1.6mm)상에 제작하였다. 실험결과 제작된 안테나는 대역폭 59.7%(1.55-2.87 GHz), 안정된 이득(4.7-6.5 dBi), 10 dB 이상의 전후방비 등의 우수한 특성을 보였다. 실험결과와 컴퓨터 시뮬레이션 결과가 잘 일치하여 본 연구의 타당성을 검증하였다.
Closed-form 그린함수를 사용하여 다층 평판 구조체의 산란 문제를 해석할 경우, 주된 어려운 문제점 중의 하나의 대각행렬 요소의 계산결과가 느리게 수렴하고 안정되지 않다는 점이다. 즉, 대각행렬 요소 계산시 전원 자신의 항에 해당되는 $e^{-jkr}/{\gamma}$ 형태의 특이 적분처리를 했음에도 불구하고 계산결과의 느린 수렴도 문제가 몇 개의 복소 영상항에 해당하는 적분과정에 여전히 남아있음을 알 수 있었다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 일반화된 지수함수와 2중적분을 극좌표계에서 가우스 구적법을 사용하여 계산할 수 있는 새로운 적분 기법을 제시하고자 한다. 새로운 적분기법을 알로리즘의 안정성과 수렴도에 관하여 본 논문에서 논의되면, 그 타당성을 확인하기 위해 마이크로스트립 패치 안테나의 산란 문제에 이 적분법을 적용해 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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