Journal of Advanced Navigation Technology (한국항행학회논문지)

The Korean Navigation Institute (한국항행학회)
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FR-4 Substrate-Based Metamaterial Lens to Improve Signal Strengths of the Antenna for RF Sensing and Cost Reduction, and Observation of Its Frequency Response

밀리미터파 무선센싱의 신호 강도 향상과 센서 개발비용 절감을 위한 FR-4 기판 메타재질 렌즈의 설계 및 주파수 응답특성의 관찰

  • Woogon Kim (Department of Information & Telecommunication Engineering, Incheon National University) ;
  • Yejune Seo (NS-Satellite RTDC ITRC Center, Incheon National University) ;
  • Sungtek Kahng (NS-Satellite RTDC ITRC Center, Incheon National University)
  • 김우곤 (인천대학교 정보통신공학과) ;
  • 서예준 (인천대학교 NS-위성 RTDC 기술 연구센터 ITRC) ;
  • 강승택 (인천대학교 NS-위성 RTDC 기술 연구센터 ITRC)
  • Received : 2024.09.22
  • Accepted : 2024.10.29
  • Published : 2024.10.31
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Abstract

For wirelessly connecting the RF sensing of the radar with a long distant object, the system must have antennas of a high gain. Conventionally, they adopt arrays and curved lenses, but have problems of conductor and dielectric loss in the feed and ending up with a large volume. This paper proposes an FR-4-substrate flat metasurface lens to intensify the RF signal, which undergoes design, fabrication and test. To verify the design method, the antenna sized 64×64mm2 is prototyped by inexpensive FR-4 PCB etching process and its S11 and radiated wave are measured. Gain increase of around 10 dB and high directivity are observed at the K-band.

무선센싱인 레이다에서는 원거리 상 물체에 입사와 반사의 무선 연결선을 필요로 하기 때문에, 무선통신 장치의 출입구인 안테나의 이득이 충분히 커야 한다. 고이득을 위해 사용되는 배열 안테나는 금속손실과 유전체 손실의 문제가, 곡면 렌즈는 총 부피가 커지는 문제를 가진다. 본 논문에서는 배열 안테나와 곡면 렌즈를 대신하여, 초고주파 신호의 강도를 키울 수 있는 평면형 메타재질 렌즈의 설계, 제작 및 측정을 다룬다. 무선센싱 주파수인 K-대역의 안테나의 방사 이득을, 64 mm×64 mm의 면적으로 10 dB 이상 증가시키는 FR-4 기판 평면형 렌즈가 구현된다. 설계의 타당함을 확인하기 위해, FR-4의 저가 공정에 의한 시제품의 반사계수의 측정과 방사파가 측정되고 분석된다. 관찰 결과, K-대역에서 안테나의 이득은 약 10 dB 상승하고 높은 지향성을 가짐을 알 수 있다.

Keywords

Acknowledgement

This work was supported by the Technology Innovation Program (Project Code: 20016463) and funded by the Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE, Korea).

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