마이크로스트립 콤 어레이 안테나에 대한 CSRR-메타물질의 영향을 연구하였다. 마이크로스트립 콤 어레이 안테나는 12개의 방사체로 구성되었고 24GHz ISM 대역에서 16.09dBi의 이득과 0.24GHz 대역폭을 갖도록 설계하였다. 설계된 안테나는 안테나 면에 수직한 방사빔과 16.09dBi의 동일편파 이득, -10.86dBi의 교차편파 이득을 갖고 있었다. CSRR-메타물질은 0.24GHz이던 마이크로스트립 콤 어레이 안테나의 임피던스 대역폭을 3.6GHz로 대폭 증가시켰으나 동일편파 이득이 10.8dBi로 되고 교차편파 이득이 14.1dBi로 되어 동일편파와 교차편파가 혼재했으며 안테나 이득을 1.99dB 만큼 저하시켰다. 한편, CSRR 링의 스플릿 방향에 따른 연구에서 링의 스플릿 방향을 위로하거나 아래로 했을 때는 거의 같은 특성을 보였다. 그러나 링의 스플릿 방향을 위와 아래로 교번하여 배치하였을 때는 동일편파 이득이 -1.29dBi로 감소하고 교차편파 이득이 13.9dBi로 증가하여 교차편파가 주가 되는 파로 변환되었다.
본 논문에서는 교차편파 격리도(XPI; cross polarization isolation)를 개선한 이중선형 편파시뉴어스 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 시뉴어스 안테나는 이중선형 편파 발생을 위해 4개의 암(arm) 방사체로 구성되며, 클로펜스타인 테이퍼(Klopfenstein taper) 구조의 광대역 마이크로스트립 발룬을 통해 급전된다. 또한 후방 반사파 감소를 위해 2단 원통형 캐비티 구조를 적용하였다. 캐비티 내부에는 반사파에 의한 성능 저하를 감소시키기 위해 허니컴 형태의 흡수체를 삽입하였다. 설계된 시뉴어스 안테나는 저대역에서의 교차편파 격리도를 개선하기 위해 최외각 암패턴과 캐비티의 림(rim) 사이에 저항을 적용하였다. 제작된 안테나는 저대역에서 교차편파 격리도가 개선되어 편파 측정을 위한 안테나로 적용 가능함을 확인하였다.
ITR-R의 강우에 의한 교차편파 모델은 35GHz까지만 적용 가능하다. 본 논문에서는 실제의 강우환경에서 충분한 정확도를 가지는 교차편파에 대한 단순한 이론 모델을 제안하였다. 이를 측정치 및 ITU-R모델과 비교함으로써 밀리미터파대역까지 적용할 수 있는 교차편파 추정모델을 도출하였다.
도심의 빌딩 등 인구밀집지역에서 사용되는 소형 셀 기지국에서는 셀 용량 증대를 위해 이중편파 다중안테나(MIMO)가 주로 사용된다. 본 논문은 이중편파 다중안테나(MIMO)를 사용하는 소형 셀의 용량을 향상시킬 수 있는 높은 교차편파분리도(XPD)를 가지는 이중편파 슬롯 안테나를 제안한다. 제안한 안테나는 평형구조 및 차동 급전회로를 사용하여 교차편파를 효과적으로 억제하고 높은 교차편파분리도(XPD)를 가진다. 또한 두 편파가 동일한 방사특성을 가지게 되어 소형 셀 다중안테나(MIMO) 시스템에 적합한 특성을 가진다. 모의실험, 제작 및 측정결과 제안한 안테나는 반사계수 -10 dB를 기준 180 MHz (2.51~2.7 GHz)의 대역폭, 최대 4.5 dBi 방사이득(3.5~4.5 dBi), 85도의 반 전력 빔폭을 가짐을 확인하였다. 또한 평균 교차편파 분리도(XPD)가 26.4 dB로 기존의 단일방사체에 서로 다른 급전을 이용하는 방법, 스위칭을 통해 편파를 선택적으로 사용하는 방법에 비하여 13.8 dB이상 개선된 특성을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 실내 무선환경에서 최적 편파 다이버시티를 구성하는 방안을 제시하기 위하여 먼저 이론적 해석을 통하여 교차편파식별도(XPD : Cross Polarization Discrimination)를 해석하고 이를 실제 측정 데이터와 비교하였다. 그 결과 아직까지 본 연구실에서 가장 좋은 편파 다이버시티로 확인된 바 있는 원형편파안테나 로 송신하고 수직, 수평편파안테나로 수신하는 경우(CV-CH)의 교차편파식별도(XPD)는 수직편파안테나로 송신하고 수직, 수평편파안테나로 수신하는 경우(VV-VH)와 수평면파안테나로 송신하고 수평편파, 수직편파 안테나로 수신하는 경우(HH-HV)보다 우수함을 확인하였다. 본고에서는 더 좋은 CV -CH 편파다이버시티 구 성을 위해 수신단에서 교차편파식별도(XPD) 값만큼 보상하여 누적확률분포도를 통한 다이버시티 효과를 평 가하였다. 그 결과 보상을 하여 교차편파식별도(XPD) 값을 낮게 한 경우가 보상하지 않은 경우보다 상당한 다이버시티 효과가 있음을 확인하였다. 한편, 송신측의 원형편파 안테나의 축 비를 교정하여 타원편파 안테나 로 구성하고, 수신측에서 수평 및 수직 안테나로 수신하면 신호간의 교차편파식별도(XPD)가 최소화되어 편파다이버시티 효과를 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 마이크로셀 환경에서 상향경로(Up- Link)에서의 면파 다이버시티 기법 적용에 필요한 파라미 터인 교차편파 변별도(cross polarization discrimination: XPD). 신호상관계수(signal correlation coefficient:$\rho$). 수신선호 감쇠값(received signal decrease) 등을 측정을 통하여 분석하였다. 1.9 GHz에서 측정되었으며 빌딩밀집지역, 주택밀집지역. 상권지역, 학교지역 등 서울 도심지역의 여러 환경에서 자료들을 수집하였다. 자료분석 결과 교차편파 변별도(XPD)는 환경에 따라 6~11 dB 측정되었고, 신호상관계수($\rho$)는 0.7보다 낮았으며, 수신선호 감쇠값은 3dB보다 작았다. 공간 다이버시티와 성능비교 분석결과. 편파 다이버시티 이득이 환경에 따라 2-5 dB 정도 높은 것으로 분석되었다. 그러므로, 편파 다이버시티 기법은 마이크로 셀 환경에서 효과적으로 사용될 수 있는 다이버시티 기법으로 판단된다
상대 유전율이 2.5인 태프론 기판(31 mil)과 상대 유전율이 1.06인 Foam을 이용하여 개구 결합 급전 방식 의 Ku 밴드 U 슬롯 마이크로 스트립 안테나플 섣계 및 제착하고 반사손실, 동일/교차 편파 방사패턴. 이득 등을 측정하였다. Foam을 사용한 경우 교차편파와 후방방사를 적절한 크기 이내로 제한하는 범위 내에서 38 %정도의 임피던스 대역폭을 보였으며 시율레이션 결과와 잘 일치하였다. 동일/교차 편파 방사 패턴도 시율 레이션 결과와 유사하였다.
본 논문은 비가시선 채널 환경에서 이중 편파 안테나를 이용하여 두 명의 사용자에게 데이터를 전송하는 시스템의 전송 용량 향상 방안을 고려한다. 이것을 위해 이 시스템의 멀티캐스트 및 유니캐스트 평균 채널 용량의 상한 분석을 수행하여 평균 채널 용량을 최대화하는 복소 교차 편파 식별도의 조절 조건을 제안한다. 또한 최대 평균 채널 용량에 근접한 성능을 달성하면서 동시에 시스템 복잡도를 줄일 수 있는 복소 교차 편파 식별도 조절 조건 역시 제시한다. 마지막으로 시뮬레이션 기반 성능 검증을 통해 제안한 조절 조건을 이용하는 시스템이 현존하는 복소 교차 편파 식별도 조절 조건을 포함한 다양한 다른 조절 조건을 채용하는 시스템 보다 높은 주파수 이용 효율을 획득할 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 원형 편파 다이버시티를 구현하기 위하여 교차형 섭동 구조에 기반을 둔 새로운 원형 편파 재구성 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 우회전 원형 편파와 좌회전 원형 편파를 동시에 구현하기 위하여 링 구조 방사체와 원형 편파의 방향을 선택하기 위한 두 개의 PIN 다이오드로 구성되었다. 방사체의 대각선 한 모서리에 슬롯 섭동과 스터브 섭동을 다이오드의 ON/OFF 상태를 조절함으로써, 제안한 안테나의 재구성 원형 편파는 잘 동작되고 또한 교차할 수 있었다. 또한 위성 통신 시스템 동작을 위하여 2.4 GHz의 S 대역에서 제안한 안테나는 이론적으로 분석하였고, 실험적으로 검증하였다. 제작된 안테나의 모의실험과 측정실험결과는 반사계수, 축비, 안테나 이득, 및 방사패턴에서 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 원형 편파(CP)용 단일급전 정삼각 마이크로스트립 안테나(ETMA)를 설계하고 실험적으로 연구하였다. 이 안테나는 정삼각 마이크로스트립 패치에 하나의 좁은 슬롯이나 길이가 다른 교차 슬롯을 넣어 동축 급전위치를 적절하게 조정하여 쉽게 우선회 원형편파(RHCP) 와 좌선회 원형편파(LHCP)를 얻는다. 삼각 마이크로스트립 패치 안테나의 크기는 주어진 주파수에서 전통적인 직사각형이나 원형 패치 보다 작다. 두께 60 mils 인 유전체 기판에 수평으로 좁은 슬롯이 인쇄된 단일급전 정삼각 마이크로스트립 패치 안테나와, 같은 유전체 기판에 길이가 다른 교차 슬롯이 인쇄된 정삼각 마이크로스트립 패치 안테나가 있다. 안테나의 방사 특성은 앙상불(Ver.5.0) 소프트웨어로 계산하여 실험결과와 비교하였다. 그 결과 보통 원형편파 설계와 비교해서 약 $17%{\sim}2l%$의 안테나 크기가 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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