단위 셀의 길이를 고정시키고 단위 셀의 폭과 via를 변화시켜 수평방향 방사가 억제되고 전방방향 방사가 증가하여 방사특성이 향상되는 inductive loaded 패치 안테나에 대하여 연구하였다. Inductive loaded 전송선을 구성하는 단위 셀의 구조 파라미터인 via 반경과 단위 셀 패치의 면적에 따라 분산 특성을 살펴보았다. 수평방향의 방사를 억제시키기 위해 inductive loaded 패치 안테나의 유효유전상수를 1과 가깝게 만드는 via의 반경과 단위 셀 패치의 폭을 결정하는 방법을 체계적으로 설명하였다. 5 GHz에서 동작하는 $5{\times}1$ inductive loaded 패치 안테나를 설계하여 방사특성을 전산모의한 결과 유효유전상수가 1보다 다소작을 때 E-평면 방향 수평 방사가 약 -15 dBi 이하로 크게 억제됨을 확인하였다.
본 논문에서는 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 새로운 종이 기반의 방사패턴 가변 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 2개의 bow-tie 안테나와 스위칭 네트워크로 구성되어 있다. 2개의 bow-tie 안테나는 종이의 앞면과 뒷면에 일반 가정용 잉크젯 프린터로 인쇄되었고, 스위칭 네트워크는 PCB 기판에 SPDT와 발룬으로 제작하였다. 복잡한 신호 인가와 발룬 소자의 사용 대신 두 개의 마이크로스트립 선로를 평행하게 위치시킴으로 불 평형 신호를 평형 신호로 바꿔주는 발룬의 역할을 대신하였다. 2개의 bow-tie 안테나에 다른 방향으로 반사체를 추가함으로써 각각의 방사패턴을 서로 다르게 하였다. 제안된 가변형 안테나는 EM 시뮬레이션과 측정 결과를 통해 성공적으로 방사패턴이 가변됨을 확인할 수 있다.
본 연구는 인체 귓불 생체조직을 유전체로 하는 평행판 커패시터를 이용한 새로운 방식의 공진기를 제안하였으며, 비 침습 방식으로 준 마이크로파 신호를 이용하여 생체조직의 혈당변화를 관찰할 수 있는 가능성을 연구하였다. 공진기는 마이크로스트립 선로의 접지면을 활용하여 용량성 슬롯(inductive slot)과 연결된 평행판 커패시터로 구성된다. 커패시터 도체판은 인체조직을 가상한 팬텀 박스(phantom box)를 포함한다. 시뮬레이션을 토대로 제안된 공진기를 설계하여 제작하였다. 혈당 농도 수준변화를 3단계(0, 250, 500 mg/dL)에서 실험하였고, 반사계수($S_{11}$)가 측정되었다. 100 이상의 높은 Q 값을 갖는 공진기를 통해, 900 MHz 대역 부근에서 250 mg/dL의 농도 수준변화 대비 약 9 MHz의 주파수 천이가 관찰되어 혈당 센서에 적용 가능성을 입증하였다.
본 논문에서는 광대역 특성을 가지는 기울어진 L-형 모노폴 슬롯안테나를 새롭게 제안하였다. 안테나의 소형화 및 광대역화를 위해 접지면의 모서리에 위치하여 슬롯의 양 끝단이 개방되는 L-형 슬롯을 사용하였다. 그리고 낮은 주파수 대역에서 대역폭 증가를 위해 L-형 슬롯의 하단 구조를 기울어진 형태로 하였고, 반면에 높은 주파수 대역에서의 대역폭 증가를 위해 L-형 슬롯의 상단 구조를 테이퍼 형태로 하였다. 급전 구조는 일반적으로 개방 종단보다 대역폭 증가에 유리한 것으로 알려진 단락 종단된 마이크로스트립 급전선을 사용하였다. 제안된 안테나의 제작 및 측정 결과, 임피던스 대역폭($S_{11}{\leq}-10dB$)이 4.72 GHz (2.28~7 GHz)인 광대역 특성을 얻을 수 있었으며, 안테나 이득의 경우 전 대역에서 약 3dBi 이상의 높은 이득을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 마이크로스트립 구조에서의 접지변에 식각된 패턴을 갖는 PBG(Photonic Bandgap) 구조의 S Slow-wave 특성을 이용한 전력 분배기 설계에 대해 연구하였다. 또한 제시된 PBG 구조는 전송선로의 특성 임피던스를 변화시켜 기존 구조에 비해 선로의 폭을 넓게 할 수 있고 Slow-wave 특성에 의해 소자의 크기가 감소된 Wilkinson 3 dB 전력 분배기를 설계하였다. 제시된 임의의 PBG 구조를 산란 파라미터로부터 전송선로의 특성 임피던스와 전기적 길이를 추출하여 응 용하는 방법을 제시하였고 같은 모양의 결손(defect)을 추가함으로써 그 영향을 고찰하였다. 제시된 방법으로 구현된 전력분배기의 측정 결과는 시율레이션 결과와 잘 일치함을 보였다.
본 논문은 IEEE 802.11a의 표준 규격$(5.15\sim5.25\;GHz,\;5.25\sim5.35\;GHz,\;5.725\sim5.825\;GHz)$을 하나로 통합할 수 있는 광대역, 고이득 안테나를 설계 및 제작하였다. 광대역 구현을 위해 사각 패치에 평행한 이중 슬롯을 삽입하였으며, 동축 프로브 급전 방식을 적용하여 슬롯에 의한 정전 성분을 상쇄시키고, $\lambda_g/4$ 임피던스 변환기를 Taper형 선로로 구성하여 광대역 임피던스 정합이 용이하게 하였다. 안테나의 이득을 개선하기 위하여 $2\times2$ 배열 구조로 최종 설계하였으며, 최종 제작한 안테나는 $5.01\sim5.95\;GHz(B/W\doteqdot940\;MHz)$ 대역에서 return loss -10 dB 이하의 양호한 반사 손실과 13 dBi 이상의 높은 이득을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다. $70{\times}70{\times}1.6mm$의 한정된 크기에서 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 통해 전류의 경로를 길게 하여 보다 동작주파수를 낮추었으며, 광대역의 대역폭을 갖는다. 안테나의 측정된 10 dB 반사손실 대역폭은 2,180 MHz(2.5~4.68 GHz)이며, 중심주파수 3.59 GHz에서 비대역폭 60.7 %를 가진다. 제안된 안테나는 전방향성 방사 패턴을 가지며, 측정된 이득과 평균효율은 3.48~5.83 dBi, 81.55 %의 값을 갖는다.
자기소자중 가장 기본이 되는 박막인덕터의 제작에 관한 연구를 수행하기 위하여, photolitho-graphy와 에칭공정을 도입하고, 도체간격 및 도체폭이 수십 $\mu\textrm{m}$, 도체코일 턴수가 각각 13회와 20회, 크기가 $4\;mm{\times}4\;mm$인 공심형 박막인덕터를 제작하였다. 이것을 마이크로스트립선로에 정착하고, network analyzer로 주파수 1 MHz ~ 1 GHz에서 신호의 반사계수법을 이용하여 간편하고 비교적 정확한 측정을 하였다. 특히, 공정이 간단한 습식 에칭공정을 도입하여, 안정된 에칭기술을 통해 양호한 미세패턴구조를 얻었다. 박막인덕터의 특성은, 크기가 같을때, L 및 Q값은 spiral형이 meander형 보다 큰 값을 갖는 반면, 공진주파수는 인덕턴스의 증가에 의한 영향으로 spiral형이 meander형보다 감소하였다.
본 논문에서는 35 GHz 대역의 군 탐색기용 송수신 모듈을 설계 및 제작하였다. 밀리미터파 대역의 기판 성능과 집적도를 높이기 위해, 4층 액정 폴리머 기판을 개발하였다. 4층 액정 폴리머 기판은 3장의 FCCL 기판과 2장의 접착층으로 구현되었으며, 적층을 위해 기판간의 녹는 점 차이를 이용한 공정을 이용하였다. 스트립선로와 마이크로스트립 선로를 이용하여 기판의 길이에 따른 전송손실을 확인하였고, 35 GHz 대역의 전력분배기를 통해 액정폴리머 기판의 성능을 검증하였다. 이러한 기판을 이용하여 전력증폭기와 저잡음증폭기와 같은 송수신모듈을 구성하는 개별 블록에 대한 성능을 확인한 후, 단일 채널 Ka대역 송수신모듈을 4층 액정 폴리머 기판을 이용하여 개발하였다. 제작한 송수신모듈의 송신출력은 펄스 Duty 10%에서 1.1W 이상, 수신 잡음지수는 8.5 dB 이하, 수신 이득은 17.6 dB 이상의 수신 특성을 갖는다.
본 논문에서는 3차원 인터커넥트(3-D interconnect) 구조를 해석하기 위하여 ADI-유한차분시간영역(ADI-FDTD, Alternating Direction Implicit Finite Difference Time Domain)방법으로 맥스웰 회전방정식(Maxwell's curl equation)을 계산하는 수치 해석 모델을 개발하였다. 3차원 인터커렉트 모델내의 전자기파 문제를 해석하기 위하여 맥스웰 회전 방정식을 ADI-유한차분시간영역방법으로 이산화 하였으며, ADI-유한차분시간영역의 경계에서 발생하는 반사파를 해결하기 위하여 흡수 경계 조건인 완전 정합 층 방법(PML, Perfectly Matched Layer)을 도입하였다. 개발한 ADI-유한차분시간영역방법 및 완전 정합 층의 수치 모델을 검증하기 위하여 3차원 마이크로스트립 전송선(microstrip transmission line) 구조를 3차원 그리드(grid) 구조로 모델링한 후, 시간영역에서 전계 분포를 컴퓨터로 모의 실험하였다. 그리고 본 논문에서 제안한 ADI-유한차분시간영역방법과 종래의 스탠다드 유한차분시간영역방법의 수치적 성능을 정량적으로 비교, 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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