Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권2호
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pp.325-331
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2010
본 논문에서는 주기적 접지구조(PPGS)를 가지는 소형 단파장의 미앤더 선로를 GaAs MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 상에 구현하였다. PPGS구조를 이용한 미앤더 선로는 기존의 미앤더 선로에 존재하던 용량 $C_a$와 함께 추가적인 용량 $C_b$를 가짐으로써 전체적인 용량이 커지게 되어, 단파장 특성을 보여주었다. 기존의 미앤더 선로는 주기적 구조가 아닌데 반해 PPGS 구조의 미앤더 선로는 주기적 구조이므로 $\beta$값이 큰 slow-wave가 존재하며, 이로 인해 종래의 미앤더 선로에 비해 선로 상에서 훨씬 더 큰 위상변화량을 보여준다. 본 논문에서는 상기 미앤더 선로의 특성을 실험적으로 고찰하여 PPGS 구조의 미앤더 선로를 병렬 인덕터로 사용할 경우, 기존 미앤더 선로를 사용할 때 보다 높은 인덕턴스 값을 가지므로 동일한 길이의 기존 선로보다 큰 인덕턴스 값을 가지는 정합 소자로써 사용할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에서 사용되는 LPDA(Log-Periodic Dipole Array) 안테나를 소형화 하는 연구를 하였다. LPDA 안테나를 소형화하기 위해, 본 연구에서는 LPDA 안테나의 저주파 대역 방사 소자를 급전 부분의 전류 상쇄 효과가 적은 삼각형 미앤더 구조로 변형시켰다. 삼각형 미앤더 구조는 이등변 삼각형 미앤더 구조와 직각 삼각형 미앤더 구조를 제안하였으며, 두 가지 미앤더 구조를 적용하여 LPDA 안테나를 소형화 하였다. 또한, 소형화된 LPDA 안테나에 대해서 시뮬레이션과 측정 결과를 비교하였다. 그 결과, 이등변 삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나와 직각삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나는 기본형 LPDA 안테나에 비해서 각각 60.5 %, 72.4 %로 소형화되었다. 따라서 제안된 삼각형 미앤더 구조가 LPDA 안테나의 소형화에 적합함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 광대역 특성을 가지면서 소형화가 용이한 다중 미앤더 스트립 모노폴 안테나 구조를 제안하였다. 제안한 안테나 구조는 스트립으로 이루어진 수직한 모노폴 안테나를 미앤더 형태로 구부림으로써 안테나 높이를 감소시킬 수 있으며, 구부리는 회수가 증가할수록 대역폭이 늘어나는 특성을 갖는다. 제안한 다중 미앤더 스트립 모노폴 안테나 구조로부터 최근 주목을 받고 있는 UWB 롱신 대역폭을 포함하는 2.9 GHz에서 10.85 GHz까지의 넓은 대역폭과 전방향에 대한 최대/최소 복사이득의 차가 0.1 dBi 이내인 우수한 모노폴 안테나 복사패턴을 갖는 크기 $14 mm{\times}14 mm{\times}14mm$의 광대역/소형 안테나를 설계하였다.
본 논문에서는 6~18 GHz 주파수 범위의 미앤더선로로 구성된 다층 구조의 광대역 원편파 편파기를 설계 및 제작하였다. 미앤더선로-유전체-스페이서의 단위 구성요소에 대한 전송행렬을 경계값 해를 적용하여 제시하였다. 또한, 도파관 모델이 적용되도록 미앤더선로의 배열 구조와 함께 미앤더선로의 등가 서셉턴스를 HFSS 전자기장 해석방법으로 계산하는 방법을 제안하였다. 전자기장 해석방법과 전송행렬을 연동한 하이브리드 방법과 반복 수행법을 이용하여 광대역, 낮은 삽입손실, 낮은 축비 특성을 갖는 다층 구조의 미앤더선로 원편파 편파기를 설계하였다. 제작된 편파기는 동작주파수의 92 % 대역에서 -10 dB 이하의 반사손실과 평균 -0.24 dB의 삽입손실 및 평균 2.6 dB 이하의 축비 특성으로 설계값과 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 5GHz 전 대역에서 사용 가능한 미앤더 형태의 마이크로스트립 안테나를 설계하고 제작하였다. 미앤더 형태의 안테나에 공기층을 삽입하고 동축 급전을 주어 VSWR<2에서 충분한 대역을 얻고자 하였다. 미앤더 라인의 길이와 폭, 동축급전의 위치 및 공기층의 두께를 변화시키면서 시뮬레이션 하였으며, 최적화된 파라미터를 가지고 안테나를 제작하였다. 제작된 안테나의 측정 결과는 VSWR<2에서 약 1GHz의 $17.5\%$의 대역폭을 얻었으며, $7.3\sim9.5$ dEi의 이득과 Broad한 방사패턴을 얻었다.
본 논문은 이동 통신 단말기에 사용되는 DCS, PCS / 위성 DMB 이중 대역에서 동작하는 이중 커플드 라인을 이용한 적층형 미앤더 칩 안테나의 설계 및 제작 측정에 관한 논문이다. 안테나의 면적을 줄이기 위한 적층형 미앤더 구조를 구현하기 위해 유전체의 윗면과 아랫면에 인쇄되어 있는 미앤더 부분을 직경 0.35 mm 그리고 높이 0.8 mm인 비아를 사용하였다. 그리고 이중 대역 동작을 위해 적층형 미앤더 구조에 이중 커플드 라인을 연결하였다. 이중 대역 동작 주파수 간 비는 커플드 라인의 구조 변수에 의해 변화된다. 제작된 안테나는 유전율이 4.2인 FR-4 기판을 사용하였고 면적은 $15.2{\times}7{\times}0.8mm^3$이다. 측정된 대역폭(VSWR<2)은 DCS, PCS 대역에서 244 MHz이고 위성 BMB 대역에서 120 MHz이다.
본 논문에서는 균일한 슬롯 폭을 갖는 5 GHz 대역 보우타이 형태의 미앤더 슬롯 안테나를 제안한다. 보우타이 슬롯안테나는 광대역 특성을 갖는 반면 크기가 크다는 단점이 있고, 미앤더 슬롯 안테나는 소형이지만 대역폭이 좁다. 그러므로 광대역 특성을 갖는 소형 안테나의 개발을 위하여, 일반적인 형태의 미앤더 슬롯을 보우타이 형태로 변화시켰다. 모의실험결과, 제안된 안테나는 같은 슬롯 폭과 슬롯 길이를 갖는 미앤더 슬롯 안테나보다는 대역폭이 3배정도 넓고, 같은 크기를 갖는 보우타이 슬롯 안테나보다는 공진 주파수가 3.01 GHz낮아짐을 볼 수 있었으며, 측정결과, 제안된 안테나는 소형이지만, 대역폭이 218 MHz(5.142 GHZ - 5.360 GHz)로써 원하는 동작 주파수(5.15 GHz - 5.35 GHz)를 만족한다.
마이크로스트립 미앤더(meander) 선로를 해석하고 실험하여 저역통과 특성을 고찰하였다. 본 해석방법의 요체는 선로간 상호결합에 관한 해석적인 관계식에 밴드(bend)의 등가모델을 추가한 것이며 이의 수치계산은 빠르고 결합선로의 수에 제한을 받지 않느다. 4중 결합 미앤더 선로에 대한 해석 및 실험 결과들을 제시했으며, 이들이 잘 일치하고 있음을 보였다.
본 논문에서는 광대역 특성을 가지면서 소형화가 용이한 다중 미앤더 스트립 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 미앤더 구조를 이용하여 대역폭을 크게 확장시킬 수 있으며, 높이를 줄여 안테나의 소형화를 실현하였다. 최근 주목을 받고 있는 UWB 통신 대역폭을 포함하는 2.9 ㎓∼10.85 ㎓의 넓은 대역폭을 얻을 수 있었으며, 전방향으로 동일한 이득을 갖는 우수한 모노폴 복사패턴을 갖는다.
본 논문에서는 미앤더라인 배열 구조를 이용한 이중 다이폴 준-야기 안테나의 이득 향상에 대하여 연구하였다. 미앤더라인 도체 모양의 단위 셀로 구성된 4×1 미앤더라인 배열 구조를 이중 다이폴 준-야기 안테나의 두 번째 다이폴 안테나 위에 배치하였다. 기존의 스트립 도파기를 사용하였을 때와 성능을 비교하기 위해 1.70 -2.70 GHz 대역에서 이득이 7 dBi 이상을 가지도록 설계하였다. 비교 결과, 제안한 미앤더라인 배열 구조를 사용하였을 때가 평균 이득이 더 크게 나타났다. 제안된 미앤더라인 배열 구조를 이용한 이중 다이폴 준-야기 안테나를 FR4 기판 상에 제작하여 특성을 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 실험 결과, 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.55-2.82 GHz이고, 이득이 7 dBi 이상인 주파수 대역은 1.54-2.83 GHz으로 측정되었다. 기존 스트립 도파기를 사용하였을 때 보다 이득이 7 dBi 이상인 주파수 대역폭이 증가하고 평균 이득도 조금 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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