본 논문에서는 WLAN (wireless local area network) 응용을 위한 소형 인쇄형 모노폴 안테나의 새로운 설계에 대해 연구했다. 선폭이 다른 패치와 계단 모양의 접지면이 있는 복사체는 안테나 크기를 줄이기 위해 사용된다. 안테나의 크기는 16 × 17 × 1 ㎣이며 포토리소그래피(photolithography) 기술로 제작되었다. 시뮬레이션 및 측정 결과가 잘 일치한다. 연구된 안테나의 공진 주파수는 약 5.2 GHz이며 측정 결과 1 GHz의 임피던스 대역폭을 가진다. 또한 측정된 방사패턴을 제시하고 필요한 WLAN 5 GHz 주파수 대역 (5.15 - 5.825 GHz)에서 측정된 이득 및 효율을 제시했으며, 5 GHz 대역 WLAN 안테나로 사용할 수 있음을 확인했다. 연구된 안테나는 소형, 경량, 저비용, 전방향성 복사패턴, 고이득 및 고효율을 갖는다.
본 연구에서는 저저항/고투과 플렉시블 투명 전극 개발을 위해 금속 그리드가 적용된 투명 전극을 개발하였다. Lift off 공정을 도입하여 플렉시블 PET 기판 위에 Ag grid를 성막하고 이후 연속 공정이 가능한 Roll-to-Roll sputtering system을 이용하여 최적화된 ITO(40nm)/Ag(12nm)/ITO(40nm) 다층 투명 전극을 성막하였다. 제작된 플렉시블 투명 전극의 전기적, 광학적, 구조적 특성 및 기계적/전기적 안정성 평가를 위해 four-point probe measurement, Hall effect measurement, UV/Vis spectrometer, scanning electron microscopy 및 bending tester를 이용하여 각각의 특성을 분석하였다. Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 투명 전극에서 Ag의 배선 간격이 0.75 mm일 때 0.18 ohm/sq. 의 낮은 면 저항과 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과율을 나타내었으며, 이러한 저저항 및 고투과율 특성으로 인해 최적화된 배선 간격 0.75 mm에서 $538.11{\times}10^{-3}\;ohm^{-1}$의 매우 높은 figure of merit ($T^{10}/R_{sh}$) 값을 확보할 수 있었다. 기계적 응력에 따른 전기적 안정성 특성 분석 결과 5,000회 이상의 bending cycle 에서도 초기 저항 값과 유사한 전기적 특성을 나타냄으로써 Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 플렉시블 투명 전극의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 확인할 수 있었다. Ag grid가 적용된 ITO/Ag/ITO 투명 전극의 투명 안테나 적용 가능성을 타진하기 위해 low band 및 high band 영역에서의 안테나 효율을 측정하였으며, 모든 영역에서 상용화된 copper 안테나와 유사한 효율을 나타내었다. Ag grid를 이용한 플렉시블 투명 전극의 저저항/고투과율 특성은 플렉시블 광전소자의 투명 안테나로의 적용 가능성을 나타낸다.
본 논문에서는 end-fire 방사패턴 특성을 가지는 2.4GHz ISM 밴드용 소형 open-end slot 안테나를 설계하였다. 안테나 설계 공간은 $23mm{\times}15mm$의 좁은 영역으로 한정된 공간 내에 안테나를 설계하기 위하여 한번의 Bent된 slot을 도입하였고, End-Fire 방사특성을 내기위해 안테나 수평면상의 위쪽 방향으로 slot을 open시킨 구조이다. Bent된 slot을 이용해 전체 slot의 길이를 변화시키지 않고 주파수의 조절이 가능하고, Feeding Line의 길이와 폭을 조절하여 보다 광대역의 특성을 얻을 수 있었다. 제작된 안테나의 공진 주파수는 2.46GHz이고 대역폭은 2.4GHz~2.61GHz 까지 약 210MHz(VSWR<2) 이다. 방사패턴은 동작 주파수 내에서 slot이 open된 방향으로 end-fire특성을 가지고, 안테나의 이득과 효율은 각 각 1dBi, 70% 이상의 성능을 가진다. 설계 결과의 검증을 위해 모의실험 결과와 측정 결과를 비교하여 제시하였다.
안테나에 따른 플라즈마 밀도의 균일도 연구를 위해 병렬 안테나를 설계하고 이중 랑뮤어 탐침과 자기장 측정 탐침을 이용하여 각각의 플라즈마 밀도와 자기장의 세기를 측정 하였다. 나비형 안테나를 사용했을 때 플라즈마 밀도가 ~$2\times10^{11}(\textrmcm^{-3})$로 다른 두 안테나를 사용했을 때보다 높았으며, 전자의 온도는 2eV 이하로 동일한 조건에서의 나선형 안테나보 다 낮게 나왔다. 또 전류의 방향이 서로 다른 두 개의 안테나선이 가까이 있거나 안테나 성 분끼리 양성 결합(positive coupling)을 하는 경우에는 동력 효율(power efficiency)이 매우 낮아졌다.
마이크로스트립 안테나는 츄전체층이 있으므로 해서 대역폭과 방사 효율의 제한을 받고 있다는 것은 잘 알려져 있다. 본 논문에서는이러한 제한을 극복하기 위해 유전체를 갖고 있는 구조체의 사용대신 금속봉이나 비금속봉으로 지탱되는 금속판으로 구성된 구조체를 사용한다. 본 연구의 가장 중요한 동기는 기존의 안테나보다 높은 방사효율을 보이는 광대역 마이크로스트립 안테나를 구현하는 데에 있다. 또한 대역폭의 증가를 위해 패치의 크기와 높이 그리고 임피던스 정합이 고려된다.
본 논문에서는 직사각형 도파관내에 놓여 있는 동축선으로 급전되는 사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 임피던스를 공진기 모델 및 안테나에 의해 여기되는 도파관내의 전송 모드로부터 이론적으로 계산하였다. 자유공간과 도파관내에서 패치 안테나의 급전 위치에 따른 return loss 및 효율을 계산하여 비교하였으며 최대 효율을 얻을 수 있는 급전점이 자유공간과 도파관에서 차이가 있음을 보였다.
인공위성을 통한 정보수집은 위성에 탑재된 안테나를 기반으로 수행되는데, 위성 안테나는 크게 반사판 안테나, 렌즈 안테나, 위상배열 안테나로 분류된다. 이 중 다중빔 시스템 등의 안테나 패턴 조절 기능이 우수한, 위상배열 안테나가 많이 사용되는 추세이다. 위성 기반의 지상 신호정보 수집은 지리적 영향을 적게 받는 효율성을 가지나, 정확한 신호의 도래각 정보가 요구된다. 본 논문에서는 위상배열 안테나에 사용되는 안테나 배열형상에 대한 특징 및 장단점을 고찰한다. 또한, 위성 수신단에 탑재된 정방배열 안테나 기반의 캐스케이드 도래각 추정 알고리즘을 소개하고, 시뮬레이션을 통한 성능평가 결과를 제시한다.
이 논문에서는 비이상적인 안테나 배열을 보상하는 방법과 안테나 배열을 이용하여 계산량 관점에서 효율적으로 도래각을 추정하는 방법을 제시하였다. 도래각을 추정하기 위해서는 안테나 배열을 주로 이용한다. 배열을 이루는 각 안테나 소자에 수신되는 신호의 위상차를 이용하여 도래각을 추정한다. 그러나 실제 안테나 배열의 경우 각 안테나 사이의 상호결합 때문에 각 안테나로부터 방사되는 전파의 빔 패턴이 변형되고 이로 인해 도래각 추정 성능이 저하된다. 제안 방식에서는 먼저 상호결합의 영향을 동일하게 받는 안테나 배열의 일부분인 부분배열을 이용하여 도래각을 추정한다. 도래각을 추정하기 위해서는 계산량 관점에서 효율적인 ESPRIT(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)알고리듬을 적용한다. 그 다음 추정한 도래각을 바탕으로 상호결합을 보상하고 부분배열의 크기를 본래의 배열 크기로 확장시킨다. 모의실험 결과 제안한 방법은 재밍대잡음비가 비교적 작을 때에도 우수한 성능을 나타내었다.
본 논문에서는 근거리에서 심박동, 호흡, 맥박 등 인체 신호를 효율적으로 검출할 수 있는 소출력 안테나 특성에 대하여 분석하였다. 이러한 환경에서 안테나는 펄스 신호를 사용하므로 광대역에서 임피던스가 주파수에 안정적인 특성이 요구된다. 이러한 요구 특성은 이득과 trade-off 관계가 있으나 본 논문에서는 근거리에서 사용하므로 방향성 및 이득을 높이기 위한 어레이 형태는 고려하지 않았다. 일반적으로 이러한 요구 사항을 만족하는 안테나는 주파수 독립(Frequency Independent) 안테나로 분류된다. 스파이럴(spiral), 시뉴어스(sinuous), 대수 주기(log-periodic) 안테나 등이 해당되며 소형으로 구현될 수 있다. 본 논문에서는 중심 주파수가 5 GHz인 UWB 펄스 트랜시버에 원형 패치 안테나와 시뉴어스 안테나를 접속하고 시험한 결과를 분석해서 기술하였다.
복사구조(안테나 구조)에서 물리적 구조의 크기가 작아질수록 안테나 구조로부터 실제 복사전력은 점차 줄어들고 리액티브 축적(reactive stored) 에너지가 증가하게 되면서 안테나 구조로서의 복사효율이 매우 열화된다는 것은 널리 알려진 사실이다. 하지만 양자역학 분야에서의 quantum radiation의 예로서 라이만, 발머, 파셴 계열의 복사를 생각해 보면, 이러한 quantum radiation의 경우, 복사체인 원자구조의 크기는 빛 파장의 수백분의 일에 지나지 않으면서도 복사가 잘 일어난다. 이러한 사실로부터 우리는 보다 작은 소형 안테나 구조를 기대할 수 있지 않을까$\ulcorner$ 본 글에서는 이러한 문제에 대하여 최근에 제기된 질문들과 이와 관련된 문제들에 대하여 간략히 살펴보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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