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 논문은 UHF RFID 시스템을 위해 편파를 선택할 수 있는 리더 안테나를 설계 및 구현하였다. 제안된 리더 안테나는 두 개의 급전부를 가지는 마이크로 스트립 패치 안테나와 두 개의 SPDT 스위치와 하나의 SP4T 스위치와 3dB hybrid coupler로 구성되어 있다. 각각의 스위치 전압을 조절하여 수직 방향의 선형 편파와 수평 방향의 선형 편파, 좌수 원형 편파와 우수 원형 편파를 선택할 수 있다. 제안된 안테나는 902MHz~928MHz 대역에서 VSWR 2:1 기준으로 UHF RFID 주파수 대역인 902MHz~928MHz를 만족한다. 안테나의 최고이득은 X-Y Plane을 기준으로 선형 편파가 선택되어질 때 7.71dBi, 7.55dBi 로 측정되었고 원형 편파가 선택되어질 때 7.31dBic, 7.81dBic 로 측정되었다. 또한 원형 편파(LHCP, RHCP)가 선택 되어질 때 축비는 각각 2.01~2.83dB, 2.02~2.60dB로 측정되었고 이는 3dB 이하의 축비를 만족한다.
본 논문은 UHF RFID 시스템을 위해 편파를 선택할 수 있는 리더 안테나를 설계 및 구현하였다. 제안된 리더 안테나는 두 개의 급전부를 가지는 마이크로 스트립 패치 안테나와 두 개의 SPDT 스위치와 하나의 SP4T 스위치와 3dB hybrid coupler로 구성되어 있다. 각각의 스위치 전압을 조절하여 수직 방향의 선형 편파와 수평방향의 선형 편파, 좌수 원형 편파와 우수 원형 편파를 선택할 수 있다. 제안된 안테나는 902MHz ~ 928MHz 대역에서 VSWR 2:1을 만족하고 원형 편파로 선택되었을 때 AR (Axial Ratio)은 3dB 이하로 측정되었다. 또한 사용 환경 및 태그의 편파 방향에 적합한 편파를 선택할 수 있기 때문에 PLF (Polarization Loss Factor)를 최소화 할 수 있고 태그의 인식거리를 확장 시킬 수 있다.
인공 자기 도체 편파 변환기를 이용한 원형 편파 안테나를 소개하고 특성을 분석한다. 기존 원형 편파 안테나들의 한계였던 얇은 구조의 광대역 축비 대역폭을 구현할 수 있음을 인공 자기 도체 이론에 근거하여 이론적으로 설명하고 실험적으로 검증한다. 기존의 안테나들은 방사체 표면 전류에 의해 원형 편파 특성이 구현됨에 따라 축비 대역폭이 방사체 구조에 의존적이었던 반면, 제안된 구조는 선형 편파 다이폴 안테나를 사용하면서 접지면의 격자 구조를 통해 원형 편파 특성을 구현하였다. 이러한 인공 자기 도체 편파 변환기는 접지면에 전기적으로 인접한 다이폴 안테나가 효율적으로 방사할 수 있도록 도와줄 뿐 아니라, 표면 격자의 기하 구조에 따라 축비 대역폭을 조절할 수 있다는 장점을 동시에 가진다. 인공 자기 도체 편파 변환기를 통해 발생된 원형 편파의 축비 특성을 이론적으로 분석하고, 임피던스 정합 특성, 원형 편파 방사 패턴 및 축비 패턴, 축비 대역폭, 격리도 등을 측정하여 논의한다.
본 논문에서는 X-밴드용 완전 편파 scatterometer 시스템(HPS: Hongik Polarimetric Scatterometer) 설계와 제작된 측정 시스템 성능 검증을 위해 이론적으로 잘 알려진 점 목표물(point-target)의 주파수 응답 특성을 측정하는 연구 결과를 선보인다. X-밴드용 완전 편파 scatterometer 시스템은 크게 OMT(Orthogonal Mode Transducer)+horn 안테나, 이들의 입사각을 조절하는 입사각 제어 부분, 네트워크 분석기와 X-밴드용 주파수 변환 회로로 구성되는 송수신기, 이 장비들을 위한 지지용 이동식 붐대로 구성된다. 측정용 안테나의 수직과 수평 입사각 조절을 위해 각도 센서를 이용하며, 모든 입사각에서 완전 편파의 데이터를 획득할 수 있도록 편파 선택용 스위치 회로를 사용한다. 또한, 설계된 측정 시스템의 성능 검증을 위하여 OMT+horn 안테나를 이용한 수동 반사기(corner reflector)의 주파수 응답 특성 즉, 완전 편파 RCS(Radar Cross Section)를 측정한다.
본 논문에서는 원형편파 변환에 적합한 정사각형 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 접지면의 비대칭 U자형 슬롯의 구조적 특징으로 인하여, 90도의 위상 차이를 갖는 직교전계가 형성되어 원형편파 특성을 형성한다. 또한 비대칭 U자형 슬롯의 대칭축에 따라 원형편파의 방향을 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. 비대칭 U자형 슬롯의 대칭축은 두 개의 스위칭 다이오드를 이용하여, 전압조건의 상태에 따라 좌회전편파와 우회전 편파를 각각 실험적으로 구현하였다. 측정된 원형편파의 축비는 2.46 GHz 동작주파수에서 편파방향에 상관없이 약 1.5 dB의 높은 축비특성을 보여주며, 29 MHz (약 1.2 %) 축비 대역폭을 가짐을 실험적으로 확인하였다.
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 GPS용 안테나의 소형화를 위해 패치 길이 방향으로 T자형 슬릿 구조를 이용하여 GPS 중심 주파수인 1.575 GHz로 안테나를 설계, 제작하였다. 선형편파의 경우, 설계 주파수에서 패치 높이 3 mm 일 때, 패치 길이 $48 mm{\times}$폭 90 mm로 평면형($84 mm{\times}90 mm$)에 비해 42.9 %의 길이 단축 효과를 얻었으며, 반사손실 -20.3 dB, -10dB 대역폭 9 MHz (0.5 %), E-면 -3dB 빔폭 $77.7^{\circ}$, H-면 -3dB 빔폭 $66.2^{\circ}$, 이득 5.3 dBd의 특성을 나타내었다. 원형편파의 경우, 설계 주파수에서 패치 크기는 $57 mm{\times}57 mm$의 정방형으로서 T자형 슬릿 길이만을 조절하여 $90^{\circ}$의 위상차를 야기시켰으며 평면형 원형편파($82 mm{\times}86.5 mm$)에 비해 54.2 %의 면적 축소 효과 및 이득 3.89 dBd, 반사손실 -28.9 dB, 축비 1.96 dB, 2dB 축비 유지 대역폭 18 MHz로 양호한 원형편파 특성을 얻었다.
본 논문에서는 전자기적으로 결합하는 다이폴을 이용하여 직선편파를 복사하는 마이크로스트립 안테나의 설계에 관하여 기술하였다. 다이폴의 위치에 의해 서로 다른 직선편파를 가지는 안테나의 해석 및 설계는 FDTD 법으로 행하였다. 급전선로와 복사소자간의 상호결합을 고려한 단일 소자 안테나의 설계로부터 각 편파에 대한 설계파라미터들을 구했으며, 이를 이용한 어레이 설계에서 Offset을 변화시켜 복사전력을 조절할 수 있었다. 또한 어레이 소자간의 간격을 조정함으로써 원하는 방향으로의 지향각을 설계할 수 있었다. 5 소자 어레이 안테나를 제작하여 측정을 행하였고, 이들 결과는 이론치와 잘 일치하였다.
본 논문에서는 스피드론 프랙탈(Spidron fractal)을 이용하여 원형 편파를 발생시키는 마이크로스트립 슬롯 안테나를 설계하였다. 설계된 안테나의 접지면에는 직각삼각형 7개가 연속적으로 붙어있는 형태의 슬롯이 형성되어 있다. 이 슬롯은 원형 편파 발생을 위한 구조이고, 설계된 안테나는 단일 급전 구조로 원형 편파를 발생시킨다. 설계된 안테나의 이득을 높이기 위해, 마이크로스트립 급전 라인의 아랫 부분에 반사판을 배치하였다. 시뮬레이션을 이용하여 첫 번째 삼각형의 높이, 빗변과 높이 사이의 각도, 마이크로스트립 급전 라인의 위치, 기판과 반사판 사이의 간격 등을 조절하였고, 최적화 설계하였다. 제안된 안테나는 Taconic사의 RF-35 기판을 사용하여 제작하였다. 제작된 안테나의 크기는 $40{\times}40{\times}18.6mm^3$이고, 반사판은 접지면으로부터 18.6 mm 아래에 위치한다. 측정된 안테나의 이득은 4.3 GHz에서 6.7 dBi이고, -10 dB 반사계수 대역폭은 41 %, 3 dB 축비 대역폭은 7.4%이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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