International journal of advanced smart convergence
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제11권4호
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pp.41-46
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2022
This study is a Ku-band array antenna for the manufacture of low-orbit satellite communication terminals, designed to have miniaturization, high gain, and wide beam width. The transmission of low-orbit satellite communication has a right-rotating circularly polarized wave, and the reception has a left-rotating circularly polarized wave. The 4×8 array antenna was separated for transmission and reception, and it was combined with the RF circuit part of the transmitter and receiver, and was terminated in the form of a waveguide for RF signal impedance matching in the form of a transition from the microstrip line to the waveguide. The 30° beam width of the receiver maximum gain of 19 dBi and the 29° beam width of the transmitter maximum gain of 18 dBi are shown. Through this antenna configuration, the system was configured to suit the low-orbit satellite transmission/reception characteristics.
슬롯 결한 마이크로스트립라인-도파관 천이기에 대해 간략하지만 정확한 등가 회로 모델을 추출하기 위한 해석 방법을 제안한다. 이 등가회로는 이상적 변압기, 마이크로스트립 개방 스터브, 그리고 슬롯 중심에서 도파관 쪽과 급전선 쪽 반평면으로 바라보는 각각의 어드미턴스들로 구성된다. 관련된 회로 변수 값들은 가역 정리 (Reciprocity theorem), 푸리에 변환과 푸리에 급수(Fourier transform and series), 복소 전력 개념(Complex power concept), 파스발 정리(Parceval's theorem), 그리고 스펙트럼 영역 이미턴스 접근법(Spectral-domain immittance approach)에 의해 계산된다. 계산된 산란계수 값을 측정된 값과 비교하였으며 이들 사이의 상당한 일치도는 제안된 등가회로 모델의 간편성과 정확성을 뒷받침한다.
본 논문에서는 널리 알려진 슬롯 라인-마이크로스트립 변환을 이용하여 Ka-band에서 동작하는 도파관 형태의 전력 결합기를 제안하였다. 입력이 구형 도파관이고 출력이 마이크로스트립인 전력 분배기는 구형 도파관-슬롯라인 변환, 슬롯라인-마이크로스트립 변환, 그리고, 임피던스 정합회로 등으로 구성되어 있다. 2-way 전력 결합기는 두개의 슬롯라인-마이크로스트립 변환을, 4-way는 2-way 전력 결합기 2개와 sloltline tee junction을 이용하여 개발되었다. 3차원 유한 요소법을 이용하여 제안된 구조를 수치 해석하여 최적의 특성이 나오도록 설계하였고, 손실이 작은 수정 기판을 사용하여 제작하였다. Back-to-back으로 연결된 전력 결합기를 측정한 결과, 공진 주파수를 제외하면, 2-way 전력 분배기는 25.7∼29.8 GHz에서 삽입손실은 1.0 dB 이하, 반사손실은 15 dB 이상이었고, 4-way의 경우는 26∼28.2GHz에서 삽입손실이 1.0 dB 이하, 반사손실이 15 dB 이상의 우수한 특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 짧은 천이길이를 갖는 감소단축도파관(redured-height waveguide) 대 마이크로스트립 모드 변환기(mode converter)를 설계하였다. 모드 변환기는 E-평면 프로브를 이용한 모드 변환기와 변형된 임피던스 변환기로 구성되어진다. E-평면 프로브를 이용한 모드 변환기는 50 ohm 릿지(ridge) 도파관의 릿지 상단에 단락된 프로브를 이용하여 설계하였다. 이 모드 변환기에 이용된 50 ohm 릿지 도파관과 감소단축도파관을 연결하기 위해 변형된 임피던스 변환기를 설계하였다. 이와 같이 구성된 전체 모드 변환기의 대역을 넓히기 위해, 두 구조의 결합도를 조정하였다. 저손실 및 Ku-대역 전체에서 동작하도록 구조를 최적화한 후 모드 변환기를 제작하였다 제작된 2개의 모드 변환기를 직접 연결(thru)한 S-파라미터와 모드 변환기 사이에 라인(line) 도파관을 삽입한 후 S-파라미터를 측정하였다. 측정된 2개의 S-파라미터를 이용하여 단일 모드 변환기의 성능을 추출하였다. 이렇게 추출된 모드 변환기의 성능은 커텍터 손실을 포함하고 있어, 커백터 손실을 측정하여 보상하였다. 모드변환기는 직각구조로 7.2 mm의 천이길이를 가지며, 중심 주파수에서 0.12 dB 삽입 손실과 Ku 전대역에서 10dB 이상의 반사 손실을 갖는 우수한 특성을 보였다.
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 두 장의 기판을 이용하여 접힌 기판 집적형 도파관 구조의 활용을 위한 트랜지션이 제안되었고, 이러한 FSIW 구조는 간단한 대역통과 필터로 응용되었다. FSIW 구조는 SIW 구조와 유사한 특성을 가지며 도파관의 장축을 반으로 줄일 수 있다는 장점이 있다. FSIW 구조의 트랜지션은 접지에 연결된 ${\lambda}g/4$ 선로를 이용하여 설계되었고, FSIW 구조의 대역통과 필터는 5단의 타원함수 특성을 갖는 저역통과 필터를 FSIW 구조의 입출력부에 연결하여 설계하였다. 제작된 FSIW 구조의 대역통과 필터는 중심주파수 5.75 GHz, 대역폭 33.2%를 가졌고, 중심주파수에서 삽입 손실과 반사 손실은 각각 0.63dB와 19.1dB를 가졌다.
Right hand circularly polarized Ka band microstrip patch array antenna was designed, manufacture and measurement were carried out. In order to lower axial ratio performance sequential rotation array technique was used. With mono-pulse feed There are sum and delta channel. Waveguide to microstrip transition was used. The 512 array antenna was performed which axial ratio is about 1.ldB in the half power beam width and also 1.ldB at the normal direction. Directivity gain of designed antenna is 32dB.
본 논문에서는 W-대역 초소형 레이다용 송수신모듈을 설계 및 제작하였다. 제안하는 광대역 마이크로스트립-도파관 전이구조를 이용하여 설계 및 제작 오차를 줄였으며, 전이구조 당 1 dB 이하의 삽입손실 및 제작의 신뢰성을 제공하였다. 이중편파 모노펄스 특성을 가지는 초소형 레이다에 직접 적용하기 위해 28 dBm의 높은 출력을 가지는 한 채널의 송신모듈을 설계 및 제작하였다. 또한 13.5 dB의 낮은 잡음지수 및 최대 17 dBm의 높은 입력 P1dB를 가지는 6채널의 수신모듈을 개발하였다. 본 논문에서 제시한 W-대역 송수신모듈을 이용하여 초소형 레이다에 적용하여 이중 편파 모노펄스 신호를 바로 처리 가능하리라 예상된다.
본 연구를 통하여 60 GHz근방의 V-band에서 도파관과 MMIC 집적을 위한 도파관-CPW변환 구조가 개발되었다. 수치 해석과 반복적인 실험을 통하여 두 가지 형태의 변환 구조를 제작하였으며, 손실이 적은 수정 기판을 이용하여 광대역 및 저손실 특성을 갖도록 설계하였다 개발된 변환 구조는 재현성이 뛰어나고, 금속 가공의 정밀도가 특성을 크게 변화시키지 않아 기존의 커넥터보다 저 비용으로 제작이 가능하였다. 본 연구를 통해 제안된 두 가지 형태의 도파관-CPW 변환 구조를 back-to-back으로 연결하여 특정한 결과 공진 구간을 제외하고 두 구조 모두 $53\~60 GHz$에서 삽입 손실은 1.9 dB 이하, 반사 손실은 14 dB 이상의 특성을 보였다.
U-대역 MMIC 전력증폭기 특성 측정에 사용될 도파관-마이크로스트립간의 트랩지션을 설계 제작하였다. 광대역 정합특성을 얻기 위해 릿지 도파관을 사용한 ${\lambda}$/4 Tchebyscheff 임피던스 변환기를 트랜지션 임피던스 변환부에 적용하였다. 설계된 Transition은 Supper-Compact을 사용하여 40GHZ-48GHZ 대역에서 Su이 -28dB 이하가 되도록 최적설계하였다. 40GHZ-47GHZ 범위에서 측정된 Transition Insertion Loss는 약 0.3dB Return Loss는 25dB 로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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