[논문]전후방비가 개선된 Cavity-Backed 마이크로스트립 다이폴 배열 안테나 설계

유동균; 전정익; 이형기; 최학근

doi:10.5515/kjkiees.2009.20.1.037

[국내논문] 전후방비가 개선된 Cavity-Backed 마이크로스트립 다이폴 배열 안테나 설계
Design of Cavity-Backed Microstrip Dipole Array Antennas with Enhanced Front-to-Back Ratio 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.20 no.1 = no.140, 2009년, pp.37 - 44

유동균 (단국대학교 전자공학과) , 전정익 (단국대학교 전자공학과) , 이형기 (단국대학교 전자공학과) , 최학근 (단국대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 TRS(Trunked Radio System: $806{\sim}866\;MHz$) 대역의 전후방비 특성이 우수한 이동통신 기지국용 배열 안테나를 제안하였다. 제안된 배열 안테나는 양호한 전후방비 특성을 갖도록 후면에 캐비티를 둔 마이크로스트립 다이폴 안테나를 복사 소자로 하고, 이를 $5{\times}3$ 배열한 안테나이다. 제안된 안테나의 타당성을 보이기 위하여 $5{\times}3$ 배열 안테나를 설계 제작하고 복사 특성을 측정하였다. 복사 특성 측정 결과, 제안된 배열 안테나는 사용 주파수 범위에서 이득 13.3 dBi 이상, 전후방비 40 dB 이상을 갖는 것으로 나타났다. 이로서 본 논문에서 제안된 배열 안테나는 후방 로브 특성이 우수한 기지국 안테나로 널리 이용될 수 있음이 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a TRS band(Trunked Radio System: $806{\sim}866\;MHz$) array antenna has a good front-to-back ratio characteristics for the mobile communication base station is proposed. The proposed array antenna is composed of the $5{\times}3$ radiated elements which are the microstrip dipole antennas with the cavity-backed reflector. For the validity of the proposed antenna, the $5{\times}3$ array antenna is designed, fabricated, and its radiation characteristics are measured. As a result of measurements, the antenna gain is over 13.3 dBi and the front-to-back ratio is over 40 dB at the useable frequency band. We confirm that the designed antenna can be used as the mobile communication base station antenna with the excellent back lobe characteristics.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 안테나 사이의 간섭을 줄이기 위하여 전후 방비와 사이드 로브 특성을 개선한 cavity-backed 마이크로스트립 다이폴 안테나를 5x3배열 안테나로 설계 제작하고 복사 특성을 측정하였다. 측정 결과, 5x3배열 안테나의 반사 손실은 사용 주파수 대역 806-866 MHz에서 14 dB 이상(VSWR<1.
그리고 배열 이뢴叫叫을 적용하여 설계된 배열 소자의 배열 간격과 급전 전력비에 따른 복사 특성을 계산하고 검토하여 40 dB 이상의 전후 방비 특성을 갖는 배열 안테나를 설계한다. 설계된 안테나를 실제 제작하여 복사 패턴을 측정함으로써 전후방비 특성이 우수함을 보이고자 한다.
이에 본 논문에서는 TRS 대역(806~866 MHz)에서 전후방비(F/B: Front-to-Back Ratio) 특성이 우수한 cavity-backed 마이크로스트립다이폴 배열 안테나 (cavity-backed microstrip dipole array antenna)를 설계제작하고 복사 특성을 측정하여 전후방비 특성이 우수한 TRS 기지국 용 안테나로 제시한다. 이를 위해서 우선 배열 소자로서 cavity-backed 반사판을 갖는 마이크로 스트립 다이폴 안테나를 설계 제작하고 복사 특성을 도출한다.

제안 방법

이를 위해서 우선 배열 소자로서 cavity-backed 반사판을 갖는 마이크로 스트립 다이폴 안테나를 설계 제작하고 복사 특성을 도출한다. 그리고 배열 이뢴叫叫을 적용하여 설계된 배열 소자의 배열 간격과 급전 전력비에 따른 복사 특성을 계산하고 검토하여 40 dB 이상의 전후 방비 특성을 갖는 배열 안테나를 설계한다. 설계된 안테나를 실제 제작하여 복사 패턴을 측정함으로써 전후방비 특성이 우수함을 보이고자 한다.
배열 안테나의 급전 회로이다. 급전 회로의 출력 포트 15개는 각각의 다이폴 소자에 연결되며, 위상차가 4° 이하가 되도록 설계하였다. 급전 회로 설계 시 급전 회로의 출력 포트와 다이폴 소자의 입력포트는 각각 50 Q으로 가정하였으나 실제 배열 안테나 제작 시 급전 회로의 출력 포트와 다이폴 소자의 입 력포트사 사이에 임피던스 차이가 발생하였다.
높은 전후방 비 특성을 갖도록 하기 위하여 배열이론을 이용하여 배열 소자의 간격과 각 소자에 공급될 전력 분포를 결정한다回~回. 이를 위해 중심주파수 836 MHz에서 그림 6의 복사 패턴을 갖는 cavity backed 마이크로스트립다이폴 안테나를 H 면 방향으로 3개, E면 방향으로 5개를 배열하고 배열 간격과 전력 분포에 따른 복사 패턴을 계산하여 전후 방비가 40 dB 이상을 만족하는 배열 간격과 전력 분포를 결정한다.
앞에서 설계된 단일복사 소자와 급 전 회로를 이용하여 전후방비를 개선한 cavity-backed 마이크로 스트립 다이폴 배열 안테나를 제작하고 성능을 측정하였다.
여기서는 TRS 대역에서 전후방비가 40 dB 이상인 마이크로스트립다이폴 배열 안테나를 설계한다.
여기서는 앞에서 설계한 cavity-backed 다이폴 안테나를 배열 소자로 하는 5x3배열 안테나를 설계한다. 높은 전후방 비 특성을 갖도록 하기 위하여 배열이론을 이용하여 배열 소자의 간격과 각 소자에 공급될 전력 분포를 결정한다回~回.
급전 회로 설계 시 급전 회로의 출력 포트와 다이폴 소자의 입력포트는 각각 50 Q으로 가정하였으나 실제 배열 안테나 제작 시 급전 회로의 출력 포트와 다이폴 소자의 입 력포트사 사이에 임피던스 차이가 발생하였다. 이를 보상하기 위하여 급전 회로 출력단에 연결되는 다이폴 소자의 입력단에 임피던스 정합부 분을 두었다. 급전 회로는 유전체 두께 1.
높은 전후방 비 특성을 갖도록 하기 위하여 배열이론을 이용하여 배열 소자의 간격과 각 소자에 공급될 전력 분포를 결정한다回~回. 이를 위해 중심주파수 836 MHz에서 그림 6의 복사 패턴을 갖는 cavity backed 마이크로스트립다이폴 안테나를 H 면 방향으로 3개, E면 방향으로 5개를 배열하고 배열 간격과 전력 분포에 따른 복사 패턴을 계산하여 전후 방비가 40 dB 이상을 만족하는 배열 간격과 전력 분포를 결정한다. 이때 40 dB 이상의 전후방비를 만족하는 배열 간격과 전력 분포들 중에 배열 간격은 급전 회로 구현이 가능하면서 가장 좁은 간격, 전력 분포는 급전 회로구현이 용이한 분포를 선택한다.
TRS 기지국 용 안테나로 제시한다. 이를 위해서 우선 배열 소자로서 cavity-backed 반사판을 갖는 마이크로 스트립 다이폴 안테나를 설계 제작하고 복사 특성을 도출한다. 그리고 배열 이뢴叫叫을 적용하여 설계된 배열 소자의 배열 간격과 급전 전력비에 따른 복사 특성을 계산하고 검토하여 40 dB 이상의 전후 방비 특성을 갖는 배열 안테나를 설계한다.
그림 1은 전후방비 특성을 개선하기 위하여 제안된 배열 안테나의 복사소자의 구조이다. 제안된 안테나는 복사소자의 한쪽을 마이크로스트립 라인으로 다른 한쪽은 via를 통하여 그라운드면에 연결함으로써 다이폴 소자로 동작하게 하였다. 또한, 복사 소자의 후면에는 반사판의 가장자리를 접어 올린 캐비티가 부착되어 있다.

대상 데이터

안테나의 구조 파라미터는 다이폴 소자의 길이 命과 폭 甲1, 캐비티의 가로 길이 L2, 세로 길이 应2, 높이 胸다. 그림 1(a)에서 개구 (aperture)와 다이폴 소자를 포함하는 마이크로 스트립 기판은 FR-4 기판(유전율=4.5, 두께 =1.6 mm, 손실 탄젠트=0.02) 이다.
이를 보상하기 위하여 급전 회로 출력단에 연결되는 다이폴 소자의 입력단에 임피던스 정합부 분을 두었다. 급전 회로는 유전체 두께 1.6 mm, 유전률 4.5, 손실탄젠트=, 02인 FR-4 기판으로 설계 제작되었으며, 크기는 557x997 mm이다.

이론/모형

설계한다. 복사 특성은 CST사의 MWS를 사용하여 계산한다.

성능/효과

그림에서 복사 패턴의 측정치는 계산치와 유사하게 나타나고 있으며, 사이드로브 및 전후방 비가 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 제작된 배열안테나의 이득은 사용 주파수 대역(806~866 MHz)에서 13.
설계 제작하고 복사 특성을 측정하였다. 측정 결과, 5x3배열 안테나의 반사 손실은 사용 주파수 대역 806-866 MHz에서 14 dB 이상(VSWR<1.5)으로나타났으며, 전후방비는 40 dB 이상을 갖는 것으로 나타났다. 이로서 본 논문에서 제시된 cavity-backed 마이크로스트립 다이폴 배열 안테나와 급전 회로는 안테나 사이의 간섭을 줄이기 위한 전후방비 개 선용 안테나와 급전 회로로 널리 사용될 수 있을 것으로 확신한다.
5 mm, 1, 2=141 mm, 甲2=135 mm, /i=34 mm를 갖는 cavity-backed 마이크로스트립다이폴 안테나를 제 작하여 Agilent사의 8720ES 네트워크 분석기를 사용하여 반사 손실을 측정한 것이다. 측정 결과는 계산 결과와 유사하며, 사용 주파수 대역에서 반사 손실 14 dB 이상으로 양호한 특성을 보여준다.

후속연구

5)으로나타났으며, 전후방비는 40 dB 이상을 갖는 것으로 나타났다. 이로서 본 논문에서 제시된 cavity-backed 마이크로스트립 다이폴 배열 안테나와 급전 회로는 안테나 사이의 간섭을 줄이기 위한 전후방비 개 선용 안테나와 급전 회로로 널리 사용될 수 있을 것으로 확신한다.

참고문헌 (13)

박영호, 신재철, 천창율, "1,900 MHz 대역 중계기 안테나의 격리도 개선", 한국정보통신설비학회 하계학술대회 논문집, pp. 289-292, 2003년 8월
W. T. Slingsby, J. P. McGeehan, "Antenna isolation measurements for on-frequency radio repeaters", 1995 Antennas Propagat. ICAP, vol. 1, pp. 239-243, Apr. 1995
A. Kumar, H. D. Hristov, Microwave Cavity Antennas, Artech House, ch. 1-2, 1989
J. Thaysen, K. B. Jakobsen, and H.-R. Lenler-Eriksen, "Wideband cavity-backed spiral antenna for stepped frequency ground penetrating radar", IEEE AP-S International Symposium, vol. 1, pp. 418-421, 2005
P. K. Singhal, S. Banerjee, "A cavity-backed rectangular patch antenna", IEEE Trans. Antennas Propagat and EM Theory, 2003 6th International Symposium, pp. 112-115, Nov. 2003
J. Grzyb, D. Liu, and B. Gaucher, "Packaging effects of a broadband 60 GHz cavity-backed folded dipole superstrate antenna", IEEE AP-S International Symposium, pp. 4365-4368, Jun. 2007
B. A. Brynjarsson, T. Syversen, "Cavity-backed, aperture coupled microstirp patch antenna", IEEE International Conference on AP, vol. 2, pp. 715-718, 1993
J. Gong, J. L. Volakis, "Analysis of nonrectangular cavity-backed patch antenna using edge-based hybrid finite element method with BiCG-FFT solver", IEEE AP-S International Symposium, vol. 2, pp. 960-963, Jul. 1993
M. A. Gonzalez de Aza, J. A. Encinar, and J. Zapata, "Radiation pattern computation of cavity-backed and probe-fed stacked microstrip patch arrays", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 48, pp. 502-509, Apr. 2000

상세보기
Frank Zavosh, James T. Aberle, "Infinite phased arrays of cavity-backed patches", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 42, no. 3, pp. 390-398, Mar. 1994

상세보기
R. J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, Artech House, ch. 1, 1994
W. L. Stutzman, G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, John Willey, New York, ch. 3, 7, 1981
C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, John Wiley, New York, ch. 6, 7, 1982

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증