본 논문에서는 $2{\times}2$ 배열 안테나에 적용하여 분할된 원추형 빔 형성이 가능한 새로운 급전 구조를 제안한다. 제안된 급전 구조에는 네 개의 $90^{\circ}$하이브리드, 한 개의 크로스오버, 네 개의 $90^{\circ}$ 지연선을 사용하며, 이들은 서로 대칭적인 구조를 갖는다. 급전 구조의 성능을 검증하기 위하여 중심 주파수 2.57 GHz에서 동작하는 마이크로스트립 형태의 $2{\times}2$ 배열 안테나와 급전 구조를 제작하였고, 방사 패턴을 측정하였다. 측정된 안테나의 주 빔방향은 입력 포트의 선택에 따라 고도 방향으로는 $45^{\circ}$에서, 방위각 방향으로는 $45^{\circ}$, $135^{\circ}$, $225^{\circ}$, $315^{\circ}$에서 최대지향성을 갖는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 $2{\times}2$ 배열 안테나에 적용하여 분할된 원추형 빔 형성이 가능한 새로운 급전 구조를 제안한다. 제안된 급전 구조에는 네 개의 $90^{\circ}$ 하이브리드, 한 개의 크로스오버, 네 개의 $90^{\circ}$ 지연선을 사용하며, 이들은 서로 대칭적인 구조를 갖는다. 급전 구조의 성능을 검증하기 위하여 중심 주파수 2.57 GHz에서 동작하는 마이크로스트립 형태의 $2{\times}2$ 배열 안테나와 급전 구조를 제작하였고, 방사 패턴을 측정하였다. 측정된 안테나의 주 빔방향은 입력 포트의 선택에 따라 고도 방향으로는 $45^{\circ}$에서, 방위각 방향으로는 $45^{\circ}$, $135^{\circ}$, $225^{\circ}$, $315^{\circ}$에서 최대지향성을 갖는 것을 확인하였다.
We propose a novel feed network for a $2{\times}2$ array antenna to form a sectoral conical beam. The proposed feed network, which is a symmetrical structure, consists of four $90^{\circ}$ hybrids, a crossover, and four $90^{\circ}$ delay lines. To verify the perform...
We propose a novel feed network for a $2{\times}2$ array antenna to form a sectoral conical beam. The proposed feed network, which is a symmetrical structure, consists of four $90^{\circ}$ hybrids, a crossover, and four $90^{\circ}$ delay lines. To verify the performance of the feed network a $2{\times}2$ array antenna and the feed network are fabricated on a microstrip structure, and the radiation patterns are measured at the center frequency of 2.57 GHz. The maximum radiation is measured at the $45^{\circ}$ elevation angle and at the $45^{\circ}$, $135^{\circ}$, $225^{\circ}$, and $315^{\circ}$ azimuth angles depending on the choice of the input port of the feed network.
We propose a novel feed network for a $2{\times}2$ array antenna to form a sectoral conical beam. The proposed feed network, which is a symmetrical structure, consists of four $90^{\circ}$ hybrids, a crossover, and four $90^{\circ}$ delay lines. To verify the performance of the feed network a $2{\times}2$ array antenna and the feed network are fabricated on a microstrip structure, and the radiation patterns are measured at the center frequency of 2.57 GHz. The maximum radiation is measured at the $45^{\circ}$ elevation angle and at the $45^{\circ}$, $135^{\circ}$, $225^{\circ}$, and $315^{\circ}$ azimuth angles depending on the choice of the input port of the feed network.
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문제 정의
본 논문에서는 분할된 원추형 빔 형성을 위한 새로운 급전 구조를 제안하였다. 제안된 급전 구조는 2x2 배열 안테나에 적용할 수 있는 구조로 최대 지향성이 z축을 기준으로 45° 기울어진 방향에 형성이 되며, 위성 DMB 응용에 적합한 구조이다.
안테나의 최적 설계를 위하여 비아의 반경 및 위치가 안테나의 공진 주파수에 미치는 영향을 살펴보았다. 시뮬레이션은 CST사의 MWS를 사용하였다.
제안 방법
급전 구조를 설계 및 제작하였다. 각 안테나 사이에 간격은 X방향과 y방향 각각 60 mm로 하였다. 이는 2.
급전 구조는 9俨 하이브리드 4개와 하나의 크로스오버, 4개의 90。지연선으로 설계가 가능하며 스위치를 이용하여 각 입력 포트를 선택함으로써 원하는 패턴을 선택할 수 있다. 각 포트에 따른 빔 형성을 검증하기 위하여 안테나를 설계하였으며, 안테나는 원형 패치에 비아를 이용하여 원추형 빔를 갖는 구조이다. 중심 주파수 2.
반사 손실을 측정하였다. 그리고 방향에 따른 방사 패턴을 측정하였다. 반사 손실 측정값은 그림 6에 도시하였다.
이의 값은 실제 배열 안테나에 적용되었을 때 원하는 방사 패턴에서 크게 벗어나지 않는 성능이다. 급전 구조와 안테나 사이의 연결은 길이가 모두 동일한 동축 선로를 이용하여 각 출력 포트에서 안테나 입력단으로 연결을 하였다. 제작된 배열 안테나와 급전 구조를 그림 10에 도시하였다.
단일 안테나 설계를 바탕으로 2乂2 배 열 안테나를 제작하고, 급전 구조를 설계 및 제작하였다. 각 안테나 사이에 간격은 X방향과 y방향 각각 60 mm로 하였다.
안테나의 성능을 평가하기 위하여 안테나를 제작하고 반사 손실을 측정하였다. 그리고 방향에 따른 방사 패턴을 측정하였다.
45。에 최대 지향성을 가지는 분할된 원추형 빔을 형성하는 급전 구조를 제안한다. 제안하는 급전 구조는 스위칭 소자를 이용하여 빔을 선택하고 2차원 2x2 배열 안테나에 적용할 수 있다.
단일 안테나의 구조는 그림 3 에 도시하였다. 원형 패치 안테나의 가운데 동축 선로를 이용하여 프루브(probe) 급전을 하였다. 그리고 급전 주위에 2개의 비아(via)를 삽입하였다习 안테나는 두께 가 0.
급전 구조를 제안하였다. 제안된 급전 구조는 2x2 배열 안테나에 적용할 수 있는 구조로 최대 지향성이 z축을 기준으로 45° 기울어진 방향에 형성이 되며, 위성 DMB 응용에 적합한 구조이다. 급전 구조는 9俨 하이브리드 4개와 하나의 크로스오버, 4개의 90。지연선으로 설계가 가능하며 스위치를 이용하여 각 입력 포트를 선택함으로써 원하는 패턴을 선택할 수 있다.
2에 제시하였다. 제안하는 급전 구조는 4개의 90° 하이브리드(hybrid)와 하나의 크로스오버(crossover), 그리고 4개의 90° 지연선(delay line)으로 구성이 된다. 크로스오버는 입력된 신호가 교차하여 반대 출력으로 나오게 하는 역할을 한다.
제안하는 급전 구조의 성능을 평가하기 위하여 안테나를 설계하였다. 단일 안테나의 구조는 그림 3 에 도시하였다.
급전 선로 설계 시 위상 특성이나 급전 선로에서 반사 특성을 좋게 하기 위하여 각 포트에서 여기되는 신호가 출력 포트로 갈 때 선로에서 꺾이는 횟수를 모두 동일하게 하였다. 제작된 급전 구조의 성능을 평가하기 위하여 신호를 입력 포트 1과 2에 각각 연결하였을 때 출력되는 신호의 크기와 위상을 측정하였다. 그림 8에서는 신호를 입력 포트 1에 인가하였을 때 출력 신호의 크기와 위상을 주파수에 따라 나타낸 것이다.
제작된 배열 안테나와 급전 구조를 그림 10에 도시하였다. 제작된 안테나를 기반으로 입력 포트 1과 2에 신호를 여 기 하였을 때 방사 패턴을 각각 시뮬레이션 하고 측정을 하였다. 포트 1에 신호를 여기하게 되면 최대지향성이 그림 1(a)의 户45。에서 형성이 된다.
급전 구조의 경우, 마이크로스트립을 이용하여 설계하고 제작하였다. 설계에 사용한 기판은 유전율 6.5, 두께 25 前을 갖는 기판이다. 설계 주파수는 2.
시뮬레이션은 CST사의 MWS를 사용하였다. 비아 반경에 반사 손실(跖)의 변화를 그림 4에 도시하였다.
따라서 비아의 위치와 비아의 반경으로부터 안테나를 매칭할 수 있게 된다. 제안된 구조에서의 최적의 비아 반경은 0.3 mm이고 비아 간격은 5 mm 이다.
성능/효과
시뮬레이션과 측정 결과는 상당히 유사한 분포를 보이는 것을 확인할 수 있고, 위성 DMB 대역에서 공진이 잘 형성이 된다. Sn<-10 dB 를 기준으로 하였을 때 시뮬레이션에서는 150 MHz (2.535~2.685 GHz) 대역폭을 가지는 것을 확인할 수 있고, 측정에서는 143 MHz(2.505-2.648 GHz)의 대역폭을 가짐을 확인하였다. 제안된 안테나의 방사 패턴을 최대 매칭을 가지는 주파수 2.
반사 손실 측정값은 그림 6에 도시하였다. 시뮬레이션과 측정 결과는 상당히 유사한 분포를 보이는 것을 확인할 수 있고, 위성 DMB 대역에서 공진이 잘 형성이 된다. Sn<-10 dB 를 기준으로 하였을 때 시뮬레이션에서는 150 MHz (2.
그림 9의 이득은 그림 7의 단일 안테나의 이득과 비교하였을 때 약 4 dB가 향상이 된다. 측정에서는 단일 안테나에 비하여 이득이 4 dB가 향상이 되었으며, 시뮬레이션에서는 이득이 4.6 dB가 향상이 되었다. 측정과 시뮬레이션의 차이는 급전 구조의 손실에 의한 영향이다.
참고문헌 (10)
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