본 논문에서는 0.5~2 GHz 캐비티 백 스파이럴 안테나 설계에 대하여 기술하였다. 안쪽 부분은 Archimedean 스파이럴로, 바깥 부분은 log 스파이럴로 구현된 암(arm) 패턴, 백 캐비티(backing cavity), 그리고 급전용으로 Marchand 동축형 밸런을 설계하였다. 동작 대역의 저주파 대역에서 안테나 특성을 향상시키기 위하여 종단 저항을 사용하였다. CST사의 MWS툴을 이용하여 시뮬레이션 하였고, VSWR, 축비(axial ratio), 이득 그리고 반전력 빔폭을 고찰하였다. 최종적으로 제작 및 측정을 통해 설계 방법의 타당성을 검증하였고, 상용 스파이럴 안테나와의 성능을 비교하였다.
본 논문에서는 0.5~2 GHz 캐비티 백 스파이럴 안테나 설계에 대하여 기술하였다. 안쪽 부분은 Archimedean 스파이럴로, 바깥 부분은 log 스파이럴로 구현된 암(arm) 패턴, 백 캐비티(backing cavity), 그리고 급전용으로 Marchand 동축형 밸런을 설계하였다. 동작 대역의 저주파 대역에서 안테나 특성을 향상시키기 위하여 종단 저항을 사용하였다. CST사의 MWS툴을 이용하여 시뮬레이션 하였고, VSWR, 축비(axial ratio), 이득 그리고 반전력 빔폭을 고찰하였다. 최종적으로 제작 및 측정을 통해 설계 방법의 타당성을 검증하였고, 상용 스파이럴 안테나와의 성능을 비교하였다.
In this paper, the design of a 0.5~2 GHz cavity-backed spiral antenna is described. Combined arm pattern with a log spiral in the inner region and an Archimedean spiral in the outer region, a backing cavity, and a Marchand coaxial balun for feeding are designed. Termination resistors are used to imp...
In this paper, the design of a 0.5~2 GHz cavity-backed spiral antenna is described. Combined arm pattern with a log spiral in the inner region and an Archimedean spiral in the outer region, a backing cavity, and a Marchand coaxial balun for feeding are designed. Termination resistors are used to improve antenna characteristics at the lower frequency of the operation frequency. VSWR, axial ratio, gain and HPBW(Half Power Beam Width) characteristics are simulated using CST's MWS. Finally, the validity of these approaches is verified by comparing the simulated results with the measured ones. Also, the measurement results are compared with the performance of a commercial spiral antenna.
In this paper, the design of a 0.5~2 GHz cavity-backed spiral antenna is described. Combined arm pattern with a log spiral in the inner region and an Archimedean spiral in the outer region, a backing cavity, and a Marchand coaxial balun for feeding are designed. Termination resistors are used to improve antenna characteristics at the lower frequency of the operation frequency. VSWR, axial ratio, gain and HPBW(Half Power Beam Width) characteristics are simulated using CST's MWS. Finally, the validity of these approaches is verified by comparing the simulated results with the measured ones. Also, the measurement results are compared with the performance of a commercial spiral antenna.
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문제 정의
먼저 스파이럴 안테나에 종단 저항을 사용하지 않은 경우에 대해 고찰해 보았다. 그림 4에 2-1 절에서 설계된 스파이럴 안테나에 백 캐비티를 연결하여 시뮬레이션한 결과들을 나타내었다.
안테나의 구조이다. 먼저 암 패턴과 백 캐비티의 구조와 크기에 대해 고찰해 보자.
본 논문은 0.5~2 GHz 대역에서 사용되는 BAE Systems사의 ASO-1950 모델同에 준한 스파이 럴 안테나의 국산화를 위한 연구이다. 국내에서 개발되었던 2~18 GHz 스파이럴 안테나"]는 주파수가 높은 이 「이 연구는 (쥐삼성탈레스의 연구비 지원에 의하여 수행되었음.
본 논문은 두 종류 스파이럴 곡선 설계, 종단 저항의 개수 위礼 값 선정에 관한 연구이다. 아직 종단 저항을 포함한 전송선의 광대 역 등가회로를 토대로 한 엄밀한 설계 방법은 없는 것으로 판단되며, 우리의 경우 상용품 구조를 분석하고 이를 바탕으로 우리의 응용 사양에 적합한 안테나를 기존 이론 및 상용 툴인 CST사의 MWS 시뮬레이션을 공히 활용하여 설계하는 방법을 제시하였다.
종단 저항에 영향을 받는 동작 대역의 낮은 주파수에서 종단 저항의 위치에 따른 안테나 특성 변화를 알아보기 위하여 아래와 같은 작업을 수행하였다. 그림 9와 같이 두 개의 280 Q 저항을 사용하였고, 그림 10에 주파수 별로 0에 따른 VSWR과 축비특성 변화를 나타내었다.
가설 설정
이는 도체 및 유전체에 의한 손실 오차로 판단된다. 그림 16(b)의 반전력 빔 폭은 동작 대역에서 75° 이상의 우수한 특성을 보인다. 그림 16(c)의 축비 특성을 살펴보면 boresight에서 2.
제안 방법
3) 2단을 장착시켰다. 그림 1에 보인 캐비티 백 스파이럴 안테나의 특성을 알아보기 위해 상용 툴인 MWS를 이용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션시 크기는 같고 위상이 반대인 소스를 인가하였다.
따라서 다음 장에서 상용품을 참고로 하여 본 논문의 안테나에 적합한 저항 값과 저항 위치를 찾는 시도를 하였다.
따라서 우리의 경우에도 일단 2-1 절에서 설계된 암 패턴에 상용품과 같은 저항 값과 위치에 종단 저항을 연결하여 다시 특성 시뮬레이션을 하였다. 그림 5는 상용품과 동일하게 120 Q 저항 네 개를 연결시킨 캐비티 백 스파이럴 안테나를 보이고 있다.
아직 종단 저항을 포함한 전송선의 광대 역 등가회로를 토대로 한 엄밀한 설계 방법은 없는 것으로 판단되며, 우리의 경우 상용품 구조를 분석하고 이를 바탕으로 우리의 응용 사양에 적합한 안테나를 기존 이론 및 상용 툴인 CST사의 MWS 시뮬레이션을 공히 활용하여 설계하는 방법을 제시하였다. 또한, Marchand 동축형 광대역 밸런을 설계하고 안테나와 결합시켜시뮬레이션 하였다. 마지막으로 제작 및 측정을 통해 설계 기법을 검증하였고, 제작된 안테나와 상용품의 성능을 비교해 보았다.
또한, Marchand 동축형 광대역 밸런을 설계하고 안테나와 결합시켜시뮬레이션 하였다. 마지막으로 제작 및 측정을 통해 설계 기법을 검증하였고, 제작된 안테나와 상용품의 성능을 비교해 보았다.
특성을 더욱 향상시키기 위하여 상용품과 다른 저항 값과 저항 위치를 고려해야 된다. 먼저, 저항값에 따라 시뮬레이션된 안테나 특성을 고찰하였고, 다음으로 저항 위치에 따라서 시뮬레이션하여 특성을 고찰하였다.
본 연구에서는 0.5~2 GHz 광대역 캐비티 백 스파이럴 안테나의 설계 과정을 기술하였고, 설계된 안테나 특성을 CST사의 MWS를 이용하여 시뮬레 이션 하였다. 상용품보다 소형이면서 상용품 정도의 성능을 얻기 위해 저항 값과 저항 위치에 대한 시뮬레이션 고찰을 통해 최종 설계를 완료하여 설계된 안테나를 제작하여 안테나의 특성을 검증하였으며, 상용 품에 준하는 특성을 얻을 수 있었다.
그림에서 丄의 값이 작아지면 입력 임 피던스가 감소하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 밸런을 제작하는 기판의 두께를 고려하고 또한 제작시 급전 구조와의 연결을 용이하게 하기 위해서 r0=l mm로 결정하였고, 이때 안테나의 입력임피던스는 0.5~2 GHz 대역에서 임피던스 절대값의 평균값으로 간주되는 120 Q으로 하였다.
또한, °는자유 공간에서 빛의 속도이고, 九溯와 爲는 각각 동작 대역에서의 최고 주파수와 최저 주파수를 나타낸다. 본 연구의 설계 주파수 0.5 ~2 GHz에서 동작하기 위해서는 , 点23.9 mm, roa(>95.5 mm의 값을 가져야 하지만 응용 규격을 고려하여 상용 품보다 작은 t 风키5 mm로 결정 하였다.
5~2 GHz 광대역 캐비티 백 스파이럴 안테나의 설계 과정을 기술하였고, 설계된 안테나 특성을 CST사의 MWS를 이용하여 시뮬레 이션 하였다. 상용품보다 소형이면서 상용품 정도의 성능을 얻기 위해 저항 값과 저항 위치에 대한 시뮬레이션 고찰을 통해 최종 설계를 완료하여 설계된 안테나를 제작하여 안테나의 특성을 검증하였으며, 상용 품에 준하는 특성을 얻을 수 있었다. 이 연구를 통해 얻은 설계 기법과 검증된 안테나의 성능은 향후 저주파수 대역용 스파이 럴 안테나의 국산화에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
개수 위礼 값 선정에 관한 연구이다. 아직 종단 저항을 포함한 전송선의 광대 역 등가회로를 토대로 한 엄밀한 설계 방법은 없는 것으로 판단되며, 우리의 경우 상용품 구조를 분석하고 이를 바탕으로 우리의 응용 사양에 적합한 안테나를 기존 이론 및 상용 툴인 CST사의 MWS 시뮬레이션을 공히 활용하여 설계하는 방법을 제시하였다. 또한, Marchand 동축형 광대역 밸런을 설계하고 안테나와 결합시켜시뮬레이션 하였다.
우리가 참고한 상용품의 경우 최외각 스파이럴암 패턴에 120 Q 저항 4개를 90° 간격으로 사용하여 저주파수 대역의 VSWR 및 축비 특성을 개선시키는 설계 기법을 사용하였다.
대상 데이터
이는 최저 주파수에서 매칭 조건을 만족하여 반사 전류를 제거 함으로써 축비 특성이 향상되는 것으로 판단된다. 그러나 280 Q 이상의 저항을 사용할 경우에 중심 주파수에서 축비 특성 이 좋아지지 않기 때문에 본 논문에서는 우선 280 Q을 선정하였다.
그림 1 에서 스파이럴 암 패턴은 Taconic사의 Teflon( e 广2.1) 기판 위에 에칭(etching)을 통해 제작되었고, 백 캐비티 내부에는 높이가 40 mm가 되도록 20 mm 두께를 갖는 ARC Technology사의 honeycomb 흡수체tan 眾財.3) 2단을 장착시켰다. 그림 1에 보인 캐비티 백 스파이럴 안테나의 특성을 알아보기 위해 상용 툴인 MWS를 이용하여 시뮬레이션하였다.
이론/모형
평행 2도체선의 입력단의 특성 임피던스는 Marchand 밸런의 출력 임피던스와 같은 50 Q이며, 평행 2도체선의 출력단의 특성 임피던스는 안테나의 입력 임피던스와 같은 120 Q이다. 본 연구에 사용된 Marchand 동축형 밸런은 참고문헨编网'岡에 따라 설계하였다. 다만 소형화를 위해 설계 중심 주파수를 1.
성능/효과
국내에서 개발되었던 2~18 GHz 스파이럴 안테나"]는 주파수가 높은 이 「이 연구는 (쥐삼성탈레스의 연구비 지원에 의하여 수행되었음.」 유로 안테나의 직경이 가장 낮은 주파수에서 동작하기에 충분히 커서 Archimedean 스파이럴로만 구현 가능했다. 그러나 0.
그림 15에 VSWR 특성의 측정 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 경향이 잘 일치하며, 동작 대역에서 약 2.55 이하의 특성을 갖는 것으로 측정되었다.
본 연구에 사용된 Marchand 동축형 밸런은 참고문헨编网'岡에 따라 설계하였다. 다만 소형화를 위해 설계 중심 주파수를 1.25 GHz에서 1.8 GHz로 옮겼고 이때에도 밸런의 광대역성 때문에 안테나 특성에 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 그림 12는 축비 시뮬레이션 결과로 3.
후속연구
상용품보다 소형이면서 상용품 정도의 성능을 얻기 위해 저항 값과 저항 위치에 대한 시뮬레이션 고찰을 통해 최종 설계를 완료하여 설계된 안테나를 제작하여 안테나의 특성을 검증하였으며, 상용 품에 준하는 특성을 얻을 수 있었다. 이 연구를 통해 얻은 설계 기법과 검증된 안테나의 성능은 향후 저주파수 대역용 스파이 럴 안테나의 국산화에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
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