[논문]광대역 축비 특성의 원형 편파 안테나

이광재; 우덕제; 이택경; 이재욱

doi:10.5515/kjkiees.2010.21.7.842

광대역 축비 특성의 원형 편파 안테나
Circularly Polarized Antenna with Wide Axial-Ratio Bandwidth 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.21 no.7=no.158, 2010년, pp.842 - 849

이광재 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부) , 우덕제 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부) , 이택경 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부) , 이재욱 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 저궤도 위성용 TT&C 안테나로 사용하기 위한 광대역 원형 편파 턴스타일 안테나를 제안한다. 턴스타일 안테나는 신호를 자유 공간으로 방사하기 위한 다이폴 방사부와 원형 편파 발생을 위한 서로 90도 위상차를 가지는 두 신호를 공급하는 전력분배기부로 구성된다. 다이폴 방사부는 발사 및 우주 궤도의 극한 환경에서도 견딜 수 있는 견고한 구조로 고안을 하였으며, 전력분배기부는 광대역 특성을 가지면서 주파수에 대해 평탄한 90도 위상차를 공급할 수 있도록 설계하였다. 제안된 안테나는 저궤도 위성용 TT&C 상 하향 링크를 동시에 만족할 수 있는 광대역 특성을 가지며, 전천후 임무 수행이 가능한 넓은 빔 폭과 개선된 원형 편파 축비 특성을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with a TT&C circularly polarized turnstile antenna for LEO satellites. The turnstile antenna consists of radiator for radiating power to free-space and power divider for generating circularly polarized wave. we presents a radiator to tolerate in space environments and a power divider to provide flat phase difference at wide bandwidth. The bandwidth of the proposed antenna covers the frequency bands of up- and down-link. The antenna shows wide beamwidth and enhanced axial ratio for unfavorable space environments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

한편, 국내 몇몇의 연구소와 대학에서는 연구용으로저궤도 위성이 많이 연구되고 있으며, 대표적인 위성으로는 우주 및 지구 관즉을 목적으로 하는 과학기술위성이 있다. 본 논문에서는 이러한 저궤도 위성용 TT&C 안테나에 관해 언급한다.
본 연구에서는 극한의 우주환경에서 견고하고안정적인 특성을 얻기 위해 저궤도 위성용 TT&C 안테나로 광대역 원형편파 턴스타일 안테나를 제안하였다. 보다 견고한 구조적인 특성을 얻기 위해 안테나를 금속 형태와 진동을 극복하기 위한 구조를 제안하여, 열적, 진동 및 충격환경에서 안정적인 임무를 수행할 수 있게 하였다.
이에 비해 턴 스타일 안테나는 상대적으로 넓은 빔 폭 특성에 제작하기 쉬운 구조이다. 본연구에서는 이러한 턴 스타일 안테나를 극한의 우주환경에서도 견고하며, 광대역에서 평탄하고 좋은 축비를 가지도록 고안하였다';

제안 방법

타이 형태로 인해 반파장(7S mm)보다 짧은 길이(43 mm)에서 다이폴이 동작하게 하였다. 또한 그림 2처럼 폴디드 밸런을 적용하여 누설 전류를 차단하면서 다이폴을 지지하였대""" 또한 우주 환경에서도 구조적으로 견고하게하기 위해 다이폴은 두께 2 mm, 급전과 밸런은 두께 7 nim의 황동 소자로 고안하였다, 다이폴의 급전은 황동 소자 안을 뚫고 삽입 시켜 구조적으로 보완하였다. 한편, 반사판은 두께 5 mm 의 알루미늄 합금 소자를 사용하였다, 위성 발사 시 있을 진동을 고려하여그림 3과 같이 방사체 하단을 모양을 내고 분} 사
보다 견고한 구조적인 특성을 얻기 위해 안테나를 금속 형태와 진동을 극복하기 위한 구조를 제안하여, 열적, 진동 및 충격환경에서 안정적인 임무를 수행할 수 있게 하였다. 또한 안정적인 원형 편파를 구현하기 위해 단락 스터브를 가지는 전력 분배 기를 사용하여 광대역에서 평탄하고 좋은 축비를 가지게 제안하였다.
보다 견고한 구조적인 특성을 얻기 위해 안테나를 금속 형태와 진동을 극복하기 위한 구조를 제안하여, 열적, 진동 및 충격환경에서 안정적인 임무를 수행할 수 있게 하였다. 또한 안정적인 원형 편파를 구현하기 위해 단락 스터브를 가지는 전력 분배 기를 사용하여 광대역에서 평탄하고 좋은 축비를 가지게 제안하였다.
한편, 90도의 위상차가 아닌 다른 위상 값이입력되면 결과적으로 수직, 수평으로 놓인 다이폴의전계 세기가 다른 것처럼 보여 축비에 악영향을 미치게 된다. 본 논문에서 제안하는 턴스타일 안테나는신호를 자유 공간으로 방사하기 위한 다이폴 방사부와 원형 편파 발생을 위한 서로 90도 위상차를 가지는 두 신호를 공급하는 전력분배기 부로 구성된다.
위상 차 신호를 입력해야 한다. 본 연구에서는 윌킨슨 전력분배기(的power divider)'삐可 와 위상 지연 선로(phase delayed line)를 이용해 그림 5처럼 구현하였다. 일반적으로 윌킨슨 전력분배기를사용하여 안테나의 배열 망(anteima array n허work)을구현하게 되면 전체 안테나의 대역폭이 확장되는 현상이 생긴다(턴 스타일 구조도 원형 편파 발생을 위한 일종의 2 소자 배열이다.
또한 윌킨슨 전력분배기를다단으로 설계하면 주파수 대역폭을 확장할 수 있는데, 그림 6과 표 1에서 보인 것처럼 전력분배기를 다단(multi-sectkm)으로 설계할 수 있다㈣. 위에서 언급한 바와 같이 원형 편파를 발생시키기 위한 위상 차 입력을 위해 위상 지연 선로를 사용하였다. 본 연구에서는 우수 편파(RHCP)를 위해 수직 다이폴과 연결될 포트 3에 위상 지연 선로를 부설하였지만, 좌수 편파(LHCP) 발생을 위해 수평다이폴과 연결될포트 2에 위상 지연 선로를 둬 이를 해결할 수 있다.
이처럼 두 다이폴을 서로 수직하게 두고 전력분배기를 통해 각 다이폴에 90도 위상차를 가지는 신호를 입력하는 구조를 턴 스타일 구조라 하며, 그림 1에서 본 논문에서 제안하는 턴 스타일 안테나를 보였다. 식 1에서 볼 수 있는 것처럼 턴스타일 안테나는 입력하는 순서에 따라 좌수 편파(LHCP), 우수 편파(RHCP)를 결정하게 되며, 수직 다이폴(v-dipole并牛 수평 다이폴(h-dipole)의 전계 세기의 비는 축비로 나타낸다.
또한 급전 및 밸런 구조는 "L" 모양으로, 반사판은 그에 맞는 홈으로 되어 있어 나사로 고정되게 하였디' 나사체결은 반사판 양면에서 실시하였다. 전력분배기는 RT/duroid 5880 라미네이트 기판을 사용하여 SMA 커넥터를 이용해 급전할 수 있게 제작하였다. 그림 10, 1]에서는 안테나의 측정 결과를 보였다.

대상 데이터

그림 10(a)은 최종 제안된 안테나의 시제품이다. 방사 소자는 황동 소자를 사용하였고, 반사판은 알루미늄 소자를 사용하였다. 그림 10 (a) 에서 볼 수 있는것처럼 다이폴의 급전은 동축 케이블로 이루어져 있으며, 이는 급전 부분 안에 삽입되어 있다.

성능/효과

4 이하 2,000-3, 000 MHz의 대역폭을 얻었다. 또한 방사 특성 측정은 무반향실에서실시하였고, 측정된 축비는 동작 전 대역에서 최대 1.5 dB 이하, 평균 0.8 dB의 특성을 얻었다. 주파수별 방사 특성을 보면 최고 이득 7.
[ GHz에 260 MHz의 대역폭을 얻었다. 또한 안테나 이득은 증심 주파수 근방에서 최대 8 dBi, 방사 효율 95 %의 특성을 보였다. 한편, 기본공진일 발생한 중심 주파수 이후에는 이득 7.
또한 열팽창 계수가매우 작은 금속 소자를 사용하였기 때문에 저궤도에서의 태양 복사열에 의한 급격한 온도 변화에 둔감한 특성을 보일 것으로 예상된다 岡 그림 4에서는제안된 안테나의 방사체 부 만의 전기적 특성 결과를 보였다. 방사체 부의 안테나 반사 손실 특성은 수직과 수평 다이폴이 거의 유사한 특성을 보였으며, 중심 주파수 2.[ GHz에 260 MHz의 대역폭을 얻었다. 또한 안테나 이득은 증심 주파수 근방에서 최대 8 dBi, 방사 효율 95 %의 특성을 보였다.
위에서 언급한 바와 같이 원형 편파를 발생시키기 위한 위상 차 입력을 위해 위상 지연 선로를 사용하였다. 본 연구에서는 우수 편파(RHCP)를 위해 수직 다이폴과 연결될 포트 3에 위상 지연 선로를 부설하였지만, 좌수 편파(LHCP) 발생을 위해 수평다이폴과 연결될포트 2에 위상 지연 선로를 둬 이를 해결할 수 있다. 한편, 위상 지연 선로는 동작 주파수를 벗어남에 따라 다른 위상을 보인다.
8 dB의 특성을 얻었다. 주파수별 방사 특성을 보면 최고 이득 7.5 dBic(RHCP), 빔폭(>0 dBic) 평균 120도의 결과를 얻었다. 한편, 측정된 턴스타일의 방사 효율은 다이폴 방사체의 방사효율과 비교 시 동작 주파수 전 대역에서 비슷하게유지하는 것을 알 수 있다.
그림 10, 1]에서는 안테나의 측정 결과를 보였다. 측정 결과, 시제품은 VSWR<1.4 이하 2,000-3, 000 MHz의 대역폭을 얻었다. 또한 방사 특성 측정은 무반향실에서실시하였고, 측정된 축비는 동작 전 대역에서 최대 1.
또한 안테나 이득은 증심 주파수 근방에서 최대 8 dBi, 방사 효율 95 %의 특성을 보였다. 한편, 기본공진일 발생한 중심 주파수 이후에는 이득 7.5 dBi, 방사 효율 70 % 이상의 좋은 방사 특성을 계속 유지함을 알 수 있다. 만약 해당 주파수 대역에서 정재파비(VSWR)가 3 정도의 임피던스 부정합을 해결할 수있다면 안테나의 대역폭을 상당히 개선할 수 있을것이다.
5 dBic(RHCP), 빔폭(>0 dBic) 평균 120도의 결과를 얻었다. 한편, 측정된 턴스타일의 방사 효율은 다이폴 방사체의 방사효율과 비교 시 동작 주파수 전 대역에서 비슷하게유지하는 것을 알 수 있다. 다만 턴 스타일 안테나 이득의 감소는 디.

참고문헌 (11)

장영근, 이동호, 인공위성 시스템 설계 공학, 경문사, 1997년.
F. Ferrero, C. Luxey, G. Jacquemod, R. Staraj and C. Luxey, "Dual-band circularly polarized microstrip antenna for satellite applications", IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 4, pp. 13-15, 2005.

상세보기
Eu-An Lee, "A low cross-polarization circularly polarized spacecraft TC&R antenna", Dig. 1994 IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., Seattle, WA, vol. 2, pp. 914-917, Jun. 1994.
고한웅, 리준문, 유재덕, 김세연, 안병철, 박동희, "위성용 TT&C 원뿔 나선 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 17(1), pp. 24-38, 2006년 1월.
이정수, 오치욱, 서규제, 오승한, "기생 모노폴을 이용한 S-band Turnstile 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 17(11), pp. 1082-1088, 2006년 11월.
C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, Wiley, pp. 197-204, pp. 538-541, 2005.
W. L. Stutzman, G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, Wiley, pp. 183-187, 1998.
이광재, 우덕제, 전경진, 김보라, 이택경, "견고한 구조의 원형 편파 턴스타일 안테나", 대한민국특허청 10-2009-0016912, 2009년.
E. J. Wilkinson, "An N-way hybrid power divider", IRE Trans. Microw. Theory Tech., vol. MTT-8, pp. 116-118, Jan. 1960.
Cohn. S. B, "A class of broadband three-port TEMmode hybrid", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. MTT-16, no. 2, pp. 110-116, Feb. 1968.

상세보기
이광재, 우덕제, 이택경, "광대역 원형 편파 턴스타일 안테나", 대한민국 특허청, 10-2009-00-16912, 2009년 2월.

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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].

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