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문제 정의
- 본 논문에서 는 AM/FM/TDMB/GPS를 수신하는 전장 샤크 안테나를 설계하고 이를 제작한다. AM 안테나로는 샤크 모형내 설치되도록 작으면서도 전 방향 특성을 가져야 하므로 본 논문에서는 페라이트 턴 스타일(turn style) 안테나를 적용한다.
- 본 논문에서는 AM, FM, TDMB, GPS 수신용 전장 샤크 안테나를 설계 제작하여 수신 성능을 측정하였다. AM 안테나는 샤크 안테나에 탑재 가능하도록 소형의 페라이트 턴 스타일 안테나로 설계하였다.
제안 방법
- AM 안테나는 샤크 안테나에 탑재 가능하도록 소형의 페라이트 턴 스타일 안테나로 설계하였다. FM 및 TDMB 안테나로 헤리컬 소자를 접은 접힌 모노폴 안테나로 제작하였다.
- 샤크 안테나를 설계하고 이를 제작한다. AM 안테나로는 샤크 모형내 설치되도록 작으면서도 전 방향 특성을 가져야 하므로 본 논문에서는 페라이트 턴 스타일(turn style) 안테나를 적용한다. 2개 의 페 라이트를 90도 교차하고, 90도 위상차를 갖도록 급전한다 切 FM(88-108 MHz), TDMB(174~216 MHz) 수
- AM 안테나는 샤크 안테나에 탑재 가능하도록 소형의 페라이트 턴 스타일 안테나로 설계하였다. FM 및 TDMB 안테나로 헤리컬 소자를 접은 접힌 모노폴 안테나로 제작하였다. GPS 안테나는 샤크 안테나 구조물에 용이하게 탑재되기 위하여 사다리꼴 패치로 설계하였다.
- FM, TDMB 수신용 안테나의 반사 손실을 측정하였다. 이중 공진 헤리컬 모노폴 소자인 FM, TDMB 수신 안테나의 반사 손실 측정 결과는 그림 10과 같다.
- FM, TDMB용 접힌 헤리컬 안테나의 수신 대역 이외의 잡음을 제거하기 위한 BPF(Band Pass Filter)를적용하였고, 신호는 LNA(Low Noise Amplifier)로 증폭하여 각 시스템과 연결하였다.
- FM 및 TDMB 안테나로 헤리컬 소자를 접은 접힌 모노폴 안테나로 제작하였다. GPS 안테나는 샤크 안테나 구조물에 용이하게 탑재되기 위하여 사다리꼴 패치로 설계하였다.
- 585 GHz) 안테나는 사다리꼴 마이크로스트립 패치 안테나로 설계하고 이를 제작한다. 공기증을 사용한 패치에 십자 슬롯을 부설하고 프랙털 이론을 적용하여 소형화를 유도한다同~风 십자 슬롯의 가로와 세로의 비와 급전 점의 위치를 조절함으로써 GPS가 사용하는 우회전 원편파 특성을 유도한다. 설계한 각 안테나를 제작하고, 이를 측정하여 기존 안테나와 비교하며 이를 고찰한다.
- 헤리컬의 설계는 참고문헌 [4] 에나타난 설계 식을 이용하여 설계하였다. 본 논문에서는 수직은 물론 수평 편파 성분을 효율적으로 받기 위해 헤리컬 소자를 90도 구부려 적용하였다. 이렇게 제작한 안테나는 그림 1에서 확인할 수 있다.
- 공기증을 사용한 패치에 십자 슬롯을 부설하고 프랙털 이론을 적용하여 소형화를 유도한다同~风 십자 슬롯의 가로와 세로의 비와 급전 점의 위치를 조절함으로써 GPS가 사용하는 우회전 원편파 특성을 유도한다. 설계한 각 안테나를 제작하고, 이를 측정하여 기존 안테나와 비교하며 이를 고찰한다.
- 설계한 사다리꼴 패치 안테나를 제작하고, 이를 측정하였다. 패치의 재질은 납땜이 가능한 동판을 이용하였고, 접지 판의 재질은 샤크 안테나의 밑면으로 사용될 알루미늄이다.
- 헤리컬의 피치를 달리할 경우, 이중 공진이 발생한다. 여기서는 피치를 각각 1 mm, 3 mm로 달리하여 이중 공진을 발생시키는 방법을 사용하였다. 헤리컬의 설계는 참고문헌 [4] 에나타난 설계 식을 이용하여 설계하였다.
- 연구한 안테 나와 상용 A사의 외 장형 폴 안테나의 수신 신호 세기를 측정 비교하였다. 그림 8과 9는 연구된 안테나 및 A사의 외장형 폴 안테나의 AM 라디오 수신 신호 세기를 실외에서 측정한 그림이다.
- 주어진 임의 크기에서 공진주파수가 가장 낮게 형성되는 프랙털로 최적화한다. 이후 슬롯을 부설하여 축비 및 반사 손실 특성을 보면서 세로 및 가로길이 a, 와 급전 점의 위치를 조절하여 우회전 원편파(RHCP)를 얻도록 HFSS를 이용하여 trade-off 설계하였다.
대상 데이터
- FM과 TDMB 수신용 안테나로는 헤리컬 모노 폴 안테나를 적용하였다. 헤리컬의 피치를 달리할 경우, 이중 공진이 발생한다.
- 본 안테나는 AM을 제외한 FM, TDMB 및 GPS는 각각 BPF와 LNA를 채 택 하고 있는 능동형 안테 나이다. 이는 미 약한 신호를 저 잡음으로 증폭시키고 더불어 케이블 손실에 의한 수신부 잡음 지수의 저하를 막기 위함이다.
- 본 연구에 적용된 페라이트의 크기는 40 mmxll mtn(가로X세로)이다. 권선을 조정하여 임피던스를 50옴에 맞추었다.
- 본 연구의 안테나는 4가지 밴드의 안테나를 샤크 구조물 내에 장착한 안테나이다. 장착되어야 할 구조물의 크기는 폭X길이X높이=75시64x70 mm이다.
- 9 mm이다. 안테나의 전체 크기는 60.6 mmx31.2 mmx58.8 mm(윗변 x 아랫변 x 높이)이다. 이 크기는 면적으로 볼 때 동일한 공진 주파수를 가지는 일반 삼각 패치 안테나보다 42.
- 0 mm로 하였다. 앞에서 언급한 방법으로 설계된 슬롯 a, 力의 길이는 23 mm, 22 mm이고, 프랙털 구조 x, y 의 길이는 4.6 mm, 8.9 mm이다. 안테나의 전체 크기는 60.
- 패치의 재질은 납땜이 가능한 동판을 이용하였고, 접지 판의 재질은 샤크 안테나의 밑면으로 사용될 알루미늄이다. 제작한 안테나의 측정된 반사 손실 및 VSWR은 그림 13과 같다.
- 이렇게 제작한 안테나는 그림 1에서 확인할 수 있다. 헤리컬 안테나의 총 길이는 약 135 mm로 FM 동작 주파수 대역인 100 MHz 기준으로 안테나를 헤리 컬 소자로 사용함으로써 전체적인 길이를 人/4의 1/5 수준으로 감소시켰다.
이론/모형
- 여기서는 피치를 각각 1 mm, 3 mm로 달리하여 이중 공진을 발생시키는 방법을 사용하였다. 헤리컬의 설계는 참고문헌 [4] 에나타난 설계 식을 이용하여 설계하였다. 본 논문에서는 수직은 물론 수평 편파 성분을 효율적으로 받기 위해 헤리컬 소자를 90도 구부려 적용하였다.
성능/효과
- 안테나(a)와 상용화된 B사(b) 의 안테나의 방사 이득 및 효율을 비교 측정한 것이다 비교 측정 결과 제안한 TDMB 수신용 안테나가 평균 3 dB 높게 측정되었다.
- 그림 8과 9는 연구된 안테나 및 A사의 외장형 폴 안테나의 AM 라디오 수신 신호 세기를 실외에서 측정한 그림이다. 970 kHz를 기준으로 제안한 안테나의 수신 신호 세기는 -65/7 dBm으로 A사의 외장형 폴 안테나의 -63.5 dBm과 수신 성능을 비교했을 때 유사한 수신 특성을 가짐을 알 수 있다 따라서 샤크 안테나에 탑재된소형 안테나가 외장형 폴 안테나와 견줄만하다고 판단된다.
- 거리를 변수 c로 하여 죽비를 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과 급전 위치가 20 mm일 때의축비의 값이 2.735 dB로 가장 양호하게 나타나 그 값을 설계 값으로 정하였다.
- GPS 안테나는 VSWR 2 : 1 기준으로 135 MHz의 넓은 대역 특성을 얻었다. 이득은 공진 주파수에서 4.31 dB로 측정되어 일반 세라믹 패치 안테나의 이득보다 3~5 dB 높은 이득을 얻었다.
- 제작한 AM 안테나는 기존의 외장형 폴 안테나에 비해 소형이면서도 수신 성능이 거의 유사하게 측정되었다. FM 및 TDMB용 이중 공진 헤리컬 안테나의 수신 신호 세기 최대치는 각각 -55.
- 측정 결과, FM 대역, TDMB 대역에서 반사 계수는 중심 주파수에서 각각 -20 dB, -15 dB로 우수한 특성으로 측정되었다. 표 1은 TDMB 대역에서 제안한 안테나(a)와 상용화된 B사(b) 의 안테나의 방사 이득 및 효율을 비교 측정한 것이다 비교 측정 결과 제안한 TDMB 수신용 안테나가 평균 3 dB 높게 측정되었다.
- 31 dBi의 값으로 측정되었다. 표 2에서 보듯이 GPS 대역에서의 안테나의 이득은 4.13〜4.78 dBi 이며, 효율은 50.41 〜59.49 %의 양호한 특성을 보이고 있다. 축비는 중심 주파수에서 2.
후속연구
- 본 연구 결과는 전장용 안테나를 통합하고 동시에 소형화하는데 도움을 줄 것으로 생각한다.
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