선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 이중 편파 위상 배열 시스템을 위한 기판 집적 슬롯 배열 안테나를 제안하였다. 제안된 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 각각의 포트를 통해 수직 편파, 수평 편파가 나타나기 때문에 기존의 단일편파가 아닌 이중 편파가 가능한 안테나이다.
- 본 논문은 기판 집적 도파관 기반인 이중 편파 기판 집적 슬롯 배열 안테나를 제안한다. 제안된 논문은 기존의 도파관 슬롯 배열 안테나가 부피가 크고, 제작 시 많은 제약이 있다는 단점을 보완할 수 있으며, 기존의 단일 편파 방식이 아닌 이중 편파가 가능하여 영상의 다양한 정보를 획득할 수 있고, 더 정확한 영상을 획득하는 안테나로 활용될 것으로 기대된다.
제안 방법
- 기판 집적 도파관은 도파관의 폭에 의해 차단 주파수가 영향을 받기 때문에 폭을 매우 좁게 하는데 어려움이 있다. 따라서 제안된 수평 편파 안테나는 HMSIW 구조를 적용하여 안테나 간의 간격을 줄여야 한다.
- 배열된 각각의 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 중심점 간의 간격은 약 0.7 λ0로 빔의 조향 범위를 ±20°가 만족하도록 설계하였다.
- 본 논문에 서는 최대 빔 조향 범위를 ±20°를 위해 설계하였다[5],[6].
- 슬롯의 길이(L)는 λ0/2, 각 슬롯 간의 간격(D1)은 λg/2 (λg : guide wavelength), 마지막 슬롯과 종단 부분(D2)까지는 λg /4, 비아의 폭(V_W), 비아 간의 간격(V_L)으로 설계하였다.
- 안테나의 폭은 도파관의 차단 주파수에 따라 0.5 λ0(λ0 : free space wavelength)로 설계하였다.
- 또한, 이중 편파를 위해 도파관의 넓은 면을 함께 사용할 경우, 각 편파 간 소자 간격이 지나치게 커져 빔 조향 범위 내에서 grating lobe가 발생하는 문제가 있다[5],[6]. 이를 해결하기 위해 이중 편파 방식을 기판 집적 도파관 기반으로 설계를 하여 도파관의 broad-wall을 평면형 기판인 기판 집적 도파관에 가공하고, narrow-wall을 하프 모드 기판 집적 도파관에 가공하여 배열 안테나의 소자 간격을 충분한 빔 조향이 가능하도록 설계하였다.
- 제안된 수평 편파 안테나는 그림 4(b)의 전송 선로의 구조를 통해 설계하여 각 슬롯 간의 간격은 λg/2로 수직 편파 안테나와 동일하고, 슬롯의 길이는 기판의 폭이 반으로 좁아지기 때문에 그만큼 슬롯의 길이는 짧아지게 설계하였다[11].
- 제안된 이중 편파 안테나는 각각 수직 편파 안테나 4개와 수평 편파 안테나 4개로 구성하여 나란히 배열하여 공진형 구조의 안테나를 설계하였다. 배열된 각각의 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 중심점 간의 간격은 약 0.
대상 데이터
- 본 논문에서는 이중 편파 위상 배열 시스템을 위한 기판 집적 슬롯 배열 안테나를 제안하였다. 제안된 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 각각의 포트를 통해 수직 편파, 수평 편파가 나타나기 때문에 기존의 단일편파가 아닌 이중 편파가 가능한 안테나이다. 또한, 제안된 배열 안테나는 기판 집적 도파관 구조로써 도파관의 낮은 삽입 손실과 외부의 전자기파의 영향을 받지 않는 장점이 있고, 평면형 기판 기술의 장점인 얇은 두께를 지녀 경량화가 가능할 뿐만 아니라 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 단점인 surface wave의 영향으로 인한 배열 환경에서의 방사 특성을 개선할 수 있다.
- 제작에 사용된 유전체 기판은 높이가 0.787 mm이고, εr =2.2인 Taconic TLY-5 기판을 사용하였다.
데이터처리
- 설계된 이중 편파 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 설계 프로그램[10]을 사용하여 해석하였다. 그림 9, 10은 이중 편파 배열 안테나의 반사 손실과 방사 패턴, 교차 편파의 시뮬레이션 결과이다.
성능/효과
- 이와 같은 차이는 제작 상에서의 SIW의 비아 도금이 제대로 이루어지지 않았던 점을 확인하여 향후 비아 형태가 아닌 wall 형태의 SIW를 통한 연구를 진행할 것입니다. 그렇지만 본 논문에서 제안한 이중 편파 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 실제로 제작 및 응용이 가능하다는 것을 확인하였다.
- 그림 4 (a)를 보면 일반적인 HMSIW는 기판의 한쪽 면이 개방형이지만, 본 논문에서는 그림 4(b)와 같이 배열을 하기 위해 양쪽 면이 비아로 완전히 차폐하고, 위층 메탈의 끝부분에 가로 슬롯을 설계하여 전자기적 공간을 구성했다. 따라서 그림 5를 보면 시뮬레이션 결과, 일반적인 HMSIW 전송 선로와 이중 편파 배열을 위한 HMSIW 전송 선로의 특성을 비교하면 중심 주파수 15 GHz에서 0.15 dB의 삽입 손실의 차이가 있었으며, 반사 손실은 20 dB 이상으로 유사한 결과가 나타났다.
- 제안된 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 각각의 포트를 통해 수직 편파, 수평 편파가 나타나기 때문에 기존의 단일편파가 아닌 이중 편파가 가능한 안테나이다. 또한, 제안된 배열 안테나는 기판 집적 도파관 구조로써 도파관의 낮은 삽입 손실과 외부의 전자기파의 영향을 받지 않는 장점이 있고, 평면형 기판 기술의 장점인 얇은 두께를 지녀 경량화가 가능할 뿐만 아니라 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 단점인 surface wave의 영향으로 인한 배열 환경에서의 방사 특성을 개선할 수 있다. 따라서 제안된 이중 편파가 가능한 기판 집적 도파관 슬롯 배열 안테나는 위상 배열 시스템의 payload를 개선할 수 있고, 항공 우주 산업인 인공위성, 항공기, 레이더의 안테나에 적용할 경우 이중 편파의 특징인 기존의 단일 편파보다 더 정확하고 다양한 정보를 획득 가능할 것으로 기대되어진다.
- Slot의 폭은 via를 이동하면서 조정했다. 모든 변수에서의 삽입 손실은 동일하지만, 슬롯의 폭이 좁아질수록 제안된 HMSIW의 삽입 손실의 특성이 향상되는 것을 확인하였다.
- 수직 편파의 최대 이득은 각각 20.56 dBi, 20.62 dBi를 나타났고, 대역에서 주엽 아래의 교차 편파 레벨은 Φ=0°, 90°에서 각각 -33 dB, -30 dB로 나타났다.
- 수평 편파의 높은 교차 편파 레벨은 기존의 HMSIW 구조가 아닌 이중 편파를 위하여 안테나의 가로 슬롯이 추가된 형태의 HMSIW 구조를 사용하여 수직 편파의 누설 방사가 나타나 기존의 도파관의 교차 편파 레벨보다 높은 값이 나타났다.
- 수평 편파의 최대 이득은 Φ=0°, 90°에서 각각 16.41 dBi, 16.41 dBi를 나타났다.
- 측정 결과는 Φ=0°, 90°에서 수직 편파의 최대 이득은 각각 16.99 dBi, 17.634 dBi를 나타냈고, 수평 편파의 최대 이득은 Φ=0°, 90°에서 각각 16.04 dBi, 16.11 dBi를 나타냈다.
- 대역에서 주엽 아래의 교차 편파 레벨은 Φ=0°, 90°에서 수직 편파는 각각 -24 dB, -34 dB이고, 수평 편파는 -23 dB, -23 dB를 나타냈다. 측정된 결과는 시뮬레이션 결과와 비교하여 수직 편파의 경우, 시뮬레이션 결과와 대역폭과 이득의 측면에서 차이를 보였다. 이와 같은 차이는 제작 상에서의 SIW의 비아 도금이 제대로 이루어지지 않았던 점을 확인하여 향후 비아 형태가 아닌 wall 형태의 SIW를 통한 연구를 진행할 것입니다.
후속연구
- 또한, 제안된 배열 안테나는 기판 집적 도파관 구조로써 도파관의 낮은 삽입 손실과 외부의 전자기파의 영향을 받지 않는 장점이 있고, 평면형 기판 기술의 장점인 얇은 두께를 지녀 경량화가 가능할 뿐만 아니라 기존의 마이크로스트립 패치 안테나의 단점인 surface wave의 영향으로 인한 배열 환경에서의 방사 특성을 개선할 수 있다. 따라서 제안된 이중 편파가 가능한 기판 집적 도파관 슬롯 배열 안테나는 위상 배열 시스템의 payload를 개선할 수 있고, 항공 우주 산업인 인공위성, 항공기, 레이더의 안테나에 적용할 경우 이중 편파의 특징인 기존의 단일 편파보다 더 정확하고 다양한 정보를 획득 가능할 것으로 기대되어진다.
- 측정된 결과는 시뮬레이션 결과와 비교하여 수직 편파의 경우, 시뮬레이션 결과와 대역폭과 이득의 측면에서 차이를 보였다. 이와 같은 차이는 제작 상에서의 SIW의 비아 도금이 제대로 이루어지지 않았던 점을 확인하여 향후 비아 형태가 아닌 wall 형태의 SIW를 통한 연구를 진행할 것입니다. 그렇지만 본 논문에서 제안한 이중 편파 기판 집적 슬롯 배열 안테나는 실제로 제작 및 응용이 가능하다는 것을 확인하였다.
- 본 논문은 기판 집적 도파관 기반인 이중 편파 기판 집적 슬롯 배열 안테나를 제안한다. 제안된 논문은 기존의 도파관 슬롯 배열 안테나가 부피가 크고, 제작 시 많은 제약이 있다는 단점을 보완할 수 있으며, 기존의 단일 편파 방식이 아닌 이중 편파가 가능하여 영상의 다양한 정보를 획득할 수 있고, 더 정확한 영상을 획득하는 안테나로 활용될 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.