본 논문은 비선형 소자 탐지기용 다중 공진 원편파 안테나의 설계를 제안한 것이다. 광대역으로 설계하기 위해, CPW 급전 방법이 고려되었다. 원편파를 구현하기 위해, 축비는 방사 소자에 $45^{\circ}$ 기울어진 슬롯과 방사 패치 가장자리의 커팅 크기에 의해 제어되었다. 관심 대역인 2.4~2.44 GHz, 4.84~4.92 GHz, 7.28~7.36 GHz에서 측정된 반사 손실, 대역폭, 축비, 편파 패턴과 이득은 시뮬레이션 값과 잘 일치하였다
본 논문은 비선형 소자 탐지기용 다중 공진 원편파 안테나의 설계를 제안한 것이다. 광대역으로 설계하기 위해, CPW 급전 방법이 고려되었다. 원편파를 구현하기 위해, 축비는 방사 소자에 $45^{\circ}$ 기울어진 슬롯과 방사 패치 가장자리의 커팅 크기에 의해 제어되었다. 관심 대역인 2.4~2.44 GHz, 4.84~4.92 GHz, 7.28~7.36 GHz에서 측정된 반사 손실, 대역폭, 축비, 편파 패턴과 이득은 시뮬레이션 값과 잘 일치하였다
This paper proposes the design of circularly polarized multi band antenna for a non-linear junction detector (NLJD) system. In order to design for broad bandwidth, the CPW (Co-Planar Waveguide) feeding method is considered in this design. In order to realize the circular polarization, the axial rati...
This paper proposes the design of circularly polarized multi band antenna for a non-linear junction detector (NLJD) system. In order to design for broad bandwidth, the CPW (Co-Planar Waveguide) feeding method is considered in this design. In order to realize the circular polarization, the axial ratio was controlled by inserting a $45^{\circ}$ inclined slot on radiating element and by cutting an edge of the radiating patch. Measurement results of return loss, bandwidth, axial ratio, polarization pattern and gain are agreed well with their simulation results in interested frequency band at 2.4~ 2.44 GHz, 4.84~4.92 GHz, and 7.28~7.32 GHz.
This paper proposes the design of circularly polarized multi band antenna for a non-linear junction detector (NLJD) system. In order to design for broad bandwidth, the CPW (Co-Planar Waveguide) feeding method is considered in this design. In order to realize the circular polarization, the axial ratio was controlled by inserting a $45^{\circ}$ inclined slot on radiating element and by cutting an edge of the radiating patch. Measurement results of return loss, bandwidth, axial ratio, polarization pattern and gain are agreed well with their simulation results in interested frequency band at 2.4~ 2.44 GHz, 4.84~4.92 GHz, and 7.28~7.32 GHz.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
마이크로 스트립 안테나의 특징인 체배 주파수 현상을 이용하여 다중 공진 안테나를 설계하고자 하였다. 그리고 전자파 유도 결합 급전 방식인 CPW 급전을 사용하여 다중 대역의 대역폭을 만족시키고자 하였다. 또한, 원편파를 구현하기 위해 방사 소자의 양 끝 모서리를 잘라서 송신 주파수 대역의 축비를 만족시켰다.
평면 안테나의 주기 구조로 인해 다중 공진을 구현하기는 쉬우나, 협대역인 단점을 극복해야만 한다. 따라서 다중 대역의 대역폭을 개선하기 위해 방사면의 그라운드에 CPW(Co-Planar Waveguide) 급전 방식을 응용하여 대역폭을 개선하고자 하였다[7].
따라서 본 논문에서는 고주파수 대역에서 동작하는 원편파 안테나를 구현하기 위해 방사 소자의 모서리를 자르는 방법과 방사 소자에 45° 기울어진 슬롯을 가진 패치 안테나를 설계하였다[4]～[6].
본 논문에서는 초소형 비선형 은닉 소자를 탐지하기 위해 원편파 패치 안테나를 제안하였다. 마이크로 스트립 안테나의 특징인 체배 주파수 현상을 이용하여 다중 공진 안테나를 설계하고자 하였다. 그리고 전자파 유도 결합 급전 방식인 CPW 급전을 사용하여 다중 대역의 대역폭을 만족시키고자 하였다.
본 논문에서는 상이 접합 금속과 반도체를 동시에 탐지할 수 있는 다중 공진 패치 안테나를 설계하였다. 비선형 소자 탐지기의 수신 주파수는 송신 주파수의 체배 주파수에서 나타나는 특성에 맞추어 주기적 공진 특성을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나를 설계에 고려하였고, 평면 패치 안테나의 협대역 공진 단점을 보완하기 위해, 급전부에 CPW 급전방식을 채택하였다.
본 논문에서는 초소형 비선형 은닉 소자를 탐지하기 위해 원편파 패치 안테나를 제안하였다. 마이크로 스트립 안테나의 특징인 체배 주파수 현상을 이용하여 다중 공진 안테나를 설계하고자 하였다.
제안 방법
급전부는 단일 전송 선로를 가진다. 그리고 급전 방식은 방사면에 전자 유도 결합 급전을 통하여 임피던스 대역폭을 넓게 하기 위하여 CPW 급전을 고려되었다. 평면 안테나의 주기 구조로 인해 다중 공진을 구현하기는 쉬우나, 협대역인 단점을 극복해야만 한다.
그리고 방사 소자의 중앙에 45° 기울어진 슬롯을 삽입하여 전류 흐름을 제어하여 제 2차 고조파와 제 3차 고조파의 축비를 개선시켰다.
그리고 비선형 소자 탐지기의 수신 주파수는 송신 주파수의 체배 주파수에서 나타나는 특성이 있다. 따라서 주기성을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나를 채택함으로써 주기적 공진 특성을 안테나 설계에 활용하였으며, 마이크로스트립 라인이 가지는 협대역의 단점을 보완하기 위해, 급전부에 전자 유도 결합 방식인 CPW 급전 방식을 고려하였다[7],[8].
위에서 언급한 송수신 주파수들과 그 대역들은 NLJD시스템에서 요구되어지는 규격이다. 또한, 수신 주파수 대역은 편의상 제 2차 고조파 대역(4.84～4.92 GHz)과 제 3차 고조파 대역(7.28～7.36 GHz)으로 구분하여 기술하기로 하겠다.
이런 특성으로 인하여 선형소자 뿐만 아니라 비선형 소자도 탐지가 가능하다. 또한, 안테나의 원편파 특성을 이용함으로써 탐지된 소자로부터의 반사에 의한 편파의 손실을 최소화할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 원편파 특성을 가지는 패치 안테나를 고려하였다. 설계에서 안테나의 유전체 기판은 비유전율 4.
그리고 전자파 유도 결합 급전 방식인 CPW 급전을 사용하여 다중 대역의 대역폭을 만족시키고자 하였다. 또한, 원편파를 구현하기 위해 방사 소자의 양 끝 모서리를 잘라서 송신 주파수 대역의 축비를 만족시켰다. 그리고 방사 소자의 중앙에 45° 기울어진 슬롯을 삽입하여 전류 흐름을 제어하여 제 2차 고조파와 제 3차 고조파의 축비를 개선시켰다.
본 논문에서는 상이 접합 금속과 반도체를 동시에 탐지할 수 있는 다중 공진 패치 안테나를 설계하였다. 비선형 소자 탐지기의 수신 주파수는 송신 주파수의 체배 주파수에서 나타나는 특성에 맞추어 주기적 공진 특성을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나를 설계에 고려하였고, 평면 패치 안테나의 협대역 공진 단점을 보완하기 위해, 급전부에 CPW 급전방식을 채택하였다.
설계한 안테나의 신뢰성을 확인을 위해 안테나를 실제로 제작하여 측정하였다. 제작된 안테나의 반사 손실 및 대역폭 측정은 Anritsu사의 Vector network Analyzer 37369D를 사용하였다.
안테나의 지향성 이득 및 방사 패턴 측정은 16 m×8 m×6 m 크기의 전파 암실에서 행하였다.
대상 데이터
또한, 안테나의 원편파 특성을 이용함으로써 탐지된 소자로부터의 반사에 의한 편파의 손실을 최소화할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 원편파 특성을 가지는 패치 안테나를 고려하였다. 설계에서 안테나의 유전체 기판은 비유전율 4.4+j0.04의 FR4-epoxy를 채택하였고, 높이 H는 1.2 mm였다. 안테나의 시뮬레이 션 은 상용 툴인 HFSS를 사용하였다.
안테나의 지향성 이득 및 방사 패턴 측정은 16 m×8 m×6 m 크기의 전파 암실에서 행하였다. 안테나는 FR4-epoxy 기판을 사용하여 패턴을 제작하였다. 그림 7은 제작된 안테나의 사진을 나타낸다.
설계한 안테나의 신뢰성을 확인을 위해 안테나를 실제로 제작하여 측정하였다. 제작된 안테나의 반사 손실 및 대역폭 측정은 Anritsu사의 Vector network Analyzer 37369D를 사용하였다. 안테나의 지향성 이득 및 방사 패턴 측정은 16 m×8 m×6 m 크기의 전파 암실에서 행하였다.
데이터처리
2 mm였다. 안테나의 시뮬레이 션 은 상용 툴인 HFSS를 사용하였다.
성능/효과
그림 3은 그라운드와 급전부의 간격 W의 변화에 따른 반사 손실 결과를 나타낸다. 간격 W를 0.5 mm에서 4.5 mm까지 변화시킨 결과, W값이 2.5 mm일 때 제 1차 고조파와 제 2차 고조파의 공진 특성이 VSWR 2:1을 기준으로 하였을 때, 주파수의 편이는 다소 일어났지만, NLJD 시스템에서 요구하는 대역폭을 만족하였다.
51 GHz까지 3 dB 이하의 값이 측정되었다. 그리고 제 2차 및 3차 공진 주파수 영역에서의 반사 손실 대역폭과 축비도 만족할 만한 결과를 얻었으며, 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다.
그리고 방사 소자의 중앙에 45° 기울어진 슬롯을 삽입하여 전류 흐름을 제어하여 제 2차 고조파와 제 3차 고조파의 축비를 개선시켰다. 또한, 요구되는 모든 공진 대역에서 양호한 반사 손실과 축비가 얻어졌으며, 시뮬레이션 값과 측정값이 잘 일치하였다.
방사 패치 내에 있는 45° 기울어진 슬롯의 길이를 10 mm에서 14 mm까지 변화시킨 결과, L값이 12 mm일 때 시뮬레이션 축비 특성 값이 3개의 관심 대역에서 가장 우수하였다.
51 GHz까지 3 dB 이하의 값을 가졌다. 시뮬레이션 결과 값과 비교하였을 때 양호한 특성을 보였다. 그리고 제 2차 고조파의 축비 특성은 4.
그림 8은 시뮬레이션에 의해 계산된 반사 손실과 측정된 반사 손실을 비교하였다. 제작된 안테나의 반사 손실은 계산된 값과 매우 일치하는 결과를 보였으며, NLJD 시스템에서 요구되어지는 대역폭도 잘 만족하는 것을 볼 수 있었다.
표 2와 같이 제 1차 공진 주파수 영역에서의 —10 dB 이하의 반사 손실 대역폭은 약 250 MHz로 NLJD 시스템에서 요구하는 대역폭을 충분히 만족하였고, 축비 또한 2.4～2.51 GHz까지 3 dB 이하의 값이 측정되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초소형 은닉 장비를 탐지하기 위한 해결 방안의 하나는 무엇인가?
또한, 은닉 장비 중에서도 초소형의 반도체나 USB 메모리 등은 그 크기가 매우 작아 탐지하는 데 어려움이 있다. 초소형 은닉 장비를 탐지하기 위한 해결 방안의 하나로, 고주파수 대역을 사용하여 매우 짧은 파장을 이용한 탐지 기술을 고려할 수 있다. 또한, 레이다의 원리를 이용하여 반사파의 크기와 형상으로부터 은닉 물체를 판단할 수 있으므로 직선 편파보다는 원편파를 사용함으로써 은닉 물체를 더욱 쉽게 찾을 수 있다.
원편파 패치 안테나의 장단점은?
그림 2는 원편파 패치 안테나의 구조를 나타낸다. 급전부는 단일 전송 선로를 가진다. 그리고 급전 방식은 방사면에 전자 유도 결합 급전을 통하여 임피던스 대역폭을 넓게 하기 위하여 CPW 급전을 고려되었다. 평면 안테나의 주기 구조로 인해 다중 공진을 구현하기는 쉬우나, 협대역인 단점을 극복해야만 한다. 따라서 다중 대역의 대역폭을 개선하기 위해 방사면의 그라운드에 CPW(Co-Planar Waveguide) 급전 방식을 응용하여 대역폭을 개선하고자 하였다[7].
은닉 장비 중에서도 초소형의 반도체나 USB 메모리 등 장비들로 인한 단점은?
따라서 국내에서 사용 가능한 디텍터를 만들기 위해서는, 900 MHz 대역이 아닌 ISM Band를 활용한 안테나의 개발 필요성이 절실히 대두되고 있다[3]. 또한, 은닉 장비 중에서도 초소형의 반도체나 USB 메모리 등은 그 크기가 매우 작아 탐지하는 데 어려움이 있다. 초소형 은닉 장비를 탐지하기 위한 해결 방안의 하나로, 고주파수 대역을 사용하여 매우 짧은 파장을 이용한 탐지 기술을 고려할 수 있다.
참고문헌 (10)
Hiltmar Schubert, Andrey Kuznetsov, Detection and Disposal of Improvised Explosives NATO Security through Science Series, Springer, pp. 237-239, 2006.
K. Wincza, S. Gruszczynski, and J. Borgosz, "Dualband capac-itive feed antenna for nonlinear junction detection device", Microwave Techniques, COMITE 2008. 14th Conference on, 2008.
김태근, 민경식, "비선형 소자 탐지용 광대역 스파이럴 안테나의 설계", 한국전자파학회논문지, 22(1), pp. 81-88, 2011년 1월.
D. M. Pozar, B. Kaufamn, "Increasing the bandwidth of a microstrip antenna by proximity coupling", IEEE Trans. Elect. Lett., vol. 23, no. 8, pp. 369-369, Apr. 1987.
Kyeong-Sik Min, J. Hirokawa, K. Sakurai, M. Ando, and N. Goto, "Single-layer dipole array for linear- to circular polarization conversion of slotted waveguide array", IEEE Proceedings Microwave, Antenna & Propagation Pt. H, vol. 143, no. 3, pp. 211-216, Jun. 1996.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.