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Ku-Band용 위성 배열 안테나 설계 및 제작
The Design and Fabrication of Satellite Array Antenna for Ku-Band 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.61 no.11, 2012년, pp.1668 - 1670  

이한영 (대림대학교 방송음향영상과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a satellite array antenna operates at 12.2GHz~12.75GHz was designed and fabricated. The lowest height and high gain electrical beam tilt was obtained by applying backed slot and sub-reflector widening the distance between the patch and the GND. The simulation and measurement showed go...

주제어

#Array antenna   #Sub-reflector   #Satellite   #Patch   #Electrical beam tilt  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 본 논문에서는 안테나의 전기적 빔틸트(Electrical beam tilt)를 적용함으로서 안테나의 높이를 낮추고 고 이득 구현을 위해 부 반사판을 적용한 Ku-Band용 위성 배열 안테나를 설계 및 제작하였다.
  • 본 절에서는 지금까지 설계된 위성 배열 안테나를 제작하고 실험을 통하여 검증 하였다. 그림 5는 실제 제작된 안테나 사진이며, PCB제작에 사용된 기판은 테프론이고 기판 두께는 0.
  • 75GHz 대역에서 동작하는 Ku-Band용 위성 배열 안테나를 설계하였다. 안테나의 높이를 낮추고 고 이득 구현을 위해서 기존 배열 안테나에 파라볼라 안테나의 반사판과 디바이더라인을 제외한 패치안테나와 GND의 간격을 넓혀주기 위해 GND에 백 슬롯을 적용하였다. 안테나 사이즈는 340mm X 68mm이며, 배열은 6 X 8 형태를 가진다.
  • 그림 4는 주파수에 따른 S11를 나타내며, 기준 안테나와 제안한 안테나의 해석된 결과를 표 2로 나타내었다. 안테나의 빔틸트가 적용됨에 따라 안테나의 이득은 1dBi 가까이 낮아지게 되며, 손실된 안테나의 이득보상을 위해 부 반사판 및 기생패치를 적용하였다. 결과는 기준 안테나와 동일한 결과를 보였다.
  • 75GHz 대역에서 동작하는 위성 배열 안테나를 설계 및 제작 하였다. 전기적 빔틸트를 적용하여 가장 낮은 높이와 고 이득 구현을 위해 패치와 GND 사이에 거리를 넓혀 백 슬롯과 부 반사판을 적용하였다. 그 결과 시뮬레이션과 동일하게 전기적 빔틸트 10°를 가지며, 안테나 이득은 26.
  • 주파수 12.2GHz ∼ 12.75GHz 대역에서 동작하는 Ku-Band용 위성 배열 안테나를 설계하였다.

대상 데이터

  • 본 논문에서 주파수 12.2GHz ∼ 12.75GHz 대역에서 동작하는 위성 배열 안테나를 설계 및 제작 하였다.
  • 5mm이다. 안테나 사이즈는 340mm X 68mm이며, 유전률은 2.17, 플레이트는 알루미늄을 사용하였다. LNB(Low Noise Block Down Converter)는 안테나 중심부 하단에 설치하였다.

이론/모형

  • 안테나를 설계하기 위해서는 실제 제작하기 이전에 안테나 설계 및 성능 검증을 시뮬레이션 툴을 이용해서 할 수 있다. 본 설계는 안테나 구조 해석 툴인 안시스사 3차원 시뮬레이션 툴인 HFSS v12와 CST2010을 이용하여 설계 및 검증 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Ku-Band 용 위성 배열 안테나의 사이즈와 배열형태는 각각 얼마인가? 안테나의 높이를 낮추고 고 이득 구현을 위해서 기존 배열 안테나에 파라볼라 안테나의 반사판과 디바이더라인을 제외한 패치안테나와 GND 의 간격을 넓혀주기 위해 GND에 백 슬롯을 적용하였다. 안테나 사이즈는 340mm X 68mm이며, 배열은 6 X 8 형태를 가진다. 위성 배열 안테나 구조는 그림 1과 같으며, 설계 사양은 표 1에 나타내었다.
접시 안테나의 구조적인 한계점 때문에 어떤 문제가 있는가? 평판 안테나는 위성에서 송출된 무선 신호가 PCB상에 존재하는 다수의 안테나 소자를 통해서 한 점으로 모이도록 설계되어 있다[1],[2,[3]. 일반적으로 접시 안테나는 안테나의 효율이 대체로 반사면 면적에 비례하고 소정의 수신감도를 얻고자 하는 경우 부피와 무게 등의 구조적인 한계점이 있어 차량이나 선박 등의 이동체에 탑재가 용이하지 않은 문제점이 있다[4]. 기존의 평판 안테나는 일반적으로 안테나 면에 대해 빔이 수직방향으로 지향하므로 소정의 수신감도를 유지 하기 위해서는 소정 각도만큼 기울여서 설치되어야 하기 때문에 높이가 높아지는 문제점이 있다[5].
Ku-Band 용 위성 배열 안테나가 동작하는 주파수 대역은 얼마인가? 주파수 12.2GHz ∼ 12.75GHz 대역에서 동작하는 Ku-Band 용 위성 배열 안테나를 설계하였다. 안테나의 높이를 낮추고 고 이득 구현을 위해서 기존 배열 안테나에 파라볼라 안테나의 반사판과 디바이더라인을 제외한 패치안테나와 GND 의 간격을 넓혀주기 위해 GND에 백 슬롯을 적용하였다.
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참고문헌 (7)

  1. Jiro Hirokawa, et al,. "A Single-Layer Slot-ted Leaky Waveguide Array Antenna for Mobile Reception of Direct Broadcast form Satellite", IEEE Trans. on Vehicula Technology, vol. VT-44, no. 4, pp.749-745, Nov. 1995. 

  2. N. Ando, K. Sakurai, N. Goto, K. Arimura and Y. Ito, "A radial line slot antenna for 12 GHz satellite TV reception", IEEE Trans, AP-33, Vol. 12, pp. 1347-1353, Dec. 1985. 

  3. T. Nakayama, T. Yamada, S. Kado, M. Ohta and H. Ishizaka, "Development of flat antenna for communi-cation satellites", Proceeding of the 1995 IEICE general conference, B-71, March 1995. 

  4. T. Matsuzaki and H. Arai, "Dual polarized array antenna built in wall tile for CS-TV reception", APMC, Vol. 3, pp. 728-731, Singapore, Dec. 1999. 

  5. 류정기, 임인성, 이덕재, 민경일, 오승엽, "위성통신용 Ka-Band 마이크로스트립 배열안테나의 설계", 한국전자파학회논문지, 제 10권 제 1호, 1999년 2월. 

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  6. A. A. Eldek, A. Z. Elsherbeni, "Modified Printed bow-tie Antenna for C and X bands wide-band phased array systems", IEEE Trans, Antennas and Propagation, vol. 2B, pp. 429-432, Jul. 2005. 

  7. 정영배, 엄순영, "새로운 빔 조향 방식을 갖는 반사판 기반의 이동형 위성 통신 안테나", 한국전자파학회논문지, 제 20권 제 10호, 2009년 9월. 

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