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슬롯깊이 변화에 따른 도파관 슬롯 안테나의 설계
Design of slotted waveguide antenna with slot depth variation 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.8 no.4, 2013년, pp.535 - 540  

김규철 (목포해양대학교 해양전자통신공학부)

초록
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본 논문에서는 슬롯의 깊이를 변화시켜 X-밴드에서 동작하는 1.4m길이의 도파관 슬롯배열 안테나를 설계하였다. 54개의 슬롯배열이 모델링되어 CST로 시뮬레이션 되었으며 부엽레벨은 주어진 주파수 범위에서 효과적으로 억압되었다. 안테나의 측정 결과 이득은 21.8dB, 최대 부엽레벨은 -31dB, 반전력빔폭은 $2.0^{\circ}$의 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We design a slotted waveguide antenna for X-band which a 1.4m length with slot depth variation. A 54 slot array is modeled and simulated by CST, and the side lobe level is suppressed effectively in a certain range of frequency. The experimental results of the antenna show that its gain, maximum side...

주제어

#안테나   #도파관   #빔폭   #레이다  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 논문에서는 비공진 슬롯배열안테나의 최적설계법을 제시하였다. 안테나 종단의 전력반사에 의한 위상분포의 변화를 줄이기 위해 계단모양의 페라이트 흡수체를사용하였으며 원하는 부엽크기를 만족하는 테일러분포를 갖도록 슬롯의 기울기와 슬롯의 깊이를 조정하였다.
  • 모멘트법 또는 유한 요소 경계적분법등의 시뮬레이션이나 측정을 통해 정확한 슬롯의 어드미턴스를 제공하는 많은 연구가 진행되어왔으나 슬롯간에 강하게 발생하는 상호결합효과를 고려하지 않기 때문에 설계시 오차가 크다[7,8]. 본 논문에서는 전자계 해석프로그램을 이용하여 안테나를 모델링하고 각 슬롯에 의한 전자계 복사패턴을 구하는 방법으로 최소의 부엽크기를 갖는 안테나를 설계하였으며 슬롯의 기울기에 변화를 주고 슬롯의 깊이를 조정하는 방법으로 안테나를 최적화하는 설계법을 제시한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마이크로스트립안테나의 장점은 무엇인가? 항해용 레이다 안테나는 도파관의 협벽에 슬롯을 낸 슬롯배열 안테나와 패치를 적절히 배열하여 이득을 높인 마이크로스트립안테나가 주로 사용되고 있다. 마이크로스트립안테나는 제작이 간단하고 소형, 경량으로 구현이 가능하다는 장점이 있으나 대역폭이 좁고 방사 전력이 적다[1,2]. 이에 반해 도파관 슬롯배열안테나는 급전부가 따로 필요하지 않고 효율이 좋으며 도파관자체를 지지구조로 사용할 수 있어 고출력의 방사전력이 필요한 레이다에 적합하다.
왜 최적화된 슬롯의 기울기가 최대치인 지점이 도파관의 가운데가 아니라 끝쪽으로 치우쳐져 있는가? 최적화된 슬롯의 기울기를 살펴보면 기울기가 최대치인 지점이 도파관의 가운데 부분이 아닌 도파관의 종단 쪽으로 치우쳐져 있음을 알 수 있다. 이는 도파관의 급전선으로부터 방사된 신호가 슬롯에 의한 영향으로 종단으로 갈수록 적은 에너지가 전달되는 영향을 고려하여 도파관의 중앙에서 최대에너지를 복사하도록 슬롯의 기울기를 최적화한 결과이다. 최적화된 슬롯의 기울기와 깊이를 갖는 안테나의 원거리 복사패턴은 부엽의 크기가 작고 예리한 팬빔 모양을 나타낸다.
도파관 슬롯배열안테나의 장점은 무엇인가? 마이크로스트립안테나는 제작이 간단하고 소형, 경량으로 구현이 가능하다는 장점이 있으나 대역폭이 좁고 방사 전력이 적다[1,2]. 이에 반해 도파관 슬롯배열안테나는 급전부가 따로 필요하지 않고 효율이 좋으며 도파관자체를 지지구조로 사용할 수 있어 고출력의 방사전력이 필요한 레이다에 적합하다. 이러한 슬롯배열안테나의 성능을 높이기 위해서는 주빔의 빔 폭은 좁아야 하고 부엽의 크기는 낮추어야 하지만 두 조건을 동시에 만족하기는 어려우므로 상호절충이 필요하다[3,4,5,6].
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참고문헌 (12)

  1. 김민수, 장연길, 이영철, "선박 레이다용 60WX-band Cascade SSPA 구현", 한국전자통신학회논문지, 7권, 1호, pp. 1-7, 2011. 

  2. 황운택 "해상 데이터통신 시스템의 설계 및 구현: GMDSS를 중심으로", 한국전자통신학회논문지, 6권, 7호, pp. 816-822, 2011. 

  3. 고민호, 표승철, 박효달, "차량용 통합 안테나 모듈용 증폭단에 관한 연구", 한국전자통신학회논문지, 4권, 2호, pp. 87-92, 2009. 

  4. 박용욱, "WLAN용 패치 안테나 특성", 한국전자통신학회논문지, 6권, 6호, pp. 803-808, 2011. 

  5. 구융서, 윤중한, "무선랜과 와이맥스 시스템에 적용 가능한 브랜치 라인과 사각 슬릿 접지를 갖는 모노폴 안테나 설계와 제작", 한국전자통신학회논문지, 6권, 5호, pp. 611-620, 2011. 

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  6. D. M. Pozar, "Microwave Engineering, 3rdEd", Wiley, Newyork, pp. 120-130, 1993. 

  7. D. Dogan, O. A. Civil, "A Novel Edge Wall waveguide Slot Antenna.," 2010 IEEE international Symposium on Phased Array Systems & Technology, pp. 453-456, 2010. 

  8. D. C. Chang, C. I. Hung, C. C. Lin, J. W. Lin, K. T. Ho, and T. M. Lee. "Suppression of second order beam for traveling wave slot arrays," Asia-Pacific Microwave conference Proc. APMC-1993, pp. 63-66, 1993. 

  9. K. L. Hung, H. T. Chou, "A Design of Slotted Waveguide Antenna Array Operated at X-band," 2010 IEEE international Conference on Wireless Information Technology and Systems, pp. 1-4, 2010. 

  10. L. P. Oliveira, A. M. P. AlvesS., H. E. Hernandez-Figueroa, "A Novel vertically Design of Slotted Waveguide Antenna Array Operated at X-band," 2007 The Second European Conference on Antennas and Propagation, pp. 1-5, 2007. 

  11. R. J. Stevenson, "Theory of Slots in Rectangular Waveguide," J.App.Phyl, Vol. 19, pp. 4-20, 1948. 

  12. Milligan, T. A, "Modern antenna Design", McGrawHil, 1986. 

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