Low-VHF 대역 방향탐지용 소형 안테나의 탱크 장착 위치에 따른 방사특성 연구 A Study on Radiation Char acter istics of Electr ically Small Antenna for Low-VHF Band Direction Finding according to Tank Mounting Position원문보기
본 논문은 방향탐지용 Low-VHF 대역 소형 안테나의 탱크 장착 위치에 따른 방사특성에 관한 연구이다. 먼저, 안테나를 평면 접지면상 장착시, 다음으로 탱크 위 장착시 방사특성에 대하여 각각 시뮬레이션(40MHz)과 1/10 축소된 모델에 대하여 제작 측정(400MHz)으로 확인하였다. 평면 접지면상 장착시 급전점이 ${\phi}=0^{\circ}$, $180^{\circ}$(xz-면)에 위치할 경우, yz-면 성분(H-면)과 xz-면 $E_{\theta}$ 성분(E-면) 방사패턴이 좁은 접지면의 영향으로 상반구상 무지향성 방사 특성을 유지함을 확인 하였다. 다음으로 탱크 장착시에도 평면 접지면상 장착시 방사특성과 동일하게 상반구상에서 yz-면 $E_{\phi}$ 성분(H-면)과 xz-면 $E_{\theta}$ 성분(E-면) 방사패턴 모두 장착위치에 거의 영향이 없는 상반구상 무지향성 방사 특성을 나타내었다. 이로써, 제안된 방향탐지용 소형 안테나를 탱크에 장착 할 경우, 급전점을 접지면이 좁은 xz-면(E-면)에 위치시킨다면, 방향탐지용 안테나로써 보다 안정적인 방사특성을 유지함을 확인 할 수 있었다.
본 논문은 방향탐지용 Low-VHF 대역 소형 안테나의 탱크 장착 위치에 따른 방사특성에 관한 연구이다. 먼저, 안테나를 평면 접지면상 장착시, 다음으로 탱크 위 장착시 방사특성에 대하여 각각 시뮬레이션(40MHz)과 1/10 축소된 모델에 대하여 제작 측정(400MHz)으로 확인하였다. 평면 접지면상 장착시 급전점이 ${\phi}=0^{\circ}$, $180^{\circ}$(xz-면)에 위치할 경우, yz-면 성분(H-면)과 xz-면 $E_{\theta}$ 성분(E-면) 방사패턴이 좁은 접지면의 영향으로 상반구상 무지향성 방사 특성을 유지함을 확인 하였다. 다음으로 탱크 장착시에도 평면 접지면상 장착시 방사특성과 동일하게 상반구상에서 yz-면 $E_{\phi}$ 성분(H-면)과 xz-면 $E_{\theta}$ 성분(E-면) 방사패턴 모두 장착위치에 거의 영향이 없는 상반구상 무지향성 방사 특성을 나타내었다. 이로써, 제안된 방향탐지용 소형 안테나를 탱크에 장착 할 경우, 급전점을 접지면이 좁은 xz-면(E-면)에 위치시킨다면, 방향탐지용 안테나로써 보다 안정적인 방사특성을 유지함을 확인 할 수 있었다.
This paper presents a study on the radiation characteristics of low-VHF band electrically small antenna for direction finding. Firstly, it is simulated the antenna for mounting on flat ground and tank model(in 40MHz), and measured for mounting 1/10 scaled model(in 400 MHz). In case of flat ground fe...
This paper presents a study on the radiation characteristics of low-VHF band electrically small antenna for direction finding. Firstly, it is simulated the antenna for mounting on flat ground and tank model(in 40MHz), and measured for mounting 1/10 scaled model(in 400 MHz). In case of flat ground feed at ${\phi}=0^{\circ}$, $180^{\circ}$(xz-plane), yz-plane $E_{\phi}$ (H-plane) and xz-plane $E_{\theta}$ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni-direction due to effect of narrow ground side. Then, in case of tank model, it is shown equally in case of the flat ground, yz-plane $E_{\phi}$ (H-plane) and xz-plane $E_{\theta}$ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni-direction nearly without effect of mounting position. Therefore, the suggested electrically small antenna for direction finding, in case of mounting on ground narrow side xz-plane(E-plane), is shown more stable radiation patterns as direction finding antenna.
This paper presents a study on the radiation characteristics of low-VHF band electrically small antenna for direction finding. Firstly, it is simulated the antenna for mounting on flat ground and tank model(in 40MHz), and measured for mounting 1/10 scaled model(in 400 MHz). In case of flat ground feed at ${\phi}=0^{\circ}$, $180^{\circ}$(xz-plane), yz-plane $E_{\phi}$ (H-plane) and xz-plane $E_{\theta}$ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni-direction due to effect of narrow ground side. Then, in case of tank model, it is shown equally in case of the flat ground, yz-plane $E_{\phi}$ (H-plane) and xz-plane $E_{\theta}$ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni-direction nearly without effect of mounting position. Therefore, the suggested electrically small antenna for direction finding, in case of mounting on ground narrow side xz-plane(E-plane), is shown more stable radiation patterns as direction finding antenna.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 저자세의 소형화된 마이크로스트립 안테나를 소개하고, 이 안테나의 탱크 탑재 위치에 따른 방사특성을 분석하여 최적의 안테나 탑재 위치 및 자세에 대한 연구 결과를 보고하고자 한다.
그러나 이러한 위치에 안테나를 장착시키면 탱크 구조에 의해 방사패턴이 변화 될 것이다. 따라서 본 절에서는 실제 탱크 구조상에 무지향성 안테나를 탑재시켜 방사특성 변화를 분석하기에 앞서, 단순 구조인 평면 접지면의 크기를 탱크의 크기와 같이 설정하고 이러한 평면 구조상에 소형화된 무지향성 안테나를 접지면 구석에 위치 시켰을 때, 위치 자세별 방사특성 변화에 대해 분석하고자 한다.
본 논문에서는 방향탐지용 탱크 탑재 소형 안테나로써, Low-VHF 대역의 소형 안테나를 활용하여, 탱크 장착시 방사특성을 알아보았다. 제안된 안테나는 평면 접지면상의 방사특성과 탱크 장착시 방사특성을 시뮬레이션(40MHz)과 1/10 모델에 실제 장착하여 측정(400MHz) 을 통해 확인하였다.
제안 방법
xy-평면상에 위치된 안테나의 급전점 위치를 =0°, 45°, 90°, 180°, 225°, 270°에서의 반사손실 및 방사특성에 대하여 설계 중심주파수 40MHz에서 시뮬레이션(CST사 MWS 사용) 하였다.
또한, 시뮬레이션 결과를 확인하기 위해 1/10 모형에 안테나를 장착하여 그 특성을 측정 확인하였다. 그 결과, 중심주파수 400MHz에서 반사손실은 -24dB를 나타내었다.
7(폭)m로 설정하였다. 또한, 실측을 위해 안테나 및 접지면을 1/10 축소모델로 제작하고, 주파수가 10배 상향된 400MHz에서 측정하였다.
그 결과, 평면형 접지면상 장착시 다른 장착 위치에 비하여, 급전점이 =0°, 180°에 위치할 경우, 접지면이 좁은 가로 축에 급전점이 위치함으로써, yz-면 EΦ 성분(H-면)과 xz-면 EΘ 성분(E-면)이 접지면의 영향이 적어 상반구상에 안정적인 형태의 방사특성을 나타냄을 확인하였다. 이 결과를 이용하여, 탱크 장착시 특성을 전방과 후방으로 나누어 시뮬레이션 하였고 실제 1/10 탱크 모델 장착을 통해 특성을 측정 확인하였다. 그 결과, 평면 접지면상방사특성 결과와 동일하게, 상반구상에서 yz-면과 xz-면 모두 전반적으로 탱크의 장착 위치에 거의 영향이 없는 상반구 무지향성 방사특성을 유지하였다.
이때 탱크 장착시 접지면 구조 영향으로 중심주파수의 이동이 있었는데, 각 안테나 소자 가운데 플레이트의 길이를 22 ∼ 23.5cm 까지 미소 변화시켜 중심주파수를 40MHz로 조정하였다.
포의 길이를 제외하면, 길이와 폭의 크기는 앞서 설명한 그림 4의 접지면 평면과 비슷하다. 이러한 접지면을 갖는 탱크에서의 안테나 장착 방사특성을 확인하기 위해 그림 7에 나타낸 바와 같이 그림 6의 시뮬레이션 모델[6]을 이용하여, 전방과 후방에 안테나를 장착하여 각 특성을 확인하였다. 전방 및 후방의 좌우는 동일 대칭으로 동일한 특성으로 예상되어 한쪽인 좌측면에 대한 특성을 확인하였다.
이러한 접지면을 갖는 탱크에서의 안테나 장착 방사특성을 확인하기 위해 그림 7에 나타낸 바와 같이 그림 6의 시뮬레이션 모델[6]을 이용하여, 전방과 후방에 안테나를 장착하여 각 특성을 확인하였다. 전방 및 후방의 좌우는 동일 대칭으로 동일한 특성으로 예상되어 한쪽인 좌측면에 대한 특성을 확인하였다.
본 논문에서는 방향탐지용 탱크 탑재 소형 안테나로써, Low-VHF 대역의 소형 안테나를 활용하여, 탱크 장착시 방사특성을 알아보았다. 제안된 안테나는 평면 접지면상의 방사특성과 탱크 장착시 방사특성을 시뮬레이션(40MHz)과 1/10 모델에 실제 장착하여 측정(400MHz) 을 통해 확인하였다.
평면 접지면 상의 방사특성은 급전부의 방향 2가지와 안테나 장착 방향 3가지에 대한 특성을 확인하였다. 그 결과, 평면형 접지면상 장착시 다른 장착 위치에 비하여, 급전점이 =0°, 180°에 위치할 경우, 접지면이 좁은 가로 축에 급전점이 위치함으로써, yz-면 EΦ 성분(H-면)과 xz-면 EΘ 성분(E-면)이 접지면의 영향이 적어 상반구상에 안정적인 형태의 방사특성을 나타냄을 확인하였다.
대상 데이터
접지면 크기는 7.9m(길이) × 3.7(폭)m로 설정하였다.
성능/효과
xz-면 EΦ 성분(H-면) 방사패턴의 경우는 접지면이 없는 40° 부근에서 안정된 방사특성이 나타났다.
이 결과를 이용하여, 탱크 장착시 특성을 전방과 후방으로 나누어 시뮬레이션 하였고 실제 1/10 탱크 모델 장착을 통해 특성을 측정 확인하였다. 그 결과, 평면 접지면상방사특성 결과와 동일하게, 상반구상에서 yz-면과 xz-면 모두 전반적으로 탱크의 장착 위치에 거의 영향이 없는 상반구 무지향성 방사특성을 유지하였다.
그 결과, 평면형 접지면상 장착시 다른 장착 위치에 비하여, 급전점이 =0°, 180°에 위치할 경우, 접지면이 좁은 가로 축에 급전점이 위치함으로써, yz-면 EΦ 성분(H-면)과 xz-면 EΘ 성분(E-면)이 접지면의 영향이 적어 상반구상에 안정적인 형태의 방사특성을 나타냄을 확인하였다.
그러나 시뮬레이션 결과, 포신이 없는 경우에 장착된 안테나는 그림 7보다 더욱 상반구상 더욱 안정된 형태의 방사패턴을 나타내었으며, 포신이 장착 안테나 윗면에 위치하였을 경우에도 yz-면 성분(H-면)과 xz-면 EΘ 성분(E-면)은 모두 상반구상에서 널이 없는 방사특성을 나타내고 있다.
따라서 yz-면 성분(E-면) 방사패턴은 45° 방향으로 최대가 나타났으며, 180°∼270° 부근에서는 리플이 생기며 약간 향되는 특성이 나타났다.
또한, 방사패턴에서는 최대이득은 2.23dBi를 나타내면서, 시뮬레이션과 동일하게 yz-면 EΦ 성분(H-면), xz면 EΘ 성분(E-면) 모두 상반구상에서 널이 없고, 전반적으로 탱크의 장착면에 거의 영향이 없는 반구상 무지향성 방사특성을 나타내었다.
설계된 안테나의 방사패턴은 xz-면, yz-면 EΘ 성분은 각각 무지향성 특성을 나타내고 있으며, 이는 공중 및 수평방향에서의 방향탐지 목적에 적합함을 확인할 수 있다.
23dBi를 나타내면서, 시뮬레이션과 동일하게 yz-면 EΦ 성분(H-면), xz면 EΘ 성분(E-면) 모두 상반구상에서 널이 없고, 전반적으로 탱크의 장착면에 거의 영향이 없는 반구상 무지향성 방사특성을 나타내었다. 이는 넓은 영역의 안정적인 방사특성을 요구하는 방항탐지용 탱크 탑재 소형 안테나로써 충분히 이용 가능함을 확인 할 수 있었다.
이로써, 제안된 방향탐지용 소형 안테나는 탱크에 장착 할 경우, 접지면이 좁은 방향에 xz-면(E-면)에 위시킨다면, 보다 방향탐지용 안테나로써의 상반구상 안정적인 방사특성을 유지할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
yz-면 성분(H-면) 방사패턴의 경우, 접지면이 없는=270°∼360° 방향에서 안정된 방사 특성을 나타내고 있으며, xz-면 EΘ 성분(E-면) 방사패턴의 경우, 두 경우 모두 안테나가 접지면의 가로축에 위치되어 있어, 접지면 영향이 (a)의 경우보다 작아 비교적 상반구상에 안정된 방사특성을 나타내고 있다. 측정치의 경우도 시뮬레이션과 거의 같은 특성으로 안정된 방사특성을 나타내고 있음을 확인 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전파를 이용한 방향탐지에서 중요한 요소는?
전파를 이용한 방향탐지는 흔히 수신된 신호의 크기및 위상 정보 등을 이용한다. 이러한 전파신호를 잘 수신 하기 위해서는 안테나의 장착위치가 매우 중요하다.
방향탐지를 위해 사용하고자 하는 Low-VHF 대역의 장단점은?
방향탐지를 위해 사용하고자 하는 Low-VHF 대역은 숲속에서 전파전파 특성이 좋으나, 낮은 주파수로 인해그 파장이 매우 크다. 따라서 이러한 주파수 대역의 안테나를 탱크에 장착하기 위해서는 이에 적합한 안테나의 설계가 요구된다.
방향탐지용 Low-VHF 대역 안테나에 요구되는 특성은?
또한, 이러한 저자세로 소형화된 안테나는 수평방향의 적 탱크 방향탐지뿐만이 아니라, 공중의 비행체 접근방향까지 탐지하기 위해서는 반구상의 무지향성 방사특성을 갖는 안테나가 요구된다. 이러한 안테나는 탱크 탑재 시에도 무지향성 방사특성이 일정하게 유지될 필요성이 있다.
참고문헌 (7)
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Hong-Kyun Ryu and Jong-Myung Woo, "Design of Electrically Small Microstrip Antenna for Low-VHF Band on Ground Plane", ISMOT, Prague, Czech Republic, EU, June 2011.
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J Lynn M. Greetis, Edward J. Rothwell, Jeong-Jin Kang, "Self-Structuring Patch Antenna(SSPA)", International Journal of Internet, Broadcasting and Communication, Vol.1, no.1, pp. 5-9, 2009.
Geon-Uk Kang, Jeong-Jin Kang, Rethina kumar, Gyung-Chan Min, "3-Dimensional Measuring System for the Antenna Mounted Small Radio Equipments", International Journal of Internet, Broadcasting and Communication , Vol.3 no.2, pp. 6-10, 2011.
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