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[국내논문] 위성수신용 마이크로스트립 어레이 안테나 설계
Design of Microstrip Array Antenna for Satellite Reception 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.19 no.10, 2014년, pp.71 - 79  

김장욱 (동양미래대학교 정보전자과) ,  전주성 (한국통신 IT 부문)

초록
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본 논문은 현재 직접 위성수신용 안테나로 사용 중인 파라볼릭 안테나를 대체할 수 있는 마이크로스트립 어레이 안테나를 연구하였다. 마이크로스트립 어레이 안테나는 극히 제한적인 분야에서 사용되었으나 직접위성 수신용 안테나와 같이 우리 실생활에 직접 적용할 수 있다면 많은 분야에서 활용이 예상된다. 마이크로스트립 어레이 안테나가 직접 위성수신용 안테나로 활용되려면 우선적으로 광대역 특성이 요구된다. 따라서 본 논문의 목표를 직접 위성수신을 위한 광대역 주파수 대역이 보장되는 안테나 설계기술로 설정하였다. 본 논문에서 제안된 마이크로스트립 안테나는 사각형 패치에 직교하는 두 개의 급전선로에 의해서 급전되도록 하였으며 순차 회전 급전기술로 광대역에서 좋은 축비를 얻을 수 있도록 설계하였다. 사각형 패치는 위성수신 주파수 대역에서 설계되었으며 폭과 길이는 W=L=8.9 mm ($0.352{\lambda}o$)이며 전체 크기는 $250{\times}250mm$이다. 제안된 안테나는 기존 급전방식의 안테나에 비해서 1 dB 이상의 축비가 개선되는 것을 실험을 통하여 입증하였다. 안테나의 성능 입증을 위해서 두 개의 $8{\times}8$ 어레이 안테나를 제작하여 실험하였다. 안테나의 최대 이득은 20.8 dB, 사이드로브 레벨 -10 dB 이하를 확인하였다. 본 논문의 안테나를 국내 무궁화 위성수신 시스템에 적용한다면 C/N=6.7 dB의 수신성능이 확보됨을 링크버짓 계산을 통하여 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the microstrip array antenna is studied to replace the parabolic antenna in the direct satellite reception. A microstrip array antenna has been used in extremely limited area, but if it is applied to practical life like a direct satellite reception antenna, we expect that it will be u...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 단층구조의 위성수신용 마이크로스트립 어레이 안테나를 연구하였다. 단층구조의 위성수신용 마이크로스트립 어레이 안테나는 제작공정이 간단하면서도 대량생산이 가능하다는 장점을 가지고 있으며 안테나의 품질관리가 용이하여 균일한 전기적 특성 설계가 가능하다.
  • 본 논문에서 연구한 안테나의 설계목표는 직접위성에서 사용하고 있는 300 MHz 주파수 대역에서 전압정재파비가 2 이하와 3 dB 이하의 축비를 갖는 원편파 특성을 갖는 마이크로스트립 어레이 안테나의 구현이다. 제작된 마이크로스트립 어레이 안테나로 국내 무궁화 위성의 수신 링크 버짓 계산을 통하여 위성수신용 안테나로의 이용 가능성을 제시하였다.
  • 본 논문에서는 위성수신용 마이크로스트립 어레이 안테나의 설계 및 제작을 연구하여 국내 무궁화 위성수신용 안테나로의 이용 가능성을 제시 및 고찰하였다.

가설 설정

  • 마이크로스트립 안테나를 해석하는 방법으로 여러 연구가 보고되었으며 본 논문에서는 3-port 전송선로모델링 방법을 사용하였다[6]. 3-port 전송선로 모델링 방법은 그림 1에서 도시된 바와 같이 사각형 마이크로스트립의 폭(W)이 다른 전송선로가 연결되어 있는 선형 공진기로 가정한다. 사각형 마이크로스트립의 길이(L)를 사용 주파수의 반파장이 되도록 구성한다고 가정하면 양단에 누설되는 전계의 수직성분은 상쇄되어 없어지고 수평성분만 남으므로, 두 개의 슬롯이 약 반파장 정도 떨어진 경우로 등가화 시킬 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도파관 슬롯 안테나의 특징은 무엇인가? radial 슬롯 안테나와 헬리컬 안테나는 안테나의 효율은 높으나 원형평판 상에 복사소자를 방사형으로 배열하므로 균일한 전계분포를 위해서 복사소자나 급전 probe를 각각 조절해야 하므로 안테나의 해석과 제작이 무척 난해한 단점을 지닌다. 도파관 슬롯 안테나는 높은 효율과 빔 틸트 설계가 용이한 반면 경제성이 없기 때문에 개별 수신용보다는 차량 탑재용으로 연구가 제한되고 있는 실정이다[4][5]
마이크로스트립 안테나의 단점은 무엇인가? 마이크로스트립 안테나는 주파수 대역폭이 좁고 효율과 전력 핸들링 능력이 낮은 단점을 지니고 있다. 그러나 소형경량이며 평면형 구조이므로 능동소자를 쉽게 집적시킬 수 있으며 포토에칭 기술을 사용하므로 염가형으로 안테나를 대량생산 할 수 있는 장점을 지니고 있어 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
마이크로스트립 안테나의 장점은 무엇인가? 마이크로스트립 안테나는 주파수 대역폭이 좁고 효율과 전력 핸들링 능력이 낮은 단점을 지니고 있다. 그러나 소형경량이며 평면형 구조이므로 능동소자를 쉽게 집적시킬 수 있으며 포토에칭 기술을 사용하므로 염가형으로 안테나를 대량생산 할 수 있는 장점을 지니고 있어 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 최근에는 밀리미터 주파수 대역에서 능동회로와 수동회로가 함께 집적화된 안테나 기술이 보고되었다[2][3]
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참고문헌 (11)

  1. T. Yasin, T, R. Baktur, "Circularly Polarized Meshed Patch Antenna for Small Satellite Application," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp.1057-1060, Aug. 2013. 

  2. M. Maqsood, S. Gao, "Low-Cost Dual-Band Circularly Polarized Switched-Beam Array for Global Navigation Satellite System," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, pp.1975-1982, Apr. 2014. 

  3. M. M. Bilgic, K. Yegin, "Low Profile Wideband Antenna Array With Hybrid Microstrip and Waveguide Feed Network for Ku Band Satellite Reception Systems," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, pp.2258-2263, Apr. 2014. 

  4. Y. M. Madany, A. F. Miligy, "Compact C-Band slotted waveguide array antenna using multi-mode metamaterial array and multi-mode extractor converter structure," Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), pp.1548-1549, Jul. 2013. 

  5. N. Tung, H. Ueda, J. Hirokawa, M. S. Ando, "A Radial Line Slot Antenna for an Elliptical Beam," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, pp.5531-5537, Dec. 2014. 

  6. H. Pues, A. Capelle, "Accurate transmission-line model for the rectangular microstrip antenna," IEE Proceeding, vol. 131, Part H, pp.334-340, 1984. 

  7. A. B. Smolders, R. M. C. Mestrom, A. C. F. Reniers, M. Geurts, "A Shared Aperture Dual-Frequency Circularly Polarized Microstrip Array Antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp.120-123, Mar. 2013. 

  8. Jangwook Kim, "Design of Wide Band Antennas for Mobile Communications," The Korea Society of Computer and Information Letters, vol. 18, pp. 27-34, Mar. 2013. 

  9. Koreasat System Specification Documents, KT. 

  10. Introduction of Direct Broadcasting Satellite Reception, NHK, Association of Japan Broadcasting Publishers. 

  11. I. Yasushi, "The Characteristics of CN Ratio using Different Antenna Type," Japan Television Society Technical Report, vol. 11, pp.1-4, Feb. 1990. 

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