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유전체 렌즈를 가진 3~6GHz대용 UWB 시뉴어스 안테나 개발
Development of UWB Sinuous Antenna with Dielectric Lens for 3~6 GHz Band Application 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.15 no.6, 2015년, pp.239 - 244  

이동렬 (중부대학교 정보통신학과)

초록
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최근들어 임펄스 레이더에서 거리를 측정하기위한 센서로서 또는 비 압축 고속 영상데이터의 전송용으로 UWB 기술이 활발히 응용되고 있다. 그러나 UWB 기술은 대역이 옥타브 밴드로 매우 넓어서 시스템을 설계하기가 쉽지 않다. 특히 광대역 임피던스를 정합해야하는 안테나를 비롯한 RF분야에서 더욱 그렇다. 본 연구에서는 이러한 3~6GHz 옥타브 대역에서 사용할 수 있는 시뉴어스 안테나를 설계하고 제작하였다. 그리고 유전체 렌즈를 설계하여 부착하여 이득을 높이는 실험한 결과 3~6GHz 사용대역에서 6~10dBi의 높은 이득을 얻을 수 있었다. 제작된 유전체 부착 시뉴어스 안테나를 HD 비디오 데이터 전송에 사용하였다. 전송 결과 10mW의 무선전력으로 최대 전송 거리는 90m였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, Impulse radars using UWB technologies are widely use for measuring distance, or for transmitting uncompressed high resolution videos. However, since the UWB band spans over octave bands, it is not easy to design such a system. Wide band impedance matching is required for antennas and other...

주제어

#antenna   #UWB   #sinuous antenna   #directional gain   #octave band   #dielectric lens  

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

제안 방법

  • ) 이내로 잡고 설계하였다. 또한 정밀 가공이 가능한 유전체와 유전율과 손실이 매우 적은 유전체를 선정하여 설계를 하였다. 사용된 유전체의 유전율 εr과 초점거리에 의해 렌즈의 크기가 설정되므로 초점거리 50mm로 설정하였고 폴리카보네이트(Polycarbonate) 유전체로 설계하여 제작하였다.
  • 예로써 등방성 소스(source) 즉 최초의 안테나에서 복사된 구면파를 평면파로 변환하는 볼록렌즈를 설계하는 것이다. 렌즈를 통과한 렌즈 수직면상의 파들의 전장은 동일 위상이 되도록 렌즈를 설계한다. 다시 말해서 소스에서 렌즈를 통과한 렌즈축의 평면상까지의 전기적 길이가 동일하도록 렌즈를 설계하면 된다[8-11].
  • 렌즈의 크기는 안테나 크기(50 × 50mm2) 이내의 범위로, 전체 크기를 (50 × 50mm3) 이내로 잡고 설계하였다.
  • 사용된 유전체의 유전율 εr과 초점거리에 의해 렌즈의 크기가 설정되므로 초점거리 50mm로 설정하였고 폴리카보네이트(Polycarbonate) 유전체로 설계하여 제작하였다.
  • 시뉴어스 안테나의 크기가 (50 × 50mm2) 이므로 렌즈의 크기는 (50 × 50mm2) 의 밑면적을 갖도록 하였다.

대상 데이터

  • 여기서 대역폭특성이 100%가 넘는 안테나는 스파이럴 안테나[4]와 시뉴어스 안테나[5] 두 가지이다. 그런데 그중에서 이득특성이 가장 좋은 것은 시뉴어스 안테나이므로, 본 연구에서는 이 시뉴어스 안테나를 UWB 안테나로 선정하고 설계하기로 한다.
  • 0GHz까지의 대역에서 동일한 복사특성과 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)을 갖고 있음을 실험을 통하여 확인하였다. 우선 유전체 렌즈 설계 이론으로 포물면 렌즈를 제작한 후 아래 그림 3.과 같이 사각 기둥의 형태로 렌즈를 제작하였다.
  • 3~6GHz대역에서 사용할 수 있는 시뉴어스 초 광대역 UWB 안테나를 제작하고 유전체 렌즈를 부착하여 이득을 3~5dBi 높이게 되었다. 이때 안테나 제작에 사용한 기판은 유전율 3.38, 두께 32mil인 테프론 기판을 사용하였으며, 유전체 렌즈로는 유전율 3.4인 폴리카보네이트를 사용 하였다. 측정 결과 렌즈가 없는 시뉴어스 안테나는 사용대역에서 3~5dBi의 이득 특성을 나타냈으며, 렌즈를 추가한 결과 6~10dBi의 높은 이득특성을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
안테나는 어떤 특징이 있는가? 일반적으로 안테나는 이득이 높아지면 대역이 좁아지고 사용 면적이 좁아지게 된다. 아래의 표 1.
안테나용 렌즈가 기하학적 광학의 광선 해석방법으로 설계되는 이유는? 유전체 렌즈 안테나는 광학렌즈와 유사하다. 따라서 안테나용 렌즈는 기하학적 광학의 광선 해석방법으로 설계된다.
UWB 기술의 대역은? 최근들어 임펄스 레이더에서 거리를 측정하기위한 센서로서 또는 비 압축 고속 영상데이터의 전송용으로 UWB 기술이 활발히 응용되고 있다. 그러나 UWB 기술은 대역이 옥타브 밴드로 매우 넓어서 시스템을 설계하기가 쉽지 않다. 특히 광대역 임피던스를 정합해야하는 안테나를 비롯한 RF분야에서 더욱 그렇다.
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참고문헌 (11)

  1. Kwan-Hyeong Lee, "Study on Target Direction and Rage Estimation using Radar Single Pulse," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 14, no. 6, pp. 107-112, Dec. 2014. 

  2. Young-Man Kwon, Myung-Jae Lim, Byung-Hun Oh, "Fast Video Stabilization Method Using Integral Image," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 10, no. 5, pp. 13-20, Oct. 2010. 

  3. Hyoungyill Park, Yongtae Shin, "Design of High-Speed VPN for Large HD Video Contents Transfer," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 12, no. 4, pp. 111-118, Aug. 2012. 

  4. Han Byul Kim, Jin Hyuk Kim, Keum Cheol Hwang, Jae Ho Shin, "UHF Cavity-backed Spiral Antenna for Partial Discharge Diagnosis," The Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 49, no. 12, pp. 89-94, Dec. 2012 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. R. H. DuHamel, "Dual Polarized Sinuous Antennas," U. S. Patent #703042, Feb. 19, 1985. 

  6. H. G. Booker, "Slot Aerials and their Relation to Complementary Wire Aerials [Babinet's Principles]," J. IEE(London) (Part III A), 1946, pp.620-627. 

  7. M. Gans, Do Kaifez and V. H. Rumsey, "Frequency Independent Balun," IEEE Proc., Vol. 53, June 1965, pp. 647-648. 

    상세보기 crossref

  8. B. S. Westcott, "General Dielectric-Lens Shaping Complex Cordinates," Proc. of the IEE, Vol. 133. pp.122-126. 1986. 

  9. C. Salema, C. Fernandes and R. K. Jha, Solid Dielectric Horn Antennas, Artech House, Boston 1998. 

  10. C. J. Sletten, (ed.), Reflector and Lens Antennas - Analysis and Design Using Personal Computer, Artech House, Norwood, 1988. 

  11. S. Bishay et al. "Lens Antennas with Amplitude Shaping or Sine Condition," Proc. of the IEE, Vol. 135, No. 3, pp.276-279. 1989 

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