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[국내논문] 밀리미터파 안테나 측정용 컴팩트 레인지
A Millimeter-Wave Compact Antenna Test Range 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.27 no.5, 2016년, pp.471 - 481  

이우상 (국방과학연구소) ,  이민우 (국방과학연구소) ,  소준호 (국방과학연구소) ,  김동석 ((주)엠티지) ,  윤영중 (연세대학교 전기전자공학과)

초록
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밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나의 성능 측정을 위한 컴팩트 레인지 설계 및 실험 결과에 대해 소개한다. 전기적 거대 구조인 컴팩트 레인지의 포물면 반사판에 의해 형성되는 측정영역의 평면파를 해석하기 위하여 물리광학 기법을 적용하였다. 제작한 밀리미터파 컴팩트 레인지는 측정영역 전계 분포 실험과 고이득 안테나 측정을 통해 성능을 검증하였다. 동작 주파수 75~110 GHz에서 측정영역 직경 50 cm를 갖도록 설계한 컴팩트 레인지의 전력 균일성은 0.75 dB 이하로 측정되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We introduce the design technique and test results of a millimeter-wave compact antenna test range. Physical optics is employed for the analysis of the plane wave collimated by an electrical large parabolic reflector of the compact range in the test zone. The performance of the manufactured compact ...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 물리광학(physical optics) 기법을 이용한 밀리미터파 대역의 컴팩트 레인지 설계 기법과 이를 통해 제작된 장치의 실험 및 분석 결과를 기술하였다.
  • 본 연구에서는 물리광학 기법을 이용하여 설계한 W-대역 안테나 측정용 컴팩트 레인지를 구현하고 그 성능을 확인하였다. 급전 혼 안테나의 방사패턴 해석결과를 반사판의 전원으로 인가하고, 물리광학 해석을 통해 측정위치 및 주파수 변화, 급전 위치에 의한 영향을 반영한 측정영역 전계 특성을 예측하였다.
  • 초고이득안테나와 같이 전기적 대형 구조에 대한 실험을 위해 가능한 넓은 측정영역을 구현하는 것이 좋지만, 이는 반사판의 크기에 비례하므로 대형 반사판의 제작 능력과 설치 공간을 고려하여 측정영역 크기를 결정해야 한다. 본연구에서는 직경과 길이가 50 cm인 원통형 측정영역을 목표로 한다. 측정영역에서 평면파의 전력과 위상의 균일도는 각각 1 dB, 20° 이하를 목표로 한다[5].
  • 일반적인 안테나는 제작 후 시스템에 적용하기 전에 방사패턴, 반사계수, 이득, 빔폭, 대역폭과 같은 안테나의 고유 성능에 대한 정확한 검증이 필요하다. 이러한 이유로 본 연구에서는 밀리미터파 안테나의 성능 측정을 위한 컴팩트 레인지에 대한 연구를 수행하였다.
  • 표 1과 같은 목표를 만족하기 위해서 그림 2와 같이 포물면 반사판 기하 구조에 대한 설계를 하였다. 초점에 위치한 급전 안테나에서 방사된 구면파를 반사판을 이용하여 한 방향으로 집속시키는 것을 목적으로 한다. 목표한 측정영역 크기(DQZ)를 만족하기 위하여 측정영역 직경의 두 배 이상인 사각형 형태의 반사판을 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
물리광학 기법의 장점은? 물리광학 기법은 다른 수치해석 기법에 비해 계산량이적어 전기적 거대 구조의 해석이 가능하다는 장점이 있지만, 반사판 테두리에서의 회절을 고려하지 못한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 물리회절이론(physical theory of diffraction)[9]과 같은 회절 이론들을 적용할 수 있으나, 이는 계산량의 증가를 야기하고, 곡선 테두리에 대한 회절파 해석이 어렵다는 문제점이 있다.
안테나 측정 기법는 어떻게 구분되는가? 안테나 측정 기법은 크게 원거리장 야외실험, 근접전계 측정, 컴팩트 레인지로 구분된다. 이 중 컴팩트 레인지(compact antenna test range)는 급전 안테나와 반사판을 이용하여 근거리의 측정영역(quiet zone 또는 test zone)에 평면파(plane wave)를 형성하여 원거리장과 같은 환경을 만드는 장치이다.
대용량 무선 통신 및 고해상도 레이더 센서 개발에 대한 요구 증가는 어떤 변화를 주었나? 시스템의 무인화, 소형화, 고기능화 흐름에 따라 대용량 무선 통신 및 고해상도 레이더 센서 개발에 대한 요구가 나날이 증가하고 있다. 이러한 요구에 따라 전자파 송수신장치의 스펙트럼은 밀리미터파부터 테라헤르츠 대역까지 지속적으로 증가할 수밖에 없다. 안테나 역시 밀리미터파 이상 대역에서 활발히 연구되고 있으며, 특히 송수신장치의 유효복사전력을 높이기 위한 고지향성 안테나에 대한 연구가 이루어지고 있다[1],[2].
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참고문헌 (12)

  1. Y. H. Cho, W. J. Byun, and M. S. Song, "High gain metal-only reflectarray antenna composed of multiple rectangular grooves", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 59, no. 12, pp. 4559-4568, Aug. 2011. 

  2. J. H. Yoon, Y. J. Yoon, W. Lee, and J. So, "W-band microstrip reflectarray with double-cross element for bandwidth improvement", 2015 Global Symposium on Millimeter Waves, May 2015. 

  3. 이우상, "GTEM 셀 설계를 위한 전자파 모델링 및 회로망해석기법연구", 한국전자파학회논문지, 19(7), pp. 792-800, 2008년 7월. 

  4. 권경일, 홍동희, "컴팩트 레인지용 파라보릭 반사판의 전자파 특성 분석", 한국전자파학회논문지, 33(8), pp. 47-54, 1996년 8월. 

  5. J. D. Huff, C. B. Brechin, A millimeter compact range, http://www.mitechnologies.com 

  6. P. A. Beeckman, "Prediction of the Fresnel region field of a compact antenna test range with serrated edges", Proc. IEEE, vol. 133, no. 2, pp. 108-114, Apr. 1986. 

  7. W. D. Burnside, M. C. Gilreath, B. M. Kent, and G. L. Clerici, "Curved edge modification of compact range reflector", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 35, no. 2, pp. 176-182, Feb. 1987. 

  8. A. K. Bhattacharyya, High-Frequency Electromagnetic Technique, John Wiley & Sons, Inc., 1995. 

  9. P. Y. Ufimtsev, "Method of edge wave in the physical theory of diffraction theory", AD733203. 

  10. A. G. Repjar, D. P. Kremer, "Accurate evaluation of a millimeter wave compact range using planar near-field scanning", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 30, no. 3, pp. 419-425, May. 1982. 

  11. W. Lee, M. Yi, J. So, and Y. J. Yoon, "Conductor reflectarray element for linear reflection phase", IET Electronics Letters, vol. 51, no. 9, pp. 669-671, Apr. 2015. 

  12. C. Granet, "Designing axially symmetric Cassegrain of Gregorian dual-reflector antennas from combinations of prescribed geometric parameters", IEEE Antennas and Propag. Magazine, vol. 40, no. 3, pp. 82-87, Jun. 1998. 

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