선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 이중 대역으로 동작하고, 양방향 지향성을 갖는 전기적 빔 틸팅 배열안테나를 설계하였다. 복사소자는 이중 공진이 일어날 수 있도록 평면형 다이폴로 선정하고, 저주파 대역(824～894 MHz) 및 고주파 대역 (1,710～2,170 MHz)에서 공진이 되도록 반사판을 가진 다이폴을 설계하였다.
제안 방법
- 0 λ인 154 mm로 설정하고 설계를 하였다. 각 복사소자에 공급하는 신호의 크기는 균일하므로 전력 분배는 3 dB 2-way 전력 분배기를 사용하였으며, 각 복사소자에 공급하는 신호의 위상차는 그림 7과 같은 상대적인 선로의 길이차를 이용한 위상지연기를 이용하여 구현하였다.
- 그리고 반사판 위에 놓여 있는 평면형 다이폴의 높이 H1은 높은 주파수대(1,710～2,170 MHz)에서는 λ/4 정도로 적절히 두어 반사판에 의한 파와 합하게 하고, 그러면 낮은 주파수대(824～894 MHz)에서는 H1=약 0.075 λ(27 mm)로 파장에 비해 매우 작게 되는데, 이 주파수대에서는 마이크로스트립 안테나처럼 도체 패치의 가장자리에서 발생되는 전계에 의해 파가 방사하게 설계하였다[3].
- 그림 6과 같은 배열 안테나의 이론을 바탕으로 표 1의 설계 규격을 충족하는 배열 안테나의 설계 파라미터로서 배열 갯수(N)는 4개, 배열 간격(d)은 안테나의 크기 등을 고려하여 중심 주파수인 1.497 GHz의 1.0 λ인 154 mm로 설정하고 설계를 하였다.
- 따라서 본 논문에서는 데이터 및 통화 품질에 열화가 있는 지역에 서비스가 가능하도록 이중 대역으로 동작하고, 안테나 각 주빔의 방향을 상, 하측 방향으로 각각 틸팅할 수 있도록 하는 배열 안테나를 제안하였다.
- 제안한 안테나의 대역폭을 만족하고, 임피던스 정합이 쉬운 PCB를 이용한 이중 공진이 일어나는 형태로 평판형 다이폴 형상으로 구현하고자 한다[4],[5]. 배열안테나의 설계 성능 검증을 위하여 안테나를 제작하였고, 측정 및 비교 검토하였다.
- 복사소자 제작은 Rishio사 CS3376G PCB 기판(εr: 3.1, H: 0.8 mm)을 사용하였고, 다이폴 아래로 50 Ω 동축 케이블과 임피던스 정합을 위한 평행판 전송선은 황동으로 만들었으며, 평행판 전송선의 폭을 조절하여 정합을 시켰다.
- 복사소자가 원하는 대역에서 동작하고, 안테나의 이득, 수직 빔폭, 수평 빔폭 등의 규격 목표를 만족시키기 위해 반사판 폭, 배열 간격 등의 설계는 상용 시뮬레이터인 CST[6]를 이용하여 설계하였다.
- 본 논문에서는 이중 대역으로 동작하고, 양방향 지향성을 갖는 전기적 빔 틸팅 배열안테나를 설계하였다. 복사소자는 이중 공진이 일어날 수 있도록 평면형 다이폴로 선정하고, 저주파 대역(824～894 MHz) 및 고주파 대역 (1,710～2,170 MHz)에서 공진이 되도록 반사판을 가진 다이폴을 설계하였다. 측정 결과로 배열안테나의 수직 빔 패턴은 양뱡향 지향성을 갖고 독립적으로 전기적 빔을 틸팅할 수 있고, 전기적 틸트 각은 주어진 설계 규격을 만족하였다.
- 이런 넓은 빔폭을 갖는 대표적인 복사소자는 마이크로스트립 패치가 있지만, 패치 안테나는 협대역이므로 다중 대역 이동통신 안테나에 적용하기에는 적절하지 않다[2],[3]. 본 복사소자 설계에서는 그림 3에서 보는 바와같이 반사판 위 적절한 높이에 이중대역을 갖는 평면형다이폴을 두는 것으로 복사소자를 설계하였다.
- 설계된 위상 지연 선로에 대해 상용 시뮬레이터인 CST를 이용하여 반사 손실 및 삽입 손실을 계산하였으며, 그림 8에 나타내었다. 반사 손실은 광대역으로 －25 dB 이상이고, 선로 손실은 －0.
- 안테나의 구성은 양방향 빔과 빔 틸팅을 위한 2-way 전력 분배기, 주 빔을 상, 하측으로 틸팅할 수 있게 하는 위상 지연선로 그리고 이중 대역으로 동작하는 복사소자인 다이폴로 구성되어 있다. 양방향 지향성을 갖기 위하여 그림 1처럼 양쪽 방향으로 각 빔이 형성하도록 4개의 방사 소자를 갖는 배열 안테나를 2-way 전력 분배기로 연결하였다. 제안한 안테나의 설계 목표는 표 1에 나타내었고, 현재 이동 통신용 안테나 규격을 만족하도록 설계 목표를 세웠다.
- 이런 이유로 전기적 틸트 각도를 0°～±8° 범위로 설정하여 독립적으로 안테나의 각 주빔을 원하는 방향으로 조절 가능하도록 하였다.
- 그림 2에서 보여준 바와 같이 전기적 빔 틸팅 안테나는 복사소자로 인가되는 각 급전의 크기는 균등하게 하고, 복사소자 간에 위상차를 두어 각 주빔을 틸팅하고자 한다. 이를 위해 평면형 다이폴의 배열은 등간격으로 두었으며, 2-way 분배기 사이에 위상 지연기를 두는 것으로 구현하였다. 안테나 배열 구조는 그림 6에 나타내었다.
- 그림 3의 다이폴을 보면 복사소자의 급전은 황동을 이용한 평행판 전송선을 이용하였다. 전송선의 폭을 조절하면서 임피던스 정합을 하였다. 그리고 반사판 위에 놓여 있는 평면형 다이폴의 높이 H1은 높은 주파수대(1,710～2,170 MHz)에서는 λ/4 정도로 적절히 두어 반사판에 의한 파와 합하게 하고, 그러면 낮은 주파수대(824～894 MHz)에서는 H1=약 0.
- 제안한 안테나는 그림 1의 설치 예와 같이 양쪽 방향으로 빔이 지향하고, 원하는 방향으로 각 빔을 틸팅하여 서비스 영역내에 통화 품질을 향상하고자 한다. 제안 안테나의 구성도와 구조를 그림 2에 나타내었다.
- 대표적인 넓은 빔폭을 가지는 안테나로는 마이크로스트립 패치 안테나가 있으나, 안테나 구조상 대역폭에 한계가 있다[2],[3]. 제안한 안테나의 대역폭을 만족하고, 임피던스 정합이 쉬운 PCB를 이용한 이중 공진이 일어나는 형태로 평판형 다이폴 형상으로 구현하고자 한다[4],[5]. 배열안테나의 설계 성능 검증을 위하여 안테나를 제작하였고, 측정 및 비교 검토하였다.
대상 데이터
- 8 mm)을 사용하였고, 다이폴 아래로 50 Ω 동축 케이블과 임피던스 정합을 위한 평행판 전송선은 황동으로 만들었으며, 평행판 전송선의 폭을 조절하여 정합을 시켰다. 그리고 제한된 안테나 크기와 넓은 빔폭을 갖는 수평 빔을 얻기 위하여 반사판의 폭은 65 mm이고, 두께가 1.5 mm인 알루미늄 판을 사용하였다. 그림 10에서 보는 바와 같이, 좌, 우측의 안테나를 결합하기 위해 광대역 2-way 전력 분배기가 연결되며, 콘넥터는 7/16 DIN Female이다.
성능/효과
- 수평 빔 패턴을 보면 낮은 대역의 중심주파수 859 MHz에서 빔폭은 173.7°이고, 높은 대역의 중심주파수 1,940 MHz에서는 100.8°로 형성되었으며, 요구되는 넓은 빔폭을 만족하였다.
- 이러한 위상차를 얻기 위해 위상 지연 선로를 설계 하였고, 그림 9에서 보면 윗 기판을 좌, 우로 ±8 mm 움직 였을 때 각 주파수별로 ±22.1°와 ±49.9°까지 위상차가 함께 발생되어 원하는 위상차를 얻을 수 있음을 확인할 수있다.
- 제안한 안테나는 수직 빔 패턴에서는 양방향 지향성을 갖고, 수평 빔 패턴은 거의 전방향성 패턴이 요구된다. 이런 특성을 구현하기 위해서는 그림 2에서 보는 바와 같이 넓은 빔폭을 갖는 복사소자를 1차원적으로 배열해야 할 것이다.
- 제작된 배열 안테나의 이득 측정은 저주파 대역(824～894 MHz)에서 최소 이득이 6.42 dBi, 수평 빔폭 360°, 수직 빔폭 29.32°, 고주파 대역 (1,710～2,170 MHz)에서 이득 10.71 dBi, 수평 빔폭 77.53°, 수직 빔폭 12.92°의 결과를 얻어 목표 설정 값에 만족함을 보였다.
- 복사소자는 이중 공진이 일어날 수 있도록 평면형 다이폴로 선정하고, 저주파 대역(824～894 MHz) 및 고주파 대역 (1,710～2,170 MHz)에서 공진이 되도록 반사판을 가진 다이폴을 설계하였다. 측정 결과로 배열안테나의 수직 빔 패턴은 양뱡향 지향성을 갖고 독립적으로 전기적 빔을 틸팅할 수 있고, 전기적 틸트 각은 주어진 설계 규격을 만족하였다. 따라서 본 논문에서 제안한 배열안테나가 이동통신의 데이터 및 통화 품질에 열화가 있는 지역에 기지국 안테나로 사용하면 품질이 개선될 것으로 예상하며, 또한, 전기적 틸트 각을 이용하면 서비스 지역을 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 측정 결과로 배열안테나의 수직 빔 패턴은 양뱡향 지향성을 갖고 독립적으로 전기적 빔을 틸팅할 수 있고, 전기적 틸트 각은 주어진 설계 규격을 만족하였다. 따라서 본 논문에서 제안한 배열안테나가 이동통신의 데이터 및 통화 품질에 열화가 있는 지역에 기지국 안테나로 사용하면 품질이 개선될 것으로 예상하며, 또한, 전기적 틸트 각을 이용하면 서비스 지역을 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 사료된다.
- 서비스 사업자는 각 주파수별 안테나를 설치해야 함으로써 이를 운용하기 위한 비용이 많이 든다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이중 대역으로 동작하고, 양방향 지향성을 갖게 하여 1개의 안테나로 2개의 안테나 효과를 나타내어, 안테나 설치 수를 줄여 유지 보수비용을 절감할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.