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 단일 안테나로 상용 전자파 잔향실 보정을 가능케 하는 0.65∼7GHz 광대역 안테나 설계안을 제안한다.
- 본 논문에서는 잔향실 내에서 측정 및 보정용으로 사용할 수 있는 광대역 역원뿔 안테나를 제안하였다. 기본적인 역원뿔 구조 안테나를 3차원 전파 시뮬레이션을 바탕으로 최적화하고, 최적화된 설계안을 3차원 프린터를 이용해 제작하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 잔향실 내에서 측정 및 보정용으로 사용할 수 있는 광대역 역원뿔 안테나를 제안하였다. 기본적인 역원뿔 구조 안테나를 3차원 전파 시뮬레이션을 바탕으로 최적화하고, 최적화된 설계안을 3차원 프린터를 이용해 제작하였다. 제작된 안테나는 0.
- 제작된 안테나의 성능을 측정하기 위해 잔향실 내의 턴 테이블 위에 대형 접지면과 함께 설치한 후 측정을 진행 하였다. 또한, 기존 디스콘 안테나의 효율을 함께 표시하여 직관적으로 성능을 비교 할 수 있게 하였다. 그림에서 raw 데이터는 송신 안테나와 제안한 안테나 간 S21측정값으로, 잔향실 내 다중반사로 인해 주파수에 따른 분산이 심하다.
- 보다 최적화된 안테나 구조값을 도출하기 3차원 전파 시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 역원뿔 안테나를 모델링하였으며 안테나 매칭 특성이 구조 변수의 변화에 따라 어떠한 영향을 받는지 광대역 주파수 대역에서 관찰하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 안테나 매칭 특성에 가장 많은 영향을 주는 부분은 동축 프로브와 안테나가 접합을 이루는 급전부임을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 3차원 전파 시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 안테나 구조를 최적화하였으며, 3차원 프린터를 이용해 제작된 시작품의 상용 전자파 잔향실 내 측정을 통해 성능을 검증하였다.
- 실제 안테나가 잔향실의 한쪽 금속벽면(1800×1600mm)을 접지면으로 사용하므로, 시뮬레이션에서는 무한 접지면을 설정하여 방사패턴을 계산하였다.
- θ는 그림 1에 보이는 것과 같이 역원뿔의 윗면과 빗변이 이루는 각도로, 수식 (1) 에 따라 θ=47° 일 때 입력임피던스가 급전 케이블의 50Ω에 부합한다. 이 각도와 최저 목표주파수 대역의 파장을 고려하여 역원뿔의 빗변, 높이(h) 윗면 지름(t)을 각각 100mm, 70mm,140mm로 설정하고 전파시뮬레이션 툴을 기반으로 최적화 하여 광대역 임피던스 매칭을 꾀하였다.
- 전파 시뮬레이션을 통해 성능이 확보된 역원뿔 안테나 모델의 실제 성능을 확인하기 위해 시작품을 제작하였다.
- 그림 7은 제작한 안테나를 잔향실 내에 설치하고 측정한 안테나의 효율이다. 제작된 안테나의 성능을 측정하기 위해 잔향실 내의 턴 테이블 위에 대형 접지면과 함께 설치한 후 측정을 진행 하였다. 또한, 기존 디스콘 안테나의 효율을 함께 표시하여 직관적으로 성능을 비교 할 수 있게 하였다.
대상 데이터
- 65∼7GHz 광대역 안테나 설계안을 제안한다. 제안한 안테나는 전자파 잔향실의 금속 벽면을 접지면으로 활용할 수 있는 역원뿔(inverse conical) 안테나이다.
데이터처리
- 그림에서 raw 데이터는 송신 안테나와 제안한 안테나 간 S21측정값으로, 잔향실 내 다중반사로 인해 주파수에 따른 분산이 심하다. 더 명확한 비교를 위해 raw 데이터를 이동평균필터(moving average filter)를 이용해 처리한 평균 데이터 값을 함께 표기하였다.
이론/모형
- stl형식의 파일로 추출하고 이를 다시 .cube 형식의 파일로 변환해 3차원 프린터에 업로드 시키는 방식으로 모형을 사출하였다. 이를 통해 값비싼 금형제작 과정없이 최적화된 역원뿔 안테나 모형을 빠르게 제작할 수 있었다.
성능/효과
- 이들은 xz-평면에 대한 방사패턴으로 대칭적 역원뿔 구조에 의해 yz-평면의 방사패턴도 동일한 결과를 보인다(그림 1의 좌표축 참고). 0.65, 3, 5, 7GHz에서의 방사패턴이 모두 대형 접지면 위에 존재하는 모노폴 안테나와 같은 전방향성을 보임을 확인할 수 있다. 실제 안테나가 잔향실의 한쪽 금속벽면(1800×1600mm)을 접지면으로 사용하므로, 시뮬레이션에서는 무한 접지면을 설정하여 방사패턴을 계산하였다.
- 제안한 역원뿔 안테나는 잔향실의 금속벽면에 편리하게 설치될 수 있으며 이를 접지면으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 전자파 잔향실용 보정 안테나의 요구 사항은 1) 잔향실의 광대역 동작주파수 대역에서 안테나 매칭 특성이 우수해야 한다는 것과 2) 다양한 방향에서 입사하는 전파의 수신에 용이하도록 안테나 방사패턴이 전방향성을 가져야 한다는 것이다. 그림 1과 같은 역원뿔형 안테나는 끝단으로 갈수록 좁아지는 테이퍼드 구조에 따라 임피던스가 점진적으로 변화하여 광대역 매칭 특성을 보인다.
- 7∼7GHz 대역에서 S11 ≤ -10dB를 만족하고 있으며, 이를 통해 기존 디스콘 안테나보다 넓은 광대역 매칭 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 현재 가용중인 잔향실에서의 방사효율 측정한 결과 0.6∼0.9의 효율을 보여 기존 사용 중인 디스콘 안테나와 동등한 방사효율 특성을 보임을 확인할 수 있었다.
- 을 네트워크 분석기로 측정한 데이터와 시뮬레이션 계산 값을 비교한 그래프이다. 모든 주파수 대역에서 큰 오차 없이 잘 일치하고 있음을 확인할 수 있다. 측정값의 S11 ≤ -10dB 대역폭은 0.
- 보다 최적화된 안테나 구조값을 도출하기 3차원 전파 시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 역원뿔 안테나를 모델링하였으며 안테나 매칭 특성이 구조 변수의 변화에 따라 어떠한 영향을 받는지 광대역 주파수 대역에서 관찰하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 안테나 매칭 특성에 가장 많은 영향을 주는 부분은 동축 프로브와 안테나가 접합을 이루는 급전부임을 확인할 수 있었다.
- 이는 급전부 지름이 늘어남에 따라 접지면 사이의 캐패시턴스가 늘어남에 따른 프로브 인덕턴스의 상충 때문으로, 관심 주파수 대역에서 S11 ≤-10dB 매칭 특성을 확보하기 위해 b = 8mm가 적절함을 확인할 수 있었다.
- 9로, 저주파 대역에서는 기존 디스콘 안테나에 비해 10∼20% 정도 낮지만 고주파에서는 15∼25%도 높은 형태를 보인다. 잔향실의 측정 한계로 인해 전체 관심주파수 대역의 방사효율을 관찰하지 못했지만,고주파 대역일수록 효율이 좋아지는 경향성을 보임으로써 3GHz 이후의 대역에서도 높은 효율을 제공할 것이라 판단된다.
- 제안한 역원뿔 안테나의 0.65GHz∼3GHz의 방사효율은 0.6∼0.9로, 저주파 대역에서는 기존 디스콘 안테나에 비해 10∼20% 정도 낮지만 고주파에서는 15∼25%도 높은 형태를 보인다.
- 제작된 안테나는 0.7∼7GHz 대역에서 S11 ≤ -10dB를 만족하고 있으며, 이를 통해 기존 디스콘 안테나보다 넓은 광대역 매칭 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
후속연구
- 이와 더불어, 턴테이블을 이용해 피측정기기(Device Under Test, DUT)를 회전시켜줌으로써 전파 수신 도래각을 계속 바꾸어 준다. 제안한 역원뿔 안테나는 잔향실의 금속벽면에 편리하게 설치될 수 있으며 이를 접지면으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 전자파 잔향실용 보정 안테나의 요구 사항은 1) 잔향실의 광대역 동작주파수 대역에서 안테나 매칭 특성이 우수해야 한다는 것과 2) 다양한 방향에서 입사하는 전파의 수신에 용이하도록 안테나 방사패턴이 전방향성을 가져야 한다는 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.