본 논문에서는 Ka-대역에서 도파관 형태의 구형 혼, 원형 편파기 및 직선구조 모드변환기가 결합된 혼 안테나의 설계 및 제작에 관하여 서술한다. 원형 편파기는 광대역 특성을 가지는 유전체 타입으로 구형도파관에 $45^{\circ}$ 기울여 삽입하는 구조를 갖으며, 직선구조 모드변환기는 계단식 구조로 동축선으로부터 입력되는 TEM 모드 신호를 도파관의 TE 모드로 변환손실을 최소화 할 수 있도록 설계되었다. 제작된 혼 안테나는 $30.085\sim30.885GHz$에서 동작하며, VSWR < 1.5, Axial ratio < 1.0dB의 특성과 함께, 동작주파수 대역에서 $6.7\sim7.0dBi$의 이득을 갖는다.
본 논문에서는 Ka-대역에서 도파관 형태의 구형 혼, 원형 편파기 및 직선구조 모드변환기가 결합된 혼 안테나의 설계 및 제작에 관하여 서술한다. 원형 편파기는 광대역 특성을 가지는 유전체 타입으로 구형도파관에 $45^{\circ}$ 기울여 삽입하는 구조를 갖으며, 직선구조 모드변환기는 계단식 구조로 동축선으로부터 입력되는 TEM 모드 신호를 도파관의 TE 모드로 변환손실을 최소화 할 수 있도록 설계되었다. 제작된 혼 안테나는 $30.085\sim30.885GHz$에서 동작하며, VSWR < 1.5, Axial ratio < 1.0dB의 특성과 함께, 동작주파수 대역에서 $6.7\sim7.0dBi$의 이득을 갖는다.
In this paper, hem antenna composed of rectangular hern, circular polarizer and straight-type mode convertor is designed and fabricated. The circular polarizer is designed as a dielectric type having broadband characteristic, and it is inserted into the rectangular hem with $45^{\circ}$ i...
In this paper, hem antenna composed of rectangular hern, circular polarizer and straight-type mode convertor is designed and fabricated. The circular polarizer is designed as a dielectric type having broadband characteristic, and it is inserted into the rectangular hem with $45^{\circ}$ inclination. The straight-type mode convertor has a terrace-type structure in order to convert the TEM mode signal of coaxial cable to the TE mode of rectangular waveguide, and this structure minimizes conversion loss. Fabricated hem antenna operates at $30.085\sim30.885GHz$ and has VSWR < 1.5, Axial ratio < 1.0dB and antenna gain of $6.7\sim7.0dBi$ in the band.
In this paper, hem antenna composed of rectangular hern, circular polarizer and straight-type mode convertor is designed and fabricated. The circular polarizer is designed as a dielectric type having broadband characteristic, and it is inserted into the rectangular hem with $45^{\circ}$ inclination. The straight-type mode convertor has a terrace-type structure in order to convert the TEM mode signal of coaxial cable to the TE mode of rectangular waveguide, and this structure minimizes conversion loss. Fabricated hem antenna operates at $30.085\sim30.885GHz$ and has VSWR < 1.5, Axial ratio < 1.0dB and antenna gain of $6.7\sim7.0dBi$ in the band.
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문제 정의
본 논문에서는 Ka-대역에서 급전손실 및 효율증가를 위하여 마이크로스트립 형태의 평면형 방사 소자가 아닌 도파관 형태의 방사소자에 대하여 설계 및 제작하였다. 제작된 혼 안테나는 임피던스 및 축비대역에서 광대역 특성을 보이며, 실험을 통한 안테나 손실은 2.
제안 방법
삽입한다. 또한, 모드변환기는 내부의 계단식 구조를 효율적으로 제작하기 위하여, 모드 변환기의 수평면 중앙을 기준으로 세로로 절단된 형상으로 제작되며, 나사를 이용하여 결합하는 방식을 이용하였다.
본 그림에 나타나 있는 바와 같이, 혼 안테나는 동 축선으로부터 입력된 신호전력이 모드변환기 및 원형 편파기를 거쳐 최저손실로 원형편파를 생성하도록 설계되어 있다. 또한, 생성된 원형편파 신호전력을 편파 특성 왜곡 및 전력손실 없이 효율적으로 방사하기 위하여, 안테나 종단의 혼은 8.4mm x 8.4mm의 크기를 갖는 정사각형 구조를 갖으며, 구형 혼을 포함한 모든 안테나 구성부는 상용 소프트웨어인 CST사의 Microwave sh/dio를 사용하여 설계되었다.
구조를 보여준다. 본 그림에 도식된 바와 같이, 동축선으로부터 입력된 TEM 모드의 신호전력을 TE 모드로 변환하기 위하여, 동축선의 내부도체(Imw conductor)/} 계단식 모드 변환기에 직렬로 연결되었다. 일반적으로 계단식 모드 변환기는 단수가 증가함에 따라 반사계수 대역폭이 증가하여 광대역특성을 보이나 본 논문에서는 혼안테나의 길이 및 전기적 특성을 고려하여 3단으로 설계하였다.
본 그림에 도식된 바와 같이, 동축선으로부터 입력된 TEM 모드의 신호전력을 TE 모드로 변환하기 위하여, 동축선의 내부도체(Imw conductor)/} 계단식 모드 변환기에 직렬로 연결되었다. 일반적으로 계단식 모드 변환기는 단수가 증가함에 따라 반사계수 대역폭이 증가하여 광대역특성을 보이나 본 논문에서는 혼안테나의 길이 및 전기적 특성을 고려하여 3단으로 설계하였다.
대상 데이터
그러나, 고주파 대역에 적용하는 경우, 높은 급전손실로 인하여 그 활용이 제한되어 왔다. 본 논문에서는 Ka-대역 이동형 위성 지구국안테나의 방사소자로서 원형편파용혼 안테나를 설계 및 제작하였다. 본 안테나는 구조적으로 배열안테나를 구성하는데 용이하다는 장점으로, 고주파에서 서비스되는 다양한 통신시스템의 방사소자로 널리 활용할 수 있다.
성능/효과
결과이다. 본 결과에 도식된 바와 같이, 원형편파를 구성하는 2개의 직교모드가 주파수대역전반에서 거의 동일한 크기를 가기며, 이를 통하여, 넓은 주파수 대역에서 우수한 축비 (axial ratio) 특성을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
5 dB이다. 본 손실에서, 0.7 dB는 원형편파기에 삽입된 유전체에 의한 손실이며, 나머지 1.8 dB는 혼 안테나의 제작오차 및 모드변환기의 겹합상태에 따라 1.0 dB정도 개선될 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
제작된 혼 안테나는 동작주파수 대역에서 6.7-7.0 dBi의 이득을 가지며, 축비는 전 대역에서 1.0 dB 이하로 매우 우수한 성능을 보인다.
및 제작하였다. 제작된 혼 안테나는 임피던스 및 축비대역에서 광대역 특성을 보이며, 실험을 통한 안테나 손실은 2.5 dB 정도이나 제작 및 조립 오차 등을 개선하는 경우, 매우 우수한 성능을 갖는 고주파대역의 원형편파용 안테나로 적용할 수 있음을 확인하였다. 본 안테나는 추후 8개로 구성된 배열안테나로 제작되어 Ka-대역 통신용 이동 위성지구국 안테나의 급전부로 활용될 예정이다.
후속연구
5 dB 정도이나 제작 및 조립 오차 등을 개선하는 경우, 매우 우수한 성능을 갖는 고주파대역의 원형편파용 안테나로 적용할 수 있음을 확인하였다. 본 안테나는 추후 8개로 구성된 배열안테나로 제작되어 Ka-대역 통신용 이동 위성지구국 안테나의 급전부로 활용될 예정이다.
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