초록 ▼

본 연구의 목표는 3-소자 순차 회전 급전 방식의 부배열을 사용하여 DBS 위성방송 수신용 마이크로스트립 배열 안테나를 설계하는 것이다. 64개의 부배열로 구성된 192-소자 마이크로스트립 배열 안테나가 DBS 위성방송 수신안테나의 규격(대각 평면에서 부엽 준위가 -27 dB, 교차 편파 준위가 -20 dB)을 만족시키고자 한다. 설계된 마이크로스트립 배열 안테나는 총 192-패치 소자를 갖는 총 64개의 순차배열된 부배열을 가지며, LHCP 편파 특정을 갖는다. 전체 배열의 측면에 위치된 SMA 커넥터는 배열의 좌우 동일하게 전력

본 연구의 목표는 3-소자 순차 회전 급전 방식의 부배열을 사용하여 DBS 위성방송 수신용 마이크로스트립 배열 안테나를 설계하는 것이다. 64개의 부배열로 구성된 192-소자 마이크로스트립 배열 안테나가 DBS 위성방송 수신안테나의 규격(대각 평면에서 부엽 준위가 -27 dB, 교차 편파 준위가 -20 dB)을 만족시키고자 한다. 설계된 마이크로스트립 배열 안테나는 총 192-패치 소자를 갖는 총 64개의 순차배열된 부배열을 가지며, LHCP 편파 특정을 갖는다. 전체 배열의 측면에 위치된 SMA 커넥터는 배열의 좌우 동일하게 전력을 분배하기 위해서 Wilkinson 전력 분배기가 부착된 마이크로스트립 전송선로에 급전된다. 3-소자 부배열의 각 전력 분배점에서 마이크로스트립 선로는 폭이 변한다. 이것은 적절한 임피던스 정합을 갖게 하여 배열 전체에 균일한 전력 분배를 하도록 독특하게 설계되었다. 고립된 분배기를 사용하지 않으면 패치의 공진 특성으로 인하여 공진을 벗어나게 되면 소자의 입력 정합이 불충분하게 된다. 그러므로 배열 여기 오차와 전력 분배의 균등성을 제공하기 위해서 각 부배열의 전력 분배에 Wilkinson 전력 분배기를 사용하여 설계하였다. 급전 선로의 구조를 완만하게 하여 복사손실을 최소화하여 복사 패턴의 감퇴를 상당히 줄일 수 있었다. 설계된 안테나의 성능 측정 결과는 $\phi$ =0$\textdegree$와 $\phi$ =90$\textdegree$ 평면에서 부엽 준위가 각각 -13.761 dB와 -14.124 dB를 보였으며 특히, $\phi$ =45$\textdegree$평면에서 부엽 준위는 -25.018dB로 적게 나타났다. 주평면과 대각 평면의 주 빔에서 교차 편파 준위가 -20 dB 이하를 보였다. 또한, 중심 주파수인 11.85 GHz에서 28.543 dB의 이득을 나타내고, DBS 주파수 대역에서 20 dB 이상을 보이고 있다. 입력 반사손실의 10 dB 대역폭은 약 11.19∼12.48 GHz (10.89 %)이고, 축비의 3 dB 대역폭은 약 11.35∼12.22 GHz(7.34 %)을 나타내었다. 설계된 안테나는 $\phi$ =45$\textdegree$평면에서 DBS 배열 안테나의 부엽 준위 규격(-27 dB)과 교차 편파 준위(-20 dB)를 만족하고 있다. 따라서, 192-소자의 순차 회전 배열 안테나는 DBS용 안테나로써 적합하다. 192-소자 배열 안테나를 부배열로 하는 768-소자의 순차 회전 배열 안테나(크기50cm×60cm)를 사용하면 DBS 위성 방송 수신에 사용되는 파라볼라 안테나의 33dBi에 필적하는 이득을 얻을 수 있을 것이다. 그러므로, 삼각형 격자 형태로 순차-회전 기법을 사용한 배열 안테나는 DBS용 안테나로써 기존의 크고 무거운 파라볼라 안테나를 충분히 대신할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

The purpose of research is to design the DBS reception microstrip array antenna by employing the sequential rotation technique of 3-group subarray. The performances of array antenna designed with 192-patch elements is to satisfy the array antenna specification for DBS. The microstrip array designed

The purpose of research is to design the DBS reception microstrip array antenna by employing the sequential rotation technique of 3-group subarray. The performances of array antenna designed with 192-patch elements is to satisfy the array antenna specification for DBS. The microstrip array designed has a total of 64 sequentially arranged subarrays with a total of 192 patch elements and the characteristic of left-handed circularly polarization. The SMA connector located at the side of the full array feeds the microstrip transmission line with a Wilkinson power divider which splits the power parallel to the left and right identical halves. The microstrip line changes width at each power division point of three-element subarray. This was uniquely designed to achieve uniform power distribution throughout the array with proper impedance matches. The reflections from element input mismatched will result in some power distribution within the feed network unless isolating splitters are used. Therefore, the power distribution of each subarray is designed using the Wilkinson power divider to protect the array excitation errors and to provide the uniformity of power distribution. The degradation of radiation pattern can be reduced significantly by minimizing the radiation loss of feeding line structure. The designed antenna has been fabricated on substrate(Taconic TLX-9) with relative dielectric constant 2.5, dielectric thickness 0.7874mm and measured. The side lobe level on the measured co-polarized radiation pattern for $\phi$ =0$\textdegree$plane is -13.761 dB and one for $\phi$ =90$\textdegree$plane is -14.124 dB. In particular, the side lobe level for $\phi$ =45$\textdegree$plane is -25.018 dB. The cross-polarized levels in main lobe for principal and diagonal plane are both below -20 dB. Also, the gain in the center frequency 11.85 GHz is 28.543 dB and one within the DBS frequency band is above 20 dB. The 10 dB bandwidth of the input return loss is about 10.89%(11.19∼12.48 GHz) and the 3 dB bandwidth of the axial ratio is about 7.34%(11.35∼12.22 GHz). Characteristics of antenna designed is satisfied with specifications of array antenna for DBS that is -27 dB of side lobe level and -20 dB of cross-polarized level at $\phi$ =45$\textdegree$plane. Consequently, the designed antenna in this research can be replaced with the parabolic antenna as the DBS receiving antenna. If the M＝ 3, p＝2 array antenna with 768-elements (size of the antenna is 50 cm×60 cm) is designed, it can be obtained gain comparable to parabolic antenna of 33 dBi gain for DBS. It can be expected that microstrip array antenna designed by using the proposed technique is compatible to receiving the satellite broadcast frequency band.

목차 Contents

• I. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• II. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• III. 연구내용 및 결과...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• (1) 삼각형 격자 배열 이론...9
• (2) 원형 편파 마이크로스트립 패치 안테나...10
• (3) 순차 회전 배열의 이론...14
• (4) 순차 회전 배열의 효과...16
• (5) 모서리-절단 MPA로 구성된 여러 순차 회전 부배열의 성능 비교...22
• (6) M = 3 , p = 2 부배열을 이용한 48-소자 순차 회전 배열 안테나의 설계...33
• 3. 결과 및 고찰...41
• 4. 결론...47
• 5. 인용문헌...48