직렬 슬롯 배열안테나 설계 기법과 이중 선형편파로의 응용에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 임의의 선형편파 발생을 위한 직렬 슬롯 배열안테나 설계 방법을 제시하였다. 45도 기울어진 선형편파 발생이 가능하고 동시에 임피던스 정합, 균일전장 분포를 형성할 수 있도록 '교차 리액턴스 슬롯 쌍'을 기본 방사체로 제안하였다. 이 기본 방사체를 이용하면 개별 방사 슬롯 간의 간격이 관내 파장의 반 파장 간격으로 위치시킬 수 있기 때문에 grating lobe를 억제할 수 있다. 또한, 제안한 안테나 설계 기법은 기판 집적 도파관 기술 (substrate integrated waveguide, SIW)을 통해 구현하였고 전장 시뮬레이터 및 제작, 측정을 통해 설계 기법의 적합성을 검증하였다. 먼저, Ka-밴드 용 선형 및 평면 배열안테나를 설계하였다. 45도 선형편파를 발생시키기 위해 적층의 SIW 구조로 배열안테나를 구현하였으며 균일 전장이 발생되는 원리를 등가회로 및 임피던스, 전류 순환 방정식을 이용하여 검증하였다. 나아가, 전자장 시뮬레이터를 통한 결과와 비교•분석하였다. 두 번째로, 낮은 부엽레벨을 가지도록 개별 방사체의 전장 계수 조절 방법을 제안하였다. 각 직렬 방사 슬롯을 흐르는 모드 전류의 크기를 조절하기 위해 개별 방사체의 위치를 중심선을 따라 이동시킬 수 있다. 이러한 옵셋 조절 방법을 이용하여 ‒20 dB 및 ‒26 dB Dolph-Chebyshev 계수를 가지는 선형 배열안테나를 설계하였고 제안한 방법의 효용성을 제작 및 측정을 통해 검증하였다. 마지막으로, ±45도 이중 선형편파 발생을 위한 설계 기법을 제안하였다. 동일한 개구면을 공유하는 두 선형편파 간의 격리도를 최대화하기 위해 교차 슬롯 간에 수직 조건을 만족할 수 있도록 기판의 유전율 및 방사 SIW의 폭을 결정하였다. 나아가 제안한 설계 기법을 8 × 8 이중 평면 모노펄스 안테나 설계에 응용하였다. 모노펄스 동작을 위해 기존의 금속 도파관 전송선로를 이용해 제작된 비교기를 결합하였으며 반사손실, 방사패턴, 이득 등의 전기적인 결과를 확인하였다.