낮은 높이, 광대역 특성의 강한 결합 배열 안테나에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 낮은 높이와 광대역 특성을 가지는 강한 결합 배열 (Tightly coupled array) 안테나의 설계 및 구현을 하였다. 최근 다목적 레이다, 전자전, 통신분야에서 낮은 높이와 광대역, 광조향각 특성을 동시에 가지는 배열안테나를 필요로 하고 있다. 이러한 배열안테나는 tapered slot antenna (TSA), current sheet array (CSA), connected dipole array 등 다양한 방식으로 연구되어왔지만 높은 구조, 높은 간섭편파, 좁은 조향각도 등의 한계가 있다. 본 연구에서는 추가적인 정합회로를 필요로 하지 않으며, 단층공정의 PCB를 이용한 낮은 높이의 광대역, 광조향각 특성의 강한 결합 배열 (TCA) 안테나를 설계하였다. 낮은 높이의 배열 안테나를 얻기 위하여, Munk의 TCDA 이론을 기반으로 substrate와 superstrate의 높이에 따라 변하는 임피던스에 대해서 분석하였으며 각각의 높이를 정하였다. 그 뒤에 낮은 주파수에서의 임피던스 정합을 위하여 단위 안테나에 수직 틈을 이용하여 안테나 임피던스를 변화시켰다. 불평형 급전을 이용한 초기모델이 정해진 뒤에는 발생한 공통모드와 원치 않는 공진을 각각 단락기둥과 비어 구멍을 이용하여 조절하였다. 제안한 구조가 무한히 배열되어 있는 경우, 시뮬레이션 결과는 broadside로 방사할 경우 VSWR ≤ 2 기준에서 3.38:1 대역폭 (1.97GHz에서 6.66GHz까지)을 얻었다. E, H 평면으로 45도 기울어 방사할 경우 VSWR ≤ 2.6 기준에서 3.37:1 대역폭 (1.95GHz에서 6.58GHz까지)을 가지며, 방사하는 각도에 상관없이 -18dB이하의 낮은 간섭편파를 유지한다. 제안한 배열 안테나의 접지면으로부터 superstrate의 윗부분까지의 총 높이는 가장 낮은 동작 주파수를 기준으로 1 / 12.6 파장이다. 8×8 배열의 시제품을 제작하여 이를 측정한 결과 시뮬레이션과 부합하는 결과를 얻었다.