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새로운 급전 기술 기반 소형화 된 배열 안테나에 관한 연구 : A Study on Compact Array Antennas Based on Novel Excitation Techniques
DC Field | Value | Language |
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dc.contributor.advisor | 오정석 | - |
dc.contributor.author | Woojun Lee | - |
dc.date.accessioned | 2023-06-29T01:58:15Z | - |
dc.date.available | 2023-06-29T01:58:15Z | - |
dc.date.issued | 2023 | - |
dc.identifier.other | 000000176094 | - |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10371/193299 | - |
dc.identifier.uri | https://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000176094 | ko_KR |
dc.description | 학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2023. 2. 오정석. | - |
dc.description.abstract | This paper proposes four broadband/dual-band single/double-polarized antenna elements and arrays operating in the 5G frequency band and a varactor-based beem-steerable series-fed antenna array with high aperture efficiency operating in the X band which could be the band for 6G communications.
In this paper, proposed 5G antenna array simplifies the design of array antennas using an aperture-coupled feed, a dual-slant polarization feed, and a via (ground) wall. In order to design the compact array antennas, the triple resonances are made possible by exploiting the mutual resonance of the quarter-wave patch loaded with the via (ground) wall and a patch and the mutual resonance of the slot and the strip-line. In addition, a novel aperture-coupled feed based on a differential feeding technique is proposed for compact feeding structure with a broadband characteristic by utilizing a tapered slot structure. Additionally, this paper proposes a 6G antenna array which has a physically compact structure, high aperture efficiency, and a beam-steerability. A quarter-wave patch was used for miniaturization of the antenna element, and it is further miniaturized by loading a varactor. The series-offset RF feeding structure was used for a compact feeding structure, and a beam-steerability was made possible by exploiting the variable radiation phase of the antenna element depending on the bias voltage of the varactor. The standing wave series-fed antenna proposed in tis paper has a higher aperture than the conventional beam-steerable leaky-wave antenna. The proposed differential feeding structure in the aperture-coupled feed, the mutual resonance of the quarter-wave patch loaded with the via wall and the patch, impedance matching technique in the series-fed antenna, and the compact DC-RF feeding structure are expected to be general enough to be the conventions in a multi-layered PCB microstrip antenna design. | - |
dc.description.abstract | 본 논문은 5G 주파수 대역에서 동작하는 광대역/이중대역 단일/이중 편파 안테나 소자/배열 4종 및 6G 주파수의 후보군인 X 대역에서 동작하는 버랙터로 빔 조향이 가능한 고 개구면 효율을 갖는 직렬-급전 안테나 배열 1종을 담고 있다.
본 논문의 5G 안테나 배열은 개구면 급전, 45도 경사 이중편파 급전 및 비아(접지) 벽을 사용하여 배열 안테나 설계를 용이하게 하였다. 비아(접지) 벽 구조를 최대한 활용하기 위하여 비아(접지) 벽이 로딩된 쿼터-웨이브 패치-패치의 상호 공진 구조를 활용하여 대역 특성을 잡았으며, 더하여 개구면-스트립 라인의 상호 공진을 활용하여 삼중 공진 구조를 가지고 있다. 더하여 테이퍼 된 개구면 급전 구조를 활용하여 광대역 특성을 가지며, 압축된 급전 구조를 위하여 차동 급전 기반 개구면 급전 구조를 새롭게 제안하였 추가적으로 논문이 제안하는 6G 안테나 배열은 물리적으로 작은 구조, 고 개구면 효율, 빔조향이 가능한 특성을 가지고 있다. 안테나 소자의 초소화를 위해 쿼터-웨이브 패치가 활용되었으며 버랙터가 로딩됨으로써 더욱더 초소화 된다. 압축된 급전 구조를 위해 직렬급전, 오프셋 RF 급전 구조가 사용되었고, 버랙터의 바이어스 값에 따라 안테나 소자의 방사 위상이 달라지는 것을 활용하여 빔 조향이 되었다. 본 논문이 제안하는 정재파 기반 직렬 급전 배열은 기존의 빔조향 가능한 리키-웨이브 안테나 배열보다 높은 개구면 효율을 가진다. 본 논문이 제안하는 개구면 급전에서의 차동 급전 구조, 안테나 대역 특성을 향상하는 비아(접지) 벽이 로딩된 쿼터-웨이브 패치–패치의 상호 공진, 직렬급전에서의 임피던스 매칭 기법, 압축된 DC-RF 급전 구조는 PCB 기반 마이크로스트립 안테나 설계의 차후 표준이 될 수 있을 만큼 일반적인 설계가 될 것으로 예상된다. | - |
dc.description.tableofcontents | 제 1 장 서론 1
제 1 절 배경 1 1. 5G 안테나 배열 설계 배경 1 1. 6G 통신을 위한 안테나 배열 설계 배경 2 제 2 장 5G 광대역/이중대역 단일/이중 편파 안테나 소자/배열 4 제 1 절 배열 설계 기법 4 1. 개구면 급전 구조 4 2. 45도 경사 이중편파를 갖는 배열 4 3. 비아(접지) 벽 구조 6 제 2 절 삼중 공진 구조 7 1. 패치 공진 7 2. 쿼터웨이브 패치-패치 상호 공진 8 3. 개구면-라인 상호 공진 8 4. 삼중 공진을 갖는 방사체 11 5. 패치-적층 패치 상호 공진 11 6. 비아(접지) 벽으로 이루어진 공동 구조 공진 14 7. 설계된 방사체에 대한 고찰 14 제 3 절 이중 편파 배열 15 1. 기존 이중 편파 개구면 급전 구조 15 2. 차동 급전 16 3. 발런 결합 구조 및 공간 결합 구조 17 제 4 절 측정 및 결과 18 1. 측정 결과 18 2. 문헌과의 비교 19 제 3 장 6G 통신을 위한 빔 조향이 가능한 고 개구면 효율을 갖는 직접 급전 배열 21 제 1 절 소자 설계 21 1. 쿼터웨이브 패치 21 2. 버랙터와의 결합 21 3. 가변 방사 위상 22 제 2 절 소형화 된 DC/RF 급전 구조 23 1. RF 쵸크를 활용한 DC 급전 23 2. 오프셋 RF 급전 23 제 3 절 빔조향 가능한 배열 24 1. 직렬급전 배열 임피던스 매칭 기법 24 2. 빔 조향 기법 24 3. 기존 빔 조향 기법과의 차별성 25 제 4 절 측정 및 결과 26 1. 측정 결과 26 2. 문헌과의 비교 29 제 4 장 결론 31 제 1 절 결론 31 1. 결론 31 2. 추후 연구 방향 31 참고문헌 33 Abstract 37 표목차 [표 2-1] Ka 대역 광대역 안테나 기존 문헌과의 비교 19 [표 3-1] 설계된 안테나의 빔 조향각에 따른 바이어스 값과 실측된 개구면 효율 29 [표 3-2] 기존 직렬 급전 액티브/패시브 안테나 문헌과 본 안테나의 비교 29 [표 3-2] 기존 고-개구면 효율 액티브 안테나 문헌과 본 안테나의 비교 30 그림목차 [그림 1-1] 6G 통신을 위한 소형화된 안테나 설계의 필요성 2 [그림 2-1] 스트립라인과 방사체 간의 개구면 급전 구조 단면도 4 [그림 2-2] 45도 경사 이중 편파를 갖는 배열의 각 소자의 편파 5 [그림 2-3] 이중 편파 안테나 배열의 독립된 소자의 S(1, 1)과 배열에서의 한 포트의 S(1, 1) 5 [그림 2-4] 포트 간 고립도를 향상하기 위한 비아(접지) 벽 구조 6 [그림 2-5] [그림 2-2]에서의 각 포트 간 고립도 6 [그림 2-6] 패치 공진의 방사체에서의 E-field 7 [그림 2-7] 쿼터웨이브 패치-패치 상호 공진의 위상에 따른 E-field 8 [그림 2-8] 개구면-라인 상호 공진의 방사체에서의 E-field와 급전부에서의 E-field 8 [그림 2-9] 이중 편파 소자에서의 통상적인 개구면 급전과 테이퍼드 급전의 비교 9 [그림 2-10] 이중대역 이중 편파 안테나 배열의 반사 계수 10 [그림 2-11] 광대역 이중 편파 안테나 배열의 반사 계수 10 [그림 2-12] 광대역 단일 편파 안테나 소자 11 [그림 2-13] 광대역 단일 편파 안테나 소자의 반사 계수 11 [그림 2-14] 적층 패치 안테나의 패치-적층패치 상호 공진 E-field 12` [그림 2-15] 적층 패치 안테나를 옆에서 본 단면에서의 E-field 분포 12 [그림 2-16] 적층 패치 안테나의 패치-적층패치 공진에서의 E-plane 방사 패턴 13 [그림 2-17] 광대역/이중대역 이중 편파 안테나 배열의 설계 측면도 13 [그림 2-18] 비아 (접지) 벽으로 이루어진 공동 구조의 TE 210 모드 공진 14 [그림 2-19] 설계된 방사체에 대한 이해 15 [그림 2-20] 차등 급전 기술이 적용된 개구면 급전 구조 16 [그림 2-21] 발런이 결합된 광대역 이중 편파 안테나 배열 17 [그림 2-22] 공간 결합을 위한 이중대역 이중 편파 안테나 배열 17 [그림 2-23] [그림 2-12]의 설계된 안테나의 S(1, 1) 18 [그림 2-24] [그림 2-20]의 설계된 안테나의 S(1, 1) 18 [그림 2-25] [그림 2-20]의 설계된 안테나의 S(2, 2) 19 [그림 3-1] 통상 X-band 패치와 쿼터웨이브 패치 21 [그림 3-2] 버랙터가 결합된 쿼터웨이브 안테나의 후면도 21 [그림 3-3] 버랙터가 결합된 쿼터웨이브 안테나의 캐패시턴스에 따른 E-field 분포 (좌: 0.12 pF, 우: 0.65 pF) 22 [그림 3-4] 캐패시턴스에 따른 방사 위상 변화 23 [그림 3-5] 통상적인 DC/RF 급전과 오프셋 RF 급전을 이용하여 소형화된 DC/RF 급전 23 [그림 3-6] 다중 반사 구조를 이용한 임피던스 매칭 24 [그림 3-7] 빔이 30도 방향으로 조향되는 e-field 분포 25 [그림 3-8] 본 연구에서 제안하는 빔 조향 기법과 기존 빔 조향 기법과의 비교 (좌: 기존의 기법들, 우: 본 연구 기법) 25 [그림 3-9] 제작된 안테나 배열 26 [그림 3-10] 안테나 소자의 방사 진폭과 위상 측정 셋업 27 [그림 3-11] 바이어스의 변화에 따른 안테나 소자의 임피던스 변화 27 [그림 3-12] 제작된 안테나의 –60도부터 60도까지 빔 조향 시 방사 패턴 측정 28 [그림 3-13] 제작된 안테나의 빔 조향 시 임피던스 특성 2 8 | - |
dc.format.extent | vii, 38 | - |
dc.language.iso | kor | - |
dc.publisher | 서울대학교 대학원 | - |
dc.subject | 차동급전 | - |
dc.subject | 이중편파 | - |
dc.subject | 직렬급전 안테나 배열 | - |
dc.subject | 광대역/이중대역 마이크로스트립 안테나 | - |
dc.subject | 고-개구면 효율 | - |
dc.subject.ddc | 621.3 | - |
dc.title | 새로운 급전 기술 기반 소형화 된 배열 안테나에 관한 연구 | - |
dc.title.alternative | A Study on Compact Array Antennas Based on Novel Excitation Techniques | - |
dc.type | Thesis | - |
dc.type | Dissertation | - |
dc.contributor.AlternativeAuthor | Woojun Lee | - |
dc.contributor.department | 공과대학 전기·정보공학부 | - |
dc.description.degree | 석사 | - |
dc.date.awarded | 2023-02 | - |
dc.identifier.uci | I804:11032-000000176094 | - |
dc.identifier.holdings | 000000000049▲000000000056▲000000176094▲ | - |
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