평판형 안테나 급전구조를 이용한 원형편파용 도파관 배열안테나 설계

정영배,Jung, Young-Bae 한국전기전자학회 2013 전기전자학회논문지 Vol.17 No.2

본 논문에서는 새로운 Ka-대역 혼 배열안테나를 제안한다. 제안된 배열구조의 소자안테나는 평판형 마이크로스트립 안테나와 사각형 혼의 두 개 부분으로 구성되며, 평판형 안테나는 원형편파를 위한 모서리가 절단된 평판형 패치구조를 갖는다. 이러한 평판한 패치안테나는 혼에 신호전력을 여기시키기 위한 급전부와 급전된 신호전력을 원형편파로 바꾸는 일종의 편파기 역할을 수행함으로써 도파관 안테나의 크기를 소형활 할 수 있다는 장점을 갖는다. 제안된 혼 안테나 구조를 이용하여, $0.9{\lambda}_0$의 배열간격을 갖는 $1{\times}8$ 배열안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 단일 혼 안테나는 8dBi의 이득과 3dB 기준으로 4.9%의 축비대역폭을 가지며, $1{\times}8$ 배열안테나는 14dBi의 이득과 8.2%의 축비대역폭을 갖는다. This paper presents the novel design of circular polarized Ka-band horn array antenna. The element antenna of the arrya is composed of two parts, microstrip patch and square horn, and the microstrip patch is fed by corner truncated microstrip patch for circular polarization. The patch antenna has the role of a feeder and polarizer of the horn, thus the whole size of the horn antennae can be considerably reduced. The $1{\times}8$ horn array was designed and fabricated by the spacing of $0.9{\lambda}_0$ among the element horn. The element horn has typical gain of 8dBi and axial-ratio bandwidth of 4.9% at 3dB, and the minimum gain and axial-ratio bandwithd of the array is 14dBi and 8.2%.

E/H 평면 방사 패턴 대칭성 향상을 위해 개구면이 변형된 원형 이중 모드 혼 안테나

김재식(Jae Sik Kim),윤지환(Ji Hwan Yoon),윤영중(Young Joong Yoon),이우상(Woo-Sang Lee),소준호(Joon-Ho So) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.5

본 논문에서는 개구면이 큰 기존 원형 이중 모드 혼의 E/H 평면 방사 패턴 대칭성 향상을 위한 변형된 개구면을 갖는 원형 이중 모드 혼을 제안한다. 제안된 안테나는 급전부, 모드 발생부, 위상정합부로 구성되며, 이 중위상정합부의 원형 개구면은 E/H 평면의 방사 패턴 대칭성 향상을 위해 타원형 혹은 직사각형으로 변이된 형상을 갖는다. 제안된 안테나와 기존 원형 이중 모드 혼의 성능 비교를 위해 15 ㎓에서 동작하는 기존 원형 이중모드 혼과 직사각형 개구면을 갖는 원형 이중 모드 혼을 제작하고 분석하였다. 측정 결과, f/d 비가 1인 반사판 안테나의 최대 개구 효율을 위한 급전 혼의 빔 폭인 ?11 ㏈ 빔 폭(53°) 내에서 기존 원형 이중 모드 혼의 경우 3.394 ㏈의 E/H 평면 방사 패턴 차이를 갖는 반면, 제안된 안테나는 오직 0.539 ㏈ 차이를 가진다. In this paper, a circular dual mode horn with modified aperture is proposed to improve a E/H-plane radiation pattern symmetry of a conventional oversized circular dual mode horn. The proposed antenna consists of a feeding section, a mode generation section and a phase matching section which has aperture shape transition from circle to ellipse or rectangle to improve a E/H-plane radiation pattern symmetry. To compare the performances between the proposed antenna and the convenional circular dual mode horn, the conventional circular dual mode horn and the proposed circular dual mode horn with rectangular aperture are fabricated and researched at 15 ㎓. The measured results show that the conventional circular dual mode horn has 3.394 ㏈ difference while the proposed antenna has only 0.539 ㏈ difference between E and H-plane radiation patterns within the ?11 ㏈ beamwidth(53°) which is required beamwidth of the feed horn for the maximum aperture efficiency where f/d ratio of reflector antenna is 1.

유전자 알고리즘을 이용한 광대역 TEM 혼 안테나 설계

나영선,추호성,이주광,강진섭,Na, Young-Sun,Choo, Ho-Sung,Lee, Joo-Gwang,Kang, Jin-Seob 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.4

본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 시간 영역 측정에 사용할 광대역 TEM 혼 안테나를 개발하였다. 안테나 개발에 고려된 설계 목표로는 $2{\sim}10\;GHz$의 주파수 영역에서 -10 dB 이하(VSWR<2)의 입력단 반사 손실과, 대역폭 내에서 높은 복사 이득 그리고 낮은 이득 편차이다. 또한 TEM 혼 안테나의 전체 크기를 줄이며 휴대가 용이하도록 하기 위해 안테나 본체와 급전부를 연결할 광대역의 balun을 설계하였다. 제작된 TEM 혼 안테나의 주파수 영역 측정 결과 $2{\sim}10\;GHz$에서 -10 dB 반사 손실을 만족하며, 기존의 삼각 플레이트 형태의 TEM 혼 안테나와 비교하였을 때 그 부피가 80 % 감소하였다. 안테나의 broadside 이득 값은 $2{\sim}10\;GHz$ 대역에서 12 dBi 기준으로 이득 편차가 6 dB 이하를 만족한다. 안테나의 시간 영역 측정 결과 group delay의 변화폭은 0.4 ns 이하를 만족하며, 펄스 측정시 송신과 수신 신호의 상승 시간은 각각 58.5 ps와 66.5 ps로 대략 10 % 이내의 변화를 보였다. In this paper, we propose a broadband TEM horn antenna optimized using a genetic algorithm. The characteristics required for the TEM horn are the broad matching bandwidth from 2 GHz to 10 GHz and high gain in broadside with a small gain deviation within that bandwidth. In addition, a broadband balun is designed to improve the portability and to reduce the total size of the antenna. The measured return loss of the proposed TEM horn with the broadband balun is less than -10 dB(VSWR<2) from 2 GHz to 10 GHz. Compared to a conventional triangular type TEM horn, the proposed antenna shows about 80 % reduced volume and gives the broadside gain about 12 dBi with a gain deviation less than 6 dB from 2 GHz to 10 GHz. The time domain measurement shows less than 0.4 ns group delay and the pulse measurement using the transmitting signal with the rising time of 58.5 ps shows the received pulse with the rising time of 66.5 ps, which is less than 10 % rising time variation.

가변 커버리지를 갖는 위성 관제용 접이식 헬리콘 반사체 안테나 성능 연구

이상민(Sang-Min Lee),이우경(Woo-Kyung Lee) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.9

헬릭스 안테나는 관제, 관측, 탐사, 통신 위성 등에서 관제(TT&C), 데이터 통신, GPS 수신 시스템, 전술 시스템으로 활용되고 있다. 위성의 Z축에서 최대 지향성과 방사 특성을 갖는 헬릭스는 광대역의 임피던스와 통신커버리지 대역을 제공할 수 있다. 도파관 혼 구조는 흔히 레이다 분야에 이용되는데, 지반 탐사 레이다 및 전자파 장애 측정 등 초 광대역 펄스를 필요로 하는 곳에 사용된다. 또한 크기가 비교적 작고, 적은 방사 왜곡으로 인한 고효율과 낮은 반사 특성을 갖는 장점이 있다. 본 논문에서는 고용량의 데이터를 전송하여 넓은 주파수 대역폭을 사용하는 통신 및 원격 탐사 위성에 적합한 도파관 혼-헬릭스 결합 안테나를 설계한다. 설계된 변형구조 안테나는 S 밴드에서 가변 빔 스캐닝 모드를 갖는 혼-헬릭스 결합 헬리콘 구조로 관제, 탐사, 고속 데이터 통신용 등의 다기능 안테나로 동작한다. 도파관 혼은 테이퍼된 헬릭스를 감싸는 접이식 반사체로 설계하여 구조물의 소형화를 유도한다. 현재 개발 중인 차세대 다목적 실용위성에서는 고성능의 탑재체를 활용하기 때문에 정밀하고 안정된 위성 자세 제어 능력을 요구하고, 위성 안테나의 지향성 요구 조건이 강화된다. 이를 위해 설계된 안테나의 위성 초기 배치에 따른 링크 분석을 통해 위성체의 자세 및 운용 모드에 따라 다른 결과를 갖는 빔 스캐닝을 산출하고 각 모드에서의 자료 전송률에 대해 연구한다. Helix antennas have been widely applied to satellite TT&C, data communication and GPS receiver systems onboard military, remote sensing and communication purpose satellites. The helix antennas are known to be convenient to control impedance and radiation coverage characteristics with a maximum directivity in satellite z-axis. Waveguide horn is commonly used for radar system that needs ultra-wideband pulse for exploration ground radar and electromagnetic disability measurement etc. It has high efficiency and low reflection characteristics provided by the low-profile shape and suppressed radiation distortion. In this paper, a waveguide horn structure incorporated with helix antenna design is proposed for satellite applications that require ultra-wideband pulse radar and high rate RF data communication link to ground station over wide coverage area. The main design concern is to synthesize variable beam forming pattern based on modified horn-helix combination helicone structure such that multi-mission antenna is implemented applicable for TT&C, earth observation, high data rate transmission. Waveguide horn helps to reduce the overall antenna structure size by introduction fold type reflector connected to the tapered helix antenna. The next generation KOMPSAT satellite currently under development requires high-performance precision attitude control system. We present an initial design of a hybrid horn-helix antenna structure suitable for efficient RF communication module design of multi-purpose satellite systems.

4×4 배열 합성 혼 안테나 및 고출력 마그네트론에 의한 방사전력 측정

고동옥,신재윤,우종명 한국ITS학회 2016 한국ITS학회논문지 Vol.15 No.5

본 논문에서는 배열 합성 혼 안테나를 설계하고 고출력 마그네트론을 연결하여 방사전력을 측정하였다. 제안된 안테나는 4×4 배열 합성 혼 안테나 특성을 바탕으로 후방 방사를 억제시키기 위해 합성 혼 개구면 상, 하단에 2단 단락구조물을 부착하여 빔폭 E-plane 8.86°, H-plane 7.35°, 전후방비 39.7 dB를 얻었다. 또한 배열된 마그네트론을 이용한 배열 혼안테나의 방사전력을 측정하기 위하여 도파관 어댑터를 설계하여 마그네트론과 혼 안테나를 연결 시켰고 고출력의 파워를 측정하기 위해 중간단에 에어갭을 넣은 마이크로스트립 라인 커플러를 설계하였다. 4×4 배열 합성 혼 안테나의 중앙에 4개의 마그네트론을 연결하여 측정한 결과 평균 방사 출력 0.063 W를 얻었다. In this paper, the array synthesis horn antenna was designed and measured a radiation power after connecting magnetron. The proposed antenna was designed on the basis of the 4×4 array synthesis horn antenna characteristics. For suppressing a back-lobe, 2 step short-stub structures were attached to synthesis horn aperture upper and lower. The designed antenna has FBR(Front to Back Ratio) of 39.7 dB. HPBW(Half Power Beam Width) of the E-plane and the H-plane are 8.86°and 7.35° each in the measurement. For measuring a radiation power of array antenna that use a magnetron, the waveguide adaptor was designed and connected magnetron with horn antenna. Also, microstrip line coupler that replace a dielectric material with an air gap was designed for measuring a high power. As a result, average radiation output power of the 4×4 array synthesis horn antenna that connect a four magnetrons had a 0.063W.

Ka-band 대역의 급전 혼과 카셋그레인 안테나 개발

안승범,추호성,강진섭,Ahn, Seung-Beom,Choo, Ho-Sung,Kang, Jin-Seob 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.8

본 논문에서는 Ka-band에서 동작하는 스칼라 급전 혼을 가진 카셋그레인 안테나를 개발하였다. 카셋그레인 안테나의 효과적인 EM 시뮬레이션을 위해 계산된 급전 혼의 근거리장을 표면 등가 이론을 이용하여 카셋그레인의 등가 전원으로 사용하였다. 급전 혼은 $HE_{11}$ 모드로 동작하는 주름 원형 혼 안테나를 사용하였으며, 카셋그레인의 주 부경 각도 및 급전 중심점을 안테나 효율이 최대가 되도록 설계하였다. 제안된 급전 혼 안테나는 33 GHz에서 19 dBi 이득을 보이며, 부엽의 크기는 -25dB 이하, $20^{\circ}$의 반전력 빔 폭을 가졌다. 카셋그레인 안테나는 33GHz에서 41 dBi 이득을 가져 60%의 안테나 효율을 보이며 부엽기 크기는 -20dB 이하, $1.2^{\circ}$의 반전력 빔 폭을 보였다. In this paper, we propose a Cassegrain antenna with a scalar feed horn opt rating in Ka-band. For an effective EM simulation of the Cassegrain antenna, the near-field of the feed hone is used ai the equivalent source of the Cassegrain antenna using the surface equivalent theorem. A corrugated circular horn operating with $HE_{11}$ mode is used as the feed horn. The angle and feed center of the main and sub reflectors are optimized to achieve maximum antenna efficiency. The designed feed horn shows the gain of 19dBi, the side-lobe level of less than -25dB and the half power beam width of $20^{\circ}$ at 33 GHz. The Cassegrain antenna shows the gain of 41dBi, the efficiency of 60%, the side-lobe level of less than -20dB and the half power beam width of $1.2^{\circ}$.

혼 반사기를 적용한 UAV용 패치배열 안테나 설계

김성훈 ( Seong-hun Kim ),고지환 ( Ji-hwan Ko ) 한국항행학회 2023 韓國航行學會論文誌 Vol.27 No.6

본 논문에서는 패치배열안테나에 혼 형상의 반사기를 적용하여 넓은 빔 폭을 형성하는 안테나를 연구하였다. 넓은 빔 폭을 구현하기 위해 정사각형 마이크로스트립 기판 상의 4개 방면에 3개의 패치들을 각각 배열하였고, 배열안테나 후방에 혼(Horn) 형상의 반사기를 각각 적용하였다. 이 구조를 통해 패치로부터 형성 된 수직 빔 패턴이 사선 방향으로 변환되었고 결과적으로 네개의 섹터에서 형성된 각각의 빔 폭이 더해져서 반구형에 가까운 넓은 빔 폭을 만들 수 있었다. 제안된 안테나는 UAV(unmanned aerial vehicle)에 적용하기 위해 연구되었고 모의시험결과, 4.5 dBi 빔 폭이 146.8°임을 확인하였다. In this paper, we studied an antenna that forms a wide beam width by applying a horn-shaped reflector to a patch array antenna. To implement a wide beam width, three patches were arranged in each of the four directions on a square microstrip substrate, and a horn-shaped reflector was applied to the rear of the array antenna. Through this structure, the vertical beam pattern formed from the patch was converted to a diagonal direction, and as a result, the beam widths formed in each of the four sectors were added to create a wide beam width close to a hemisphere. The proposed antenna was studied for application to UAV(unmanned aerial vehicle), and the simulation test results confirmed that the 4.5 dBi beam width was 146.8°.

All-Textile Corrugated Ground SIW Horn Antenna for Millimeter-Wave WBAN Applications

Seongkyu Lee,Jaehoon Choi 한국전자파학회JEES 2019 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.19 No.4

An all-textile H-plane substrate integrated waveguide (SIW) horn antenna for millimeter-wave wireless body area network applications is proposed. A coaxially fed SIW H-plane horn is designed for radiation toward a human body surface. To reduce the radiation to a human body and simultaneously increase the radiation to the human body surface, an extended corrugated ground is attached in front of the aperture of a horn. All components are made of textile materials. The simulated 10 ㏈ return loss bandwidth is 2,400 ㎒ (26.7–29.1 ㎓), which covers a potential candidate frequency band for 5G communication. The simulated and measured results show that the proposed antenna has a directional radiation pattern toward the body surface and a low power density below the antenna.

Design of Waveguide Pyramidal Horn Antenna Using Microstrip Patch-Fed for Millimeter-wave Applications

박동희 아이씨티플랫폼학회 2016 JOURNAL OF PLATFORM TECHNOLOGY Vol.4 No.4

Recently, radar technology to support safe driving is one of the sectors receiving a lot of attention for auto-navigation system of a vehicle. The adaptive cruise control (ACC) radar in W-band belongs to long range radar (LRR). In particular, the waveguide pyramidal horn antenna has advantages to achieve high gain and low VSWR in the millimeter-wave band because it is commonly simple structure. In this paper, a patch antenna was selected as a waveguide excitation for the horn antenna. In the millimeter wave band, the patch antenna is suitable for integration. As a result, this paper suggests the possibility of designing horn antennas for automotive radar systems in the millimeter wave band.

Comparison of Antenna Parameters of R-/S-Band Standard Gain Horn Antennas

Jeong-Il Park,Jeong-Hwan Kim,Jin-Seob Kang 한국전자파학회JEES 2015 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.15 No.4

A comparison of the antenna parameters for R-band (1.7?2.6 GHz) and S-band (2.6?3.95 GHz) standard gain horn antennas has been performed by the Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), together with seven domestic participants from private companies and public institutions. Its purpose, as a proficiency test program of the ‘Antenna Measurement Club’ of KRISS, was to check equivalences in antenna parameter measurements between KRISS and the participants, particularly in the R-/S-band, to support antenna manufacturers and end users in Korea. The measurement parameters of this comparison are the power gain, radiation pattern, and reflection coefficient of the traveling standards for R-/S-band pyramidal standard gain horn antennas. The comparison used a gain comparison method and an extrapolation method to measure the power gain of the two traveling standards; the radiation patterns were measured in the far-field region of the transmitting and receiving antennas.