부분적으로 페라이트 재질을 갖는 접지면상에서 모노폴안테나의 FDTD 해석

임계재,Lim Gye Jae 한국자원리싸이클링학회 2003 資源 리싸이클링 Vol.12 No.6

휴대폰 안테나로부터의 전자파 인체영향을 저감시키기 위해, 접지면으로 작용하는 휴대폰 본체표면에 부분적으로 페라이트 재질을 부가하여 인체두부 방향으로의 복사 전기장세기를 저감시켰다. 페라이트의 재질특성(유전율, 투자율, 도전율)이 주어졌을 때, 구조(두께, 부가부위)의 변화에 따른 영향을 모노폴안테나 모형에 적용함으로써 1.7 GHz 대역 PCS 휴대폰 설계시 인체영향을 최소화할 수 있는 방향을 제시할 수 있었다. 해석방법으로는 물질의 유전을 및 도전율, 투자율 특성을 고려한 FDTD 수치해석 방법을 사용하였다. For the reduction of electromagnetic biological effects from cellular phones, the electrical field radiation from cellular phone antenna is reduced by using partial ferrite material added on the phone case as ground plane. On the given properties (permittivity, permeability and conductivity) of ferrite material, the characteristics of monopole antenna is analysed depending on the variation of ferrite added configuration(thickness and shape). According to this analysis, the design method and direction to minimize the biological effects to human head is proposed in 1.7 GHz band PCS phones. For the exact analysis involving the permittivity, per-meability and conductivity of ferrite material, FDTD numerical method is used.

접힌 구조의 UWB 원형 모노폴 안테나의 특성 연구

임계재,유영태,Lim, Gye-Jae,Yoo, Young-Tae 한국정보전자통신기술학회 2015 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.8 No.2

In this paper, the performance variation of a planar circular monopole antenna is studied, when this antenna is fabricated to film type and installed in the space between case and PCB of UWB terminal. When the circular monopole part has the 'ㄷ' folded structure, the input impedance and return loss, bandwidth, radiation pattern of this antenna are simulated and measured. Then the performance variation is compared with conventional planar antenna. As the results, the folded type circular antenna is usable as a intenna of UWB communication terminal, because of the good return loss and radiation pattern performance in the 2.6 - 12 GHz including the UWB frequency band. 본 논문에서는 평면형 원형 모노폴 안테나를 필름형으로 설계하여 UWB 단말기의 내장형 안테나로 사용하는 경우에 좁은 틈새에서 접혀진 구조로 장착되었을 때, 안테나의 성능 변화에 대해 연구하였다. 원형 모노폴 부분을 'ㄷ' 자 대칭 구조로 접었을 때, 입력 임피던스 및 반사계수, 주파수 대역폭, 복사패턴의 변화를 시뮬레이션하고 측정하여 기존의 경우와 성능 변화를 비교하였다. 연구 결과, 접힌 구조의 UWB 원형 모노폴 안테나는 UWB 주파수 대역을 포함하는 2.6 - 12 GHz에서 양호한 반산계수 및 복사 성능을 보이고 있기 때문에 UWB 통신용 단말기의 내장형 안테나로 사용 가능함을 확인할 수 있었다.

Development of a Vertical polarized Leaky-wave Waveguide Slot Array Antenna for Receiving the Ku-band Direct Broadcasting Satellite Signals

임계재,Lim, Gye-Jae Korea Society of Satellite Technology 2007 한국위성정보통신학회논문지 Vol.2 No.2

위성방송수신 및 위성 양방향 인터넷, VSAT 등의 위성통신서비스를 차량 이동 시에도 이용할 수 있기 위해서는 차량에 탑재하기 용이하도록 소형이며 높이가 낮은 안테나 구조가 요구된다. 또한 중위도 지역에서 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ku 밴드의 위성통신용으로 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 배열안테나 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 수직 편파로 동작하는 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였다. 16개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 30 dBi 이었으며, 빔폭은 4.9도, 사이드로브 레벨은 -20 dB 이하, 중심주파수에서 빔틸트 각도는 45도를 얻었다. 급전선로는 도파관의 병렬급전 방식으로 설계하여 광대역, 저손실 특성을 얻을 수 있었다. Small size and low profile antenna for mobile vehicular-top-mounted is needed in satellite communication services such as DBS, Satellite Internet and VSAT. In middle latitudes, the development of an array antenna which has the conformal, low profile and 45 degree beam tilted configuration, and has the high gain with sharp beamwidth, low sidelobe and low loss is required for Ku-band satellite communication. In this paper, in order to meet with these performances, an array antenna consisting of the vertical polarized waveguide longitudinal slots based on the leaky-wave mode of traveling wave antenna is proposed. An array antenna consisting of 16 leaky-wave elements is showing 30 dBi of gain, 4.9 degree of beamwidth, below than -20 dB of sidelobe level, 45 degree of beam tilt angle in center frequency. Feed network designed by waveguide cooperated feed shows good performance of wideband and low loss.

전자파 차폐성능 향성을 위한 건축용 블록의 형상 연구

임계재(Lim, Gye-Jae) 한국정보전자통신기술학회 2012 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.5 No.4

본 연구에서는 콘크리트로 제조된 블록이나 타일의 형상을 변형하여 이동통신 및 ETC 주파수 대역에서 우수한 전자파 차폐 성능을 최대화할 수 있는 방안을 제안하였다. 측정 결과, 최적 설계된 블록의 형상은 약 30 dB의 차폐 성능을 나타내어 전자파 인체 안전성이나 전자파 간섭 문제의 대책 제품으로 사용 가능할 것이다. In this paper, we proposed the modified block structures with enhanced electromagnetic shielding properties for mobie communications and ETC frequency bands. As the result of measurement, this block structure with optimized design has the shielding properties of 30 dB, and can be used for electromagnetic safety and EMI.

PBG 구조 성능 해석을 위한 주기경계조건의 FDTD 적용연구

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2010 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.3 No.2

PBG 구조의 메타물질 설계시 패턴 형태와 배열 구조에 따른 금지대역(bandgap)을 정확하게 설계하기 어려운 문제가 있다. 본 논문에서는 2차원 배열구조로 어떤 모양의 패턴에 대해서도 빠르고 정확하게 원하는 금지대역을 설계할 수 있는 방법을 제안한다. 2차원 평면상의 메타물질 구조는 주기배열로 이루어져 있기 때문에 FDTD 수치해석 방법에 주기경계조건을 부여함으로서 계산영역을 줄였다. 또한 각 패턴이 갖는 L, C 값을 2차원적으로 고려하여 계산하였기 때문에 보다 정확한 설계가 가능하였다. 5GHz 대역에서 정사각형 패턴을 갖는 메타물질을 설계하여 기존의 마이크로스트립 선로를 이용한 1차원 메타물질 해석 값과 비교하였을 때 정확도가 평균적으로 14.7% 향상됨을 확인할 수 있었다. It is difficult to design accurately the bandgap of metamaterial depending on metamaterial pattern and array configuration. In this paper, we propose a design method for the wanted bandgap frequency using any metamaterial pattern in 2 dimensional array. Metamaterial structure is consisted of periodic array. Therefore the calculation area in FDTD(finite difference time domain) method can be reduced by applying the periodic boundary condition to 2-D metamaterial array. The method for design and calculation the L and C values by using 2-D is also considered. So it can be designed more accurately and rapidly. For example, we designed metamaterial square pattern array in 5 GHz, and compared with the 1-D metamaterial pattern using analysis method in microstrip line. As a result, we found that the accuracy of this proposed method can be incresed to 14.7%.

위성방송 수신용 소형 반사면 안테나의 절단 크기에 따른 성능지수의 분석

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2013 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.6 No.3

본 논문은 위성방송 수신용 소형 파라볼라 안테나의 높이를 보다 낮추기 위하여 반사면의 상하 부분을 부분적으로 절단하였을 때 나타나는 spill-over 의 증가로 인한 성능지수의 저하를 분석하였다. 또한 안테나를 고도각 0도부터 60도까지 트래킹하는 경우에 측엽과 후엽이 받는 대지면 열잡음의 증가로 인한 잡음온도의 영향을 고려하고, LNA 의 잡음지수로 인한 총 잡음온도의 증가 영향을 고려하여 성능지수 값을 시뮬레이션하여 그 결과를 분석하였다. 분석 결과, 원형 파라볼라의 반사면 상하부분을 35% 절단하였을 때, 잡음온도는 약 15K 정도 증가하였으며, G/T 비는 2.5dB 정도 저하하였다. In this paper, the reduction of the figure of merit depending on the increased spill-over when the parabolic reflector is cut off partially for low-profile configuration in the satellite broadcast receiving antenna is analyzed. Also for the accurate analysis and simulation, it is considered that the noise temperature is increased due to the effect of ground thermal noise toword the sidelobes and back lobes when the antenna is tracked from to in elevation angle, and that the total noise temperature is increased because to the noise figure of LNA. As the results, noise temperature is increased up to about 15K and G/T ratio is decreased to about 2.5dB, when the reflector is cut 35% off partially.

기지국 배열안테나의 근역장 프로빙 방법의 개발

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2009 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.2 No.1

기지국 배열안테나의 근역장 프로빙을 통해 원역장 성능을 평가하기 위해 반사판을 갖는 다이폴 배열 안테나와 프로브 사이 높이에 따른 상호 간의 영향을 분석하였다. 기본 개념은 기지국 배열 안테나의 입력단들과 프로브의 입력 port P 에 대한 근역장에서의 상호 높이를 변화시키며 S 파라미터 측정값을 분석하여 상호결합 효과가 가장 적으면서 프로빙 효율이 높은 위치를 결정하는 것이다. 그리고 여기서 얻어진 높이는 기지국 배열안테나의 정밀한 원역장 성능을 구하기 위한 근역장 프로빙 시스템 설계에 적용 가능할 것이다. For the evaluation of far-field performance by using the near-field probing on the base station dipole array antenna, the effects of mutual coupling depending on the heights between the array antenna with reflector and the probe were analyzed. When the height is varied in the near-field region, S parameters on the input ports of antenna and probe are measured and analyzed to decide the height for the minimum mutual coupling effect and the maximum probing efficiency. This height will be applicable to the near-field probing system design to achieve the precision far-field performance of a base station array antenna system.

위성통신용 슬롯배열 누설파 안테나의 패턴 개선

임계재(Lim, Gye-Jae),박종서(Park, Jong-Seo) 한국정보전자통신기술학회 2009 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.2 No.2

위성방송수신 및 위성 양방향 인터넷, VSAT 등의 위성통신서비스를 차량 이동시에도 이용할 수 있기 위해서는 차량에 탑재하기 용이하도록 소형이며 높이가 낮은 안테나 구조가 요구된다. 또한 중위도 지역에서 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ka 밴드의 위성통신용으로 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 배열안테나 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였으며, 특히 슬롯 배열들 각각의 폭을 조절하여 복사 전력을 제어함으로써 복사 패턴의 사이드로브 레벨을 저감시켰다. 32개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 34 dBi 였으며, 빔폭은 3.6도, 사이드로브 레벨은 -25 dB 이하로 기존의 경우보다 약 8 dB 의 저감 개선효과를 얻었다. 중심주파수 20.0 GHz에서 빔틸트 각도는 43도를 얻었다. 급전선로는 도파관의 코퍼레이트 급전방식으로 설계하여 광대역, 저손실 특성을 얻을 수 있었다. Small size and low profile antenna for mobile vehicular-top-mounted is needed in satellite communication services such as DBS, Satellite Internet and VSAT. In middle latitudes, the development of an array antenna which has the conformal, low profile and 45 degree beam tilted configuration, and has the high gain with sharp beamwidth, low sidelobe and low loss is required for Ka band satellite communication. In this paper, in order to meet with these performances, an array antenna consisting of the vertical polarized waveguide longitudinal slots based on the leaky-wave mode of traveling wave antenna is proposed. Especially, for the lower sidelobe level the radiation power control using a design method of the different slot width is proposed. An array antenna consisting of 32 leakywave elements is showing 34.4 dBi of gain, 3.6 degree of beamwidth, below than -25 dB of sidelobe level, 43 degree of beam tilt angle in center frequency 20.0 GHz. Feed network designed by waveguide cooperated feed shows good performance of wideband and low loss.

평면형 초광대역 모노폴 안테나의 접지 영향 연구

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2013 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.6 No.3

원형 구조를 갖는 평면 모노폴 UWB 안테나에서 접지면의 구조와 크기에 따른 입력 반사계수 특성의 변화를 연구하고, UWB 안테나가 장착되는 응용 기기에 따른 최적 접지면 구조와 크기를 제시하였다. 기준이 되는 원형 모노폴 안테나를 UWB 주파수 대역에서 동작하도록 반경 R 을 설계하였으며, 이 원형 모노폴을 수평면 접지 구조의 중심점에 올리고 시뮬레이션과 측정을 수행하여 양호한 결과를 얻었다. 연구 결과, 원형 모노폴의 반경이 작을 때 접지면의 적정 크기와 모노폴의 반경이 클 때 접지면의 최소 크기를 규정할 수 있었다. The variation of S11 depending on the ground sizes of circular planar monopole UWB antenna was studied. And optimal ground structure and size in UWB application devices are proposed. Radius R of circular monopole UWB antenna as a reference antenna was designed for UWB frequency band, and the measured results of this antenna on the horizontal ground plane was good agreed with the simulated results. When radius R is small, optimal size of ground plane is proposed, and when radius R is more large, minimum size of ground plane is proposed.

Ka-band 위성통신 up-link 용 평면형 빔틸트 안테나의 설계

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2012 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.5 No.3

중위도 지역에서는 위성통신용 파라볼라 안테나를 45도 정도로 기울여 설치해야 된다는 문제점 때문에 이를 대치하기 위한 평면형 안테나의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, Ka band를 이용한 위성통신이 활발해지면서 VSAT 용 평면형 안테나의 개발 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ka 밴드의 위성통신용으로 30GHz 대역에서 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 평면배열 안테나를 설계하였다. 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 수직편파 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였으며, 특히 슬롯 배열들 각각의 폭을 조절하여 복사 전력을 제어함으로써 복사 패턴의 사이드로브 레벨을 저감시켰다. 32개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 35.16 dBi 였으며, 빔폭은 2.5도, 사이드로브 레벨은 -30 dB 이하, 중심주파수 30.0 GHz 에서 빔틸트 각도는 45도를 얻었다. Because the installation problem of parabola antenna that is tilted to 45 degree when this antenna is installed at the area of middle latitude, the study on planar antenna in place of parabola antenna is made rapid progess. Especially, The development of the planar antenna for VSAT is needed depending on the increased Ka-band satellite communications. In this paper, in order to meet with these performances, an array antenna consisting of the vertical polarized waveguide longitudinal slots based on the leaky-wave mode of traveling wave antenna is proposed. Especially, for the lower sidelobe level, the design method of the radiation power distribution control using the different slot widths is proposed. An array antenna consisting of 32 leakywave waveguide antennas is showing 35.16 dBi of gain, 2.5 degree of beamwidth at azimuth, below than -30 dB of sidelobe level, 45.8 degree of beam tilt angle in center frequency 30.2 GHz.