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이 원편 모노펄스 피드 설계

Design of a Dual Circularly Polarized Monopulse Feed

최순우, 안병철*

Swoon-woo Choi, Bierng-Chearl Ahn

충북 학교 자정보 학 통신공학

Department of Radio and Communications, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk, Korea

Abstract This paper presents a dual circularly polarized monopulse feed operating at the newly assigned C-band (5.09-5.15GHz) for remote sensing, tracking and command. The proposed antenna consists of five printed crossed dipoles, rectangular cavities, and a circular ground plane. The proposed antenna employs a printed structure for easy impedance matching and good manufacturability. Rectangular cavities are used to improve the gain and axial ratio patterns and to reduce mutual coupling between crossed dipoles. The proposed antenna has a reflection coefficient of less than -10dB at 4.8-5.4GHz. The sum pattern has a maximum gain of 7.6dBic, a minimum axial ratio of 0.5dB and a maximum axial ratio of 4.5dB over -64 to +64 degrees. The elevation difference pattern has a maximum gain of 12dBic, a null depth of -53dBic, a minimum axial ratio of 0.5dB and a maximum axial ratio of 6dB. The azimuth difference pattern has characteristics similar to those of the elevation pattern.

Keywords: dual circular polarization, monopulse feed, crossed dipole, tracking antenna

요 약

본 논문에서는 원격측정, 추 통제용으로 새롭게 할당된 C(5.09-5.15GHz) 역에서 동작하는 이 원편 모노펄스

피드를 제안하 다. 제안된 안테나는 5개의 인쇄형 교차다이폴과 사각 속공동, 원형 지 으로 구성된다. 배열된 5개의

교차 다이폴은 임피던스 정합이 용이하고 제작성이 좋은 인쇄형 구조를 용하 다. 한 피드의 이득 축비 패턴을 개선

하고 교차 다이폴간의 간섭을 이기 하여 사각 속공동을 사용하 다. 본 문에서 설계된 안테나는 4.8-5.4GHz에서

–10dB이하의 반사계수를 갖는다. 한 합 패턴의 경우 -64도에서 +64도 범 에서 최 이득 7.6dBic, 최소 축비 0.5dB,

최 축비 4.5dB의 특성을 가지며 고각방향 차 패턴의 경우 12dBic 의 최 이득, -53dBic의 깊이, 0.5dB의 최소

축비, 6dB의 최 축비 특성을 가진다. 방 각 방향 차 패턴은 고각 방향 차 패턴과 유사한 특성을 가진다.

Keywords: 이 원편 , 모노펄스 피드, 교차 다이폴, 추 안테나

1. 서 론

기존의 원격측정, 추 통제용으로 사용되던 S- 역

(2.2-2.4GHz) 주 수 이용이 증가함에 따라 다수 사용

자에 따른 신호 간섭문제가 증가되고 있다. 이를 해결하

기 해 새롭게 할당된 C- 역(5.09-5.15GHz) 주 수

가 원격측정, 추 통제용으로 할당되어 이의 활용이

증가하고 있다[1].

원격측정, 추 통제용 안테나의 방식으로는 원추형

스캔, 모노펄스가 주로 사용 된다. 본 논문에서는 높은 안

정성과 정확성을 갖으며[2][3] 선형편 와 두 개의 원편

를 모두 수진할 수 있는 이 원편 모노펄스 추 방

식의 안테나를 제안하 다[4].

* 교신 자 : bician@cbnu.ac.kr

본 논문에서는 교차다이폴, 사각 속 공동, 원형 지

으로 구성된 이 원편 특성을 갖는 모노펄스 피드의

구조와 계산 결과를 제시하 다.

2. 안테나 설계 결과

그림 1은 이 원편 모노펄스 피드의 구성도이다. 이

원편 모노펄스 피드는 90° 하이 리드 커 러(QH)

와 QH를 이용한 합성회로, 력합성기(P/D), 트래킹 커

러로 구성 되어있다. 본 논문에서는 5 개의 교차다이폴

이후 QH와 합성회로를 통과한 합(∑)채 과 차(∆)채

의 계산결과를 제시하 다.

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그림 1. 이 원편 모노펄스 피드 구성도

그림 2는 본 논문에서 설계한 안테나 구조이다. 제안된

안테나는 5 개의 인쇄형 교차다이폴과 원형 지 , 사각

속 공동으로 구성되어있다.

그림 2. 제안된 안테나 구조

5 개의 교차다이폴은 원편 특성을 가지며 원형 지

앙의 교차 다이폴은 합채 패턴을 형성하고 주변에

있는 4 개의 교차다이폴은 방 각, 고각 방향 차패턴을

형성한다. 교차다이폴의 은 SMA 커넥터로 이루어진

다. 각 소자간의 격리도와 방사 특성을 개선하기 하여

사각 속 공동을 설치하 다.

표1은 본 논문에서 제안된 모노펄스 피드의 목표 설계

규격이다. 안테나는 CST 사의 MicrowaveStudioTM 를

이용하여 설계하 다.

표 1. 제안된 안테나의 목표 설계규격

항 목 설계규격

심 주 수 5.12GHz

반사계수 -10dB

최 이득 6dBic

깊이 -30dBic

역폭 200MHz

그림 3은 본 논문에서 교차다이폴의 구조이다. 설계한

교차다이폴은 Taconic 사의 RF-35 (유 율=3.5, 손실

탄젠트=0.018, 두께=0.76mm) 기 에 인쇄하 으며

방사소자용 수평기 1개와 선로용 수직기 2개로

구성된다. 선로용 수직기 에는 임피던스 정합을

한 스터 를 부착하 으며 뒷면의 발룬 구조를 이용하여

방사소자용 수평기 에 여기되는 류가 동 상을 갖도록

설계하 다.

교차 다이폴

방사 소자

수직기판

결합용 슬롯

(a) 방사소자용 수평기

(b) 선로용 수직기 앞면

(c) 선로용 수직기 뒷면

그림 3. 제안된 교차 다이폴 안테나 구조

그림 4는 사각 속 공동 존재에 따른 합 채 계산 결

과이다. 사각 속 공동이 존재함으로써 이득패턴에서의

리 이 감소하고 축비 빔폭이 증가하는 것을 확인하 다.

이 원편 모노펄스 피드 설계

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(a) 이득 패턴

(b) 축비 패턴그림 4. 사각 속 공동 유무에 따른 합 채 패턴 계산 결과

그림 5는 사각 속 공동 존재에 따른 차 채 계산 결

과이다. 사각 속 공동이 존재함으로써 깊이와 축

비 빔폭이 증가하 다.

(a) 이득 패턴

(b) 축비 패턴

그림 5. 사각 속 공동 유무에 따른 차 채 패턴 계산 결과

그림 6은 최 설계된 안테나의 반사계수 이다. 심주

수 5.12GHz에서 -20dB 이하의 반사계수 특성을 보이

며 -10dB 이하 반사계수 역폭은 600MHz이다.

그림 6. 최 설계된 단락패치 안테나의

S-parameter 계산 결과

(a) 이득 패턴

(b) 축비 패턴그림 7. 최 설계된 합 채 패턴 계산 결과

그림 7은 최 설계된 안테나의 채 이득 축비 패

턴이다. 설계한 안테나의 최 이득은 7.6dBic이고 축비는

최소 0.5dB, 최 4.5dB이다.

다음으로 그림 8은 최 설계된 안테나의 차 채 이득

축비 패턴이다. 차 채 은 고각 방 각 패턴을 모

두 계산하 다. 설계한 안테나의 고각 방향 최 이득은

12dBic, 깊이 -53dBic, 축비는 최소 0.5dB, 최

2.5dB이며, 방 각 방향 최 이득은 12dBic, 깊이

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-60dBic, 축비는 최소 0.5dB, 최 6dB이다.

(a) 이득 패턴

(b) 축비 패턴그림 8. 최 설계된 차 채 패턴 계산 결과

3. 결론

본 논문에서는 이 원편 특성을 갖는 모노펄스 피드

를 설계하 다. 제안된 모노펄스 피드는 합 채 과 차 채

형성을 한 교차다이폴 5개와 방사패턴 개선하고 격

리도를 확보하기 한 사각 속공동으로 구성된다.

설계된 안테나는 심주 수 5.12GHz에서 동작하고

4.8-5.4GHz에서 -10dB이하의 반사계수 역폭을 갖는

다. 한 합 채 의 최 이득 7.6dBic, 최소 축비

0.5dB, 최 축비 4.5dB 특성을 갖는다. 차 채 의 최

이득은 12dBic, 깊이 -53dBic 이하, 최소 축비

0.5dB, 최 축비 6dB이다.

본 논문에서 제안된 이 원편 피드는 새롭게 추가된

C- 역(5.09-5.15GHz)에서 원격측정, 추 통제의

용도로 유용하게 사용될 수 있다고 단된다.

참 고 문 헌

[1] 김인규 외, “항공 이동용 텔 메트리 주 수 배정과 동

향”, 항공우주산업기술동향, 제8권, 제1호, pp.112-117, 2010.

[2] 신한섭, 최지환, 김 오, 김태형, “추 이다의 표

탐지 추 기술 동향,” 항공우주산업기술동향, 제7권, 제1호, pp.113-118, 2009.

[3] S. Sherman, Monopulse Principles and Techniques, Boston, MA, Artech House, 1984.

[4] R. C. Baker, "A circularly polarized feed for an automatic tracking telemetry antenna," IRE Trans. Space Electron. Telem., Vol. 5, No. 3, pp. 103-110, 1957.

자 약 력

최순우

2015년 충북 학교 정보통신공학과 학사

2016년 충북 학교 공학과 석사과정

< 심분야 : 안테나 설계>

안병철

1981년 서울 학교 학사

1983년 한국과학기술원 석사

1992년 University of Mississippi 박사

1986년 (주) 성정 주임연구원

1994년 국방과학연구소 선임연구원

2016년 충북 학교 통신공학과 교수

< 심분야 : 자 응용, 안테나>