본 논문에서는 기계적 조작을 통해 빔을 조향(beam-steering)할 수 있는 슬라이딩 도파관 어레이 안테나를 설계하였다. 이를 통해 선박 또는 항공기에 탑재된 전자식 빔 조향 레이더가 전자기 펄스(EMP) 공격에 취약해지는 것을 감소시킬 수 있다. 설계 주파수는 9.375 GHz이다. 먼저, 제안된 안테나는 슬라이드를 이용해 직사각형 도파관의 길이를 변화시켜 어레이된 도파관 안테나 간 위상차를 조정하도록 설계하였다. 이어서, 안정적인 반사계수 특성을 얻기 위해 최적화된 곡률을 갖는 레지(ridge) 구조를 직사각형 도파관의 개구(aperture)에 부착하였다. 마지막으로, 8개의 직사각형 도파관 안테나와 2개의 더미(dummy) 안테나를 0.8λ(25.6 mm) 간격으로 E-평면 배열하여 빔 폭이 약 8°가 되도록 하였다. 이후 각 도파관의 길이를 조정하여 8°의 빔 폭을 얻었다. 또한 각 안테나의 위상차를 이용하여 안테나 빔을 8° 간격으로 지향할 수 있었다. 제안된 기계적 빔 조향 기술은 레이더 안테나에서 전자식 빔 조향을 대체할 수 있으며, 구조를 EMP 공격에 대해 덜 취약하게 만들 수 있다.

본 연구에서는 저궤도 위성과 지상국 간 통신을 위한 TC&R(telemetry, command, and ranging)용 이중 모드 파동가이드 원편파 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 -10 dB 대역폭과 축비(axial ratio) 대역폭을 모두 요구하였으며, 각각 7.1–7.3 GHz 및 8.0–8.4 GHz에 해당하였다. 안테나는 정방형 도파관(square waveguide) 내부의 스텝드 심(septum)을 설계하여 원편파를 구현하고 축비의 광대역 특성을 확보하였다. 다음으로, 정방형 도파관과 원형 도파관을 결합하여 링크 예산(link budgeting)을 수행하기 위해 이중 모드 합성(dual-mode synthesis) 방법을 적용하였다. 요구 조건은 대칭 -3 dB 빔폭이 39°일 때 공편파(co-polarization) 레벨이 ±76.5°에서 -5 dBic 이상이어야 하며, 교편파(cross-polarization) 레벨은 ±76.5°에서 평균 -15 dBic 이하이어야 한다는 것이었다. 마지막으로, 확장된 원형 도파관의 외측에 부착한 코러게이션(corrugate) 구조를 여러 단계로 오프셋(offset)시켜 교편파의 후엽(back lobe)을 억제하였다. 그 결과, 축비는 요구 주파수 각 대역에서 0°에서 평균 1.8 dB로 유지되었다. 또한 공편파는 7.2 GHz 대역에서 ±76.5°에 대해 평균 -4.52 dBic, 8.2 GHz 대역에서 평균 -5.31 dBic를 나타내었다. 마지막으로 교편파 패턴의 경우 코러게이션 구조에 의해 7.2 GHz에서 후엽 레벨이 9.89 dB 억제되었으며, ±76.5°에서 평균 -19.9 dBic 이하의 값을 얻었다. 제안된 안테나는 대칭 빔폭의 방사 패턴을 가지는 한국 저궤도 위성 TC&R 안테나로서 효과가 확인되었다.

본 연구에서는 전 전반구(total hemisphere) 방향에서 차량 위치 정보를 실시간으로 감지하기 위한 다방향 피라미드형 5-요소 안테나를 설계하였다. 3차원 배치로 천장에 설치된 반전(inverted) F 및 L자형 반전 안테나를 실내 주차장의 천장에 장착하였다. 접지면(ground plane)은 빔을 다섯 가지 서로 다른 방향으로 유도하도록 정사각 피라미드(square pyramid) 형태로 접었으며, 각 빔 방향은 블루투스 시스템으로부터 20–30 m 떨어진 곳에 배치하여 안정적인 인식 거리를 확보하였다. 다방향 안테나의 전체 크기는 70 mm × 70 mm × 30 mm였고, 각 안테나(#1–#4: L자형 반전 안테나, #5: 반전 F 안테나)는 접지면에 대한 broadside 방사 특성을 유지하였다. ISM 대역에서 −10 dB 평균 대역폭은 122 MHz(5%)였으며, 평균 이득은 2.2 dBi였다. 네 개의 L자형 반전 F 안테나는 방위(Azimuth) 방향에서 360도를 감지할 수 있었다. 또한 두 개의 L자형 반전 F 안테나와 하나의 반전 F 안테나가 고도(elevation) 방향의 반구(hemisphere)에서 빔을 형성하였고, 안테나 간 평균 상호 결합(mutual coupling)은 −22.3 dB였다.

본 논문에서는 소형 전자기기에 장착하기에 적합한 초소형 GPS L1 대역(중심 주파수: 1575 MHz, 파장 []: 190 mm) 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 새로 제안된 안테나는 기본적인 λ/2 마이크로스트립 패치 안테나를 λ/4 마이크로스트립 안테나로 변환하였다. 교란 이론을 적용하기 위해 강한 자기장 에너지를 갖는 급전 지점에서 방사 소자의 폭을 좁혔다. 또한 강한 전기장 에너지를 갖는 방사 소자의 개방 단부를 안테나 크기를 줄이기 위해 “ 王 ” 형태로 하향 접었다. 설계된 초소형 마이크로스트립 안테나의 크기는 10 mm (0.05) × 9.5 mm (0.05) × 8.5 mm (0.04)이다. 임피던스 정합을 위해 급전 지점의 위치와 급전선과 단락 스텁(short stub) 사이의 갭을 조정하였다. 제작된 안테나는 1575 MHz의 중심 주파수에서 −17 dB의 성능을 얻었다. 접지면의 크기는 48 mm (0.25 λ) × 50 mm (0.26 λ)인 반면, xz-평면과 xy-평면 모두에서 전방향 방사 특성을 보였으며 평균 이득은 각각 −0.3 및 −1.7 dBi였다. 기본 λ/2 마이크로스트립 패치 안테나와 비교한 결과, 98.9%의 크기 감소 비율을 확보하였다.

본 논문에서는 기계적 조작을 통해 빔을 조향(beam-steering)할 수 있는 슬라이딩 도파관 어레이 안테나를 설계하였다. 이를 통해 선박 또는 항공기에 탑재된 전자식 빔 조향 레이더가 전자기 펄스(EMP) 공격에 취약해지는 것을 감소시킬 수 있다. 설계 주파수는 9.375 GHz이다. 먼저, 제안된 안테나는 슬라이드를 이용해 직사각형 도파관의 길이를 변화시켜 어레이된 도파관 안테나 간 위상차를 조정하도록 설계하였다. 이어서, 안정적인 반사계수 특성을 얻기 위해 최적화된 곡률을 갖는 레지(ridge) 구조를 직사각형 도파관의 개구(aperture)에 부착하였다. 마지막으로, 8개의 직사각형 도파관 안테나와 2개의 더미(dummy) 안테나를 0.8λ(25.6 mm) 간격으로 E-평면 배열하여 빔 폭이 약 8°가 되도록 하였다. 이후 각 도파관의 길이를 조정하여 8°의 빔 폭을 얻었다. 또한 각 안테나의 위상차를 이용하여 안테나 빔을 8° 간격으로 지향할 수 있었다. 제안된 기계적 빔 조향 기술은 레이더 안테나에서 전자식 빔 조향을 대체할 수 있으며, 구조를 EMP 공격에 대해 덜 취약하게 만들 수 있다.

본 연구에서는 저궤도 위성과 지상국 간 통신을 위한 TC&R(telemetry, command, and ranging)용 이중 모드 파동가이드 원편파 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 -10 dB 대역폭과 축비(axial ratio) 대역폭을 모두 요구하였으며, 각각 7.1–7.3 GHz 및 8.0–8.4 GHz에 해당하였다. 안테나는 정방형 도파관(square waveguide) 내부의 스텝드 심(septum)을 설계하여 원편파를 구현하고 축비의 광대역 특성을 확보하였다. 다음으로, 정방형 도파관과 원형 도파관을 결합하여 링크 예산(link budgeting)을 수행하기 위해 이중 모드 합성(dual-mode synthesis) 방법을 적용하였다. 요구 조건은 대칭 -3 dB 빔폭이 39°일 때 공편파(co-polarization) 레벨이 ±76.5°에서 -5 dBic 이상이어야 하며, 교편파(cross-polarization) 레벨은 ±76.5°에서 평균 -15 dBic 이하이어야 한다는 것이었다. 마지막으로, 확장된 원형 도파관의 외측에 부착한 코러게이션(corrugate) 구조를 여러 단계로 오프셋(offset)시켜 교편파의 후엽(back lobe)을 억제하였다. 그 결과, 축비는 요구 주파수 각 대역에서 0°에서 평균 1.8 dB로 유지되었다. 또한 공편파는 7.2 GHz 대역에서 ±76.5°에 대해 평균 -4.52 dBic, 8.2 GHz 대역에서 평균 -5.31 dBic를 나타내었다. 마지막으로 교편파 패턴의 경우 코러게이션 구조에 의해 7.2 GHz에서 후엽 레벨이 9.89 dB 억제되었으며, ±76.5°에서 평균 -19.9 dBic 이하의 값을 얻었다. 제안된 안테나는 대칭 빔폭의 방사 패턴을 가지는 한국 저궤도 위성 TC&R 안테나로서 효과가 확인되었다.

본 연구에서는 전 전반구(total hemisphere) 방향에서 차량 위치 정보를 실시간으로 감지하기 위한 다방향 피라미드형 5-요소 안테나를 설계하였다. 3차원 배치로 천장에 설치된 반전(inverted) F 및 L자형 반전 안테나를 실내 주차장의 천장에 장착하였다. 접지면(ground plane)은 빔을 다섯 가지 서로 다른 방향으로 유도하도록 정사각 피라미드(square pyramid) 형태로 접었으며, 각 빔 방향은 블루투스 시스템으로부터 20–30 m 떨어진 곳에 배치하여 안정적인 인식 거리를 확보하였다. 다방향 안테나의 전체 크기는 70 mm × 70 mm × 30 mm였고, 각 안테나(#1–#4: L자형 반전 안테나, #5: 반전 F 안테나)는 접지면에 대한 broadside 방사 특성을 유지하였다. ISM 대역에서 −10 dB 평균 대역폭은 122 MHz(5%)였으며, 평균 이득은 2.2 dBi였다. 네 개의 L자형 반전 F 안테나는 방위(Azimuth) 방향에서 360도를 감지할 수 있었다. 또한 두 개의 L자형 반전 F 안테나와 하나의 반전 F 안테나가 고도(elevation) 방향의 반구(hemisphere)에서 빔을 형성하였고, 안테나 간 평균 상호 결합(mutual coupling)은 −22.3 dB였다.

본 논문에서는 소형 전자기기에 장착하기에 적합한 초소형 GPS L1 대역(중심 주파수: 1575 MHz, 파장 []: 190 mm) 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 새로 제안된 안테나는 기본적인 λ/2 마이크로스트립 패치 안테나를 λ/4 마이크로스트립 안테나로 변환하였다. 교란 이론을 적용하기 위해 강한 자기장 에너지를 갖는 급전 지점에서 방사 소자의 폭을 좁혔다. 또한 강한 전기장 에너지를 갖는 방사 소자의 개방 단부를 안테나 크기를 줄이기 위해 “ 王 ” 형태로 하향 접었다. 설계된 초소형 마이크로스트립 안테나의 크기는 10 mm (0.05) × 9.5 mm (0.05) × 8.5 mm (0.04)이다. 임피던스 정합을 위해 급전 지점의 위치와 급전선과 단락 스텁(short stub) 사이의 갭을 조정하였다. 제작된 안테나는 1575 MHz의 중심 주파수에서 −17 dB의 성능을 얻었다. 접지면의 크기는 48 mm (0.25 λ) × 50 mm (0.26 λ)인 반면, xz-평면과 xy-평면 모두에서 전방향 방사 특성을 보였으며 평균 이득은 각각 −0.3 및 −1.7 dBi였다. 기본 λ/2 마이크로스트립 패치 안테나와 비교한 결과, 98.9%의 크기 감소 비율을 확보하였다.

이 논문에서는 대역 차폐(anti-jamming)를 위한 소형화된 5-원소 배열 GPS 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 드론과 같은 소형 항공기 탑재를 위해, 제안된 배열 안테나의 크기는 100 mm × 100 mm로 설정하였다. 이를 구현하기 위해 복사 소자는 섭동 이론과 고유전율을 통해 소형화하였다. 복사 소자의 소형화를 위해 직사각형 복사 소자의 크기를 감소시키고, 네 개의 모서리 각각에서 기본 복사 소자의 크기까지 연장되는 확장 라인을 형성하였다. 이를 “L”자 형상으로 접었으며, 방사 개구부에 대해 직각으로 하향 배치하였다. 배열을 구성할 때, 안테나는 90도 회전시킨 후 순차적으로 배열하여 모서리에 급전점이 오도록 하였고, 간섭에 대한 영향을 회피하였다. 또한 중심 안테나는 다른 네 개와의 간섭을 최소화하기 위해 유전체의 낮아진 높이로 설계하였다. 그 결과 단일 안테나는 19.7 mm × 19.3 mm의 크기를 가지며, 소형화 94.5%를 달성하였다. 이로써 모서리와 중심 간의 평균 격리는 −17.59 dB 이하가 되었다. 중심 주파수 1.575 GHz에서, 5개의 복사 소자에 대한 평균 대역폭은 17.8 MHz였다. 추가로, Eθ 성분의 평균 이득은 yz-평면에서 −4.62 dBi, xz-평면에서 −3.58 dBi였으며 시뮬레이션에서 효율 값은 69%였다. 소형화된 5-원소 배열 GPS 마이크로스트립 안테나로서 충분한 대역폭을 확보하였고, GPS L1 대역에서 위치 정보 획득에 성공하였다.

본 논문은 평면 자기상보 안테나(SCA)의 특성을 향상시키기 위한 새로운 초광대역 3차원(3D) 자기상보( self-complementary ) 안테나 솔루션을 제안한다. 본 연구에서 고려한 안테나는 야구에서 관찰되는 스티치(stitch) 패턴에서 영감을 받아 루프 안테나와 슬롯 안테나를 통합하여 제작된다. 제안된 안테나는 육면체(hexahedral) 및 구면(spherical) 형태로 모두 구성할 수 있다. 육면체 3D SCA는 47.3:1에 이르는 예외적으로 광대역 특성을 나타낸다. 또한 초광대역 3D SCA는 무인항공기(UAV)에 설치하도록 특별히 설계된 지면(ground plane) 위에서 반구(hemispherical) 형태로 제작된다. 안테나의 성능을 검증하기 위해 축소된 UAV 모델에 장착하고, 성능을 평가하여 적합성을 확인한다.

본 연구에서는 중첩 빔포밍(overlap beamforming)을 이용한 레이더 운용을 제안하고, 구현을 위한 광각 웨이브가이드 어레이 안테나를 제시한다. 먼저 광각 특성을 얻기 위해 축소 웨이브가이드 안테나를 설계하고, 이어서 빔 조향 각을 확대하기 위해 리지 웨이브가이드(ridge-waveguide) 안테나를 설계한다. 설계된 중심 주파수 9.375 GHz에서 리지 웨이브가이드 안테나의 방사 개구 크기는 14 mm × 8 mm이며, WR-90 표준 웨이브가이드에 비해 소형화율 48.2 %를 달성하였다. 이와 같은 구성을 바탕으로 1×8 어레이 안테나를 설계하고 제작하였다. 그 결과, 각 안테나의 E-평면에서 평균 빔폭은 120°였고, H-평면에서는 평균 빔폭이 89.7°였다. 빔 조향 검증을 위해 빔 조향 각에 해당하는 여러 개의 위상 천이기(phase shifter)를 제작하였으며, 1×8 어레이 안테나를 사용한 빔 조향 측정 결과 빔 조향 각이 설계값과 일치함을 확인하였다. 따라서 소형화된 리지 웨이브가이드 어레이 안테나가 육각형 어레이 구조에 대해 광각 빔 조향에 적합한 특성을 지님을 확인하였다.

편파 및 지향 특성을 갖는 기존 안테나들과는 달리, 모든 방향에서 수직 및 수평 편파를 동등하게 제공하는 새로운 등방성(isotropic) 안테나를 제안한다. 최종 설계는 시뮬레이션을 바탕으로 도출하였으며, 제작된 안테나의 성능 특성은 실험을 통해 검증하였다. 제안된 안테나에서는 “+” 형태로 두 개의 λ/4 접힌(folded) 마이크로스트립 안테나를 하나의 안테나로 통합하여 등방성 방사 패턴을 생성하였고, 급전 위치에서 입력 임피던스를 정합하였다. 공진 주파수, 수평 폭, 방사 패턴, 축비(axis ratio)는 마이크로스트립 선로의 길이를 변화시켜 조정하였다. 시뮬레이션과 실험 모두, 각 평면에서 수직 및 수평 편파의 방사 패턴이 비지향성 방사 패턴을 갖는 등방성 안테나의 특성을 보인다는 점을 확인하였다.