VHF-DSC, PLB, GPS 다중대역 안테나 제작 및 측정

Fig. 31의 (b)에 나타난 반사손실을 분석해 보면, VHF-DSC 대역인 156MHz의 주파수에서 –12.03dB의 반사손실을 나타내고 있다. 또한 반사 손실이 –10dB 이하로 나타나는 대역폭은 148~163MHz로 나타난다. 이는 VHF-DSC장비의 안테나로서 동작할 수 있는 조건을 나타낸다. 또한, PLB, GPS 이중대역 안테나의 반사손실과 비교했을 때 불필요한 주파수에 서의 반사손실 저하현상을 발견할 수 있다. 이는 156MHz 대역의 안테나 를 추가함에 따라 발생하는 고조파 현상이라 볼 수 있다. 하지만 VHF-DSC나 PLB, GPS의 동작 대역에는 영향을 미치지 않기 때문에 고려 할 사항은 아니다. 이렇게 제작된 다중대역 안테나가 구명조끼에 장착이 될 경우 반사손실의 변화를 알아보기 위해 구명조끼에 다중대역 안테나를 부착하여 반사손실을 측정하였다. Fig. 32에 다중대역 안테나가 장착된 구 명조끼의 모습을 나타내었으며, Fig. 33에 자유공간에서 측정했을 때와 구 명조끼에 부착하여 측정했을 때의 반사손실을 비교하여 나타내었다.

Fig. 32 다중대역 안테나를 구명조끼에 부착한 모습

Fig. 33 구명조끼에 부착 전, 후의 다중대역 안테나 반사손실

Fig. 33에서 확인할 수 있듯이, VHF-DSC나 PLB, GPS의 동작 대역에서 의 주파수 변화는 거의 발생하지 않았다. VHF-DSC대역인 156MHz 부근 에서는 구명조끼에 부착 시 반사손실이 약 –12dB에서 –20.2dB로 낮아 지는 결과가 나타났다. PLB대역인 406MHz의 주파수에서는 반사손실이 약 –15dB에서 –19dB로 낮아졌으며, GPS 대역인 1.575GHz 대역에서는 약 –17.5dB에서 –35dB로 낮아짐을 확인할 수 있었다. 이 변화는 다중대 역 안테나가 각각의 주파수 대역에서 동작하는데에 큰 영향을 미치지 않 으므로, 다중대역 안테나를 구명조끼에 장착할 시 공기중에서의 동작과 동일한 동작을 할 수 있을 것이라 판단된다.

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본 논문에서는 해상 조난시 COSPAS-SATSAT위성과 GPS 위성을 이용 하여 신속한 위치확인이 가능하며, VHF-DSC 장비로 인근의 선박에 신속 한 구조요청이 가능한 구명조끼의 안테나에 대한 연구를 하였다. 설계한 안테나의 내용을 정리하면 다음과 같다. 먼저 COSPAS-SARSAT에 신호를 보내기 위한 PLB 안테나의 형태는 종단이 미엔더 형태를 갖는 다이폴 안 테나로 설계를 하였다. 이때, 마이크로스트립에서 다이폴 안테나로의 입력 임피던스의 변화를 부드럽게 하기 위해 특정한 모양으로 변형을 시켜 반 사손실의 특성을 개선하였다. 두 번째로 GPS 안테나의 경우 사각형 모양 의 링 슬롯 안테나 형태로 설계를 하였다. 접지면에 사각형의 슬롯을 적 용하고, GPS규격인 RHCP를 만족시키기 위해 슬롯의 일부를 변형 시켰 다. GPS 안테나의 급전은 마이크로스트립으로부터 받은 신호를 전기결합 으로 구현하였다. 이 두가지 안테나는 한 기판 상에 같은 마이크로스트립 선로를 통하여 급전이 되므로, 이들 간의 상호 간섭이 최소가 되도록 마 이크로스트립 부분에 개방형 스터브를 적용하였다. 또한, 설계된 안테나가 해수면 위에서 동작할 때 안테나의 특성변화를 시뮬레이션 하였다. 안테 나가 해수면으로부터 약 100mm 상에 위치할 때 안테나의 정상동작여부 를 확인하였다. 이는 실제 사용자가 안테나가 장착된 구명조끼를 입고 해 수면에 부유해 있을 때의 높이와 유사하다. 또한 VHF-DSC 대역의 안테 나는 PLB, GPS대역의 이중공진 안테나에 선형 도선을 부착하여 구현하였 다.

설계한 안테나를 제작하여 측정한 결과, PLB대역은 동작주파수의 변동 이 거의 없었으나, GPS 대역의 경우 중심 주파수가 저주파 쪽으로 이동

한 것을 관측하였다. 그러나 GPS 동작 주파수인 1,575MHz를 포함하는 대역에서 동작이 가능한 것으로 나타났으며 대역폭 역시 늘어난 것으로 측정되었다. VHF-DSC 대역의 안테나를 설계한 후, VHF-DSC 대역인 156MHz에서 반사손실이 약 –12dB로 나타났으며, 이는 안테나의 동작에 차질이 없음을 의미한다. 다음으로는 제작된 안테나를 실제 구명조끼에 부착 후, 사람이 구명조끼를 착용한 상태에서의 반사손실을 측정하였다.

자유공간에서의 안테나의 반사손실과 구명조끼에 부착한 상태의 안테나의 반사손실은 중심주파수가 크게 차이가 없었으며, PLB 대역과 GPS 대역의 대역폭이 각각 약 2MHz, 7MHz 정도 늘어난 것을 확인하였다. 제작된 안 테나의 방사패턴을 측정했을 때 안테나의 이득은 PLB 대역에서 0.83dBi, GPS 대역에서 2.1dBi로 나타났으며, 원편파를 가지는 GPS 안테나의 경우 약 1.4dB의 축비를 나타내는 것으로 확인되었다.

제작된 안테나는 COSPAS-SATSAT, GPS, VHF-DSC의 대역폭을 만족하 는 것으로 확인되었으며, 신속한 위치확인을 위한 위치확인용 구명조끼에 사용이 가능할 것으로 판단된다.

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