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A Ultra-wide Band Half-wavelength Loop Antenna using Self-complementary Principle for UAV Applications

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http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2015.15.2.213

JIIBC 2015-2-29

자기상보 원리를 이용한 UAV 탑재용 초광대역 반파장 루프 안테나

A Ultra-wide Band Half-wavelength Loop Antenna using Self-complementary Principle for UAV Applications

윤명한 * , 김준원 ** , 우종명 ***

Myung-Han Yoon * , Jun-Won Kim ** , Jong-Myung Woo ***

요 약 본 논문에서는 무인 항공기에 장착 가능한 초광대역 반파장 루프 안테나를 설계하였다. 설계된 안테나는 야구 공 모양에 자기상보 원리(self-complementary principle)를 적용하여 광대역 특성을 얻었다. 또한 저자세로 변형하기 위해 방사체 사이에 접지면을 두어 image theory를 적용하였다. 이렇게 설계된 초광대역 반파장 루프 안테나의 크기는 0.20λ

L

× 0.14λ

L

× 0.16λ

L

L

은 최저주파수의 공기 중 한 파장)이며, –10 dB 대역폭은 50 : 1(0.3 GHz ~ 15 GHz) 이상으로 측정되었다. 방사패턴은 모든 주파수에서 모노폴 안테나와 유사한 패턴을 가진다. 또한 설계된 안테나를 축소 된 UAV(Unmannded Aerial Vehicle)의 동체 배면에 장착하여 그 특성 확인결과 초광대역 특성을 유지하면서, 모든 주파수 대역에서 모노폴 안테나와 유사한 방사패턴을 나타내었다.

Abstract

In this paper, we present a low-profile ultra-wide band half-wavelength loop antenna for UAV (Unmanned Aerial Vehicle) applications. The proposed antenna has an ultra-wide band using self-complementary principle. Also, the ground was located between radiators for reducing height of the antenna using image theory.

Dimensions of proposed antenna have 0.20λ

L

× 0.14λ

L

× 0.16λ

L

L

is the free-space wavelength at lowest frequency). Measured –10 dB bandwidth was ultra-wide band as more than 50 : 1(over 0.3 GHz ~ 15 GHz). The radiation patterns of the antenna was omnidirectional like monopole antennas. Moreover, we tried the antenna mounted on under a fuselage of a scaled UAV. As a result, the proposed antenna on the UAV maintained ultra-wide band and omnidirectional radiation patterns at all frequencies.

Key Words :

Loop antenna, Slot antenna, Ultra-wide band, Self-complementary, Low-profile, UAV

*

준회원, 충남대학교 전파공학과

**

준회원, 충남대학교 전자전파정보통신공학과

***

정회원, 충남대학교 전파공학과(교신저자)

접수일 : 2015년 2월 7일, 수정완료일 : 2015년 3월 6일, 게재확정일 : 2015년 4월 10일

Received: 7 February, 2015 / Revised: 6 March, 2015 Accepted: 10 April, 2015

***

Corresponding Author: [email protected]

Dept. of Radio Science and Engineering, College of Engineering Chungnam National University, Korea

Ⅰ. 서 론

무인 비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)의 발달 은 1910년대 미군에서 최초로 무인 비행기를 날리는데 성공한 이래로 군사적 활용 가치를 인정받아 미국을 필

두로 여러 나라에서 연구되기 시작하였다. 현재에는 감 시, 정찰, 정밀공격무기의 유도 및 통신 중계 등의 임무를 맡고 있으며, 앞으로 미래전의 주력으로 주목받고 있다.

이러한 무인 비행기는 다양한 임무를 수행하기 위해서

무수히 많은 안테나가 장착되고 있다. 하지만 무인항공

(2)

기의 특성상 제한적인 공간으로 인하여 다수의 안테나 장착이 어렵다. 또한, 다수의 안테나 장착은 항공기의 체 공시간을 줄일 수 있고, RCS(Radar Cross Section)를 증 가시키는 요인이 된다. 이러한 단점을 해결하기 위해서 는 하나의 광대역 안테나로 대체할 경우 탑재 공간 확보, 체공시간 증가 및 RCS를 감소시킬 수 있을 것이다.

기존의 광대역 안테나로는 대표적으로 대수 주기 안 테나 [1] , 혼 안테나 [2] 그리고 스파이럴 안테나 [3] 등을 예로 들 수 있다. 대수 주기 안테나의 경우 다이폴 안테나를 일렬로 어레이 시킨 형태로 광대역의 특성이 있지만, 고 주파에서 사용하기에는 어려움이 있으며, 안테나의 크기 가 커 항공기에 장착하기에는 다소 어려움이 있다. 혼 안 테나는 고주파에서 사용 가능 하나 안테나 자체의 크기 가 커 항공기 탑재에 부적합하다. 마지막으로 스파이럴 안테나는 cavity가 존재할 뿐만 아니라 제작 과정이 어렵 고, 일정한 빔 패턴의 유지가 어렵다. 따라서 무인 비행체 에 장착하기 위해서는 새로운 형태의 광대역 안테나가 필요로 하다.

본 논문에서는 무인 비행체에 탑재 가능한 저자세이 며, 50 : 1 대역폭(0.3 GHz ∼ 15 GHz)을 수용하는 초광 대역 루프 안테나 설계하였다. 설계된 안테나는 야구공 구조를 기본으로 하여 자기상보 원리(self-complemen tary principle) [4] 를 이용하여 기본적으로 초광대역 특성 을 실현하였다. 또한, 설계된 기본 초광대역 안테나의 경 우 비행체에 탑재하기 어려움이 있어 접지면을 활용한 image 이론 [5] 을 적용하여 그 자세를 낮추었다. 끝으로 1/7.3 비율로 축소된 무인기 모델에 장착하여 그 특성을 확인하였다. 아래에는 제시된 안테나의 이론과 설계과정 에 관해 기술하고자 한다.

Ⅱ. 본 론

1. 자기상보 원리(self-complementary principle)

먼저 본 논문에 제시된 안테나에 적용된 자기상보 원 리를 설명할 수 있는 기본적인 자기상보 원리 안테나를 그림 1에 나타내었다. 그림 1은 무한한 길이를 가지는 평 면형 안테나로써, 빗금 친 부분은 도체로 이루어진 안테 나이고 빈 공간은 자유공간이 된다. 자기상보 원리는 안 테나와 빈 공간이 가지는 공간의 구조와 면적이 동일 할 경우 주파수와 관계없이 모든 입력임피던스가 항상 일정 하다는 원리이다.

Conductor

Space

그림 1. 기본적인 자기상보 원리 안테나

Fig. 1. A simple shape of a self-complementary principle antenna

2. 초광대역 루프 안테나

[6]

C on d uctor Sew in g lin e S lo t

그림 2. 야구공 모형

Fig. 2. A model of the baseball

그림 1에 나타낸 바와 같이 자기상보 원리 안테나는 그 크기가 무한대를 전제로 하였다. 하지만 안테나를 설 계하여 실용화시키고자 할 때는 무한대의 크기를 가질 수 없다. 따라서 입력 임피던스가 주파수에 독립적인 광 대역 특성을 얻기 위해 그림 2에 나타낸 바와 같이 유한 크기의 야구공 구조를 고안하게 되었다.

그림 2에 나타낸 야구공 모양은 본 논문에서 제안된 안테나의 기본이 되는 구조로 야구공은 재봉선을 중심으 로 양쪽 면이 동일한 구조와 면적을 가지는 것을 알 수 있다. 따라서 재봉선을 중심으로 한쪽 면을 도체 부분으 로 설정하고, 나머지 부분을 빈 공간으로 두어 슬롯 부분 으로 설정할 경우 앞서 설명한 자기상보 원리를 적용한 유한 크기의 안테나로 설계할 수 있을 것이다.

L2 L1 220

85

022

Feeding point x y z Unit: mm

H = 313

그림 3. 초광대역 루프 안테나

Fig. 3. The Ultra-wide bandwidth loop antenna

(3)

그림 3에는 설계된 초광대역 루프 안테나를 나타내었 다. 설계된 안테나의 모형은 구형이 아닌 직육면체 구조 물 상에 도체 구조의 형태로 설계하였다. 이는 설계된 안 테나를 제작 시 구 형태보다 직육면체 상에 제작이 더욱 수월하기 때문이다. 또한, 급전부의 경우는 야구공 구조 와 달리 상하도체 면이 근접해 있는데, 이는 임피던스 매 칭을 하기 위해 튜닝되었기 때문이다. 끝으로 급전부의 도체면 형태가 변화됨에 따라 급전부 뒷부분 도체의 폭 은 얇아진다. 향후 방사패턴을 나타내어 설명하겠지만, 안테나의 유한크기로 인해 저주파수 대역에서는 루프 안 테나로 동작하며, 고주파수 대역에서는 슬롯 안테나로 동작하게 된다.

설계된 안테나의 파라미터별 특성을 확인하고자 안테 나의 길이 파라미터(L 1 )와 곡률 파라미터(L 2 )를 조절하여 변화되는 S 11 특성을 확인하였고, 그 결과를 각각 그림 4, 5에 나타내었다.

먼저 초광대역 루프 안테나 길이 파라미터 L 1 을 154

∼ 242 mm까지 44 mm씩 증가시키면서 변화되는 S 11 특 성을 확인해 보았다. 이때 곡률 파라미터 L 2 는 135 mm로 설정하였다. 0 ∼ 15 GHz 사이의 S 11 특성을 나타낸 그림 4(a)를 보면, 초광대역 루프 안테나의 길이 파라미터 L 1

이 변화하여도 1 GHz 이상에서는 S 11 의 변화가 없는 것 을 알 수 있다. 반면, 그림 4(b)에서 나타내었듯이 0 ∼ 1 GHz 사이에선 S 11 이 변화하는 것을 알 수 있는데, 저주파 대역에서 루프 안테나로 작동하여 길이(L 1 ) 변화에 따라 임피던스 매칭 최하위 주파수가 저하되는 것을 알 수 있다.

0 3 6 9 12 15

-30 -20 -10 0

S11, dB

Frequency, GHz L1=154 L1=198 L1=242

(a) 0 ∼15 GHz

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-30 -20 -10 0

L1=154 L1=198 L1=242 S11, dB

Frequency, GHz

(b) 0 ∼ 1 GHz

그림 4. L1 변화에 의한 S11 특징 (단위: mm) Fig. 4. S11 by parameters L1 (unit: mm)

0 3 6 9 12 15

-30 -20 -10 0

S11,dB

Frequency, GHz L2=141 L2=154 L2=167

(a) 0 ∼15 GHz

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-30 -20 -10 0

S11,dB

Frequency, GHz L2=141 L2=154 L2=167

(b) 0 ∼ 1 GHz

그림 5. L2 변화에 의한 S11 특징 (단위: mm) Fig. 5. S11 by parameters L2 (unit: mm)

그림 5에는 안테나의 곡률 파라미터 L 2 를 141 mm에 서 167 mm까지 13 mm씩 증가시키면서 변화되는 S 11 특 성을 나타내었으며, 이때 파라미터 L 1 은 220 mm로 고정 하였다. 그림 5(a)에 나타내었듯이 곡률 파라미터 L 2 의 변화에 따라 모든 주파수 영역에서의 임피던스 매칭 특 성이 변화되는 것을 알 수 있다. 또한, 그림 5(b)에서는 파라미터 L 1 과는 달리 최하위 매칭 주파수의 변화는 거 의 없는 것을 알 수 있다.

x y z

Feeding point

Coaxial cable

Styrofoam (e

r

=1.06)

(a) 제작된 초광대역 루프 안테나

0 3 6 9 12 15

-30 -20 -10 0

Frequency, GHz Measurement Simulation S11, dB

(b) S11

그림 6. 제작된 초광대역 루프 안테나와 S11

Fig. 6. The fabricated ultra-wide band loop antenna and S11

(4)

파라미터 연구 결과 초광대역 루프 안테나의 길이(L 1 ) 를 변화할 경우 최하위 주파수 조절과 방사체의 곡률(L 2 ) 을 변화시킬 경우 임피던스 매칭시킬 수 있음을 확인하 였다.

그림 6에는 제작된 초광대역 루프 안테나 S 11 특성 시 뮬레이션과 측정 결과를 나타내었다. 제작된 안테나는 구리 테이프를 이용하여 구현하였고, 안테나의 지지를 위해서 styrofoam(ε r = 1.06)을 사용하였다. 급전은 coaxial cable을 이용하였고 natural balun [7] 을 채택하였 다. 이렇게 제작된 초광대역 루프 안테나의 크기는 220 mm × 220 mm × 179 mm(0.22λ L × 0.22λ L × 0.18λ L , λ L

은 여기서 0.3 GHz에서의 자유공간 한 파장)이다. 한편 안테나의 길이 파라미터 L 1 은 179 mm이며, 곡률 파라미 터 L 2 는 163 mm로 설정하였다.

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Eθ , Deg.

Realized gain, dBi

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eθ , Deg.

Simulation Measurement

(

a) yz-plane Eθ

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg. 0.4 GHz

3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg.

Simulation Measurement (b) xy-plane EΦ

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg. 0.4 GHz

3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg.

Simulation Measurement (c) xz-plane EΦ

그림 7. 초광대역 루프 안테나의 방사패턴

Fig. 7. Radiation patterns of the ultra-wide band loop antenna

S 11 특성은 시뮬레이션과 측정 결과가 유사하게 나타 났으며, 측정치는 0.3 ∼ 14.2 GHz(47.3 : 1)로 초광대역

특성을 얻었다.

그림 7에는 초광대역 루프 안테나의 0.4 GHz, 3 GHz, 7 GHz, 11 GHz의 시뮬레이션과 측정된 방사패턴을 나타 내었다. 시뮬레이션과 측정결과가 거의 일치하였다. 저주 파수 대역인 0.4 GHz 패턴은 xy-plane에서 E Φ 성분은 지 향성 특성을 나타내었고, xz-plane에서 E Φ 성분은 무지 향성 특성을 나타내어 루프 안테나와 동일하게 전방향성 패턴을 나타내는 것을 알 수 있다. 고주파수 대역인 3 GHz, 7 GHz, 11 GHz의 방사패턴 보면 xy-plane에서 E Φ

성분은 ±x 방향으로 지향성 패턴이 형성하는 것을 알 수 있다. 또한, 다른 방향의 패턴은 슬롯 안테나와 동일한 방 사패턴을 가지는 것을 알 수 있다. 다만 주파수가 증가함 에 따라 harmonic 성분에 의해서 다소 ripple이 발생하였 다. 따라서 방사패턴 확인 결과 저주파 대역에서는 루프 안테나로 작동하며, 고주파수 대역에서는 슬롯 안테나로 작동함을 알 수 있다.

설계된 안테나는 초광대역 특성을 가지며, 좋은 방사 패턴을 가지고 있으나 비행기에 장착하기에는 다소 안테 나 높이(H = 313 mm)가 높다는 단점이 있어 높이에 관 한 소형화가 필요로 하다.

3. 초광대역 반파장 루프 안테나

[8-9]

140.8 1000

1000

x y z

Ground Unit: m m

Feeding point 156.3

196.1

Styrofoam (er = 1.06)

(a) 구조

0 3 6 9 12 15

-30 -20 -10 0

S11, dB

Frequency, GHz Measurement Simulation

(b) S11

그림 8. 초광대역 반파장 루프 안테나 구조 및 S11

Fig. 8. Structure and S11 of the ultra-wide bandwidth half-wavelength loop antenna

그림 8에는 초광대역 반파장 루프 안테나의 구조와

S 11 특성을 나타내었다. 초광대역 반파장 루프 안테나의

구조는 앞서 소개한 안테나의 높이를 줄이고자 image

(5)

theory를 적용하였다. 초광대역 루프 안테나의 방사체 사 이에 접지면을 추가하여 반 파장의 길이를 가지는 루프 안테나로 설계하였다. 접지면과 안테나는 각각 알루미늄 과 동테이프를 이용하여 구현하였고, 안테나를 지지하기 위해서 역시 styrofoam(ε r = 1.06)을 사용하였다. 이렇게 설계된 초광대역 반파장 루프 안테나는 196.1 mm × 140.8 mm × 156.3 mm(0.20λ L × 0.14λ L × 0.16λ L )의 크기 를 가지므로, 안테나의 높이가 반으로 줄어들었음을 알 수 있다. 한편 그림 8(b)에는 S 11 특성을 나타내었는데, 시뮬레이션과 측정치가 유사하며 측정된 –10 dB 대역 폭은 0.3 ∼ 15 GHz(50 : 1)이상의 대역폭을 가진다.

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eθ , Deg. 0.4 GHz

3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Eθ , Deg.

Realized gain, dBi

Simulation Measurement (a) yz-plane Eθ

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

Eφ , Deg.

Realized gain, dBi

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg.

Simulation Measurement (b) xy-plane EΦ

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Eφ , Deg.

Realized gain, dBi

0.4 GHz 3 GHz 7 GHz 11 GHz

-30 -20 -10 0 10

0 30

60

90

120

150 180 210 240 270

300 330

-30 -20 -10 0 10

Realized gain, dBi

Eφ , Deg.

Simulation Measurement (c) xz-plane EΦ

그림 9. 초광대역 반파장 루프 안테나의 방사패턴 Fig. 9. Radiation patterns of the ultra-wide

bandwidth half-wavelength loop antenna

그림 9에는 초광대역 반파장 루프 안테나의 시뮬레이 션과 측정된 방사패턴을 나타내었다. 앞선 바와 같이 0.4 GHz, 3 GHz, 7 GHz, 11 GHz에서의 방사패턴을 나타내 었다. 시뮬레이션과 측정결과치가 서로 일치함을 알 수 있으며, 저주파수 대역인 0.4 GHz에서는 모노폴 안테나

의 특성이 나타나며, 고주파 대역인 3 GHz, 7 GHz, 11 GHz에서는 슬롯 안테나와 같은 방사패턴을 나타내어 모 든 주파수에서 ±x 방향으로 지향성을 나타낸다.

yz-plane에서 E θ , xy-plane에서 E Φ 성분은 모노폴 안테 나와 유사한 방사패턴을 가지므로 무인 비행체에 탑재하 기 적합함을 확인 하였다. 주파수가 증가할수록 ripple이 증가하게 되는데 이는 역시 harmonic 성분에 의해서 발 생된다.

접지면을 이용하여 저자세로 변화된 반파장 루프안테 나의 경우 여전히 초광대역 특성을 가지고 있으며, 방사 패턴의 경우에도 저주파수 대역에서는 루프 안테나로 고 주파수 대역에서는 슬롯안테나로 작동함을 확인하였다.

또한, 특정 방향으로는 모노폴 안테나와 유사한 방사패 턴을 얻어 무인기 탑재에 적합함을 확인하였다.

3. UAV에 탑재된 초광대역 반파장 루프 안테나

The ultra-wide bandwidth half- wavelength loop antenna

UAV (1/7.3 scaling model)

z x y

(a) 구조

0 5 10 15 20

-50 -40 -30 -20 -10 0

Measurement S11, dB

Frequency, GHz

(b) S11

그림 10. UAV에 탑재된 초광대역 반파장 루프 안테나의 구조 및 S11

Fig. 10. Structure and S11 of the ultra-wide bandwidth half-wavelength loop antenna on a UAV

그림 10에는 초광대역 반파장 루프 안테나를 UAV의

모델에 장착하여 보았다. 이때 실제 크기로 제작할 경우

제작 및 측정에 어려움이 있어 UAV와 안테나를 1/7.3으

로 축소하여 제작하였다. 제작된 UAV는 비행체의 동체

역할을 하기 위해 금속 테이프를 이용하여 겉표면을 감

싸주었고, 안테나의 위치는 비행기 바닥면에 부착하였으

며 방향은 급전부인 방사체의 전면을 좌익방향, 방사체

(6)

의 후면은 비행체의 우익방향으로 각각의 방향을 바라보 도록 탑재하였다.

이렇게 제작된 안테나의 S 11 특성을 그림 10(b)에 나타 내었는데 –10 dB 대역폭은 2.15 ∼ 20 GHz(9.3 : 1) 이상 을 가지므로 광대역 특성을 유지함을 알 수 있다. 이때 안테나 하위주파수가 0.3 GHz에서 2.15 GHz로 상향된 것을 알 수 있는데, 이는 축소된 모델을 이용하여 측정하 였기 때문에 축소 비율만큼 시작 주파수를 상승시켜 설 정하였다.

그림 11에는 UAV 탑재된 초광대역 반파장 루프 안테 나의 방사패턴을 나타내었다. 방사패턴 방향은 비행체의 진행방향인 z축 방향을 0°로 하여 좌익방향으로 45°씩 증 가시키면서 135°까지 측정하였다. 측정결과 모든 방향에 서 모노폴 안테나와 유사한 방사패턴을 가지는 것을 확 인하였다.

따라서 제안된 초광대역 반파장 루프 안테나의 경우 비행체에 탑재하기 적합한 방사패턴을 형성함을 확인하 였다.

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

3GHz 5GHz 7GHz 9GHz 11GHz

Realized gain, dBi

Deg.

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

3GHz 5GHz 7GHz 9GHz 11GHz

Realized gain, dBi

Deg.

(a) Theta = 0° (b) Theta = 45°

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

3GHz 5GHz 7GHz 9GHz 11GHz

Realized gain, dBi

Deg.

-30 -20 -10 0 10

0 30 60 90 120

150

180

210

240 270

300 330 -30

-20 -10 0 10

3GHz 5GHz 7GHz 9GHz 11GHz

Realized gain, dBi

Deg.

(c) Theta = 90° (d) Theta = 135°

그림 11. UAV에 탑재된 초광대역 반파장 루프 안테나의 방사패턴

Fig 11. Radiation patterns of the ultra-wide bandwidth half-wavelength loop antenna on a UAV

Ⅲ. 결 론

본 논문에서는 UAV에 탑재에 적합한 저자세의 광대

역 특성을 가지는 반파장 루프 안테나를 설계하였다. 제 안된 안테나는 야구공 모양을 기본으로 자기상보 원리를 적용하여 설계하였다. 설계된 초광대역 루프 안테나는 파라미터 연구(L 1 , L 2 )와 방사패턴 확인결과 저주파 대역 에서는 루프 안테나와 특성을 가지며, 고주파 대역에서 는 슬롯 안테나의 특성을 얻었다. 초광대역 루프 안테나 의 경우 광대역이며 적절한 방사패턴을 가지나, 높이가 다소 높아 비행체에 탑재하기 접합하지 못하다. 따라서 접지면을 이용한 image theory를 적용하여 저자세의 특 징을 가지는 초광대역 반파장 루프 안테나를 설계하였다.

설계된 안테나의 크기는 0.20λ L × 0.14λ L × 0.16λ L 을 가 지며 이는 기본 안테나보다 높이가 약 반으로 줄어들었 다. -10 dB 대역폭은 0.3 GHz ∼ 15 GHz (50 : 1) 이상을 가지므로 광대역 특성을 유지하고, 모든 주파수대역에서 모노폴 안테나와 유사한 방사패턴을 가진다. 마지막으로 UAV 모델(1/7.3 축소)의 동체 배면에 장착하여 특성 확 인결과 광대역 특성을 유지하면서, 전 주파수 대역에서 모노폴 안테나와 동일한 방사패턴을 얻을 수 있었다. 따 라서 제안된 안테나의 경우 기존의 광대역 안테나들과는 달리 저자세의 광대역 특성을 가지며 모노폴 안테나와 동일한 방사패턴을 가지므로 UAV 탑재에 적합함을 확 인하였다.

References

[1] N. Kaneda, W.R. Deal, Yongxi Qian, R. Waterhouse and T. Itoh, "A broadband planar quasi-Yagi antenna", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 50, No. 8, pp. 1158-1160, Aug.

2002.

[2] H. L. Bertoni, L. Carin and L. B. Felsen, Ultra- Waideband, Short-Pulse Electromagne-tics, Plenum, 1993.

[3] Constantine A. Balanis, Antenna theory analysis and design, 2th edition, JOHN WILEY & SONS, INC., 1997.

[4] Yasuto Mushiake, "Self-complementary antenna", IEEE Antennas and Propag. Mag., Vol. 34, No. 6, pp. 23-29, Dec. 1992.

[5] W. L. Stutzman, G. A. Thiele, Antenna Theory And

(7)

Design, WILEY 1997.

[6] M.-H. Yoon, Y. Shin, H.-K. Ryu and J.-M. Woo,

"Ultrawideband loop antenna", Electronics letters, Vol. 46, No.18, pp. 1249-1251, Sept, 2010.

[7] J. D. Kraus and R. J. Marhefka, Antennas for all applications, 3rd ed. New York:McGraw-Hill, pp.

820-821. 2002.

[8] Y. Kim and J.-M. Woo, “Design of half-wavelength loop antenna for ultra wide bandwidth”, 13th international sysmposium on microwave and optical technology, Prague, Czech Republic, Jun. 20-23, 2011.

[9] T.-H. Jeong and J.-M. Woo, “Half loop antenna width ultra-wide bandwidth”, Progress in electromagnetic research symposium proceeding, Moscow, Russia, Aug. 19-23, 2012.

저자 소개

윤 명 한(준회원)

∙1988년 : 경북대학교 전자공학과 졸업 (석사)

∙1988년 ~ 현재 : 충남대학교 전파공 학과 박사과정

<관심분야 : 안테나>

김 준 원(준회원)

∙2013년 : 충남대학교 전파공학과 졸업 (학사)

∙2013년 ~ 현재 : 충남대학교 전자전 파정보통신공학과 석사과정 <관심분야 : 안테나>

우 종 명(정회원)

∙1985년 : 건국대학교 전자공학과 졸 업(학사)

∙1990년 : 건국대학교 전파공학과 졸 업(석사)

∙1993년 : 일본, 니혼대학 전자공학과 졸업(석사)

∙1996년 : 일본, 니혼대학 전자공학과 졸업(박사)

∙1996년 ~ 현재 : 충남대학교 전파공학과 박사과정 <관심분야 : 안테나>

수치

그림  3에는  설계된  초광대역  루프  안테나를  나타내었 다.  설계된  안테나의  모형은  구형이  아닌  직육면체  구조 물  상에  도체  구조의  형태로  설계하였다
그림 7. 초광대역 루프 안테나의 방사패턴
그림 9. 초광대역 반파장 루프 안테나의 방사패턴 Fig. 9. Radiation patterns of the ultra-wide
그림 11. UAV에 탑재된 초광대역 반파장 루프 안테나의  방사패턴

참조

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