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cst를이용한 패치안테나의 설계 (직렬, 병렬)

Final Project for Antenna Engineering (to be submitted on the day of the final exam)1) Simulate a matched, short, open load, and other loads using Ensemble and compare the simulated results with theory in terms of the Smith chart, reflection coefficient, and input impedance.- match되었을 때 설계- match 가 되어 반사가 거의 없음을 확인 할 수 있다.- 매치 되었을때의 스미스차트를 만족한다.- open 되었을 때,- open 일때의 반사계수는 1이고 Db가 거의 떨어 지지 않음을 알 수 있다.- open 일 때의 스미스차트- short 일때를 설계- 반사계수가 1에 가깝지 않아, short 인 경우를 만족 하지 못한다.- 스미스 차트또한 만족하지 못한다.2) Using Ensemble, design a single microstrip patch antenna based on various feeding methods.RF에서 가장 흥미를 끄는 안테나로써, Microstrip 기판위에 네모 혹은 원형 형태로 금속패턴을 만든후, 여러 가지 형태로 급전을 하여 만들 수 있어서 Microstrip antenna라고도 불린다. 소형,경량의 특성 및 여러 가지 패턴조합과 손쉬운 배열을 통해 다양한 특성을 이끌어 낼 수 있지만, 구조상 높은 전력신호를 다루지는 못한다. RF전반에 걸쳐 다양하게 응용이 가능하며, 아직까지도 무궁무진한 아이디어가 존재하는 안테나이기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.- 패치 안테나의 급전방식-CST를 통해 시뮬레이션 한 방식은transfomer를 이용한 급전방식이었다.설계조건 : 주파수(3.5GHz), 유전율 (4.5), 유전체의 두께(1.8mm), 금속 두께(0.018mm)▶transfomer를 이용한 급전방식- 설계한 모습- 3.5GHz에서 SdB가 가장 낮다. 즉 반사 없이 파가 가장 많이 방출하는 지점이다. 계산값을 그대로 대입 했을때, 원하는 결과를 얻을 수 없어서, 튜닝을 통해 얻은 결과이다.- f = 3GHz일 때 파의 방출형태이며, 패치 부분이 아닌, 선로 부분에서 파가 진행하는 모습을 볼 수 있다.- f= 3.5Ghz에서 패치부분에서 대부분의 E필드가 방출되는 것을 확인할 수 있다. 즉 아까 SdB그래프를 증명하는 그래프이다.- 에너지 Balance또한 만족한다. - 스미스 차트의 모습4) Design microstrip array antennas (using corporate and series connections as shown in the lecture notes)▶microstr배열 안테나는 동일한 단일 인쇄회로 기판위에 안테나와 급전 회로망을 동시에 만들 수 있다는 장점이 있고, 좀 더 진보된 구현 방식의 개발로 송수신 회로에 안테나와 급전부를 동시에 결합해 다양한 시스템에 광범위하게 적용하고있다. 많은 배열 형태 중 하나로 마이크로스트립 안테나가 사용되며, 그 종류에는 직렬 방식과 병렬 방식, 혼합방식이 있다.▶병렬 방식의 Simulation- 병렬 방식의 설계: 병렬 회로의 특서인 저항의 이분법을 통해 최종포트에 원하는 저항값을 얻는 방식이다.- SdB 가 3.5GHz를 만족하는 듯 보이나, 4GHz를 넘어가면서 또 다른 형태로 방출되어 설계 조건을 만족하지 못하였다.- 3.5GHz에서의 방사형태. 패치 부분마다 방사가 이루워지나, 선로에서 또한 방사가 이루워져 설계가 잘못되었다. 오른쪽은 3GHz일때 방사형태인데, 패치부분에서 방사가 이뤄나지 않아, 이것은 설계조건에 만족하였다.▶ 직렬방식- 직렬방식의 설계 : power divison 이론을 바탕으로 전력이 분배되고, 패치와 패채사이에전송선을 삽입하여, 임피던스 매칭을 시킨다.- 3.5Ghz일 때를 만족하지 못하고 약간 어긋났고, 병렬 방식때보다 정교해졌다. 튜닝이 필요하다.- 왼쪽은 3.5GHz일때, 오른쪽은 3.3GHz 일 때로 3.3 GHz의 패치에서 더 많이 방사되는 것이보인다. 위의 그래프와 비슷한 결과.5) Plot and analyze the coupling (or isolation) between two microstrip antennas in E and H planes as a function of distance between them- 2개의 마이크로 스트립 안테나가 있을 때 거리에 따른 E와 H의 변화를 보기위한 설계.- 패치간의 거리가 반파장 이하에서는 두 마이크로스트립 안테나는 상호결합이 일어난다.- 즉 패치안테나를 설계 할때는 각 패치간의 간격이 최소 반파장 이상은 되어야 상호 결합에 의한 손실을 줄이고 방사 할 수 있다.- 상호 결합 때문에 Efield와 Hfield가 상쇄되어 패치부분에서 방출이 거의 일어나지 않는 것처럼 보인다.- 패치간의 거리를 반파장 이상으로 설정했을때, E와 H가 상쇄 되지 않고, 패치에서 방사하는 것을 볼 수 있다.결론 및 분석- 이번 프로젝트는 주로 마이크로스트립선로를 이용한 패치 안테나를 설계하는 것이었다.- 패치 안테나는 급전방식이 다양하고 소형, 경량의 특성과 제작하기 쉬운 장점이 있고, 배열하기도 쉬워 안테나에서 가장 주목받는 안테나이다.- CST를 이용하여 패치 안테나를 설계하고 그 특성을 분석하는 것이 프로젝트의 주된 목적이었고, 자신이 설계하려는 주파수와, 유전율같은 조건을 만족 시켜야 했다.

공학/기술| 2008.04.25| 11페이지| 1,500원| 조회(1,512)

안테나, 패치, 패치안테나

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