인공 유전체 슬랩을 활용한 소형 광대역 컨포멀 배열 안테나 설계 (Design of Compact Broadband Conformal Array Antenna Using Artificial Dielectric Slabs)

서지정보

· 발행기관 : 한국전자파학회
· 수록지 정보 : 한국전자파학회 논문지 / 35권 / 9호 / 733 ~ 742페이지
· 저자명 : 김상은, 유태호, 문효상, 조상왕, 변강일

초록

본 논문에서는 인공 유전체 슬랩을 활용한 소형 광대역 컨포멀 배열 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 보우타이형슬롯 안테나 위에 선형 임피던스 곡선을 가지는 세 개의 인공 유전체 슬랩이 적층된 형태로, 슬롯 안테나로부터 자유공간까지 광대역에 걸쳐 효율적인 임피던스 전환을 가능하게 한다. 각 인공 유전체 슬랩은 서브 파장의 정사각형 패치배열 적층 구조로 구현되었으며, 이를 통해 6 GHz에서 18 GHz까지 3:1의 대역폭을 구현한다. 제안된 안테나의 높이와배열 간격은 8.24 mm(0.165λ6GHz) 및 8.33 mm(0.5λ18GHz)이며, H-평면에 대해 27.79°의 곡률을 가지는 컨포멀 배열로 설계되었다. 시뮬레이션 결과, 목표 대역에서 —10 dB 이하의 능동 산란계수를 만족하며, 중심 소자 기준으로 6 GHz에서—4.88 dBi, 18 GHz에서 4.80 dBi의 전면 방향 이득을 가진다. 또한, 제안된 컨포멀 배열 안테나의 성능을 검증하기 위해, 급전 네트워크를 이용하여 E-평면 방향으로 결합된 8×1 배열 안테나 8개를 제작하였으며, 이는 곡률을 가지는 금속 실린더 표면에 장착되었다. 제작된 배열 안테나의 측정 결과, 능동 산란계수는 목표 대역에서 전반적으로 —10 dB 이하의수준을 유지한다. 또한, 빔조향 패턴은 개별 소자 패턴을 후처리하여 생성하였으며, 빔조향 오차는 최대 3° 이내로 유지되는 것을 확인하였다.

영어초록

In this study, we propose a compact broadband conformal array antenna using artificial dielectric slabs. The proposed antenna consists of three artificial dielectric slabs with a linear impedance distribution stacked on a bow-tie slot antenna. This enables an efficient im- pedance transition across a wide band from the slot to free space. Each slab is implemented using a sub-wavelength square patch array, achieving a 3:1 bandwidth from 6∼18 GHz. The height of the proposed antenna is 8.24 mm (0.165λ6GHz), with an array distance of 8.33 mm (0.5λ18GHz). The conformal array was designed with a curvature of 27.79° in the H plane. Simulation results show that the proposed antenna maintains an active S-parameter below —10 dB across the target bandwidth and achieves a boresight gain of —4.88 dBi at 6 GHz and 4.8 dBi at 18 GHz. To validate its performance, eight 8×1 arrays were fabricated, combined in the E-plane with a corporate feeding network, and mounted on a curved metallic surface. The measurement results of the fabricated array confirmed that the active S-parameter remained below 10 dB across the target bandwidth. Additionally, post-processing of the measured active element patterns generated beam-steering patterns with a maximum error of 3°.

참고자료

· 없음