위성 DMB 중계기용 캐비티 급전된 슬롯 배열 안테나의 격리도 향상에 관한 연구 = Study on Isolation Enhancement of a Cavity-backed Slot-array Antenna for a Repeater System of a Satellite Digital Multimedia Broadcasting

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis presents a CBSA(Cavity-Backed Slot Array) antenna with a low side lobe level, high front-to-back ratio and high efficiency for satellite DMB(Digital Multimedia Broadcasting) service. The proposed antenna is suitable for a repeater system (gap-filler) in shadow region such as in-building which is impossible to direct-receive from satellite, basements or caused by skyscrapers. In practice, an antenna for repeater system consists of a donor antenna for communication between a repeater and a base station and a service antenna connecting terminal users to a repeater. In such a repeater system, since two close antennas uses an identical frequency at transmit-receive, an interference occurs between them. Therefore, it is necessary to improve isolation between them. In this work, donor antenna with 2 by 4 array and service antenna with 1 by 4 array are designed to have low side lobe level and front-to-back ratio. Basically the proposed antenna is CBSA fed by a waveguide and this structure minimizes dielectric or line losses. Also it is reliable for high efficiency and high power at the same time. Each antenna improves in side lobe level and front-to-back ratio with Dolph-Tschebyscheff array for narrow beam-width and adjusting side lobe level and an optimized vertical reflector. The impedance bandwidth (VSWR<1.5) of the proposed donor antenna is 170MHz at 2655MHz and the peak gain is over 17dBi. Side lobe levels in H and E-plane are under -33dB and -35dB. Also front-to-back ratio is over 37dB. The impedance bandwidth (VSWR<1.5) of the proposed service antenna is 170MHz at 2635MHz and the peak gain is over 15dBi. There is no side lobe level in H-plane. Side lobe level in E-plane is under -20dB. The front-to-back ratio is over 32dB for proposed service antenna.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 서비스에 적합한 낮은 부엽레벨과 높은 전후방비를 갖는 고효율의 CBSA(Cavity-backed Slot Array) 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 위성으로부터 직접 수신이 불가능한 음영 지역에 설치되는 중계기용 시스템(Gap-filler) 안테나이다. 일반적으로 중계기 시스템은 기지국과 중계기 간의 통신을 위한 도너(Donor) 안테나와 중계기와 단말기 사용자(User)를 연결해 주는 서비스(Service) 안테나로 구성된다. 이러한 중계기 시스템은 송수신시에 서로 인접해 있는 두 안테나들 사이에서 동일한 주파수를 사용함으로써 신호 간섭이 발생하게 된다. 따라서 중계기용 안테나에서는 충분한 격리도 확보가 필수적이다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 낮은 부엽레벨과 높은 전후방비를 갖는 2×4의 배열을 가지는 도너용 안테나와 1×4의 배열을 가지는 서비스용 안테나를 각각 설계 및 제작하였다. 안테나의 기본 구조는 도파관 형태의 급전 구조를 갖는 CBSA이며 이러한 형태의 안테나는 유전체 및 급전라인에서의 손실을 최소화시킴으로써 고효율과 고출력에 대한 신뢰성을 동시에 제공할 수 있다. 각 안테나는 좁은 빔폭과 원하는 부엽레벨의 조절이 가능한 돌프-체비세이프 배열 방식과 최적화된 수직 반사판 구조를 사용하여 부엽 레벨과 전후방비를 개선하였다. 최종적으로 제작된 도너용 안테나의 임피던스 대역폭은 VSWR<1.5 기준에서 170MHz(중심주파수 2655MHz)를 얻었고, 최소 17dBi 이상의 이득을 얻었다. 수평 및 수직 방사 면에서의 부엽레벨은 각각 -33dB 이하와 -35dB 이하를 가지고, 전후방비는 37dB 이상을 얻었다. 그리고 서비스용 안테나의 임피던스 대역폭은 VSWR<1.5 기준에서 170MHz(중심주파수 2635MHz)를 얻었고, 최소 15dBi 이상의 이득을 얻었다. 부엽레벨의 경우는 수평 방사 면에서는 발생하지 않았으며, 수직 방사 면에서는 -20dB 이하를 가지고, 전후방비는 32dB 이상을 얻었다. 이상으로써 위성 DMB 서비스용 중계기 안테나의 설계 규격을 모두 만족하는 결과를 얻었다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 Cavity를 이용한 슬롯 안테나 6
• 2-1 Cavity-backed 슬롯 안테나 6
• 2-1-1 슬롯 방사체의 구성 7
• 2-1-2 구형 도파관 슬롯 안테나의 등가회로 9
• 2-1-3 Cavity-backed 구조를 갖는 사각 슬롯 안테나 12
• 2-2 Open-cavity 구조를 갖는 안테나 16
• 제3장 CBSA 안테나의 설계 및 제작 18
• 3-1 안테나 설계 규격18
• 3-2 단일 cavity-backed 슬롯 안테나의 설계 19
• 3-3 CBSA(Cavity-Backed Slot Array) 안테나의 설계 21
• 3-3-1 Cavity에서의 전계 분포 21
• 3-3-2 슬롯 배열 방식에 따른 특성 변화 23
• 3-3-3 제안된 CBSA 안테나의 구조 28
• 3-4 제안된 도너용 CBSA 안테나 32
• 3-5 제안된 서비스용 CBSA 안테나 36
• 3-6 안테나 제작 및 측정 40
• 3-7 안테나간의 격리도 측정 46
• 제4장 결 론 49
• 참고문헌 51