차량탑재용 전방향성 방사패턴을 갖는 HF대역 저자세 안테나 / HF band low-profile antenna with omnidirectional radiation pattern for vehicle mounting :HF band low-profile antenna with omnidirectional radiation pattern for vehicle mounting

조성용

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조성용 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 정재영

발행연도: 2021

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

전방향성 방사 패턴을 갖는 차량용 HF 대역 저자세 안테나

조성용 , 정재영 한국전자파학회논문지 2021.03 학술저널

차량탑재용 전방향성 방사패턴을 갖는 HF대역 저자세 안테나 / HF band low-profile antenna with omnidirectional radiation pattern for vehicle mounting

조성용 스마트생산융합시스템공학과 2021.01 학위논문

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HF 대역 안테나의 주파수 대역은 2MHz ~ 30MHz이며, 원양어선과의 무선통신과 군 통신용, 전리층 관측, 태양풍 관측용, 아마추어 무선(HAM) 등 많은 곳에서 사용된다. HF 대역의 통신을 위해서 주로 모노폴 안테나를 사용하는 가장 큰 이유 중에 하나가 지상용 통신을 위한 전방향성 방사 패턴을 갖고 있기 때문이다. 모노폴 안테나의 경우 4/1 파장의 길이를 갖는데 HF 대역 주파수에 파장의 길이는 10 ~ 100m이기 때문에 안테나의 길이는 6m 이상으로 매우 크다. 이와 같이 크기가 매우 크기 때문에 차량에 탑재시켜 사용할 경우 안정성과 기동성을 확보하지 못 한다. 이와 같은 이유로 차량에 안테나를 탑재시키기 위해서 휩 안테나 형태로 소형화 시켜 급전부에 코일을 삽입하여 안테나의 길이를 줄여 차량에 탑재시킨다. 하지만 여전히 모노폴 형태로 되어 있어 안테나의 길이가 1m ~ 3m 이상으로 길며 차량 운행시 이 긴 안테나를 구부려 끈으로 고정시키기 때문에 통신 거리가 감소되는 등의 많은 문제가 발생된다.
본 논문에는 이러한 긴 모노폴 안테나에서 발생되는 문제를 해결하고자 차량탑재용 전방향성 방사 패턴을 갖는 HF 대역 저자세 안테나를 설계하였으며, 안테나의 높이를 5cm로 소형화 시켜 차량 지붕 위에 탑재 가능하도록 하였다. HF 대역에서 안테나를 소형화시키기 위해서 칩 인덕터를 사용하였고 공진 주파수인 20MHz에서 이득을 증가시키기 위해 에어 코어 인덕터의 품질계수(Q-Factor)를 최적화 하여 안테나의 패치 아래에 통합시켜 180°위상 천이기로 사용하였다. 패치 안테나와 같은 형태이지만 전방향성 방사 패턴을 보이고 있으며 3차원 전자기 시뮬레이션 툴로 설계한 HF 대역 저자세 안테나의 이득은 ?8.9dBi이다. 시뮬레이션 상에서 차량 지붕 위에 탑재시킬 경우 이득은 ?2.7dBi로 안테나 자체의 이득 보다 6.29dBi 증가하였으며 전방향성 방사 패턴을 유지하였다. 차량 지붕 위에 탑재된 경우에도 안테나는 지상용 통신을 위한 전방향성 방사 패턴을 보이며 차량에 안정성 및 기동성을 확보하였다.

The frequency band of the HF band antenna is 2MHz to 30MHz, and it is used in many places such as radio communication with pelagic fishing boats and military communication, ionospheric observation, solar wind observation, and amateur radio (HAM). One of the main reasons for using monopole antennas for HF band communications is that they have an omnidirectional radiation pattern for terrestrial communications. In the case of a monopole antenna, the wavelength of the HF band having a length of 4/1 wavelength is 10 to 100 m, so the length of the antenna is very large, 6 m or more. Due to its extremely large size, stability and maneuverability are not ensured when it is mounted on a vehicle and used. For this reason, in order to mount the antenna on the vehicle, the antenna is miniaturized in the form of a whip antenna, a feeding coil is inserted, the length of the antenna is reduced, and the antenna is mounted on the vehicle. However, it is still a monopole type, and the length of the antenna is longer than 1 m to 3 m and it is long when the vehicle is operating. Since the antenna is bent and fixed with a string, there are many problems such as a reduction in communication distance. appear.
In this paper, in order to solve the problem that occurs with such a long monopole antenna, we designed an HF band modest antenna with an in-vehicle omnidirectional radiation pattern, and reduced the height of the antenna to 5 cm to reduce the height of the antenna to the roof of the car. I made it possible to mount it on the top. A chip inductor is used to reduce the size of the antenna in the HF band, and the quality coefficient (Q-Factor) of the air core inductor is optimized to increase the gain at the resonance frequency of 20 MHz. Integrated below and used in a 180 ° phase transitioner. It looks like a patch antenna, but shows an omnidirectional radiation pattern, and the gain of the HF band modest antenna designed by the 3D electromagnetic field simulation tool is -8.9dBi. The advantage of mounting it on the roof of the car in the simulation was -2.7dBi, which was 6.29dBi higher than the gain of the antenna itself and maintained the omnidirectional radiation pattern. Even when mounted on the roof of the vehicle, the antenna showed an omnidirectional radiation pattern for ground communications, ensuring stability and maneuverability in the vehicle.

I. 서 론 1
1.1. 연구 동기 1
1.2. 연구 목적 및 목표 3
1.3. 논문의 개요 3
Ⅱ. 소형 안테나 개념 및 선행 연구 분석 4
2.1. 소형 안테나의 개념 4
2.2. VHF 대역의 매우 작은 두 소자 모노폴 안테나 4
2.1.1 안테나의 구성 4
2.1.2 안테나 측정 방법 6
2.3. 저주파 응용을 위한 가변, 고 이득, 저자세 복합 모노폴 안테나 7
2.3.1 안테나의 구성 7
2.3.2 안테나의 급전 방식 8
2.3.3 안테나의 주파수 조정 방법 9
2.4. 광대역 평면 모노폴 안테나 10
2.4.1 안테나의 구성 10
2.4.2 안테나 측정 12
III. HF 대역 저자세 안테나 설계 13
3.1. 등가회로 구조 및 설계 14
3.2. 에어 코어 인덕터 설계 및 최적화 14
3.3. 안테나의 성능 및 시뮬레이션 결과 17
3.4. 차량에 탑재된 안테나의 시뮬레이션 결과 25
Ⅳ. HF 대역 저자세 안테나 제작 및 측정 28
4.1. HF 대역 저자세 안테나 제작 28
4.2. HF 대역 저자세 안테나의 반사계수 측정 및 수신 전력 측정 결과 29
Ⅴ. 결 론 31
참고문헌 32
영문초록(Abstract) 33
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