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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11234(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

SIW(Substrate Integrated Waveguide) H 평면 혼의 전계 분포를 조작하여 방사 특성을 향상시키는 하이브리드 기술이 제안되었습니다. 이 기술은 구조의 유도파를 제어하기 위한 두 개의 계단식 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 이득이 증가하고 사이드 로브 레벨(SLL)이 감소하도록 필드의 위상을 수정하고 플레어 섹션에서 준균일한 분포를 형성하는 것입니다. 이는 새로운 변조된 금속 경유 렌즈를 구조에 로딩하여 얻을 수 있습니다. SIW H 평면 혼의 방사 구멍에 대한 필드 확장은 백로브를 증가시키는 양쪽 넓은 벽에 후방 표면파를 생성합니다. 두 번째 단계에서는 이러한 후방 표면파가 재활용되어 홀로그래피 이론의 도움을 받아 앞으로 향하게 됩니다. 이는 두 개의 넓은 벽에 홀로그램 기반 금속 스트립 패턴이 있는 두 개의 유전체 슬래브를 추가함으로써 달성됩니다. 이 단계를 사용하면 백로브가 감소하고 최종 이득이 더욱 증가합니다. 제안된 기법을 사용하여 \(f=30\) GHz에서 동작하도록 구조를 설계 및 제작하여 이득 측정값을 11.65 dBi로, H-plane SLL을 \(-\,17.94\) dB로 동시에 향상시키며, 전후 비율은 17.02dB입니다.

SIW(기판 통합 도파관)는 다양한 유도파 구조1,2를 구축하는 데 사용할 수 있는 기술입니다. SIW H-평면 혼 안테나(Li et al.3에 의해 처음 소개됨)는 로우 프로파일, 제조 용이성, 평면 인쇄 회로 기판(PCB)과의 호환성을 포함한 고유 특성으로 인해 상당한 주목을 받았습니다. 기존의 공기 충전 혼 안테나와 비교할 때 SIW 혼의 플레어 내부 전계 분포는 상당히 왜곡되어 이득이 감소하고 전반적인 방사 특성이 저하될 수 있습니다. SIW H 평면 혼 안테나의 방사 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 방법이 문헌에 제시되었습니다. 이러한 방법은 아래와 같이 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 범주에서는 방출 전자기장(EM)4,5,6을 제어하기 위해 조리개 앞에 구성 요소가 배치됩니다. 이 기술은 일반적으로 구조의 크기를 확대합니다. 예를 들어, 좁은 빔폭4으로 더 높은 이득을 달성하기 위해 타원형 및 직사각형 형상의 유전체 렌즈를 적용하는 것이 제안되었습니다. 그러나 구조의 크기는 거의 두 배로 늘어납니다. 유사한 문제가 SIW H 평면 혼이 각각 공기를 통해 천공된 유전체 슬래브와 직사각형 금속 패치가 있는 유전체 슬래브에 의해 로드되는 Ref.5,6에서도 발생합니다.

두 번째 범주에는 주로 위상 분포를 조정하기 위해 플레어 섹션 구조의 기하학적 특성을 수정하는 기술이 포함되어 있습니다. 예를 들어 Ref.7에서는 백로브를 줄이기 위해 플레어의 상단 및 하단 금속화에 한 쌍의 슬롯이 사용되었습니다. 슬롯의 위치는 시도 및 오류 기술로 지정됩니다. 반복적인 방법은 안테나 전면 패널의 필드 분포를 제어하기 위해 SIW 혼의 양쪽 넓은 벽을 픽셀화하는 유전자 알고리즘이 적용되는 Ref.8에서도 활용됩니다. 등각 변환 광학을 적용하여 플레어 내의 위상 오류를 점진적으로 제거하여 H 평면 혼의 게인을 최대 2.4dBi9까지 향상시킵니다. 또 다른 방법은 혼 내부에 포스트 금속화된 비아홀을 조심스럽게 적용하여 동일한 가로선에 동위상 파면을 만드는 것입니다10. 또한 서파 구조를 형성하기 위해 넓은 벽의 중심선을 가로질러 균일하게 분포된 금속 핀 세트로 플레어 섹션을 로드하는 것도 제안되었습니다. 이는 플레어의 중심과 가장자리 사이의 위상차를 최소화하여 궁극적으로 이득을 향상시킵니다11. 제시된 형상은 인쇄 회로 기술로 쉽게 제작할 수 없기 때문에 프로토타입은 금속 전용 구조로 구현되어 공기가 채워진 H 평면 혼을 만듭니다. 유도파 구조 내부의 전파를 위한 공기 매체는 효율성과 이득을 향상시키지만 제조 복잡성을 가져오는 Refs.12,13,14에도 보고되어 있습니다.