메타표면 덮개를 이용한 위성용 원형 편파 안테나의 이득 및 축비 향상

Abstract

위성 통신 시스템에 있어 안테나는 핵심 장치로 그 역할이 매우 중요하다. 이러한 시스템에서 안테나는 극한의 우주 환경을 견딜 수 있어야 하며 원형 편파, 높은 이득을 필요로 한다. 큐브위성은 최근 위성 산업에서 저렴한 가격과 짧은 제작기간으로 각광받고 있다. 큐브위성은 주로 도선형, 마이크로스트립 패치 안테나를 사용한다. 마이크로스트립 패치 안테나의 이득을 향상시키기 위해서는 배열소자를 이용하거나, Fabry-Perot 공진 구조를 통한 지향성 향상방법을 이용한다. 하지만 큐브위성의 크기로 인해 배열소자를 이용하는 방법은 다소 제한된다. 따라서 본 논문에서는 Fabry-Perot 공진 구조를 이용한 안테나의 이득을 향상시켰다. Fabry-Perot 공진 구조의 경우 기본 소자 안테나로 원형 편파 안테나를 사용하지 않는다. 이러한 이유는 안테나에서 방사된 편파가 공진구조의 덮개의 메타표면을 투과할 때 각 단위 셀 성분의 합이 선형 편파 특성을 나타내기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 각 단위 셀의 표면전류 위상을 도식화하고, 중심 단위 셀로부터 위상차가 약 5도 이상 차이나는 단위 셀들을 제거하여 Fabry-Perot 공진 안테나의 축비를 향상시키는 방법을 제안하였다. 제안된 안테나는 기존의 원형 편파 축비를 유지하면서 Fabry-Perot 공진 구조를 통한 약 1.5 dBi의 이득 향상을 확인하였다. 따라서 제안된 안테나는 큐브위성 탑재용 안테나로 충분히 활용될 것으로 기대되며, 기존의 Fabry-Perot 공진 안테나의 급전 소자 안테나를 선형편파가 아닌 원형 편파로 사용 할 수 있도록 응용 할 수 있다.