KR101437646B1 - Antenna for simultaneously measuring broadband vertical/horizontal polarization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 EMC 계측에서 측정시간 및 설비비용을 절감할 수 있도록 수직/수평 편파를 동시에 측정할 수 있도록 한 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나에 관한 것이다.
The present invention relates to a broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna capable of simultaneously measuring vertical and horizontal polarizations in order to reduce measurement time and facility cost in EMC measurement.
EMI 측정 항목 중 가장 시간이 많이 소요되는 것이 자유공간으로 방사되는 Radiated-Emission 테스트이며, 측정 안테나는 광대역으로 Biconical이나 대수 주기(log-periodic), 바이 로그(bi-log) 등이 사용되고 있다.The most time consuming EMI measurement items are Radiated-Emission tests, which are radiated to free space. Biconical, log-periodic, bi-log, etc. are used for measurement antennas.
이들 측정 안테나는 제작된 안테나로부터 발산되는 수직 편파와 수평 편파를 주파수별로 각각 따로 측정하고, 그 값들 중 높은 값을 선택하는 방식이다. These measurement antennas measure vertically polarized waves and horizontal polarized waves emitted from the manufactured antenna separately for each frequency, and select a higher value among the measured values.
이러한 기존 시스템에서 측정시간을 줄이고자 하는 노력들이 많이 있었으며, 그중의 한 예가 리시버 및 안테나를 2개씩 사용하여 수직/수평 편파를 측정하는 2 Pole 시스템 등이 사용되고 있다.There have been many efforts to reduce the measurement time in these existing systems. For example, a two-pole system for measuring vertical and horizontal polarization using two receivers and antennas is being used.
그런데, 종래의 방식은 리시버와 안테나를 2개씩 사용하므로 고가의 장비와 시설이 2배로 투입되어야 하고, 또한 수직 편파를 측정한 다음 수평 편파를 따로 측정함으로써 시간적인 손실이 많은 문제점이 있었다.
However, in the conventional method, since two receivers and antennas are used, expensive equipment and facilities must be charged twice. In addition, there is a problem in that time loss is large by separately measuring horizontal polarization after measuring vertical polarization.
상기의 문제점을 해결하고자 하여, 본 발명은 1 Pole 시스템에서 수직과 수평 편파를 동시 측정함으로써 경제적이면서도 시간적인 손실을 최소화하는 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna that minimizes both cost and time loss by simultaneously measuring vertical and horizontal polarization in a 1 Pole system.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나는, 지지대에 서로 90°의 위상차를 가지도록 복수의 수직 안테나와 수평 안테나가 접속되어 수평 편파 성분과 수직 편파 성분을 동시에 측정하도록 구성된다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna comprising: a plurality of vertical antennas and a horizontal antenna connected to a support so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to each other, .
이러한 본 발명은 수직과 수평 편파를 동시에 측정함으로써 기존 방법과 같이 수평 편파를 측정하기 위한 수평 모드와 수직 편파를 측정하기 위한 수직 모드로 측정 안테나를 각각 전환하지 않아도 되므로 시간적인 손실이 최소화되며, 아울러 수직과 수평 편파를 측정하기 위하여 각각 리시버와 안테나가 2개씩 필요하지 않으므로 비용절감에 큰 효과가 있는 것이다.
In the present invention, since the vertical and horizontal polarizations are simultaneously measured, it is not necessary to switch the measurement antennas in the horizontal mode for measuring the horizontal polarization and the vertical mode for measuring the vertical polarization, respectively, as in the conventional method, Two receivers and two antennas are not required to measure vertical and horizontal polarization, which is very effective for cost reduction.
도1은 본 발명에 의한 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나의 전체 계통도.
도2는 본 발명의 반사손실 그래프.
도3은 본 발명의 정재파 비 그래프.
도4는 발룬의 결선도.
도5는 주파수별 방사 패턴도.
도6은 주파수별 격리도.
도7은 본 발명에 의한 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나의 구조를 보인 도.
도8a는 지지대가 테이퍼진 형태를 가질 때의 반사손실을 나타낸 그래프.
도8b는 지지대가 테이퍼진 형태가 아닌 경우의 반사손실을 나타낸 그래프.
도9a는 지지대가 테이퍼진 형태를 가질 때의 정재파 비를 나타낸 그래프.
도9b는 지지대가 테이퍼진 형태가 아닌 경우의 정재파 비를 나타낸 그래프.
도10은 수평 안테나의 정재파 비를 나타낸 그래프.
도11은 수직 안테나의 정재파 비를 나타낸 그래프.
도12는 수평/수직 동시 측정 정재파 비를 나타낸 그래프.
도13은 기준 안테나의 수평 성분 측정 구성도.
도14는 기준 안테나의 수평 성분 측정 그래프.
도15는 본 발명에 의한 측정 안테나의 수신 특성 측정 구성도.
도16은 본 발명에 의한 측정 안테나의 수직 특성 측정 그래프.
도17는 본 발명에 의한 측정 안테나의 수평 특성 측정 그래프.
도18은 본 발명에 의한 측정 안테나의 수평 및 수직 각각의 특성 측정 그래프.
도19는 본 발명에 의한 측정 안테나의 수평/수직 동시 측정 특성 그래프.
도20은 본 발명에 의한 측정 안테나의 수평 대비 수직(-3dB) 동시 측정 특성 그래프.
도21은 본 발명에 의한 측정 안테나의 수직 대비 수평(-3dB) 동시 측정 특성 그래프.
도22는 기준 안테나에 의한 수평 성분 측정도(Combo Genenrator).
도23은 기준 안테나에 의한 수직 성분 측정도(Combo Genenrator).
도24는 본 발명에 의한 측정 안테나의 수신 특성 측정도(Combo Genenrator).
도25는 Combo Generator를 이용한 수신 특성 측정 그래프.
도26은 스플리터 손실값을 보정한 측정 그래프.
도27은 스플리터 전송 손실 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a whole system diagram of a broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna according to the present invention; FIG.
2 is a reflection loss graph of the present invention.
3 is a graph showing the standing wave ratio graph of the present invention.
4 is a connection diagram of the balun.
5 is a radiation pattern for each frequency.
6 is a frequency-based isolation diagram.
7 is a view showing a structure of a broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna according to the present invention.
8A is a graph showing the return loss when the support has a tapered shape.
8B is a graph showing the return loss when the support is not tapered.
9A is a graph showing the standing wave ratio when the support has a tapered shape.
9B is a graph showing the standing wave ratio when the support is not tapered.
10 is a graph showing a standing wave ratio of a horizontal antenna.
11 is a graph showing a standing wave ratio of a vertical antenna.
12 is a graph showing the standing wave ratio of horizontal / vertical simultaneous measurement.
13 is a diagram showing a horizontal component measurement configuration of the reference antenna.
14 is a horizontal component measurement graph of the reference antenna.
FIG. 15 is a diagram showing the reception characteristic measurement of the measurement antenna according to the present invention. FIG.
FIG. 16 is a graph showing vertical characteristics of a measurement antenna according to the present invention. FIG.
17 is a graph showing horizontal characteristics of a measurement antenna according to the present invention.
FIG. 18 is a graph showing the horizontal and vertical characteristics of the measurement antenna according to the present invention. FIG.
FIG. 19 is a graph of horizontal / vertical simultaneous measurement characteristics of a measurement antenna according to the present invention. FIG.
FIG. 20 is a graph showing the horizontal and vertical (-3 dB) simultaneous measurement characteristics of the measurement antenna according to the present invention. FIG.
FIG. 21 is a graph showing horizontal and vertical (-3 dB) simultaneous measurement characteristics of the measurement antenna according to the present invention. FIG.
22 is a diagram showing a horizontal component measurement by a reference antenna (Combo Generator).
23 is a diagram showing a vertical component measurement by a reference antenna (Combo Generator).
FIG. 24 is a diagram illustrating a reception characteristic measurement (Combo Generator) of a measurement antenna according to the present invention. FIG.
25 is a graph of a reception characteristic measurement using a Combo Generator.
26 is a measurement graph in which a splitter loss value is corrected;
27 is a graph of splitter transmission loss.
이와같이 구성된 본 발명의 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.The broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna of the present invention thus configured will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명에 의해 제안된 측정 안테나의 계통도로서, 2개의 Bi-Log 측정 안테나(100,200)를 디자인하여 하나의 지지대에 직각으로 수직과 수평 부분을 접속하였으며, 수신된 신호 성분은 스플리터(300)를 통하여 합성된 후 계측기로 입력된다. FIG. 1 is a block diagram of a measuring antenna proposed by the present invention. Two Bi-Log measuring
제작 후 측정한 반사 손실은 시뮬레이션 값과 거의 일치하였으며, 이를 토대로 기존의 광대역 안테나와 비교 측정하여 수신 특성을 측정하였다. The reflection loss measured after fabrication almost coincided with the simulation value, and the reception characteristics were measured by comparing with the conventional wideband antenna.
본 발명에서 광대역 측정 안테나(100,200)에서도 수직과 수평 성분을 동시에 측정할 때 수신되는 수직과 수평 성분이 각각 동일 값이라면 계측기에 입력되는 값은 이들의 합으로 나타나며, +3 dB 효과를 나타낸다. In the present invention, if the vertical and horizontal components received by the
수직과 수평 성분 중 어느 하나의 값이 상대적으로 절반 이하(-3 dB)로 떨어지면 계측기로 측정되는 값은 수직과 수평 중 큰 값에서 거의 +2 dB 내외로 측정됨을 실험적으로 확인하였다. It is experimentally confirmed that when one of the vertical and horizontal components falls to less than half (-3 dB), the value measured by the meter is measured to be about +2 dB at a large value of vertical and horizontal.
또한, 수직 및 수평 성분들이 서로 간에 10 dB 이상의 차이가 있을 경우, 그 측정값은 수직과 수평 중 큰 값과 거의 일치함을 실험적으로 확인하였다.
In addition, when the vertical and horizontal components differ by more than 10 dB from each other, it is experimentally confirmed that the measured value is almost the same as the vertical and horizontal large values.
1. 이론적 배경1. Theoretical background
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 측정 안테나(100,200)는 수직/수평 성분을 동시에 측정하여 스플리터(300)를 통하여 합산되므로, 이 과정에서 결과 값에 대한 수학적인 해석이 필요하고, 이를 토대로 본 발명의 측정 안테나를 설계 및 제작하고 그 수신 특성을 비교 측정하여 유효성을 입증하고자 한다.As described above, since the
일반적으로 수신 안테나에 수신되는 전력은 수학식1로 주어진다.
Generally, the power received at the receiving antenna is given by Equation (1).
따라서 수평 성분의 수신 전력은 수학식2로 주어지고, 수직 성분의 수신 전력은 수학식3으로 주어진다.
Therefore, the received power of the horizontal component is given by Equation (2), and the received power of the vertical component is given by Equation (3).
여기서, 수평 성분과 수직 성분이 동일하다면 수학식4로 주어진다.
Here, if the horizontal component and the vertical component are the same, it is given by Equation (4).
따라서 합성 수신 전력은 수학식5로 주어진다.
Therefore, the combined received power is given by Equation (5).
여기서 수학식5에 수평 성분 PH, 또는 수직 성분 PV로 나누면 수학식6이 주어진다.
Here, if the horizontal component P H or the vertical component P V is divided into Equation (5), Equation (6) is given.
즉, 합성 수신 전력은 수평 성분의 2배이고, 수직성분에 대해서도 2배이다.That is, the combined received power is twice the horizontal component and twice the vertical component.
수학식6의 양변에 전력 대수를 취하면 수학식7로 주어진다.
Taking power algebra on both sides of Equation (6) gives Equation (7).
즉 본 발명의 측정 안테나(100,200)에서 수직/수평 성분이 동일할 때 이들 합성 성분은 단일 측정치에 +3dB 한 값이 측정된다.That is, when the vertical / horizontal components are the same in the
또한 수평 성분과 수직 성분 중 어느 하나가 다른 성분의 절반 이하(-3dB)로 될 경우 합성 수신 전력은 수학식8이고, 전력 대수 함수로 표현하면 수학식9로 주어진다.
If either the horizontal component or the vertical component is less than half of the other components (-3 dB), the combined received power is expressed by Equation 8, and expressed by the power algebraic function,
즉, 이 경우 어느 한 큰 값에 +1.76dB 한 값이 측정되어짐을 의미한다.That is, in this case, it means that a value of +1.76 dB is measured to a larger value.
실제적으로 하나의 시료에서 수직 성분과 수평 성분은 거의 10dB 이상의 차이를 보인다.In practice, the vertical and horizontal components of a sample are more than 10 dB apart.
따라서 위의 이론에 의거하여 본 발명의 측정 안테나(100,200)를 설계 제작하고 그 수신 특성을 측정하여 결과 값이 위의 이론값과 일치함을 증명하고자 한다.
Therefore, the
2. 설계 및 제작2. Design and production
2-1 주파수 범위 설정2-1 Setting the Frequency Range
EMC 계측에서, 자유공간으로 방사되는 전기자기파를 측정하는 Radiated-Emission 테스트에서 가장 많이 쓰이는 주파수 대역이 30MHz ~ 1GHz임을 고려하여 30MHz ~ 1.6GHz, 물리적 크기 등을 고려하여 Bi-Log로 설정하였다(바이코니컬 30 ~200MHz, 대수주기 200MHz ~ 1.6GHz).
In the EMC measurement, Bi-Log was set to 30 MHz ~ 1.6 GHz considering the physical size and the like, considering that the most frequently used frequency band is 30 MHz to 1 GHz in the Radiated-Emission test for measuring the electromagnetic wave radiated into free space (
2-2 안테나 반사 손실계수(S2-2 Antenna reflection loss factor (S 1111 ) 및 정재파비(SWR)) And standing wave ratio (SWR)
반사 손실의 설정은 수평 및 수직 부분을 각각 동일하게 설정하였으며, -10dB이하로 하였다.The reflection loss was set to be equal to or less than -10 dB in the horizontal and vertical portions.
이는 급전 전력의 90% 이상을 전송함을 의미하며, 안테나 설계 및 평가의 일반적인 수치이다.This means that more than 90% of the feed power is transmitted, and is a general numerical value for antenna design and evaluation.
도2와 도3은 도1의 안테나 전체 계통도에 의해 설계된 안테나(100,200)의 반사 손실 및 그에 따른 정재파 비 그래프이다.FIG. 2 and FIG. 3 are graphs of reflection losses and corresponding standing wave ratios of the
1.3GHz 이상에서는 메시 부족으로 해석이 정확하지 않은 것이다.At 1.3 GHz and above, the lack of a mesh is not accurate.
여기서 200MHz 이하 대역은 바이코니컬 안테나 영역으로 급전선과 임피던스 정합을 위하여 발룬(Balun)(400,500)을 사용하는 영역이다. Here, the band below 200MHz is a region where a balun (400,500) is used for impedance matching with a feeder line to a biconical antenna region.
하지만 사용된 CST 시뮬레이션 프로그램에서 발룬의 해석이 어려운 관계로 보정이 되지 않은 부분이다. 실제는 발룬을 장착하여 보완이 이루어진다.
However, it is difficult to analyze the balun in the CST simulation program. In fact, the balun is installed to compensate.
2-3 발룬설계 및 임피던스 정합2-3 Balun Design and Impedance Matching
안테나의 구성 중 바이코니컬 부분의 콘의 굴절 각도는 간섭 영향 및 수신 영역 등을 고려하여 38°로 하였고, 입력 임피던수가 200Ω으로 되었다.In the configuration of the antenna, the angle of refraction of the cone of the biconical part was 38 ° considering the influence of interference and the receiving area, and the input impedance was 200Ω.
따라서 급전선과의 정합을 위하여 4:1 페라이트 코어 발룬을 제작하여 삽입하였다.Therefore, a 4: 1 ferrite core balun was fabricated and inserted to match the feed line.
대수 주기 부분은 50Ω으로 발룬없이 정합하였다.The logarithmic periodic section was matched without baluns to 50 Ω.
표1 및 표2 그리고 도4는 설계된 발룬의 규격 및 결선도이다.
Table 1 and Table 2 and Figure 4 are the specifications and wiring diagram of the designed balun.
3
Insertion loss
One
About Pin
2-4 주파수별 방사 패턴2-4 Radiation pattern by frequency
도5는 각각의 주파수별 방사 패턴을 2차원 평면상에 도시한 것이다. 우선 주파수 30MHz부터 100MHz까지는 바이코니컬 안테나에 의한 것으로 전계는 XZ 평면상에서 균등한 패턴을 보인다. 반 전력각(HPBW : Half Power Beam Width)은 88°부터 71°의 분포를 보였다.5 shows radiation patterns for respective frequencies on a two-dimensional plane. First, frequencies from 30 MHz to 100 MHz are due to biconical antennas, and the electric field shows an even pattern on the XZ plane. Half Power Beam Width (HPBW) showed a distribution from 88 ° to 71 °.
자계 패턴은 YZ 평면상에서 루프 안테나와 비슷한 무지향성 즉, 전방향성(Omni-Directional)을 나타내고 있다.The magnetic field pattern is omnidirectional (Omni-Directional) similar to the loop antenna on the YZ plane.
주파수 400MHz부터 1,600MHz까지는 대수 주기 안테나에 의한 것으로서, 전계 패턴의 반 전력각은 43°부터 63°의 분포를 나타내며, 자계는 87°에서 107°의 분포를 보인다.
The frequency from 400 MHz to 1,600 MHz is due to the logarithmic periodic antenna. The half power angle of the electric field pattern is in the range of 43 ° to 63 °, and the magnetic field has a distribution of 87 ° to 107 °.
2-5 격리도2-5 Isolation Diagram
도6은 주파수별 수평 안테나와 수직 안테나간 격리도이며, 최저 13dB에서 최고 30dB를 보인다.
6 shows the isolation between the horizontal antenna and the vertical antenna according to frequency and shows a maximum of 30 dB at a minimum of 13 dB.
2-6 측정 안테나의 구조2-6 Structure of Measurement Antenna
도7은 본 발명에 의한 측정 안테나(100,200)의 구조를 보인 도로서, 선단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼 형태를 갖는 지지대(600)에 90°의 위상차를 가지면서 수평 안테나(100)와 수직 안테나(200)가 길이방향으로 일정한 간격 또는 특정 간격을 유지하면서 복수개가 접속되어 설치된다.FIG. 7 is a view showing the structure of the
즉, 지지대(600)를 중심으로 수평방향의 양측으로 복수의 수평 안테나(100)가 설치되며, 수직방향의 양측으로 복수의 수직 안테나(200)가 설치되도록 구성된다.That is, a plurality of
상기의 지지대(600)는 네 방향으로 설치된 수평 안테나(100)와 수직 안테나(200)를 설치하기 위하여 4개의 지지대(610,620,630,640)로 분할되며, 2개의 수평 지지대인 제1지지대(610)와 제2지지대(620), 그리고 2개의 수직 지지대인 제3지지대(630)와 제4지지대(640)는 스페이서(680,690)에 의해 서로 이격된 간격을 유지하게 되고, 각 지지대(610,620,630,640)에는 복수의 수평 안테나(100)와 수직 안테나(200)가 설치되는 것이다.The
즉, 제1지지대(610)와 제2지지대(620)에는 서로 반대방향을 향하도록 수평 안테나(100)가 접속되고, 제2지지대(630)와 제4지지대(640)에는 서로 반대방향을 향하도록 수직 안테나(200)가 접속되는 구조를 갖는다. That is, the
이때 상기 각 지지대(610,620,630,640)는 선단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼 형태를 가지게 되며, 수평 지지대인 제1지지대(610)와 제2지지대(620)의 선단부위에는 금속판 형태의 제1전도체(650)에 의해 전기적으로 연결되고, 또한 수직 지지대인 제3지지대(630)와 제4지지대(640)는 금속판 형태의 제2전도체(660)에 의해 전기적으로 연결된다.At this time, the
즉, 제1전도체(650)와 제2전도체(660)가 '+'형태로 교차되며, 그 교차된 사이에는 절연체(670)가 삽입되어 제1전도체(650)와 제2전도체(660)가 전기적으로 연결되지 않도록 한다.In other words, the
또한, 제1전도체(650)와 제2전도체(660)가 외부로 노출되지 않도록 지지대(600)의 선단에는 캡(601)이 씌워진다.A
상기 각 지지대(610,620,630,640)의 후단에는 고정부(700)가 장착되어 지지대(610,620,630,640)를 고정지지하게 되며, 아울러 외측으로는 수평과 수직방향 양측으로 각각 4개의 콘(800)이 장착된다.640, 640, and 640 are fixed to the rear ends of the
이때 콘(800)의 굴절 각도는 간섭 영향 및 수신 영역 등을 고려하여 38°로 하였고, 입력 임피던스를 200Ω으로 설정하였다.At this time, the angle of refraction of the
고정부(700)의 내측에는 도1에서와 같이 발룬(400,500)과 스플리터(300)가 설치되어 있으며, 스플리터(300)는 수평 안테나(100)와 수직 안테나(200)로부터 수신된 수평 편파 성분과 수직 편파 성분을 입력받아 합산하여 출력하게 되며, 외부의 계측기에서 이를 계측하는 구조를 갖는다.1, the
한편, 각 지지대(610,620,630,640)를 선단으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형태로 형성함으로써 단순히 폭이 동일한 직선의 지지대보다 반사 손실이 적게 하며, 정재파비를 안정적으로 가져갈 수 있다.610, 620, 630, and 640 are formed in a tapered shape having a narrower width toward the tip, the reflection loss is less than that of a straight support having the same width, and the standing wave ratio can be stably obtained.
도8a는 본 발명과 같이 지지대(610,620,630,640)를 테이퍼 형태로 하여 반사손실을 측정한 그래프이고, 도8b는 폭이 동일한 직선의 지지대의 반사 손실을 측정한 그래프이다.FIG. 8A is a graph showing reflection loss measured with the
이에 도시된 바와같이, 도8b보다 도8a의 그래프가 반사 손실이 낮음을 알 수 있다.As shown in FIG. 8B, the graph of FIG. 8A shows low reflection loss.
도9a는 테이퍼 형태의 지지대(610,620,630,640)의 정재파비를 보인 그래프이고, 도9b는 직선의 지지대의 정재파비를 보인 그래프로서, 도9a의 정재파비가 도9b의 정재파비보다 낮아 안정적임을 알 수 있다.
9A is a graph showing the standing wave ratio of the tapered
2-7 제작 후 측정한 안테나의 반사 손실(S2-7 Return loss of antenna measured after manufacturing (S 1111 , SWR), SWR)
도10은 수평 안테나(100) 입력 포트의 정재파 비이며, 특정 주파수를 제외하고 평균 1.2 이하이며, 급전전력의 90% 이상을 전송한다.10 is a standing wave ratio of the input port of the
도11은 수직 안테나(200)에서 바이코니컬 부분의 정재파 비가 도7의 수평 부분에 비하여 일부 높은 것은 제작된 페라이트 코어 발룬의 특성이 균일하지 못한데 기인한 것으로 예측된다.11 that the standing wave ratio of the biconical part of the
도12는 수직과 수평을 스플리터(300)로 결합한 후 측정한 정재파 비이며, 급전 전력의 손실이 현저히 감소함을 볼 수 있다.
FIG. 12 is a standing wave ratio measured after coupling the vertical and horizontal by the
3. 수신 특성 측정3. Measurement of reception characteristics
3-1 기준 안테나의 수신 특성 측정3-1 Measuring the reception characteristics of the reference antenna
본 발명의 측정 안테나(100,200)의 수신 특성을 검증하기 위하여 먼저 기존의 검증된 광대역 안테나에 수직/수평 성분이 동시에 수신될 때의 특성을 측정한 후, 동일 조건으로 본 발명의 측정 안테나(100,200)의 수신 특성을 측정하여 비교 검증하고자 한다.In order to verify the reception characteristics of the
도13은 기준 안테나의 수평 측정 구성도이다.13 is a horizontal measurement configuration diagram of the reference antenna.
도13에서의 실험은 3m 반무반사실에서 실시되었으며, 동일 EUT임을 감안하여 1개의 송신기(30)에서 수직/수평 송신 안테나(10,20)로 1/2씩 나누어 전송하였다.The experiment in FIG. 13 was carried out in the 3 m semi-anechoic chamber, and in consideration of the same EUT, one
지면 반사파의 영향을 줄이기 위하여 그라운드 바닥에는 2m × 2m 넓이의 흡수체를 설치하였다.In order to reduce the influence of the ground reflection wave, a 2m × 2m absorber was installed at the bottom of the ground.
안테나의 높이는 송수신 안테나(10,20,40) 모두 동일하게 1.6m이고, 송수신 안테나간의 거리는 3m, 수직/수평 송신 안테나(10,20) 간의 거리는 2m이었다.The height of the antenna was 1.6 m for both the transmitting and receiving
송수신 안테나 3개는 모두 동일하게 Schwarzbeck사의 VULB 9168이 사용되었고, 사용 주파수 대역은 30MHz ~ 1.5GHz이다.All three transmit and receive antennas are the same as those used by Schwarzbeck's VULB 9168, with a usable frequency range of 30 MHz to 1.5 GHz.
송신기(30) 및 리시버(50)는 Rohde & Schwarz사의 ZNB Vector Network Analyzer가 사용되었다.The
동작 주파수 대역은 9Khz ~ 6GHz이고, 송신출력은 10dBm이었다.The operating frequency band was 9KHz to 6GHz, and the transmission power was 10dBm.
실험방법은 도15와 같이 구성 후, 네트워크 분석기의 송신부(30)에서 수직 송신 안테나(10) 연결을 제거하고, 수평 안테나(20)만 연결한 후 이들 송수신 안테나간의 전송손실(S21)을 측정하였다(30MHz ~ 1.6GHz).15, the
그 후 수직과 수평 송신 안테나(10,20) 모두를 연결하고, 송신 안테나(10,20) 및 수신 안테나(40) 간 전송 손실(S21)을 측정하였다. Then, both the vertical and
도14는 측정 그래프이다.14 is a measurement graph.
도14에서 윗 부분의 붉은색 그래프가 수평 송신 안테나(20)만 연결했을 때의 측정된 전송 손실(S21)이다. 그리고 아래의 푸른색 부분이 수직과 수평을 동시에 양분하여 전송하였을 때 이들 수직/수평 송신 안테나(10,20)와 수평 수신 안테나(40) 간의 전송 손실 그래프이다.In FIG. 14, the red graph at the upper part is the measured transmission loss (S 21 ) when only the
도14에서 보는 바와 같이 수평 송신 안테나(20)로만 전송될 때의 측정치와 수직/수평 양측 송신 안테나(10,20)로 각각 1/2 씩 양분되어 전송될 때의 측정값 사이에 약 3dB 정도의 차이가 있다. 이는 전송 값이 1/2씩 양분(-3dB)되었으므로 당연한 결과이다.As shown in FIG. 14, a difference between a measurement value when the signal is transmitted only to the
그래프 앞 부분의 30MHz 대역과 1.4GHz 이상 대역에서 일치하지 않는 부분이 있으며, 이것은 안테나의 바이 로그 부분 및 해당 대역에서 수직 성분이 많이 검출된 것으로 유추되며, 그 요인은 안테나의 주파수 대역이 30MHz ~ 1.5 GHz 인 것과 흡수체의 특성 등 여러 요인에 의한 것으로 추정된다.There are some inconsistencies in the 30 MHz band and the 1.4 GHz band in the front part of the graph. This is inferred from the fact that a large number of vertical components are detected in the bi-log portion and the corresponding band of the antenna, GHz and the characteristics of the absorber.
이 실험에서 수직/수평 성분이 동일한 값으로 수신 안테나(40)에 수신될 때 주파수간 간섭이 많이 발생하다는 것과 수직/수평을 동시 송신할 때 1/2 씩 양분(-3dB)되어진다는 것을 확인할 수 있다. 또한 수직 특성 실험에서도 유사한 결과를 얻었다.
In this experiment, it is confirmed that inter-frequency interference occurs when the vertical / horizontal components are received by the receiving
3-2 본 발명에 의한 안테나의 수신 특성 측정3-2 Measurement of Reception Characteristics of Antenna According to the Present Invention
3-2-1 수직 성분 측정3-2-1 Measurement of vertical component
이번 실험에서는 수직 안테나(10)로만 송신했을 때의 수신 값을 특정하고자 한다.In this experiment, it is intended to specify a reception value when transmitting only to the
도15의 측정 조건은 도13에서의 기준 안테나를 제거하고, 그 자리에 본 발명의 측정 안테나(100,200)를 부착하였으며, 수평/수직 송신 안테나(10,20) 양측에 감쇄기(11,21)를 추가로 연결하였다. 그리고 Network Analyzer의 출력을 13dBm으로 한 후, 다시 수직 쪽의 감쇄기(11)를 조정하여 -3dBm하였다.15, the reference antennas shown in FIG. 13 are removed, and the
또한 수평 송신 안테나(20)의 급전선을 차단하였다.The feed line of the
결과적으로는 수직 송신 안테나(10)에만 10dBm의 전력이 입력되었다.As a result, only 10 dBm of power was input to the
그외는 3-1절과 동일하다.Others are the same as Section 3-1.
실험은 수평 송신 안테나(20)의 급전선을 차단하고, 수직 송신 안테나(10)로만 송신하면서 그때의 송신 안테나(10,20)와 본 발명에 의한 측정 안테나(100,200) 간 전송 손실(S21)을 측정하였다.Experiments were conducted to investigate the transmission loss S 21 between the
도16은 측정 그래프로서, 수직 성분만 존재할 때는 위의 청색 그래프 성분만 측정되어진다.
FIG. 16 is a measurement graph, in which only the vertical blue component is measured.
3-2-2 수평 성분 측정3-2-2 Horizontal component measurement
마찬가지로 도15에서 수직 송신 안테나(10)의 급전선을 차단하고, Network Analyzer의 출력을 13dBm으로 한 후, 수평 감쇄기(21)를 조정하여 -3dBm하였다.Similarly, in FIG. 15, the feed line of the
역시 수평 송신 안테나(20)에만 10dBm의 전력이 입력되었다.A power of 10 dBm was inputted only to the
실험은 수직 송신 안테나(10)의 급전선을 차단하고, 수평 송신 안테나(20)로만 송신하면서 수평 송신 안테나(20)와 측정 안테나(100,200) 간 전송 손실(S21)을 측정하였다.Experiments were performed to measure the transmission loss S 21 between the
도17은 측정 그래프로서, 수평 성분만 존재할 때는 위의 청색 그래프 성분만 측정되어진다.
Fig. 17 is a measurement graph. When only a horizontal component exists, only the upper component of the blue graph is measured.
3-2-3 수직/수평 성분 동시 측정3-2-3 Simultaneous measurement of vertical / horizontal components
도18에서 적색 부분이 수평 성분(H)이고, 청색 부분이 수직 성분(V)이다. 즉, 수직과 수평 성분이 공존할 때 기존의 방식은 수평과 수직 성분을 각각 측정하여 높은 값을 취하는 방식이다.In Fig. 18, the red portion is the horizontal component (H) and the blue portion is the vertical component (V). That is, when the vertical and horizontal components coexist, the conventional method takes a high value by measuring each of the horizontal and vertical components.
결과적으로 높은 그래프의 값들만을 선택하여 측정치로 기록한다.As a result, only the values of the high graph are selected and recorded as the measured values.
따라서 수직/수평 성분을 동시에 측정할 때 그 값들의 그래프들 중 높은 값과 일치하면 된다. Therefore, when measuring vertical / horizontal components at the same time, it is necessary to match a high value among the graphs of the values.
도19의 그래프는 수직/수평 송신 안테나(10,20)를 동시에 연결하고 급전하여 그때의 송신 안테나(10,20)와 측정 안테나(100,200) 간 전송 손실(S21)을 측정한 것이다.The graph of FIG. 19 is obtained by measuring the transmission loss (S 21 ) between the
도19에서 적색부분이 수직 성분, 얕은 청색이 수평 성분, 청색부분이 수직/수평(H/V) 동시 측정 그래프이다. 측정 조건은 Network Analyzer의 출력을 13dBm으로 한 후, 수평 및 수직 송신 안테나(10,20) 측의 2개의 감쇄기(11,21)를 모두 0dB로 맞추었다.In FIG. 19, the red portion is a vertical component, the shallow blue is a horizontal component, and the blue portion is a vertical / horizontal (H / V) simultaneous measurement graph. The measurement conditions were such that the output of the Network Analyzer was set to 13 dBm, and the two
즉, 수직 및 수평 송신 안테나(10,20) 양측 모두 10dBm의 전력이 급전되었다.That is, 10 dBm power was supplied to both the vertical and
따라서, 수직 성분 측정 그래프 및 수평 성분 측정 그래프, 수직/수평 성분 측정 그래프 등 모두 3개의 그래프가 동일하게 10dBm으로 급전되었으므로 앞선 수학싱 6과 7의 수신 조건을 만족한다고 볼 수 있다.Therefore, since three graphs including the vertical component measurement graph, the horizontal component measurement graph and the vertical / horizontal component measurement graph are fed at the same 10 dBm, it can be seen that the reception conditions of the preceding
도20에서의 결과값은 약 4 ~ 5dB 내외이었다. 수학식 6과 8의 수신 조건을 만족한다고 볼 수 있다.The resultant value in FIG. 20 was about 4 to 5 dB. It can be seen that the reception conditions of Equations (6) and (8) are satisfied.
도20에서 보듯이 수직 및 수평 2개의 그래프 값이 동일 값으로 일치하는 주파수에서는 약 +4 ~ 5dB의 효과를 보였다. 그리고 수직 및 수평 그래프 값이 10dB 정도의 차이를 보이는 주파수에서는 동시 측정값이 2개의 그래프 중 높은 값과 거의 일치함을 나타낸다.As shown in FIG. 20, the effect of +4 ~ 5dB was obtained at the frequencies where the two vertical and horizontal graph values coincide with each other. And, at the frequencies where the vertical and horizontal graph values show a difference of about 10dB, the simultaneous measurement value is almost equal to the high value of the two graphs.
즉, 하나의 동일 시료에서 동일 주파수의 수직과 수평 성분이 10dB 이상의 차이를 보이면, 본 발명의 측정 안테나(100,200)로 수직/수평 동시 측정 시 2개의 성분 중 높은 값만 측정됨을 의미한다. 이는 실제 측정에서 동일 주파수에서 수직 및 수평 성분의 차이가 통상적으로 10dB 이상임을 감안하면 상당히 좋은 결과이다.That is, when the vertical and horizontal components of the same frequency differ from each other by more than 10 dB, it means that only one of the two components is measured at the time of simultaneous vertical / horizontal measurement by the
도21은 수직 성분을 절반인 -3dB로 급전했을 대의 측정 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing a measurement result when the vertical component is fed at a half of -3 dB.
실험은 network Analyzer의 출력을 13dBm으로 하고, 수평측 감쇄기(21)는 0dB, 수직측 감쇄기(11)는 -3dB로 조정하였다. 따라서 수직 송신 안테나(10)에는 수평 송신 안테나(20)에 비해 절반인 7dBm이 급전되었다.In the experiment, the output of the network analyzer was set to 13 dBm, the horizontal attenuator (21) was adjusted to 0 dB, and the vertical attenuator (11) was adjusted to -3 dB. Thus, the
따라서 앞선 수학식 8과 9의 수신 조건을 만족한다고 볼 수 있다.Therefore, it can be seen that the reception conditions of the above Equations (8) and (9) are satisfied.
도20에서의 결과값은 약 2 ~ 3dB 정도 되었다.The resultant value in Fig. 20 was about 2 to 3 dB.
수학식 8과 9의 이론값 1.76dB보다 다소 높은값을 보였다.Which is somewhat higher than the theoretical value of 1.76 dB of
또한, 반대로 수평 성분을 수직 성분의 절반으로 급전한 상태에서도 동일한 결과를 얻었으며, 도21은 측정 그래프이다.
On the contrary, the same result was obtained even when the horizontal component was fed at half of the vertical component, and Fig. 21 is a measurement graph.
3-3 Combo Generator를 이용한 수신 특성 측정3-3 Measurement of reception characteristics using Combo Generator
이번에는 실제 측정을 가정하여 시험품(EUT) 대신 Combo Generator(CNE Ⅲ, 9kHz ~ 1Ghz)를 이용하여 실험하였으며, 수신기는 Rohde & Schwarz사의 ESU 모델인 EMI test-receiver가 사용되었으며, 동작 주파수 대역은 20Hz ~ 8GHz이고, 이외의 조건은 앞선 실험과 동일하다.In this experiment, we used the Combo Generator (CNE Ⅲ, 9kHz ~ 1Ghz) instead of the EUT on the assumption of actual measurement. The EMI test receiver, an ESU model of Rohde & Schwarz Co., To 8 GHz, and the other conditions are the same as in the previous experiment.
이번 실험에서는 전송 손실이 아닌 실제 전계 강도를 측정하였으며, 도22 내지 도24는 측정 구성도이다.In this experiment, the actual field strength was measured instead of the transmission loss, and FIGS. 22 to 24 are measurement configuration diagrams.
실험은 먼저 도22와 같이 수신측에서 기준 안테나(40)를 수평으로 설치하고, 송신측은 Combo Generator(70)를 그라운드로부터 80cm 높이의 스티로폼 테이블 위에 위치시켜 동작시켰다.As shown in FIG. 22, the
그리고 실제 측정 조건을 감안하여 그라운드 바닥에는 흡수체를 깔지 않았다. 그리고 그때의 전계강도를 측정하였다.In consideration of the actual measurement conditions, no groundwater absorbing material was laid on the floor. Then, the electric field intensity at that time was measured.
그 후 마찬가지로 수신 안테나(40)를 도23과 같이 수직으로 전환하고, 그 때의 전계강도를 측정하였다.Thereafter, similarly, the receiving
마지막으로 도24과 같이 본 발명의 측정 안테나(100,200)로 교체한 후 수직/수평 성분을 동시에 측정하였다.Finally, as shown in FIG. 24, the vertical and horizontal components were measured simultaneously after replacing with the
도25는 측정 그래프로서, 위의 청색 부분이 기준 안테나에 의한 수직 성분이며, 아래의 흑색부분이 수평 성분 측정 그래프이다. 그리고 중간에 있는 녹색부분이 본 발명의 측정 안테나(100,200)에 의한 수직/수평 동시 측정 성분이다.25 is a measurement graph in which the blue portion above is the vertical component by the reference antenna and the black portion below is the horizontal component measurement graph. And the green portion in the middle is a component measured simultaneously by the
도25에서 보듯이 수직과 수평 성분이 전 주파수 대역에서 10dB 이상의 차이를 보인다.As shown in FIG. 25, the vertical and horizontal components show a difference of more than 10 dB over the entire frequency band.
따라서 수평 성분은 거의 측정되지 않고 수직 성분만 검출되었으며, 전 주파수 대역에서 기준 안테나의 수직 성분 그래프와 약 6dB 정도의 차이를 두고 일치한다.Therefore, only the vertical component is detected without the horizontal component, and the vertical component of the reference antenna is approximately 6dB in the entire frequency band.
이는 본 발명의 측정 안테나(100,200) 제작에 사용된 스플리터(300)의 전송 손실(S21)값과 동일하다. 즉 스플리터(300)의 전송 손실(S21)값 6dB를 보정하면 기준 안테나의 수직 성분 측정값과 일치한다는 의미이다.This is the same as the transmission loss (S 21 ) value of the
그리고, 일부 특정 주파수 대역에서 그 차이가 6dB 이상 또는 이하로 되는 것은 본 발명의 측정 안테나(100,200)의 고유 안테나 이득에 관련된 것으로 추정된다.It is assumed that the difference of 6 dB or less in some specific frequency bands is related to the inherent antenna gain of the
따라서, 본 발명의 측정 안테나(100,200)를 정확하게 교정하고 이득을 산출하여 보정한다면 기준 안테나(40)의 수평 성분 그래프와 정확하게 일치할 것으로 예상한다.Therefore, if the
도26은 스플리터(300)의 손실 값 6dB를 보정한 후 측정한 결과이다.26 shows the result of measurement after correcting the loss value of 6 dB of the
도27은는 본 발명의 측정 안테나(100,200) 제작에 사용된 스플리터(300)의 전송 손실(S21) 그레프이다.
Figure 27 is a eunneun transmission loss (S 21) Grafton of the
4. 결론4. Conclusion
본 발명의 측정 안테나(100,200)는 앞서 설명한 바와 같이 수직/수평 동시 측정에서 다음과 같은 결과를 얻었다.As described above, the
1. 수직 및 수평 성분이 동일한 값으로 측정 안테나에 입사될 때, 측정값은 각각의 수직 또는 수평 성분 측정치보다 약 4 ~ 5dB 정도 높게 측정되었다. 이는앞서 제시한 이론값 3dB보다 다소 높은 값이다.1. When the vertical and horizontal components are incident on the measurement antenna with the same value, the measured value is measured approximately 4 to 5 dB higher than the measured value of each vertical or horizontal component. This is somewhat higher than the theoretical value of 3 dB mentioned above.
2. 측정 안테나에 입사되는 수직 및 수평성분 중 어느 하나의 값이 상대적으로 절반 이하(-3dB)로 떨어질 경우, 측정되는 값은 수직과 수평 중 큰 값에서 2 ~ 3dB 정도 높게 측정되었다. 이 역시 앞서 제시한 이론값 1.76dB 보다 다소 높은 값이다.2. When one of the vertical and horizontal components incident on the measurement antenna falls to less than half (-3dB), the measured value is measured to be 2 to 3dB higher than the larger value of vertical and horizontal. This is also somewhat higher than the theoretical value 1.76dB given above.
3. 측정 안테나에 입사되는 수직 및 수평 성분들이 서로 간에 10dB 이상의 차이가 있을 경우 그 측정값은 수직과 수평 중 큰 값과 거의 일치한다.
3. If the vertical and horizontal components incident on the measuring antenna differ by more than 10dB from each other, the measured value almost coincides with the large value of vertical and horizontal.
이상의 결과로 미루어 보아 본 발명의 측정 안테나를 이용한 수직/수평 동시 측정에서 그 측정값은 수직과 수평 성분을 따로 각각 측정할 때의 값과 거의 유사하거나, 최악의 경우에도 4 ~ 5dB 정도 높다는 것이다. As a result, in the simultaneous measurement of vertical and horizontal using the measuring antenna according to the present invention, the measured value is approximately 4 to 5 dB higher than the value measured separately for the vertical and horizontal components or worst case.
따라서 어떠한 경우에도 IEC CISPR에서 규제하는 한계치를 넘기는 오류는 발생할 수 없다. 다만, 수직 성분과 수평 성분이 구별이 되지 않는 것 뿐이다. 하지만 이것은 큰 문제가 되지 않는다. Therefore, in any case, errors that exceed the limits regulated by IEC CISPR can not occur. However, only the vertical component and the horizontal component are not distinguished. But this is not a big deal.
이 결과는 루프 안테나, 혼 안테나 등 다른 안테나에도 유효할 것으로 보인다.
This result seems to be valid for other antennas such as loop antennas and horn antennas.
100 : 수평 안테나 200 : 수직 안테나
300 : 스플리터 400,500 : 발룬
600 : 지지대 700 : 고정부
800 : 콘100: horizontal antenna 200: vertical antenna
300: splitter 400,500: balun
600: support 700:
800: Cone
Claims (8)
상기 지지대의 후단은 고정부에 장착되어 고정되며, 상기 고정부에는 수평과 수직방향으로 콘이 장착된 것을 특징으로 하는 광대역 수직/수평 동시 측정 안테나.
A plurality of vertical antennas and a horizontal antenna are connected to the support so as to have a phase difference of 90 ° with respect to each other, and simultaneously measure the horizontal polarization component and the vertical polarization component,
Wherein a rear end of the support is mounted and fixed to a fixing part, and a cone is mounted to the fixing part in a horizontal and vertical direction.
The wideband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna according to claim 1, wherein the vertical polarization component and the horizontal polarization component received by the vertical antenna and the horizontal antenna are respectively summed through a splitter.
2. The broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna according to claim 1, wherein the support has a tapered shape with a width becoming narrower toward the tip.
[2] The apparatus of claim 1, wherein the support member is divided into four support members and spaced apart from each other. Horizontal antennas are connected to the two horizontal support members in opposite directions. Vertical antennas Wherein the first and second antennas are connected to each other.
The broadband vertical / horizontal simultaneous measurement antenna according to claim 4, wherein each of the support rods has a tapered shape that becomes narrower toward the tip.
The connector according to claim 4, further comprising: a first conductor mounted on the tip of the two horizontal supports to electrically connect the horizontal supports, and a second conductor mounted on the tip of the two vertical supports to electrically connect the vertical supports Wherein the antenna comprises:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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