밀리미터파 무선센싱의 신호 강도 향상과 센서 개발비용 절감을 위한 FR-4 기판 메타재질 렌즈의 설계 및 주파수 응답특성의 관찰

• Published in: 한국항행학회논문지 Vol. 28; no. 5; pp. 706 - 712
• Main Authors: 김우곤, Woogon Kim, 서예준, Yejune Seo, 강승택, Sungtek Kahng
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국항행학회 31.10.2024
• Subjects: Antenna gain; Antennas; Metamaterial; Radar; Signal strength; Transmission; 항공우주공학; Antenna gain; Metamaterial; Antennas; Radar; Signal strength; Transmission
• ISSN: 1226-9026; 2288-842X
• DOI: 10.12673/jant.2024.28.5.706

무선센싱인 레이다에서는 원거리 상 물체에 입사와 반사의 무선 연결선을 필요로 하기 때문에, 무선통신 장치의 출입구인 안테나의 이득이 충분히 커야 한다. 고이득을 위해 사용되는 배열 안테나는 금속손실과 유전체 손실의 문제가, 곡면 렌즈는 총 부피가 커지는 문제를 가진다. 본 논문에서는 배열 안테나와 곡면 렌즈를 대신하여, 초고주파 신호의 강도를 키울 수 있는 평면형 메타재질 렌즈의 설계, 제작 및 측정을 다룬다. 무선센싱 주파수인 K-대역의 안테나의 방사 이득을, 64 mm×64 mm의 면적으로 10 dB 이상 증가시키는 FR-4 기판 평면형 렌즈가 구현된다. 설계의 타당함을 확인하기 위해, FR-4의 저가 공정에 의한 시제품의 반사계수의 측정과 방사파가 측정되고 분석된다. 관찰 결과, K-대역에서 안테나의 이득은 약 10 dB 상승하고 높은 지향성을 가짐을 알 수 있다. For wirelessly connecting the RF sensing of the radar with a long distant object, the system must have antennas of a high gain. Conventionally, they adopt arrays and curved lenses, but have problems of conductor and dielectric loss in the feed and ending up with a large volume. This paper proposes an FR-4-substrate flat metasurface lens to intensify the RF signal, which undergoes design, fabrication and test. To verify the design method, the antenna sized 64×64mm2 is prototyped by inexpensive FR-4 PCB etching process and its S11 and radiated wave are measured. Gain increase of around 10 dB and high directivity are observed at the K-band.