목차

[표제지 등]=0,1,2

제출문=1,3,4

요약문=5,7,5

목차=10,12,7

제1장 서론=17,19,1

제1절 연구의 배경=17,19,1

1. 무선통신 산업의 발전방향=17,19,1

2. 위성통신 및 위성안테나 개요=17,19,5

3. 마이크로파 유전체 개요=21,23,10

제2절 연구의 필요성, 목적 및 내용=31,33,1

1. 연구의 필요성=31,33,3

2. 연구의 목적 및 내용=33,35,2

제2장 국내외 기술개발 현황=35,37,1

제1절 평면형 마이크로스트립 안테나 기술개발 동향=35,37,1

1. 해외 동향=35,37,1

2. 국내 동향=35,37,2

제2절 마이크로파 세라믹스 소재 기술 개발동향=37,39,1

1. 개요=37,39,2

2. 국외 개발 고유전율 마이크로파 유전체 조성 예=38,40,2

3. 국내 연구개발 동향=39,41,2

제3장 연구개발 수행내용 및 결과=41,43,1

제1절 마이크로파용 세라믹스 소재 기술 개발=41,43,1

1. MgTiO₃-CaTiO₃계 마이크로파 세라믹스의 저온소성=41,43,10

2. Borosilicate계 유리에 의한 MgTiO₃-CaTiO₃계의 저온소성=51,53,16

3. ZnO-TiO₂계=67,69,32

4. (Bao.5Pbo.5)O-Nd₂O₃.5TiO₂계 고유전율 조성(이미지참조)=99,101,13

제2절 유전체 하부 기판을 이용한 평면형 위성안테나 설계 기술개발=112,114,1

1. 기본적인 설계 접근 방법=112,114,6

2. 안테나 설계 방법=117,119,5

3. 안테나 개발 목표 및 과정=122,124,2

4. 최종 개발제품의 특성=123,125,8

제3절 유전체 상부 기판을 이용한 평면형 위성안테나 설계 기술개발=131,133,1

1. 유전체 특성 측정기술 개발=131,133,8

2. 자료수집 및 기술적 접근=139,141,6

3. 수치해석 (Mumerical Analysis:MOM) 및 접근가능성 확인=145,147,6

4. 단일 안테나 설계접근 방법 확립=151,153,11

5. 단일 안테나 설계 및 제작=162,164,10

6. 2x2 배열 안테나 설계 (simulation) 및 제작=172,174,12

7. 2x2 원형편파 배열 안테나=184,186,4

8. Cavity-backed antenna=188,190,7

9. 4x4 배열 안테나 실계 (Simulation) 및 제작=195,197,10

10. 전체 시스템 링크에 따른 배열 갯수에 관한 연구=205,207,5

11. 배열 갯수에 따른 급전선의 배치와 연구=210,212,7

12. 최종목표를 달성할 수 있는 안테나 검증 및 평가=217,219,11

제4장 연구개발목표의 달성도 및 파급효과=228,230,1

제1절 연구개발목표의 달성도=228,230,1

1. 과제목표 달성=228,230,2

2. 파급효과=229,231,2

제2절 연구실적=231,233,1

1. 특허=231,233,2

2. 논문=232,234,2

3. 학술발표=233,235,2

제3절 연구개발결과의 활용계획=235,237,1

제5장 참고문헌=236,238,8

Fig.1.1.1 Frequency response of a microwave dielectrics=25,27,1

Fig.1.1.2 Resonant modes of dielectric resonators=26,28,1

Fig.1.1.3 TEo11 mode in disk-type dielectric resonator:(a) Side view, (b) top view and (c) cross-section perpendicular to diameter(이미지참조)=27,29,1

Fig.1.1.4 Dielectric materials and microwave systems=30,32,1

Fig.3.1.1 Powder X-ray diffraction patterns of the (Mg0.93Ca0.07)TiO₃ calcined at (a) 1200℃, (b) 1150℃, and (c) 1100℃(이미지참조)=45,47,1

Fig.3.1.2 Shrinkage of the (Mg0.93Ca0.07) TiO₃ with ×B₂O₃ sintered for 2 hours (X＝wt%)(이미지참조)=46,48,1

Fig.3.1.3 Dielectric constant of the (Mg0.93Ca0.07) TiO₃ with B₂O₃ sintered at 1200℃ and 1350℃(이미지참조)=47,49,1

Fig.3.1.4 Quality factor (Q×f) of the (Mg0.93Ca0.07) TiO with B₂O₃ sintered at different temperatures(이미지참조)=48,50,1

Fig.3.1.5 FF-R glass가 첨가된 MCT의 소성 수축율=56,58,1

Fig.3.1.6 L3 glass가 첨가된 MCT의 소성 수축율=57,59,1

Fig.3.1.7 FF-R과 L3 glass를 10wt% 첨가한 MCT 시편의 SEM 분석결과:(a) 950℃ 소결 (FF-R), (b) 1000℃ 소결 (FF-R), (c) 950℃ 소결 (L3), (d) 1000℃ 소결(L3)=59,61,1

Fig.3.1.8 PS-1' glass를 첨가한 MCT 시편에서의 소성수축율의 온도의존성=60,62,1

Fig.3.1.9 PS-1' glass의 첨가량에 따른 MCT 시편의 소결 밀도=61,63,1

Fig.3.1.10 PS-1" glass를 첨가한 MCT 시편에서의 소성수축율의 온도의존성=62,64,1

Fig.3.1.11 PS-1" glass의 첨가량에 따른 MCT 시편의 소결 밀도=63,65,1

Fig.3.1.12 PS-1" glass 첨가량에 따른 MCT 시편의 유전상수 (εr)(이미지참조)=64,66,1

Fig.3.1.13 PS-1" glass 첨가량에 따른 MCT 시편의 품질계수 (Q×f)=65,67,1

Fig.3.1.14 PS-1" glass 첨가하여 950℃에서 소결한 MCT 시편의 SEM 분석결과.(a) 5wt%, (b) 10wt%, (c) 15wt%, (d) 20wt%, (e) 25wt%, (f) 30wt% glass 첨가=66,68,1

Fig.3.1.15 Flow chart of the experiment=69,71,1

Fig.3.1.16 SEM photographs of ZnTiO₃ powders;(a) as-dried,(b) crushed in mortar for 5 min, and (c) milled by HEM for 5 min after denitration at 400℃ ("A":anatase, "ZN":Zn(NO₃)₂ㆍ6H₂O)=74,76,1

Fig.3.1.17 XRD patterns of ZnTiO₃ powders with various temperatures for 2h. Powders were (a) crushed in mortar and (b) milled by HEM;H:ZnTiO₃(hex), C:ZnJiO₄ (cub), A:TiO₂ (anatase), R:TiO₂ (rutile), Z:ZnO, and c:Zn₂Ti₃O8(cub)(이미지참조)=75,77,1

Fig.3.1.18 TG/DSC (a) and dilatometly (b) curves of ZnTiO₃ precursor powders prepared by MAS method=76,78,1

Fig.3.1.19 XRD patterns of Zn₂TiO₄-χTiO₂ prepared by CMO method. Specimens were sintered at 1150℃-4h. (C:Zn₂TiO₄(cub), Z:ZnO, R:TiO₂(rutile))=80,82,1

Fig.3.1.20 SEM photographs of Zn₂TiO₄+χTiO₂:(a) χ＝0,(b) χ＝0.14,(c) χ＝0.33,(d) χ＝0.5,(e) χ＝1, and (f) χ＝2=81,83,1

Fig.3.1.21 XRD pattarns of Zn₂TiO₄+χTiO₂ powders calcined at (a) 850℃, (b)900℃, and (c) 1100℃ for 4h.(C:Zn₂TiO₄ (cub), H:ZnTiO₃(hex), Z:ZnO,and R:rutile)=82,84,1

Fig.3.1.22 Microstructure of Zn₂TiO₄+χTiO₂ sintered at 1100℃ for 4h:(a) χ＝O, (b) χ＝0.05, (c) χ＝0.11, (d) χ＝0.18, (e) χ＝0.25, (f) χ＝0.33=83,85,1

Fig.3.1.23 Low-angle XRD patterns of Zn₂TiO₄+χTiO₂ sintered at 1100 ℃ for 4h=84,86,1

Fig.3.1.24 Lattice parameter of Zn₂TiO₄+χTiO₂ sintered at 1100℃ for 4h. Symbol "*" designates the known value of a-Zn₂TiO₄ and "□" from Bartram et al=85,87,1

Fig.3.1.25 XRD patterns of ZnTiO₃.yTiO₂ sintered at 925℃ for 4h=87,89,1

Fig.3.1.26 Modified phase diagram of ZnO-TiO₂ system based on the experimental results of this work:"ss":solid solution of Zn₂TiO₄ㆍχTiO₂ (0≤χ＜0.33) "SS":solid solution of Zn₂TiO₄ㆍχTiO (χ＝0.33)(이미지참조)=90,92,1

Fig.3.1.27 Microwave dielectric properties of Zn₂TiO₄+χTiO₂ sintered at 1150℃ for 4h=93,95,1

Fig.3.1.28 Microwave dielectric properties of Zn₂TiO₄+χTiO₂ sintered at 1150℃ for 4h=94,96,1

Fig.3.1.29 Microwave dielectric properties of ZnTiO₃.yTiO₂=97,99,1

Fig.3.1.30 XRD pattens of BPNT with different glass content sintered at 1350℃. (a) 0 wt%,(b) 1 wt% and (c) 3 wt%=104,106,1

Fig.3.1.31 SEM photographs of BPNT with different glass content sintered at 1350℃:(a) 0 wt%,(b) 1 wt% and (c) 3 wt%=105,107,1

Fig.3.1.32 SEM photographs of BPNT with different glass content sintered at 1350℃:(a) 0 wt%,(b) 1 wt% and (c) 3 wt%=106,108,1

Fig.3.1.33 Densities of BPNT with different glass content at various sintering temperatures=107,109,1

Fig.3.1.34 SEM photopaphs of BPNT with different glass content sintered at 950℃:(a) 0 wt%, (b) 1 wt% and (c) 3 wt%=108,110,1

Fig.3.1.35 Dielectric constants of BPNT with different glass content at various sintering temperatures=109,111,1

Fig.3.1.36 Quality factor (Qxf) of BPNT with different glass content at various sintering temperatures(이미지참조)=110,112,1

Fig.3.2.1 (a) Microstrip patch array layout and (b) antenna set layout=124,126,1

Fig.3.2.2 Smith chart for the antenna=126,128,1

Fig.3.2.3 Return loss for the antenna=127,129,1

Fig.3.2.4 VSWR for the antenna=128,130,1

Fig.3.2.5 Directivity for the antenna=129,131,1

Fig.3.2.6 Gain for the antenna=130,132,1

Fig.3.3.1 Fabry-Perot open resonator를 이용한 유전체 측정방법=134,136,1

Fig.3.3.2 HFSS code 시뮬레이션 결과=135,137,1

Fig.3.3.3 Fabry-Perot Open Resonator 내에서의 모드변화=136,138,1

Fig.3.3.4 TEM0019에서 주파수와 Q값의 변화(이미지참조)=137,139,1

Fig.3.3.5 유전체 공진기 배열 안테나=140,142,1

Fig.3.3.6 유전체 반사판을 이용한 안테나=142,144,1

Fig.3.3.7 유전체 평판을 이용한 배열 안테나=144,146,1

Fig.3.3.8 Substrate-superstrate geometry=148,150,1

Fig.3.3.9 Transmission line analysis=149,151,1

Fig.3.3.10 유전율 값에 대한 이득과 대역폭=150,152,1

Fig.3.3.11 Coaxial probe 급전형태의 모양과 치수=152,154,1

Fig.3.3.12 Coaxial probe 급전형태의 주파수변화와 이득=153,155,2

Fig.3.3.13 Proximity 급전형태의 모양과 치수=155,157,1

Fig.3.3.14 Proximity 급전형태의 주파수변화와 이득=156,158,2

Fig.3.3.15 개구면 (aperture) 급전형태의 모양과 치수=158,160,1

Fig.3.3.16 개구면 (aperture) 급전형태의 주파수변화와 이득=159,161,2

Fig.3.3.17 급전형태에 따른 임피던스 대역폭 (VSWR 1:1.5)의 변화=161,163,1

Fig.3.3.18 Superstrate로 인한 반사손실 값과 주파수의 변화=164,166,1

Fig.3.3.19 Superstrate 효과로 인한 방사패턴의 변화=165,167,1

Fig.3.3.20 개구 결합 안테나와 근접 결합 안테나의 반사손실=168,170,1

Fig.3.3.21 개구 결합 안테나와 근접 결합 안테나의 방사패턴=169,171,1

Fig.3.3.22 제작된 단일 안테나의 실물 사진=171,173,1

Fig.3.3.23 2×2 수직편파 배열 안테나=174,176,1

Fig.3.3.24 수직편파 배열 안테나의 시뮬레이션 결과=175,177,2

Fig.3.3.25 2×2 수직편파 배열 안테나의 제작 결과=177,179,1

Fig.3.3.26 2×2 수직편파 배일 안테나의 실제 제작 사진=178,180,1

Fig.3.3.27 2×2 수직편파 배열 안테나(aperture 급전)=179,181,1

Fig.3.3.28 2×2 수직편파 배열 안테나(aperture 급전)의 시뮬레이션 결과=180,182,2

Fig.3.3.29 2×2 수직편파 배열 안테나의 제작 결과값=182,184,1

Fig.3.3.30 2×2 수직편파 배열 안테나 (aperture 급전)의 실제제작 사진=183,185,1

Fig.3.3.31 2×2 원힝편파 배열 안테나=185,187,1

Fig.3.3.32 2×2 수직편파 배열 안테나의 시뮬레이션 결과=186,188,2

Fig.3.3.33 단일 cavity-backed antenna의 구조=189,191,1

Fig.3.3.34 단일 cavity-backed antenna의 시뮬레이션 결과값=190,192,2

Fig.3.3.35 2×2 cavity-backed 배열 안테나=192,194,1

Fig.3.3.36 2×2 원형편파 배열 안테나의 시뮬레이션 결과=193,195,2

Fig.3.3.37 4×4 수직편파 배열 안테나=197,199,1

Fig.3.3.38 4×4 수직편파 배열 안테나의 시뮬레이션 결과=198,200,2

Fig.3.3.39 4×4 수직편파 배열 안테나의 제작 결과 값=200,202,1

Fig.3.3.40 4×4 수직편파 배열 안테나의 실제제작 사진=201,203,1

Fig.3.3.41 4×4 수직편파 배열 안테나 (aperture 급전)=202,204,1

Fig.3.3.42 4×4 수직편파 배열 안테나의 제작 결과 값=203,205,1

Fig.3.3.43 2×2 수직편파 배열 안테나 (aperture 급전)의 실제 제작 사진=204,206,1

Fig.3.3.44 위성 시스템=208,210,1

Fig.3.3.45 8×8 위성방송용 배열 안테나의 급전선=211,213,1

Fig.3.3.46 T-junction=213,215,1

Fig.3.3.47 T-juntion simulation 결과=213,215,1

Fig.3.3.48 Waveguide-to-strip line transition=215,217,1

Fig.3.3.49 EM simulator인 HFSS로 시뮬레이션한 결과=216,218,1

Fig.3.3.50 8×8 마이크로스트립 배열 안테나=218,220,1

Fig.3.3.51 8×8 마이크로스트립 배열 안테나의 측정 결과 값=219,221,1

Fig.3.3.52 상부 기판을 이용한 8×8 마이크로스트립 배열 안테나의 실제모습=220,222,1

Fig.3.3.53 16×16 수직 편파 배열 안테나의 급전선=223,225,1

Fig.3.3.54 16×16 수직 편파 배열 안테나의 반사손실=224,226,1

Fig.3.3.55 16×16 수직 편파 배열 안테나의 방사패턴과 이득=225,227,1

Fig.3.3.56 패치와 superstrate 사이의 높이에 따른 이득과 주파수의 변화=226,228,1

Fig.3.3.57 실제 제작된 16×16 수직 편파 배열 안테나의 실물 사진=227,229,1

Fig.3.3.58 16×16 수직 편파 배열 안테나로 수신된 위성방송=227,229,1

Table3.1.1 Nicrowave properties of (Mg0.93Ca0.07)TiO₃ with xB₂O₃=49,51,1

Table3.1.2 본 연구에 사용된 유리 첨가제 조성=52,54,1

Table3.1.3 FF-R과 L3 glass 특성=55,57,1

Table3.1.4 Glass가 첨가된 MCT 시편의 유전 특성=58,60,1

Table3.1.5 Phase composition d Zn₂TiO₄ㆍχTiO₂system=89,91,1

Table3.1.6 Calculated and observed intensity data for Zn₂TiO₄+χTiO₂=95,97,1

Table3.1.7 EPMA results of BPNT with 0 wt% glass sintered at 1350℃=103,105,1

Table3.2.1 기판특성에 따른 안테나 규격.(주파수:2.45㎓, 단위:mm)=115,117,1

Table3.2.2 유전체 기판을 사용한 안테나 개발 사양=122,124,1

Table3.2.3 개발 안테나 사양=125,127,1

Table3.3.1 기판 종류별 전기적 특성=138,140,1

Table3.3.2 주파수에 따른 안테나의 이득의 변화와 이득향상=166,168,1

Table3.3.3 개구면 급전형태와 근접 급전형태의 단일 안테나의 이득 향상=170,172,1

Table3.3.4 무궁화 위성 수신용 안테나의 규격=209,211,1

Table3.3.5 배열갯수에 따른 안테나의 이득=209,211,1