Microwave ferrites characterized by tensor permeability have been utilized to implement many key-building devices such as phase shifters, circulators, and delay lines due to their nonreciprocal properties. The use of magnetized ferrite in antenna design especially provides beam tunability. In this thesis, ferrite-loaded waveguide slot and groovy antennas are analyzed using the Fourier transform and mode matching technique. Fourier transform and mode matching technique yield a rigorous and fast convergent series solution, which is amenable to computation. Proposed structures in this thesis are fabricated and tested in X-band frequencies to demonstrate the validity of the theoretical approaches.
본 학위 논문에서는 비등방성 페라이트를 이용한 필터 및 슬롯 안테나들을 푸리에 변환과 모드 정합법을 이용하여 엄밀하게 해석하였다. 무한히 열려있는 영역의 필드를 푸리에 변환을 이용하여 표현함으로써 수렴이 빠른 산란해를 도출하였다.
2장에서는 제거 대역의 조절이 가능한 tunable notch filter (혹은 band rejection filter) 를 평행판 내부에 페라이트로 채워진 그루브를 이용하여 구현하였다. 일반적으로 도파관 내부에 주기적인 그루브가 있는 형태는 특정 파장의 대역을 통과시키지 못하는 Bragg reflection 현상을 유도하게 된다. 또한 페라이트는 외부에서 인가되는 자기장에 세기에 따라 유효투자율이 변하는 특성을 가지는 데, 이를 이용하여 제거대역을 조절할 수 있다. 제안된 구조는 엄밀한 산란해석뿐 만 아니라, 실제 X-band 도파관을 이용한 측정을 수행하여 이론의 타당성을 입증하였다.
3장과 6장에서는 페라이트로 채워진 구형 도파관 슬롯 안테나의 산란 및 복사 해석을 연구하였다. 도파관 슬롯 안테나는 high power wave 의 전송이 가능하기 때문에 주로 레이다 안테나의 용도로 활용되어 왔다. 본 논문에서는 구형 도파관의 좁은 면에 주기적인 슬롯이 있는 도파관 슬롯안테나의 내부를 페라이트로 채워서 자기적 빔 스캐닝이 가능한 안테나를 구현하였다. 제안된 안테나 구조는 최대 90도 이상의 우수한 빔 스캐닝 특성을 보임을 이론적으로 증명하였다. 또한 제안된 안테나를 실제 제작하고, 10.0GHz 대역에서 측정하여 이론 검증과 함께 빔 스캐닝 현상을 실험적으로도 증명하였다.
4장에서는 유전체 superstrate 를 이용하여 안테나 이득 향상에 관한 연구를 진행하였다. Superstrate 를 이용한 안테나 이득향상 기법은 기존의 마이크로스트립 기반 안테나의 낮은 안테나 이득을 극복하기 위하여 이용되었다. 방사체와 superstrate 사이 거리 조절을 이용한 공진현상을 유도하여 안테나의 방사효율을 증가시키게 된다. 이러한 superstrate 를 3장에서 제안한 안테나 구조에 응용하여, 약 4.5 dB 의 안테나 이득향상을 얻을 수 있음을 증명하였다.
주기적인 격자를 가진 유전체 슬랩은 Bragg condition 에 따라 누설파 안테나 혹은 대역제거 필터로서의 응용이 가능한 구조이다. 5장에서는 기존의 유전체 슬랩 대신 페라이트 슬랩을 주기적인 홈이 파여진 도체면과 결합시켜 빔 스캐닝이 가능한 안테나로서의 응용성을 제안하였다. 페라이트에 가해지는 자기장의 세기에 따라 매질의 내부를 진행하는 입사파의 전파상수가 변하게 되므로 빔 스캐닝 안테나의 구현이 가능하다.
