Annular slot antennas have many practical applications because they are low-profile, lightweight, and easy to integrate with printed circuits. This kind of antenna systems may be used quite efficiently as a radiating element for mobile communication systems especially where the volume and size of radiator are crucial parameters. Annular slot antennas are therefore attractive for military applications such as radar systems and satellite communications.
Boundary-value problems of scattering from an annular slot array on a radial waveguide or circular cylindrical cavity are solved rigorously by using the approach of Hankel transform and mode-matching method. Excitation sources are modeled by either a delta electric point source or a coaxial probe located in the center of the radial waveguide or cavity. The Green's function is used to evaluate electromagnetic wave scattering from delta electric point sources. The scattered fields are expanded in terms of eigenfunctions based on the Fourier series and Hankel transform. Boundary conditions are enforced to constitute a set of simultaneous equations for discrete modal coefficients. A fast convergent series solution is obtained by using residue calculus.
Scattering from a conducting circular cylindrical cavity fed by a coaxial probe of any arbitrary length situated at the center of the cavity is also analyzed. A fast convergent series solution is obtained by utilizing the Fourier transform in conjunction with eigenfucntion expansions, mode-matching, and residue calculus.
Computations and experiments are performed to investigate scattering properties of an annular slot array on a radial waveguide or circular cylindrical cavity in terms of geometrical parameters and frequency. Our theoretical models for scattering from an annular slot array are useful for the analysis and design of annular slot array antennas or bandpass filters.
환형슬롯 안테나는 가볍고 낮은 형태를 가지고 있고 마이크로파 단일 집적회로와 통합하기 쉽기 때문에 이동 및 위성통신에서 사용되는 중요한 안테나 구조다. 특히 부피가 작고 견고함이 중요시 되는 무인항공기나 레이다와 같은 군사용 안테나로 그 응용도가 매우 높다.
본 학위논문에서는 방사형 도파관이나 원형 공동(cavity)위에 환형슬롯 배열이 있을 때의 전자파 산란 및 복사특성을 한켈변환(Hankel transform) 또는 퓨리에 급수(Fourier series)에 기반한 모드정합법(mode-matching)을 적용하여 해석하였다. 급전은 도파관이나 공동의 가운데에 위치한 미소 점전원(point source) 또는 동축케이블로 적용하였으며, 그린함수(Green's function)를 이용하여 미소 점전원에 대한 전자파 산란을 표현 하였다. 해석하고자 하는 안테나 구조를 좌표계에 맞게 세부 영역으로 나누고 각 영역에서 산란되는 전자파들은 한켈변환과 퓨리에 급수를 기반으로 하여 미지계수를 포함한 고유함수(eigenfunction)들로 확장해서 표현을 한다. 각 영역의 경계에서 접선성분의 전자장 연속성을 이용하여 경계조건을 적용하면 미지계수를 위한 연립방정식을 얻을 수 있다. 여기서 발생하는 적분은 유수정리(residue theorem)를 이용한 복소적분을 통해 수렴이 빠른 급수형태의 해를 얻을 수 있다. 또한, 무손실 또는 손실 유전체로 채워진 원형공동의 가운데에 동축케이블로 급전할때 전자파 산란 및 반사특성을 퓨리에 변환과 급수에 의한 모드정합법으로 해석하였다. 고유함수 확장과 복소적분을 활용해서 수렴이 빠른 급수형태의 해를 구함으로써 계산에 효율적인 해를 구할 수 있다.
안테나 구조에 따른 전자파 산란 특성을 확인하기 위해 이론적인 해를 계산하고 실제 C대역의 공동이 받쳐진 환형슬롯 안테나를 제작하여 실험해서 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 본 논문에서 제안한 이론적인 전자파 해석 모델은 환형슬롯 배열안테나, 마이크로 웨이브 가열기, 그리고 유전율 검사장비 등의 설계에 유용하게 쓰일 수 있다.
