저궤도 위성 통신시스템을 위한 반사형 홀로그래픽 안테나

Reflective Holographic Antenna for Low Earth Orbit Satellite Communication System

본 논문은 최적화된 메타표면을 이용하여 단순한 마이크로스트립 급전 안테나 구조로부터 고지향성 빔을 생성하는 반사형 홀로그래픽 안테나 설계를 제시하였다. 안테나의 핵심 원리는 평면 개구의 표면 임피던스를 공간적으로 변조하는 것이다. 설계된 임피던스 프로파일은 마이크로스트립 급전원의 기준파를 7.5 GHz에서 정밀하게 집속된 방사 빔으로 변환할 수 있다. 모의실험을 통해, 안테나 이득은 14.4 dBi와 H-평면 기준 10.4°의 협소한 반치폭(HPBW)을 달성하여 설계의 높은 성능을 검증하였다. 또한, 중심 주파수에서 약 -30dB의 S11을 보여 우수한 에너지 전송 효율을 확인했다. 우리는 이러한 모의실험결과를 통해 제안된 홀로그래픽 메타표면 구조가 방사 패턴에 대한 탁월한 제어 능력과 고이득 성능을 제공하며, 기존 안테나를 대체할 수 박막 형태로 저궤도 위성통신시스템에 적합함을 검증하였다.

This paper presents a reflective holographic antenna designed to generate a high-directivity beam from a simple microstirp antenna feed using a computationally optimized metasurface. The antenna's core principle is the spatial modulation of surface impedance across a planar aperture. This engineered impedance profile transforms the reference wave from a microstrip feed into a precisely focused radiated beam at 7.5 GHz. Simulation results validate the design's high performance, demonstrating a peak realized gain of 14.4 dBi and a narrow half-power beamwidth (HPBW) of 10.4° in the H-plane. The antenna also achieves excellent energy transfer, confirmed by a S11 of approximately -30 dB at its center frequency. These results by simulation analysis and design show that the proposed holographic metasurface architecture offers a powerful, low-profile alternative to conventional antennas, providing high-gain performance with exceptional control over the radiation pattern.