레이더 시스템은 산업 분야에서 널리 쓰이고 있으며, 이미징 레이더 시스템은 카메라와 라이다의 잠재적 대안으로 연구되고 있다. 본 논문에서는 대규모 배열 패치 안테나나 혼을 사용하는 상용 방식과는 달리, 새로운 메타표면을 활용한 안테나를 이용하여 K-밴드 마이크로파 이미징을 위한 여러 방향성을 가진 고지향성 빔을 구현하여 기계적으로 안테나를 움직이지 않고도 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있게 설계하였다.
제안하는 트랜스밋어레이 안테나는 전자파장의 위상 또는 유효 유전율과 투과성을 원하는 값으로 재구성하는 메타물질 특성을 기반으로 설계된 다층구조의 패턴화된 단위 셀로 설계된다. 서로 다른 두 종류의 원형구조 단위셀을 다층구조로 결합함으로써 기존의 배열 안테나의 크기에 비해 약 12%의 크기가 축소된 구조를 얻을 수 있었다. 메타표면의 공기층을 최소로 형성하기 위해 2 비트의 양자화된 위상 분포 값을 기반으로 안테나를 설계하였다.
트랜스밋어레이 안테나의 여러 방향성을 구현하기 위하여 F/D가 0.3 일때의 메타표면의 크기와 급전 안테나 사이의 거리 관계식을 이용하여 급전 안테나의 위치를 결정하였다. 급전 안테나가 χ축에서 0 mm, ±5.8 mm, ±11.6 mm, ±17.4 mm, ±23.2 mm 에 위치할 때, 선택된 급전부분으로부터 빔이 메타표면을 거쳐 0°, ±5°, ±10°, ±15°, ±20°인 9 개의 빔 각도가 생성된다. 특히, 안테나 이득은 0°방향에서 21.54 dBi, 반전력 빔폭은 6.4°이다. 제안한 안테나는 이미징 레이더로 사용 가능하며 소스 안테나와 비교하면 이득을 최대 15dB 이상 증가시킴을 확인하였다.
이 새로운 안테나는 한 쌍의 안테나를 기반으로 메타물질 안테나는 송신기, 단일 마이크로스트립 패치 안테나는 수신기로 사용하여 금속 패턴의 타겟을 이미징화 시킨다. 실험은 레이더 시스템으로 설계된 안테나가 목표물을 탐지하고 공간 해상도를 갖는 것을 보여준다. 따라서 제안하는 위상 보상형 트랜스밋어레이 안테나는 K-밴드 마이크로파 이미징용 안테나로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.