The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Design of Active Antenna Diplexers Using UWB Planar Monopole Antennas

초광대역 평면형 모노폴 안테나를 이용한 능동 안테나 다이플렉서의 설계

  • Kim, Joon-Il (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Lee, Won-Taek (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Chang, Jin-Woo (Department of Electronic Engineering, Sogang University) ;
  • Jee, Yong (Department of Electronic Engineering, Sogang University)
  • 김준일 (서강대학교 전자공학과) ;
  • 이원택 (서강대학교 전자공학과) ;
  • 장진우 (서강대학교 전자공학과) ;
  • 지용 (서강대학교 전자공학과)
  • Published : 2007.09.30
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Abstract

This paper presents active antenna diplexers implemented into an ultra-wideband CPW(Coplanar Waveguide) fed monopole antennas. The proposed active antenna diplexer is designed to direct interconnect the output port of a wideband antenna to the input port of two active(HEMT) devices, where the impedance matching conditions of the proposed active integrated antenna are optimized by adjusting CPW(Coplanar Waveguide) feed line to be the length of 1/20 $\lambda_0$(@5.8 GHz) in planar type wideband antenna. The measured bandwidth of the active integrated antenna shows the range from 2.0 GHz to 3.1 GHz and from 5.25 GHz to 5.9 GHz. The measured peak gains are 17.0 dB at 2.4 GHz and 15.0 dB at 5.5 GHz.

본 논문은 초광대역 코프래너 급전 모노폴 안테나를 이용한 능동 안테나 다이플렉서 구조를 제안한다. 제안된 다이플렉서 구조는 초고주파 시스템 집적 패키지 기술(RF System on Package: RF-SoP)을 이용한 것으로서 평면형 초광대역 모노폴 안테나와 능동 소자를 직접 연결법에 의해 연결하여 다이플렉서(diplexer)를 형성하는 방식이다. 이는 안테나 회로 성분과 능동 소자의 패키지 회로 성분으로 형성되는 통과 대역을 이용함으로써 별도로 추가된 대역 통과 필터 등의 회로 구조 없이 다이플렉서를 내장하여 구성하는 방식이다. 따라서 입력된 수신 신호의 주파수 대역에 따라 동작 회로가 분리되며, 분리된 수신 신호가 능동 소자의 동작에 의해 증폭되는 능동 안테나 다이플렉서(diplexer)로서 구성된다. FR-4 에폭시 기판 위에서 제작된 능동 안테나 다이플렉서의 특성을 측정한 결과, 2.4 GHz 수신 단자에서는 0.9 dB의 삽입 손실(insertion loss), 1.1 GHz(2.0{\sim}3.1\;GHz)$ 대역폭, 17.0 dB의 수신 신호 증폭 특성을 보여주었으며, 5.8 GHz 수신 단자에서는 0.8 dB의 삽입 손실, 650 MHz$(5.25{\sim}5.9\;GHz)$ 대역폭, 15.0 dB의 수신 신호 증폭 특성을 보여주었다 또한 -10.0 dB 이상의 주파수 분리(isolation) 특성과 -20.0 dB 이상의 고조파 성분(harmonics) 감쇄 특성을 나타내어, 제시된 능동 안테나 다이플렉서 구조가 설계된 동작을 하고 있음을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. K. T. Lin, S. Pinel, M. David, A. Sutono, C. H. Lee, D. H. Heo, A. Obatoynbo, J. Laskar, E. M. Tantzeris, and R. Tummala, 'RF-system-on-package(SOP) for wireless communications', IEEE Microwave Magazine, vol. 3. Issue. 1, pp. 88-99, Mar. 2002 https://doi.org/10.1109/MMW.2002.990700
  2. L. Besser, R. Gilmore, Practical RF Circuit Design for Modern Wireless Systems, vol. 1, Artech House, 2003
  3. K. R. Boyle, M. Udink, A. de. Graauw, and L. P. Ligthart, 'A dual-fed, self-diplexing PIFA and RF front-end', IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 2, pp. 373-382, Feb. 2007 https://doi.org/10.1109/TAP.2006.889852
  4. A. S. Andrenko, Y. Ikeda, M. Nakayama, and O. Ishida, 'Impedance matching in active integrated antenna receiver front end design', IEEE Microw. Guided Wave Letts., vol. 10, no. 1, pp. 16-18, Jan. 2000 https://doi.org/10.1109/75.842073
  5. W. Duerr, W. Menzel, and H. Schumacher, 'A low-noise active receiving antenna using a SiGe HBT', IEEE Microw. Guided Wave Letts., vol. 7, no. 3, pp. 63-65, Mar. 1997 https://doi.org/10.1109/75.556033
  6. J. I. Kim, S. S. Choi, W. T. Lee, and Y. Jee, 'Wide band coplanar waveguide-fed monopole antenna', European Conference on Antenna and Propagation, 5A5 Nov. 2006
  7. J. I. Kim, Y. Jee, 'Design of ultra wideband coplanar waveguide-fed LI-shape planar monopole antennas', IEEE Antennas and Wireless Propag. Letts., vol. 6, pp. 383-387, 2007 https://doi.org/10.1109/LAWP.2007.903495
  8. B. Robert, T. Razban, and A. Papiernik, 'Compact amplifier integration in square patch antenna', Electron. Letts., vol. 28, no. 9, pp 1808-1810, Sep. 1992 https://doi.org/10.1049/el:19921153
  9. P. M. Hankins, P. S. Hall, 'Radiation from transistor in microstrip line', Electron. Lett., vol. 27, no. 11, pp. 986-988, Mar. 1991 https://doi.org/10.1049/el:19910615
  10. F. Ali, A. Gupta, HEMTs and HBTs, Artech House, 1991
  11. W. R. Eisenstadt, Y. Eo, 'S-parameter-based IC interconnect transmission line characterization', IEEE Trans. on Comp., Hybrids, Manufact. Technol., vol. 16, no. 4, pp. 483-490, Aug. 1992
  12. Ansoft Corporation, HFSS.[Online]. Available: http://www.ansoft.co.kr
  13. D. M. Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 1990
  14. G. Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers, Prentice Hall, 1997
  15. C. W. Tang, S. F. You, 'Design methodologies of LTCC bandpass filters, diplexer, and triplexer with transmission zeros', IEEE Trans. on Microw. Theory Tech., vol. 54, no. 2, pp. 717-723, Feb. 2006 https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.862638
  16. M. Fritz, W. Wiesbeck, 'A diplexer based on transmission lines, implemented in LTCC', IEEE Trans. Advanced Packaging, vol. 29, no. 3, pp. 427-432, Aug. 2006 https://doi.org/10.1109/TADVP.2006.872997
  17. J. I. Kim, J. W. Chang, W. T. Lee, and Y. Jee, 'Implementation of diplexer embedded active integrated antennas', International Technical Conference in Circuits/Systems, Computers and Communications, vol. 1, pp. 85-86, Busan, Korea, Jul. 2007
  18. J. I. Kim, J. W. Chang, W. T. Lee, and Y. Jee, 'Dual-frequency(2.4 GHz, 5.8 GHz) CPW-fed active antennas', International Symposium on Antennas and Propagation, 3C1-5, Niigata, Japan, Aug. 2007