해상 광대역 통신을 위한 LTE/Wi-Fi용 이중대역 안테나 설계

Dual-Band Antenna Design for LTE/Wi-Fi for Maritime Broadband Communication

Abstract

본 논문에서는 해상에서 사용할 수 있는 소형 광대역 통신용 안테나를 위해 2.65 GHz, 5 GHz 대역에서 동작하는 LTE/Wi-Fi 통신용 안테나를 설계하였다. 대역폭의 개선을 위해 마이크로스트립 패치 안테나를 선택하였고 각 단계마다 이론적인 근거에 의한 수식을 이용하여 슬롯의 폭, 길이, 전송선로의 폭 등을 계산하였다. 또한 3D 설계가 가능한 CST Microwave Studio 2014 프로그램을 이용하여 마이크로스트립 안테나를 설계하였고, 설계된 안테나를 시뮬레이션한 결과 반사손실이 2.65 GHz에서 -12.712 dB이고 5 GHz에서 -16.583 dB의 값을 보여주었다. 이득은 2.65 GHz에서 1.738 dBi의 값과 5 GHz에서 3.284 dBi의 수치를 보여주었다. 육상에서 사용하는 안테나와 비교하였을 때 통신속도, 통신의 안정성 등 차이가 나타나기 때문에 육상통신보다 열악한 환경인 해상에 사용 가능한 LTE/Wi-Fi용 이중대역 안테나를 설계하고자 한다.

In this paper, we design an antenna for LTE / Wi-Fi communication that operates in 2.65 GHz and 5 GHz band for small-sized broadband communication antenna that can be used in the sea. Microstrip patch antennas were chosen to improve the bandwidth. The slot width, length, and transmission line width were calculated using the theoretical formula for each step. In addition, we designed a microstrip antenna using CST Microwave Studio 2014 program that can design 3D. Simulation results show that the reflection lossis -12.712 dB at 2.65 GHz and -16.583 dB at 5 GHz. The gain was 1.738 dBi at 2.65 GHz and 3.284 dBi at 5 GHz. In this paper, we propose a dual-band antenna for LTE / Wi-Fi, which can be used in maritime environments, which is worse than terrestrial communication, because of differences in communication speed and communication stability compared with those used on land.

그림 1. 마이크로스트립 패치 안테나 Fig. 1. Microstrip patch antenna.

그림 2. 설계된 마이크로스트립 안테나 레이아웃 Fig. 2. Designed microstrip antenna layout.

그림 3. 입력 대비 반사손실 S-Parameter Fig. 3. Return loss to input S-parameter.

그림 4. 2.65 GHz, 5 GHz일 때의 E-field 결과 Fig. 4. E-field result at 2.65 GHz, 5 GHz.

그림 5. 2.65 GHz, 5 GHz일 때의 H-field 결과 Fig. 5. H-field result at 2.65 GHz, 5 GHz.

그림 6. 2.65 GHz, 5 GHz일 때의 전류흐름 결과 Fig. 6. Current flow result at 2.65 GHz, 5 GHz.

그림 7. 2.65 GHz일 때의 방사패턴 3D Theta, Phi 결과Fig. 7. Radiation pattern 3D Theta, Phi Results at 2.65 GHz.

그림 8. 5 GHz일 때의 방사패턴 3D Theta, Phi 결과 Fig. 8. Radiation pattern Theta, Phi Results 3D at 5 GHz.

그림 9. 2.65 GHz일 때의 방사패턴 Polar Theta, Phi 결과 Fig. 9. Radiation pattern Polar Theta, Phi Results at 2.65 GHz.

그림 10. 5 GHz일 때의 방사패턴 Polar Theta, Phi 결과 Fig. 10. Radiation pattern Polar Theta, Phi Results at 5 GHz.

그림 11. 2.65 GHz, 5 GHz일 때의 정재파비 Fig. 11. VSWR at 2.65 GHz, 5 GHz.

표 1. 제안된 안테나의 각 파라미터 Table 1. Each parameter of the designed antenna.

표 2. 제안된 안테나의 두께 Table 2. The thickness of the designed antenna.