본 논문에서는 다수의 안테나가 필요한 다양한 기능의 광대역 무선 통신 시스템을 한 개의 안테나로 구현하기 위한 슬리브 모노폴 안테나의 광대역 특성 최적화 설계 방법을 제시하였다. 이를 위하여 슬리브 모노폴 안테나의 슬리브 부분이 개방형 스터브로 동작한다는 이론적 해석을 바탕으로 내부 모노폴과 슬리브 부분으로 구성되는 슬리브를 동축 선로로 동작하도록 하고 동축 선로의 특성 임피던스를 조절하여 슬리브의 임피던스 변환회로의 기능을 증대하였다. 슬리브 모노폴 안테나의 넓은 대역폭 확보를 위하여 두꺼운 모노폴을 사용하였고 슬리브의 임피던스 정합 회로로의 특성을 향상하기 위하여 동축 선로 역할을 하는 슬리브의 반경과 슬리브 내부를 구성하는 유전체의 유전율을 조절하여 슬리브 모노폴 안테나의 임피던스 대역폭을 최적화하였다. 두꺼운 모노폴을 사용하고 슬리브를 최적화하여 설계한 슬리브 모노폴 안테나는 반사 계수 10 dB 기준으로 0.80 GHz ~ 2.43 GHz 대역폭을 만족하는 3:1이 넘는 광대역 특성을 보였다. 제안한 슬리브 모노폴 안테나는 상용 이동 통신 주파수 대역에서 다기능 시스템에서 요구되는 다수의 안테나를 한 개의 안테나로 대체 가능할 것으로 기대한다.
본 논문은 다양하게 적용 가능한 슬리브 구조를 갖는 모노폴 안테나 자료를 정리한 것이다. 슬리브 모노폴 안테나는 광대역 특성을 갖고 다주파수용으로 사용된다. 슬리브 모노폴 안테나는 복사기(radiator)인 수직 도체부분과 동축 케이블과 같은 구조를 갖는 슬리브(sleeve)로 구성되어져 있다. 슬리브는 복사기와 개방 스터브 동작을 한다. 슬리브 길이는 안테나 전체 길이의 1/3~2/3로 되어야 한다. 슬리브 구조를 갖는 모노폴 안테나는 차량용 와이퍼 안테나에 적용 가능하다. 더불어, 로딩 코일을 이용한 광대역 슬리브 안테나, ISM 밴드용 광대역 프린티드 슬리브 모노폴 안테나, 갭 슬리브와 이중 슬리브, 하프 커팅을 이용한 UWB 평면형 모노폴 안테나에 적용한 사례를 구조와 광대역 측면에서 정리 분석하였다.
본 논문에서는 기존의 3차원 구조의 슬리브모노폴 안테나(Sleeve monopole Antenna)를 모노폴과 접지면상의 작은 기생모노폴의 형태로 단순화하여도 비슷한 특성을 보이는 것을 확인하고 PCB상에 보다 광대역인 평면 슬리브모노폴 안테나의 설계 방법에 대해 다룬다. 설계 및 제작된 슬리브안테나는 평면형으로 메인 모노폴과 이에 근접하는 작은 사각형 슬리브로 구성되고 기존의 3차원 슬리브안테나와 비슷한 전방향(omni-directional)특성과 기존보다 46% 더 넓은 대역폭을 나타내었다.
본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 로딩 슬리브 모노폴의 구조를 이용하여 PCS 및 IMT-2000 대역에서 사용 가능하고, 안테나 전장이 현재 상용화되어 PCS 휴대용 단말기에 사용되고 있는 헤리컬 및 휩 결합형 안테나보다 짧은 로딩 슬리브 모노폴을 설계, 제작하였다. 설계, 제작한 로딩 슬리브 모노폴은 안테나 전장이 38 mm, 슬리브 부분의 직경은 8 mm이다. 제작한 안테나의 측정 결과는 PCS 및 IMT-2000주파수 대역인 1750 MHz~2170 MHz에서 VSWR은 1.5 이하이고, 이득은 3.5 dBi이다.
The pole antenna of vehicles for AM/FM radio broadcasting receptions has many probems, such as damageable mechanical system and noise etc. It is considered that noise is composed of the structural vibration noise and the air flow induced aerodynamic noise. Also we find out that the setting process of a printed on-glass automobile antenna has many difficulties. Recently, the above mentioned problems can be reduced by employing enhanced wiper antenna which utilizes the windshied wiper arm. The new system is a passive antenna. In this study, experiments for the characteristics of a wiper antenna by measuring the SWR, radiation pattern and received powe have been carried out. The experimental results show that the efficiency of the wiper antenna has better performance than any other antenna.
본 논문에서는 슬리브 모노폴 구조를 PCB 형태로 구현한 광대역 프린티드 슬리브 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나에서 복사기의 직경 변화, 슬리브의 길이 변화, 슬리브 도체의 직경의 변화를 주어 안테나 성능을 개선하였다. 안테나 파라미터 특성을 확인하기 위하여 ANSYS사의 HFSS 시뮬레이터를 이용하였다. 제안한 안테나에서 VSWR이 2 이하인 시뮬레이션 주파수 대역은 2.12GHz~3.18GHz이다. 주파수 대역폭은 1.06GHz이다. 실제로 제작한 안테나의 주파수 대역은 2.0GHz~3.55GHz이며, 주파수 대역폭은 1.55GHz이다. 최대 안테나 이득은 1.64dBi임을 확인할 수 있다. 제안한 안테나 크기는 $56{\times}5{\times}1.6mm$이다. 시뮬레이션과 측정 데이터를 비교분석한 결과 광대역 프린티드 슬리브 모노폴 안테나의 실용화 가능성을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 슬리브 모노폴 안테나 슬리브 내에 로딩 코일을 적용한 광대역 안테나를 제안하였으며, 제안한 안테나의 중심주파수는 1.900MHz 이다. 이 안테나는 단일 슬리브 모노플 안테나의 구조에서 슬리브의 내도체를 인턱터의 역할을 하는 코일을 변형한 것이다. 그 결과 S$_{11}$=-10㏈(VSWR〈2) 대역폭이 1.239~2.154GHz(53.9% 이상)의 광대역이고 안테나 임피던스 특성도 우수하여 50 Ω계의 통신시스템 및 급전선에 적용할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 직사각형 평면 모노폴 구조에 이중 슬리브를 추가하여 광대역화를 이룬 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나의 임피던스 매칭을 위해 두 개의 갭 슬리브와 외각 슬리브를 추가하여 이중 슬리브 구조로 안테나 성능을 개선하였다. 안테나 파라미터 특성을 확인하기 위하여 ANSYS사의 HFSS 시뮬레이터를 이용하였다. 제안한 안테나에서 VSWR이 2 이하인 시뮬레이션 주파수 대역은 2.5GHz~10.5GHz이다. 주파수 대역폭은 8GHz이다. 실제로 제작한 안테나의 주파수 대역은 2.92GHz~10.32GHz이며, 주파수 대역폭은 7.4GHz이다. 측정된 복사패턴 주파수는 3GHz, 6GHz, 9GHz이다. 모든 주파수에서 다이폴안테나 패턴과 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 안테나 크기는 $40{\times}40mm^2$이다. 시뮬레이션 결과와 측정 데이터를 비교분석한 결과 초광대역 평면 모노폴 안테나의 실용화 가능성을 확인할 수 있었다.
본 논문은 저궤도 위성 통신을 위한 미앤더 슬리브 모노폴 안테나를 제안하였다. 안테나는 평면 모노폴과 미앤더 슬리브의 그라운드와 함께 광대역 특성을 갖는다. 안테나의 모노폴 및 그라운드 도체는 동일 평면상에 있으며 동축 케이블을 이용한 공급을 통해 급전하였다. 안테나의 파라미터 변수의 특성을 확인하기 위해 상용 소프트웨어인 HFSS를 사용하였으며, 안테나 제조를 위해 유전상수가 4.4인 FR4를 사용하였다. 안테나의 크기는 $600mm{\times}20mm{\times}1.6mm$이다. 제작된 안테나의 주파수 대역은 130MHz~151MHz이고, 대역폭은 20MHz이다. 안테나의 측정결과, 반사손실은 -10dB 이상의 대역에서의 반사 손실을 얻을 수 있었다. 방사 패턴의 최대 이득은 2.64dBi이다.
본 논문에서는 이중 슬리브를 갖는 직사각형 평면 모노폴 안테나에 하프 커팅과 불연속 급전 구조를 적용하여 안테나 특성을 확인하였다. 이중 슬리브를 갖는 직사각형 평면 모노폴 안테나를 자기 대칭 라인을 중심으로 하프커팅을 하고, 급전부에 불연속 구조를 적용과 이중 슬리브 간격을 조정하여 임피던스 매칭을 하였다. 안테나 파라미터 특성을 확인하기 위하여 ANSYS사의 HFSS 시뮬레이터를 이용하였고, 안테나 크기는 $21{\times}40mm^2$이다. 제안한 안테나에서 VSWR이 2 이하인 시뮬레이션 주파수 대역은 2.6GHz~10.25GHz이다. 주파수 대역폭은 7.65GHz이다. 실제로 제작한 안테나의 주파수 대역은 3.3GHz~9.75GHz이며, 주파수 대역폭은 6.45GHz이다. 측정된 복사패턴 주파수는 3.5GHz, 5.5GHz, 7.5GHz, 9.5GHz이다. 모든 주파수에서 다이폴안테나 패턴과 유사한 복사패턴 결과를 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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