본 논문에서는 초광대역 통신을 위한 LTE/WiMAX용 마이크로스트립 안테나를 설계하였다. 제안된 안테나의 기판은 FR-4(er=4.3)이고 크기는 29[mm] x 45[mm]이며 LTE 주파수대역인 1.82[GHz]와 WiMAX 주파수의 대역인 3.5[GHz]의 대역에서 사용할 수 있는 특성을 갖도록 설계하였다 시뮬레이션은 CST Microwave Studio 2014을 사용하였으며 시뮬레이션 결과 이득은 1.82[GHz]일 때 1.785[dB], 3.5[GHz]일 때 1.720[dB]이다. S-Parameter 또한 원하는 주파수 대역에서 -10dB(WSWR2:1) 이하의 결과를 볼 수 있었고, 광대역성, 소형화, 저가격화, 저손실화 등을 구현하기 위하여 각 단계마다 이론적 근거에 의한 수식을 이용하였고 슬롯의 폭, 길이, 전송선로의 폭 등을 계산하였다. 그러므로 원하는 조건을 만족하여 해당 안테나의 적용이 가능할 것으로 사료된다.
새로운 주파수 가변 이중 대역 안테나를 제안한다. 기존의 기판집적형 도파관(SIW: Substrate-Integrated Waveguide)에 비하여 1/8 크기를 갖는, 전기적으로 작은 1/8차 기판집적형 도파관(EMSIW: Eighth-Mode Substrate-Integrated Waveguide) 공진기 구조를 이용하여 전기적으로 작은 크기의 안테나를 설계하였다. 설계한 EMSIW 안테나 표면에 상보적 분할 링 공진기(CSRR: Complementary Split Ring Resonator) 구조를 추가적으로 탑재하여 이중 대역에서 동작할 수 있게 하였다. EMSIW와 CSRR 구조는 각각 1.575 GHz(GPS), 2.4 GHz 대역(WLAN) 주파수 대역을 만족시킬 수 있어 이중 공진 특성을 만족하였다. 기본적으로 CSRR은 대역폭이 좁기 때문에 Varactor 다이오드를 탑재시켜 주파수를 2.4 GHz에서 2.5 GHz까지 연속적으로 가변할 수 있게 하였다. 그에 따라 WLAN 표준에서 사용하고 있는 채널 선택 기능 또한 구현할 수 있다. Varactor 다이오드에 따라 EMSIW의 공진은 독립적으로 고정되어 GPS 주파수 수신을 안정적으로 유지할 수 있도록 설계하였다. 결과적으로 DC 바이어스 전압을 11.4 V에서 30 V로 변경함에 따라 GPS 대역 주파수는 고정되어 있고, WLAN 대역의 공진 주파수가 2.38 GHz에서 2.5 GHz까지 연속적으로 변화한다. 시뮬레이션, 측정값 사이에 반사 손실, 방사 패턴 특성이 잘 일치함을 관찰할 수 있었다.
단일 급전을 가진 안테나로서 이중 대역에서 원형 편파를 수신하기 위하여 막대형 슬롯을 가진 삼각 패치 안테나를 제안하였다. 이중 대역의 높은 주파수 대역과 낮은 주파수 대역에서의 공진 주파수비를 크게 하기 위하여 슬롯 구조를 막대형에서 H형으로 변형한 안테나를 또한 제안하였다. 막대형 슬롯의 3가지 설계 예를 검토하고, GPS(Global Positioning System)와 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 신호를 수신하기 위해 공진 주파수 비를 크게 할 수 있는 H형 슬롯의 안테나를 4가지 경우에 대하여 전산 모의 실험하여 특성을 검토하였다. 이들 중 요구되는 주파수비 특성을 보이는 경우에 대하여 $S_{11}$, 축비, 방사 패턴 등을 전산 모의 실험한 후 제작하여 전기적 특성을 측정하였다. 전산 모의 실험에서 축비와 최대 이득은 낮은 주파수 대역의 GPS주파수 1.575 GHz에서 각각 3.80 dB, 8.85 dBi의 결과를 보였으며, 높은 주파수 대역의 2.642 GHz에서 각각 2.02 dB, 8.60 dBi의 결과를 나타내었다. 구현된 안테나의 측정된 $S_{11}$ 값은 낮은 대역인 GPS 신호 주파수와 높은 주파수 대역인 DMB 신호 주파수 대역에서 각각 -12,43 dB와 -18.75 dB 이하의 특성을 보였다.
본 논문에서는 WLAN 시스템에 적용 가능한 이중 대역을 갖는 안테나를 설계, 제작 및 측정 하였다. 제안된 안테나는 CPW 급전 구조를 바탕으로 두 개의 선로로 구성되어 있으며 두 개 분기 선로의 길이 조정을 통해 이중 대역 특성을 갖도록 설계하였다. 최적화된 수치를 얻기 위해 상용 툴인 HFSS을 사용하여 $L_5$, $L_8$, $W_3$, $W_5$, $W_9$ 파라미터에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 제안된 안테나를 얻어진 최적화된 수치를 사용하여 FR-4 기판위에 제작하였다. -10dB 임피던스 대역폭을 기준으로 반사손실에 대한 측정결과, 2.4 GHz 대역에서 1,095 MHz (1.57~2.665 GHz) 그리고 5 GHz 대역에서 1,680 MHz (4.99~6.67 GHz)의 대역을 얻었으며 WLAN에서 요구하는 대역폭을 만족시켰다. 또한 WLAN 대역에서 이득과 방사패턴의 특성을 얻었다.
본 논문에서는 3G WCDMA (1.91 ~ 2.17 GHz), 4G LTE (2.17 ~ 2.67 GHz), 3.5 GHz 5G (3.42 ~ 3.7 GHz) 및 Wi-Fi 이중대역 (2.4 ~ 2.484 GHz / 5.15 ~ 5.825 GHz)에서 사용이 가능한 수정된 폴디드 모노폴 슬롯 안테나를 처음으로 제시하였다. 제안된 안테나의 크기는 35×60 mm2, 두께는 1.6 mm, 유전상수가 4.3인 FR-4 기판에 설계 및 제작 되었다. 측정결과 임피던스 대역폭은 2910 MHz(1.84 ~ 4.75 GHz) 및 930 MHz (5.11 ~ 6.04 GHz) 이고, 각각의 주파수 대역에서 안테나 이득은 1.811 ~ 3.450 dBi 이다. 특히 관심 있는 모든 주파수 대역에서 상업용으로 적합한 무지향성 방사패턴을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 PIN 다이오드를 사용하여 disk-loaded 다이폴 안테나와 folded 다이폴 안테나로 형상이 변화하는 새로운 구조의 소형 안테나를 개발하였다. 개발된 안테나는 PIN 다이오드의 RF on/off 특성을 이용하여 안테나의 전기적 길이를 변화시켜 이중 대역에서 동작하며, 저주파 대역에서는 높은 복사 저항 값을 가지는 folded 다이폴 안테나로 동작하고 고주파 대역에서는 수평 방향으로 무지향성의 복사 패턴과 수직 방향으로 도넛 형태의 복사 패턴을 가지는 disk-loaded 다이폴 안테나로 동작한다. 제안된 안테나는 $20{\sim}300$ MHz에서 30cm 다이폴 안테나에 비해 크기가 소형화 되었음에도 높은 이득을 가진다. 또한, $300{\sim}1,300$ MHz에서 $80^{\circ}$ 이상의 넓은 빔 폭을 가짐으로써 방향 탐지 안테나로 사용이 가능하다.
본 논문에서는 Mu-negative Metamaterial 단일 셀을 사용하여 700MHz대역과 2.45GHz 대역에서 동작하는 이중대역 모노폴 안테나 설계에 관하여 연구하였다. Mu-negative metamaterial 단일셀은 interdigital capacitor 구조를 사용하였고, 안테나 방사부에 삽입함으로써 이중대역 안테나를 구현하였다. 또한 기생도체를 안테나 방사부 뒷면에 있도록 구현하여 안테나의 공진점을 제어할 수 있고, 대역폭을 개선하였다. 최종적으로 750MHz UHD대역과 2.45GHz WiFi 대역에서 동작하는 안테나를 구현하였다. 설계제작한 안테나의 크기는 $200{\times}100mm^2$이고, 실험 결과 750MHz 대역에서 8dB 대역폭과 이득특성은 각각 320MHz(42.8%), 5.28dB, 2.45GHz에서 6dB 대역폭과 이득은 540MHz(21.6%), -0.46dB이다. 공진점은 이론값과 실험값이 일치하였으며, 방사패턴은 두 대역에서 전방향 특성을 갖고 있음을 확인하였다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제13권1호
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pp.34-37
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2013
This paper presents a novel ultra-wideband (UWB) antenna that rejects narrow and broad bands and is suitable for wireless communications. The base of the proposed antenna has a circular patch that can cover the UWB frequency range (3.1~10.6 GHz). The interference issues caused by co-existence within the UWB operation frequency are overcome by a design that uses a parallel-coupled asymmetric dual-line with a circular monopole antenna. The proposed antenna showed a stable radiation pattern, realized gain and reflection coefficient lower than -10 dB across the UWB operation bandwidth except for 5.15~5.85 GHz and 7.25~8.4 GHz. The fabrication, simulation, and measurement results obtained for the proposed antenna were in good agreement with the expected values.
본 논문에서는 UMTS Tx 대역(1.92~1.98 GHz)과 Rx 대역(2.11~2.17 GHz)에서 동작하는 이중 대역 E 슬롯 마이크로스트립 패치 안테나 사이의 격리도 향상을 위한 EBG 구조를 제안하였다. 제안된 EBG 구조는 이중 대역에서 두 안테나 사이의 격리도를 향상시키기 위하여 서로 다른 크기의 변형된 버섯 모양(mushroom-type) 구조로 단위 셀들을 배열하였다. 제안된 구조는 패치 안테나와 접지 면을 공유하지 않으며, 설계되어진 단위 셀의 크기는 각각 $15.6mm{\times}4mm$, $17.4mm{\times}4mm$이다. 제안된 안테나의 전체 크기는 $210.5mm{\times}117mm$이고, FR-4(비유전율=4.6, 기판 두께= 3.93 mm) 기판 상에 설계되어졌다. 제작된 안테나의 측정 결과, 제안된 EBG 구조의 사용으로 UMTS Tx 대역과 Rx 대역에서 각각 9 dB, 12 dB의 격리도 향상을 나타내었다.
본 논문에서는 모노폴 안테나의 각 모드별 전계 분포를 분석하여 전류가 상대적으로 약한 부분(전계가 강한 부분)에 스터브를 이용해 기본 공진 모드에는 영향을 주지 않으면서 안테나의 하모닉 성분인 3차 모드 공진 주파수를 효율적으로 제어하고, 스터브의 두께를 조절하여 임피던스 특성을 조절할 수 있는 방법을 제안한다. 이 방법을 이용하여 일반적인 USB Dongle 크기($20{\times}45mm$)에 안테나를 설계하였으며, -10 dB 기준 2 GHz 대역에서 대역폭이 600 MHz(2.3~3 GHz), 5 GHz 대역의 대역폭은 1 GHz(4.9~5.9 GHz)로 WLAN 주파수 대역을 만족하는 성능과 50 % 효율이 달성되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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