본 논문에서는 PIFA(Planer Inverted F Antenna)와 IFA(Inverted F Antenna)를 결합한 스마트 폰과 같은 데이터통신 단말기용 안테나를 설계하고 이를 제작하였다. 1개의 급전구조를 가지면서 PIFA와 IFA가 동시에 동작하도록 함으로써 다중대역특성을 갖도록 하였다. 베어보드에 제작된 안테나는 GSM900/USPCS/WCDMA 대역에서 VSWR 3:1 특성을 만족하였다. 평균이득과 효율은 GSM900 대역에서 -2.19~-3.63 dBi 및 43.31~60.33 %가 측정되었다. 또한 USPCS /WCDMA 대역에서는 -2.16~-10.67 dBi 및 8.56~60.78 %의 효율특성을 갖는다.
본 논문에서는 휴대폰 단말기 이득 향상을 위한 역파이(IPI) 급전 안테나를 제안하였다. 역 파이 급전 구조는 내장형 안테나의 방사저항을 작게 하고, 전류를 증가시켜 방사효율과 이득을 향상시킨다. 이득 향상을 확인하기 위하여 기존 IFA(Inverted F Antenna)에 역파이 급전을 설계하여 적용하였다. GSM900/DCS1800/PCS1900/WCDMA 대역 U 모델(IFA 타입)에 본 연구를 적용하여 제작하였다. 제작한 안테나는 기존 안테나에 비해 전 대역에서 0.3~2[dB] 이득이 향상됨을 보였다.
본 논문에서는 bypass capacitor를 이용하여 Band Stop Matching Circuit(BSMC)을 적용한 Inverted-F Antenna(IFA)의 효율을 향상 기법을 제안한다. 본 논문에서 설계한 안테나의 동작주파수는 LTE band 26과 5(814~894 MHz) 대역이다. BSMC의 임피던스 변화를 이용하여 IFA의 대역폭을 -6 dB 기준 823~886 MHz에서 800~888 MHz로 확장하였다. 확장된 주파수 대역에서 안테나의 효율을 향상시키기 위해 BSMC가 적용된 IFA에 bypass capacitor를 적용하였다. Bypass capacitor는 BSMC가 적용된 IFA의 전류 변화량를 감소시켜 안테나의 효율을 향상시켜주는 역할을 한다. Bypass capacitor를 적용시켰을 때 대역폭은 804~895 MHz이며 확장된 주파수 대역에서 안테나 효율은 10 % 이상 증가하였다.
본 논문에서는 6중 이동통신 대역을 만족하는 단말기용 PIFA(Planar Inverted F Antenna) + IFA(Inverted F Antenna) 하이브리드 MIMO(Multi Input Multi Output) 안테나를 설계하고, 이를 구현하였다. 커플링 급전구조를 이용하여 PIFA와 IFA가 동시에 동작하도록 함으로써 접지 면이 많은 현재의 스마트폰에 효과적으로 적용될 수 있도록 시도하였다. 후면이 접지인 부분에는 PIFA를 설계하였고, 접지가 없는 휴대폰 상단 작은 공간에는 IFA를 설계하였다. 안테나는 폰과 동일한 크기로 carrier가 없는 PCB embedded로 대각선 급전 MIMO 안테나로 구현하였다. 베어보드에 구현된 안테나는 CDMA, GSM900, DCS, KPCS, USPCS, WCDMA의 6중 이동통신 서비스 대역에서 VSWR 3 : 1 이하의 특성을 만족하였다. 평균이득과 효율은 CDMA, GSM900대역에서 -5.19~-3.16 dBi 및 30.27~48.26 %를 보였다. 또한, DCS, KPCS, USPCS, WCDMA 대역에서는 -9.50~-5.19 dBi의 평균이득과 11.23~30.28 %의 효율특성을 가짐으로써 휴대폰 안테나로 적용될 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 위성 발사체와 같은 원통 도체에 UHF 대역의 역 F 안테나가 장착되어 있을 때 방사 패턴을 시뮬레이션하고 분석하였다. 우선 파라미터를 변화시켜가면서 장착될 역 F 안테나 자체의 특성을 분석한 다음, 이 역 F 안테나가 원통 도체에 장착된 경우에 대하여 시뮬레이션하고 분석하였다. 특히 역 F 안테나의 개수, 원통의 길이, 그리고 원통의 직경 변화에 대하여 방사 패턴을 시뮬레이션하고 분석하였다. 다음으로 역 F 안테나를 제작하여 반사 손실을 측정하고 원통 도체에 장착하였을 때 방사 패턴을 측정하였다. 측정 결과와 시뮬레이션 결과는 서로 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 커플링 급전 구조를 사용하여 모든 이동 통신 대역을 만족하는 단말기용 모노폴+IFA(Inverted F Antenna) 하이브리드 안테나를 설계하고 이를 제작하였다. 1개의 급전 구조를 가지면서도 커플링을 이용하여 모노폴과 IFA가 동시에 동작하도록 함으로써 넓은 대역 특성을 갖도록 하였다. 안테나는 저가격 실현을 위해 carrier 부품이 없는 PCB embedded 형태로 설계하였다. 베어 보드로 제작된 안테나는 LTE/CDMA/GSM900/DCS/USPCS/WCDMA/WiBro/WiFi 대역에서 VSWR 2.5:1 특성을 만족하였다. 평균 이득과 효율은 LTE, CDMA, GSM-900 대역에서 -3.98~-0.09 dBi 및 40.03~97.99 %가 측정되었다. 또한, DCS, USPCS, WCDMA, WiBro, WiFi 대역에서는 -3.90~-1.01 dBi 및 40.70~79.31 %의 효율 특성을 가짐으로써 LTE를 포함한 휴대폰 전 대역 안테나로 사용될 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 휴대단말기 안테나의 대표적 형태인 역 F 안테나(Inverted F Antenna, IFA)와 루프(Loop) 안테나에 따른 디지털 노이즈의 결합(coupling) 정도를 특성모드(characteristic mode)를 사용하여 분석한다. 우선, 안테나를 포함한 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 특성모드 전류와 디지털 신호라인의 방향에 따른 결합 정도를 비교 분석하고, 이를 토대로 휴대단말기의 WiFi 안테나와 전방 카메라(front camera)의 결합에 대해서 분석한다. 분석을 위해서 카메라 모듈의 FPCB의 디지털 신호선과 그라운드 선을 PCB 그라운드의 특성 모드를 여기(excitation) 시키는 루프형 피더(feeder)로 모델링 했고, 안테나 타입(type)에 따른 노이즈 결합 변화에 대해서 분석을 했다.
본 논문에서는 휴대단말기에서 GSM900, PCS1900서비스와 Bluetooth나 Wi-Fi서비스를 위한 삼중대역 안테나를 제안하였다. 본 논문의 안테나는 공진길이가 ${\lambda}/4$인 역-F안테나와 공진길이가 ${\lambda}/2$인 루프안테나 사이를 전환하는 구조이다. 이를 통하여 하나의 인쇄패턴으로 삼중대역을 구현하였다. 역-F구조일 때는 GSM900대역을 만족하였고 루프구조일 때는 PCS1900대역을 만족하였으며 역-F구조에서 추가로 발생하는 공진으로 Bluetooth (또는 Wi-Fi)대역을 만족하였다. 제작된 안테나는 각 대역에서 10dB이하의 반사손실을 가지며 각 대역의 중심주파수를 기준으로 80%이상의 높은 효율을 가진다. 또한 휴대단말기의 사용에 적합한 무지향성의 방사 특성을 보인다.
휴대폰 내 수납 공간 체적이 1 cc 정도 되는 초소형 안테나를 제작하였다. 기본적인 형태는 IFA(Inverted F Antenna)이며, 전류 상쇄가 적도록 설계함으로써 안테나 효율을 높여 작은 체적에도 불구하고 높은 이득을 갖도록 하였다. 멀티 밴드의 구현에서 낮은 주파수 대역의 짧은 길이에 대한 보상은 헤릭스를 적용하였으며, 높은 주파수 대역을 위하여 3차원 구조의 패턴을 만들어 넣었다. 제작은 보드를 세트로 한 GSM/DCS 대역용 1 cc 안테나와 GSM/USPCS 대역 휴대폰 세트용 1.5 cc 안테나를 제작하고 제반 특성을 측정하였다. 각 안테나에 대한 측정 결과, 각 대역에서 평균 이득이 각각 $-3.46{\sim}-0.45\;dBi$ 및 $-4.80{\sim}-3.29\;dBi$로 매우 양호한 특성을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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