In this paper, we design and implement an Ultra-Wide Band (UWB, 3.1~10.6 GHz) antenna with 5G mobile communication (3.42~3.70 GHz) and Wireless Local Area Network (WLAN, 5.15~5.825 GHz) bands rejection characteristics. The proposed antenna consists of a planar radiation patch with two slots. The upper slot contributes to reject 5G mobile communication band and the lower slot contributes to reject WLAN band. The Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) values of the proposed antenna show good performances in whole UWB band except for rejection bands based on VSWR 2.0. The proposed UWB antenna was simulated using High Frequency Struture Simulator (HFSS) by Ansoft. The simulated antenna showed dual rejection bands of 3.31~3.92 GHz and 5.04~5.90 GHz in UWB band, and measured antenna showed dual rejection bands of 3.35~3.97 GHz and 5.06~5.97 GHz. The largest VSWR values measured at each rejection band are 13.60 at 3.64 GHz and 10.25 at 5.52 GHz. The measured maximum gain is 5.31 dBi at 10.00 GHz. The lowest gains for the measured antenna at rejection bands are -8.73 dBi at 3.70 GHz and -4.36 dBi at 5.56 GHz.
본 논문에서는 IR-UWB를 위한 테이퍼 슬롯 안테나를 Ansoft인 HFFS을 사용하여 설계 및 제작 하였고 안테나의 군 지연 및 충실도를 사용하여 광대역 안테나의 빔 폭에 대해 연구를 제안하였다. 이를 위해 Network Analyzer에서 획득한 데이터를 Chirp Z-transform을 사용하여 시간영역에서의 분석을 하였고 시뮬레이션은 CST microwave studio를 이용하여 이를 확인 하였다. 안테나의 방사패턴의 분석은 두 안테나를 0.5 미터 간격으로 이격시킨 후 송신 안테나를 고정 후 수신 안테나를 $10^{\circ}$ 간격으로 $360^{\circ}$ 회전하여 각각의 충실도를 획득하여 안테나의 성능 분석하였다. 분석한 결과 ${\pm}40^{\circ}$ 미만일 경우 90%이상의 양호한 충실도를 얻었고 ${\pm}40^{\circ}$ 이상은 90%이하의 낮은 결과를 얻었다. 이러한 충실도를 이용한 방사패턴을 사용함으로 광대역 안테나의 빔 폭을 보다 정확한 분석을 할 수 있다.
T-모양의 마이크로스트립 급전 구조를 갖는 슬롯 안테나는 정합을 쉽게 이룰 수 있고 대역 폭이 기존의 급전 구조의 슬롯 안테나에 비하여 넓었다. 본 논문에서는 대역 폭을 더 넓일 수 있는 급전 구조에 대하여 서술하였다. 즉 T-모양 급전 구조에 병열 개방 스터브를 부착한 새로운 방법을 제시하였다. FDTD 법으로 모델링하여 전계분포를 시간 영역에서 계산하였고, 이를 Fourier 변환시켜 슬롯 안테나의 전압 정재파비, 입력 임피던스, 복사 패턴을 주파수 영역에서 계산하였다. 스터브의 위치(L₁)와 길이(L₂)에 따라 대역 폭이 변화하였으며, L₁=30 mm, L₂=33mm일 때 중심 주파수 2.3 GHz에서 최대 대역폭을 얻었다. 이러한 결과로부터 최적의 안테나를 설계 제작하였고, % 대역 폭은 53.9 %의 광대역 특성을 얻었으며, 이들 결과들은 계산값과 비교적 잘 일치하였다.
본 논문에서는 GPS 대역과 휴대용 기기에 적용을 위한 마이크로스트립 급전 이중대역 평면형 안테나를 제안하였다. 이중 대역 특성을 얻기 위하여 개방 L-형 슬롯과 구부러진 사각형 슬롯이 사용된다. 제안된 안테나는 유전상수(𝜖r)가 4.3, 두께가 1.6 mm, 크기가 57 × 57 ㎟ 인 FR4 기판에 설계 및 제작 되었다. 제안된 안테나의 제작 및 측정 결과 임피던스 대역폭(|S11|≤ -10dB)이 GPS 대역에서 60 MHz (1550 ~ 1610 MHz), DCS / IMT-2000 대역에서 670 MHz (1690 ~ 2360 MHz)로 GPS와 DCS / IMT-2000 대역을 충분하게 만족한다. 또한, 사용하고자 하는 대역에서 안정되고 우수한 무지향성 방사패턴을 얻을 수 있었으며, 2.36 dBi 이상의 높은 이득과 90% 이상의 효율을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 원형 편파 다이버시티를 구현하기 위하여 교차형 섭동 구조에 기반을 둔 새로운 원형 편파 재구성 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 우회전 원형 편파와 좌회전 원형 편파를 동시에 구현하기 위하여 링 구조 방사체와 원형 편파의 방향을 선택하기 위한 두 개의 PIN 다이오드로 구성되었다. 방사체의 대각선 한 모서리에 슬롯 섭동과 스터브 섭동을 다이오드의 ON/OFF 상태를 조절함으로써, 제안한 안테나의 재구성 원형 편파는 잘 동작되고 또한 교차할 수 있었다. 또한 위성 통신 시스템 동작을 위하여 2.4 GHz의 S 대역에서 제안한 안테나는 이론적으로 분석하였고, 실험적으로 검증하였다. 제작된 안테나의 모의실험과 측정실험결과는 반사계수, 축비, 안테나 이득, 및 방사패턴에서 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 5 GHz WLAN 대역 저지를 위한 슬롯과 접지면에 굴곡이 있는 역삼각형 모노폴 UWB 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 CPW 형태로 급전하였으며, 패치면과 접지면 사이에 3개의 각을 이용하여 모노폴 안테나의 대역폭을 확장시켜 3.1~10.6 GHz에서 약 -10 dB 이하의 반사 손실을 만족시켰다. 제작된 안테나는 비유전율 6.15, 두께 0.64 mm인 Taconic사의 RF-60A 기판을 사용하였으며, 안테나 패치의 크기는 36 mm${\times}$19.5 mm이다. 측정 결과, WLAN 대역을 제외한 UWB 시스템 전 대역에서 약 -10 dB 이하의 반사 손실과 전방향성에 근접한 복사 패턴의 특성을 나타내었다. 제안된 안테나는 접지면의 굴곡각을 이용하여 주파수 대역에 따라 임피던스를 조절하기 용이하다는 이점이 있으며, 비교적 간단한 형태의 슬롯을 삽입하여 대역 저지 특성을 나타낼 수 있다.
본 논문에서는 대역 저지 U형태의 슬롯이 추가된 다중 대역 모노폴 안테나를 제안하였다. 안테나는 유연성을 가지는 폴리마이드 필름 기판으로 제작하였다. 제안된 안테나는 U-슬롯이 추가된 패치 형태의 모노폴 안테나로 2.7 GHz 대역에서 저지 특성을 갖도록 설계하였으며, 인접한 주파수 대역에서 반사 손실 특성의 개선을 얻을 수 있었다. 실제 자동차 유리에 부착한 실험을 통해 ISM 대역(2.4~2.483 GHz)과 WAVE 대역(5.85~5.925 GHz)에서 10 dB 이상의 반사 손실을 가지는 것을 확인하였다. 방사 패턴은 높은 주파수 대역에서 일부 패턴의 널이 있으나 전반적으로 전방향성의 특성을 나타내었으며, 2.8, 5.7 dBi의 최대 이득을 가졌다.
이동통신 기술의 발전으로 다양한 통신서비스가 출현됨으로 인해 하나의 안테나로 다중 통신 서비스를 지원하는 광대역 안테나를 필요로 하고 있다. 본 논문에서는 WiFi, LTE 2300/2500, WiMAX 등 기존의 통신 서비스에 5G의 저주파수 대역인 3.3~5.0 GHz의 통신서비스를 모두 지원할 수 있는 평판형 슬롯 광대역 안테나를 제안하고자 한다. 시뮬레이션을 통해 최적화된 안테나 설계 파라미터를 구하고, 안테나를 제작하여 주파수 대역폭이 1.96~6.01 GHz(S11 < -10 dB)인 안테나를 구현하였고, 안테나의 방사패턴 및 이득을 제시하였다. 제안하는 안테나는 LTE, Wifi, WiMAX, 5G 저주파 대역의 서비스를 모두 제공할 수 있는 다중 대역 안테나로 건물 내 또는 건물 밀집지역, 선박 등 전파 음영지역에서 중계기용 안테나로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
위성방송수신 및 위성 양방향 인터넷, VSAT 등의 위성통신서비스를 차량 이동시에도 이용할 수 있기 위해서는 차량에 탑재하기 용이하도록 소형이며 높이가 낮은 안테나 구조가 요구된다. 또한 중위도 지역에서 평면 안테나 상태로 45도 빔틸트 특성을 갖고, Ka 밴드의 위성통신용으로 충분한 고이득을 얻기 위해, 빔폭이 좁고 사이드로브가 적으며 저손실 구조의 배열안테나 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 성능을 만족시키기 위해, 진행파형 누설파 모드를 기초로 한 도파관 종방향 슬롯 배열안테나를 제안하였으며, 특히 슬롯 배열들 각각의 폭을 조절하여 복사 전력을 제어함으로써 복사 패턴의 사이드로브 레벨을 저감시켰다. 32개 누설파 소자의 배열안테나 이득은 34 dBi 였으며, 빔폭은 3.6도, 사이드로브 레벨은 -25 dB 이하로 기존의 경우보다 약 8 dB 의 저감 개선효과를 얻었다. 중심주파수 20.0 GHz에서 빔틸트 각도는 43도를 얻었다. 급전선로는 도파관의 코퍼레이트 급전방식으로 설계하여 광대역, 저손실 특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 WLAN/WiMAX시스템에 적용 가능한 삼중 대역을 갖는 변형된 원형 링 안테나를 설계 및 제작 하였다. 제안된 안테나는 원형 링 모양의 평면형 모노폴 설계를 기본으로 원형 링 내부의 십자형 스터브의 구조와 변형된 급전선로, 그리고 접지면의 사각 슬롯으로 구성함으로서 삼중대역 특성을 갖도록 설계하였다. 최적화된 파라메타를 얻기 위해 상용 툴(HFSS)을 사용하여 시뮬레이션 하였으며 안테나 성능에 민감하게 작용하는 파라메타를 찾아내서 최적화된 수치를 얻었다. 얻어진 최적화된 수치를 사용하여 제안된 안테나를 제작하였다. 시뮬레이션 결과와 측정결과가 어느 정도 일치하고 있는 데이터를 얻었으며 -10dB 임피던스 대역폭을 기준으로 WLAN/WiMAX 대역을 동시에 만족하고 있음을 확인하였다. 그리고 WLAN/WiMAX 대역에서 이득과 방사패턴의 특성을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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