본 논문은 시간 영역에서의 초광대역 안테나 특성 해석에 대하여 기술한다. 시간 영역 해석을 위해 임펄스 전파 채널에 대한 모델링을 제시하였고, 이를 근거로 초광대역 안테나에 대한 임펄스 응답의 유도 방법을 제시하였다. 또한, 시간 영역에서의 안테나의 특성을 나타내는 파라미터로서 떨림(ringing), 임펄스 응답의 첨두치, 그리고 응답 폭을 제시하였다. 임펄스 응답 측정을 위하여, 변형된 초광대역 코니컬 모노폴 안테나, 초광대역 TEM 혼 안테나, 초광대역 stepped fat 모노폴 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 모든 안테나는 측정을 통하여 3 GHz 이상의 대역폭을 갖는 초광대역 특성을 보였다. 무반향 반사실에서 구한 각 안테나의 임펄스 응답 특성으로부터, 이득이 높은 TEM 혼이 가장 높은 첨두치를 가짐을 보였고, 대역폭이 가장 작은 stepped fat 모노폴 안테나가 가장 넓은 임펄스 응답 폭을 가짐을 확인했다. 또한, 떨림 현상은 TEM 혼안테나를 제외한 두 안테나에서 관찰되었다.
지금까지의 UWB 안테나는 무지향성이면서 동시에 광대역을 만족하지 못했다. 하지만 UWB 통신채널 환경에서는 이러한 특성이 필수적이다. 본 논문에서는 UWB용 광대역 타원형 모노폴 안테나를 제안하였다. 광대역 특성을 갖는 평판형 모노폴 안테나는 최근 많이 연구되고 있으며 제안한 안테나는 10dB 기준으로 3.5GHz -12GHz의 주파수 밴드위스를 갖는다. 방사패턴은 3.5GHz - 10GHz까지 무지향성 특성을 보였다. 제안한 안테나는 마이크로 스트립 급전 구조와 타원형 모노폴 디스크로 구성되어 있으며 모노폴 디스크와 그라운드 사이의 높이는 정합을 결정 짖는 매우 중요한 변수이다. 제안한 안테나는 UWB 시스템에 적용이 가능할 것이다.
본 논문에서는 반사판을 갖는 새로운 모노폴 안테나를 제안 하였다. 제안한 안테나는 TRF-45 기판으로 제작하였으며, 제작한 안테나와 결합한 반사판도 FR-4 기판으로 제작하였다. 안테나 후면에 위치한 반사판으로 인해 후면에 반사되는 전류가 억제되는 것을 확인하였다. 제안한 모노폴 안테나의 대역폭은 2.65 GHz이며, 반사판이 없는 모노폴 안테나의 대역폭은 2.88 GHz이다. 또한, 반사판이 없는 안테나는 E-평면에서 양방향 방사 패턴이 관찰되었으며, H-평면에서는 무지향성의 방사패턴이 관찰되었다. 그러나 반사판을 갖는 안테나의 경우 후방 방사를 억제하며, E-평면과 H-평면에서 지향성 방사를 제공한다.
본 논문에서는 평면형 원형 모노폴 안테나를 필름형으로 설계하여 UWB 단말기의 내장형 안테나로 사용하는 경우에 좁은 틈새에서 접혀진 구조로 장착되었을 때, 안테나의 성능 변화에 대해 연구하였다. 원형 모노폴 부분을 'ㄷ' 자 대칭 구조로 접었을 때, 입력 임피던스 및 반사계수, 주파수 대역폭, 복사패턴의 변화를 시뮬레이션하고 측정하여 기존의 경우와 성능 변화를 비교하였다. 연구 결과, 접힌 구조의 UWB 원형 모노폴 안테나는 UWB 주파수 대역을 포함하는 2.6 - 12 GHz에서 양호한 반산계수 및 복사 성능을 보이고 있기 때문에 UWB 통신용 단말기의 내장형 안테나로 사용 가능함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 2.45 GHz 무선 랜 (WLAN) 대역 과 UWB 대역에서 동작하는 이중 대역 모노폴 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. UWB 대역에서 동작하는 모노폴 안테나를 먼저 설계한 후 모노폴에 슬롯을 삽입하여 2.45 GHz 무선 랜 대역에서도 동작하도록 설계하였다. 최적화된 이중 대역 모노폴 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비 (VSWR) < 2인 대역이 2.35-2.50 GHz와 2.99-11.82 GHz로 무선 랜과 UWB 대역에서 이중 대역 특성을 갖는 것을 확인하였다. 이득은 2.45 GH에서 1 dBi이고 3.1-10.6 GHz 대역에서 1.5-4.6 dBi로 측정되었다.
본 논문에서는 UWB(Ultra-wideband) 통신시스템용 CPW(Coplanar Waveguide) 급전 구조의 안테나를 설계 및 제작한다. 초광대역 특성을 구현하기 위하여 두개의 평면형 모노폴 안테나의 상호결합을 이용한다. 안타나의 파라미터(평면형 모노폴의 폭과 두 모노폴 간의 간격) 조정을 통한 모노폴 쌍의 상호결합을 최적화하여 초 광대역 특성을 갖도록 한다. 그리고, 모노폴 쌍 안테나의 상호결합 효과를 확인하기 위해 모노폴 방사소자 사이의 수평부분 길이를 조정한 2개의 UWB 안테나를 제작하여 측정한다. 측정결과, 2개의 안테나 모두 UWB 전대역$(3.1\sim10.6GHz)$뿐 아니라 훨씬 넓은 주파수 대역에서 양호한 결과를 보인다.
본 논문은 UWB 대역 중 낮은 대역만을 만족하던 기존 보우타이 모노폴 안테나의 접지 패치 변경을 통한 초광대역화 설계를 제안한다. 기존의 안테나는 반원형 접지 패치를 가진데 반해, 제안된 안테나는 오각형 형태의 접지 패치를 가지도록 설계되어 UWB 대역 전체에서 동작이 가능하다. 측정된 안테나의 반사손실 특성은 4.9~5.8 GHz에서 갖는 저지 대역 외의 3.1~10.6 GHz 에서 -10 dB 이하를 만족한다. 측정된 안테나의 방사패턴은 모노폴 안테나의 방사패턴과 유사한 특성을 지니며, 저지 대역 주파수인 5.8 GHz에서 안테나 이득은 동작 주파수 대비 약 8 dB 감소되었다.
도파로 급전 방법의 인쇄형 모노폴 구조를 응용하여 UWB대역인 이중 주파수 대역 프린트형 이중 모노폴 안테나를 설계 및 제작하였다. 이중대역을 얻기 위하여 기존의 단일 모노폴 구조를 수정한 이중 모노폴 구조를 제안하였다. 제안된 안테나는 기존의 모노폴 안테나와 동일한 무지향 복사 특성을 가지며 평면으로 구현되어 모노폴 안테나 보다 크기가 작고 높은 이득을 갖는다. 두개의 단일 모노폴은 상호 임피던스 매칭을 위한 스터브로 작용하여 임피던스 매칭이 용이하고 이에 따른 대역폭의 증가를 향상 시킬 수 있었다. 안테나의 대역폭은 VSWR$$\geq_-$$2를 기준하여 350MHz (1.69~2.04[GHz]z])와 2,670MHz (4.33~6[GHz]), 3980MHz (6.1~10.08[GHz])의 결과를 얻었다. 이는 PCS대역(1.75~1.87[GHz]) 과 UWB대역을 충족시킬 수 있다.
The use of a single UWB antenna which covers a wide range of frequencies is very desirable for future wireless communications system. In this paper, we propose a novel wide band printed elliptic monopole antenna for UWB(Ultra wide Band). Wideband planar monopole disc antenna have been recently studied. The proposed antenna can cover UWB frequencies from 3.5GHz to 12GHz. it is determined from 10dB return loss. The antenna consists of the printed elliptical monopole disc with microstrip-line feed. Elliptic disc of antenna and ground height operate important to matching. The results of measurement are almost similar to those of simulation.
본 논문에서는 마이크로스트립구조에서 $3.1{\times}10.6GHz$대역의 UWB 통신을 위한 사다리꼴 안테나모델에 대해 광대역화를 검토하였다. 두 사다리꼴의 마이크로스트립패치 치수를 서로 다르게 한 모노폴의 사다리꼴안테나 모델에 대해 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 UWB의 대역폭에서 반사손실 -10dB(VSWR<2)이하의 임피던스 정합특성을 보이는 안테나의 동작특성을 나타내 보였다. 또한, 본 논문에서 구한 최적화 안테나는 UWB의 전 대역에서 선형위상과 수평면내에서 대체로 무지향 방사특성을 나타내 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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