본 논문에서는 2.4GHz(ISM) 대역의 블루투스 시스템에 사용되는 역-F형 내부 안테나의 설계 파라미터 값에 따른 안테나 특성을 분석하였다. PCB 기판에 인쇄된 형태로 설계하여 안테나의 길이, 단락 스터브의 두께, 피드선과 단락 스터브 사이의 간격, 안테나와 접지면 사이의 간격, 안테나의 두께 및 기판의 두께와 기판의 유전율에 따른 특성 변화를 연구하였다. 설계 값에 따른 특성 변화로부터 설계 파라미터값을 튜닝하여 최적의 안테나를 설계하는 방법을 보였다. 설계된 안테나는 VSWR이 1.5이하인 주파수 대역폭이 6.3%(150MHz)였으며, 이득은 3dBi 정도를 얻었다.
본 논문에서는 2.4GHz(ISM) 대역의 블루투스 시스템에 사용되는 역-F형 내부 안테나의 설계 파라미터 값에 따른 안테나 특성을 분석하였다. PCB 기판에 인쇄된 형태로 설계하여 안테나의 길이, 단락 스터브의 두께, 피드선과 단락 스터브 사이의 간격, 안테나와 접지면 사이의 간격, 안테나의 두께 및 기판의 두께와 기판의 유전율에 따른 특성 변화를 연구하였다. 설계 값에 따른 특성 변화로부터 설계 파라미터값을 튜닝하여 최적의 안테나를 설계하는 방법을 보였다. 설계된 안테나는 VSWR이 1.5이하인 주파수 대역폭이 6.3%(150MHz)였으며, 이득은 3dBi 정도를 얻었다.
In this paper, the characteristics of an inverted-F antenna for the 2.4GHz(ISM) Bluetooth system have been analysed in terms of the variation of design parameters. The antenna can be integrated on printed circuit board, and the characteristics in terms of the variation of the gap between feed line a...
In this paper, the characteristics of an inverted-F antenna for the 2.4GHz(ISM) Bluetooth system have been analysed in terms of the variation of design parameters. The antenna can be integrated on printed circuit board, and the characteristics in terms of the variation of the gap between feed line and shorting stub, gap between antenna's leg and ground plane, antenna leg's width, substrate's height and dielectric constant are analysed By using these characterization plot of design parameter, the tuning techniques are proposed to design optimum antenna. The designed antenna has 6.3%(150MHz) frequency bandwidth for VSWR under 1.5, and 3dBi gain.
In this paper, the characteristics of an inverted-F antenna for the 2.4GHz(ISM) Bluetooth system have been analysed in terms of the variation of design parameters. The antenna can be integrated on printed circuit board, and the characteristics in terms of the variation of the gap between feed line and shorting stub, gap between antenna's leg and ground plane, antenna leg's width, substrate's height and dielectric constant are analysed By using these characterization plot of design parameter, the tuning techniques are proposed to design optimum antenna. The designed antenna has 6.3%(150MHz) frequency bandwidth for VSWR under 1.5, and 3dBi gain.
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문제 정의
본 논문에서는 저전력 시스템에 적합하며 충분한 이득 (3dBi)을 갖는 안테나를 구현하였으며 단말기 접지면에 실장하는 형태로 안테나를 구현함으로서 전체 시스템의 비용을 감소시키고 시스템의 크기를 줄일 수 있는 방안이 제시되었다. 설계된 안테나는 적은 전력을 필요로 하는 무선송수신 성능을 얻을 수 있으므로 블루투스 시스템이 장착된 ISM 대역 단말기등에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
제안 방법
따라서 입력임피던스를 쉽게 정합하기 위해서 그림과 같기 안테나 다리에서부터 접지면까지의 거리와 홈의 길이를 芹닝 하였다.
본 연구를 통하여 2.4GHz대역의 근거리 무선통신 시스템에 사용할 수 있는 역-F형 안테나의 파라미터값들에 대한 안테나 특성을 분석하였으며 분석된 시뮬레이션 값들을 이용하여 최적의 안테나를 설계하는 기법을 제안하였다. 최적으로 정합된 안테나를 설계함으로써 VSVR이 1.
본 연구에서는 PDA등의 접지면에 직접 인쇄된 형태의 역-F형 안테나의 특성을 해석하기 위해 필드 해석 프로그램인 HFSS(High Frequency Structure Simulation)를 이용하여 시뮬레이션을 통하여 프린트된 형태의 역 F형 안테나를 설 계하였으며 구현된 역-F형 안테나의 설계파라미터의 변화에 따른 안테나 특성 변화를 해석하고 이 설계파라미터 값을 이용하여 최적의 안테나를 설계하였다.
대상 데이터
설계되어진 안테나의 전체 사이즈는 길이 21.4mm, 그리고 폭 6.5mm이며 설계된 안테나가 프린트된 PCB 접지면 즉 기판의 크기는 가로 60mm 세로 40mm이다. 설계된 안테나에서 안테나 다리와 접지면 사이의 간격 h는 입력임피던스 정합에 중요한 변수로 작용한다.
성능/효과
그 결과 안테나 다리에서 접지면까지의 거리가 약 4.5mm 工리고 홈의 길이가 13mrn일 때 최적함을 알 수 있었다. 최석화된 안테나의 & 값은 Fig.
급전 위치는 다른 설계변수와 달리 공진주파수 및 반사 손 실에 크게 영향을 미치지 않지만 피드라인과 단락 스터브 사의 간격이 2mm 정도 떨어졌을 때 원하는 2.4GHz에서 공산 주파수를 가지며 반사 손실과 대역폭 특성이 좋았다.
안테나 설계파라미터에 대한 파라미터의 시뮬레이션 결과로부터 최적화된 역-F형 안테나를 설계할 수 있다. 설계 파라미터 중 입력임피던스를 크게 변화시키는 변수는 피드라인과 단락 스터브의 간격, 안테나 다리와 접지면 사이의 간격, 안테나 다리의 두께 순서임을 알 수 있다. 또한 안테나 다리의 길이나 기판의 두께 그리고 기판의 유전율은 공진주 파수를 이동시켜줌을 시뮬레이션 결과들로부터 확인할 수 있다.
4GHz대역의 근거리 무선통신 시스템에 사용할 수 있는 역-F형 안테나의 파라미터값들에 대한 안테나 특성을 분석하였으며 분석된 시뮬레이션 값들을 이용하여 최적의 안테나를 설계하는 기법을 제안하였다. 최적으로 정합된 안테나를 설계함으로써 VSVR이 1.5 이하이면 서 설계주파수 2.4GHz에서 주파수 대역폭이 6.3% (150MHz)를 나타내었다.
그 중에서도 PCB 보드상에 직접 인쇄된 형태의 역-F형 안테나는 대표적 녕면안테나인 마이크로스트립 안테나를 변형한 형태로서 한쪽 丐을 단락시켜 물리적 크기를 줄일 수 있기 때문에 단말기 내부에 장착이 가능하여 기존 단말기와 달리 휴대의 편리성을 높일 수 있다(Specification of the Bluetooth System, 2001 : Ali & Gerald, 2000). 특히 본 논문에서와 같이 PDA등의 단말기 기판의 양면 중에서 접지면으로 사용되는 면에 인쇄된 형태로 안테나를 구현함으로서 윗면과 아랫면을 각각 분리하여 사용할 수 있기 때문에 전체 시스템을 구현하는 경우 비용 절감과 시스템이 차지하는 공간을 대폭 줄일 수 있다. 또한 PCB 보드의 접지면을 이용함으로서 대역폭 및 이득을 보다 개선할 수 있으며, 기판상의 인덕티브 튜닝 스터브를 이용하여 안테나의 정합을 용이하게 할 수 있고, 단락 스터브를 이용하여 그 값을 보상할 수 있다(Ali, Sadler and Hayes, 2002).
후속연구
본 논문에서는 저전력 시스템에 적합하며 충분한 이득 (3dBi)을 갖는 안테나를 구현하였으며 단말기 접지면에 실장하는 형태로 안테나를 구현함으로서 전체 시스템의 비용을 감소시키고 시스템의 크기를 줄일 수 있는 방안이 제시되었다. 설계된 안테나는 적은 전력을 필요로 하는 무선송수신 성능을 얻을 수 있으므로 블루투스 시스템이 장착된 ISM 대역 단말기등에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
참고문헌 (7)
Ali, M. and Gerard, J. H. (2000), 'Analysis of Integrated Inverted-F Antennas for Bluetooth Applications', Ericsson Inc
Ali, M. Sadler, R. A. and Hayes, G. J. (2002), 'AUniquely Packaged Internal InvertedUF Antenna forBluetooth or Wireless LAN Application', IEEE Antenna and Wireless Propagation Letters.vol. 1. No. 1, pp.5-7
Specification of the Bluetooth System, Version 1.1,(February, 2001)
Soras, C. Karaboikis, M. Tsachtsihs, G. and Makios, V.(Feb. 2002), 'Analysis and Design of an Inverted-FAntenna Printed on a PCMCIA Card for the 2.4GHzISM Band', IEEE Antenna's and Propagation Magazine,vol. 44. No. 1, pp.37-43
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