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문제 정의
- 본 논문에서는 실내용 무선 LAN 용으로 새롭게 추가될 예정인 5.15GH2-5.35® 주파수에서 실용 가능한 4개의 L-shape 슬롯 안테나를 제안하였다. 접지면과 기판 사이에는 대역폭을 개선하기 위해 공 기층을 삽입하였으며 실제 제작 시 공기층으로는 유전율이 1인 foam을 사용하였다.
- 본 논문은 무선 통신의 수요 증가에 따라 IEEE 802.11에서 무선 LAN의 사용주파수로 논의되는 5.15-5.35GHZ 까지의 영역을 동작주파수로 하여 L- 슬롯에 공기증을 주가한 새로운 구조를 설계하고 제직하였다. 모든 설계는 Ensem비e 5.
제안 방법
- 5.150k에서 5.35GHz 대역의 무선 LAN AP용 미아크 로 스트립 안테나를 설계 제작하였다 통신 시스템에서 사이즈의 감소는 매우 중요하기 때문에 목적을 사이즈 감소에 맞추었다[8] 동작 주파수대역에서 좋은 특성과 사이즈 감소를 위해 4개에 L-모양 슬롯을 삽입하는 새로운 구조를 제안하였다.図 L-slot 구현으로 인해 일반적인 사각 패치 안테나보다 14.
- 먼저 양호한 방사 효율을 얻기 위해 일반적인 마 이크 로스 트립 패치 크기를 결정하였고 4개의 L-슬롯 모양이 삽입되어 적용하였을 때 생기는 오차를 많은 시뮬레이션을 통해 최적의 패치 크기를 얻었다. L-슬롯의 두께 길이, 위치변화에 따른 반사 계수 및 공기층의 두께에 따른 반사 계수를 시뮬레이션 데이터를 통해서 최적 조건의 수치를 얻었다.
- 35GHz 대역의 무선 LAN AP용 미아크 로 스트립 안테나를 설계 제작하였다 통신 시스템에서 사이즈의 감소는 매우 중요하기 때문에 목적을 사이즈 감소에 맞추었다[8] 동작 주파수대역에서 좋은 특성과 사이즈 감소를 위해 4개에 L-모양 슬롯을 삽입하는 새로운 구조를 제안하였다.図 L-slot 구현으로 인해 일반적인 사각 패치 안테나보다 14.4% 사이즈 감소를 가져왔고 제작의 편의상 동축 급전을 사용하였으며 모든 시뮬레이션은 Ensemble을 이용하여 수행하였다. II 장에서는 4개의 L-Shape 슬롯이 삽입된 마이크로 스트립 안테나의 설계 방법을 제시하고 각각 파라미터들의 분석에 대한 설명을 제시할 것이다.
- 먼저 양호한 방사 효율을 얻기 위해 일반적인 마 이크 로스 트립 패치 크기를 결정하였고 4개의 L-슬롯 모양이 삽입되어 적용하였을 때 생기는 오차를 많은 시뮬레이션을 통해 최적의 패치 크기를 얻었다. L-슬롯의 두께 길이, 위치변화에 따른 반사 계수 및 공기층의 두께에 따른 반사 계수를 시뮬레이션 데이터를 통해서 최적 조건의 수치를 얻었다.
- 방사패턴은 H-평면과 E-평면에서 각각 5.0에서 5.5GHz까지 0.05GHz 간격点 5.0, 5.05, 5.10, 5.15, 5.20, 5.25, 5.30, 5.35, 5.40, 5.45, 5.50GHz 에서 측정하였다. 실제 측정된 H-평면과 E-평면의 방사패턴은 그림 12-a 와 그림 12-b 와 같다.
- 셋째, 4개의 L-슬롯 모양의 길이 dT의 길이에 따른 반사 계수의 변화를 살펴보았다. dT 을 3mm에서 5mm까지 변화시킨 시뮬레이션 결과를 그림 4에 나타내었다.
- 6mm인 FR-4 기판을 사용하여 제작하였다. 접지면과 기판 사이에 는 유전율이 1인 foam을 삽입하였으며, 동축급전 방식으로 제작하였다 제작된 안테나는 HP 8510C Network Analyzer를 이용하여 반사손실을 측정하였 으며 광운대학교 무반사실에서 방사패턴을 측정하였 다
- 첫째 L-슬롯 모양의 길이 YT 길이에 따른 반사 계수에 변화를 살펴보았다. YT을 9.
대상 데이터
- 7mm로 정사각형이다. 4개의 L-슬롯의 파라미터는 세로 YT=9.75mm, dT=4mm, W=lmm 이다 L-슬롯과 패치 가로 경계면까지의 거리 Yl = 1.35mm이고 패치 세로 계면까지의 거리 Y2=0.6mni이다 동축 급전의 위치는 패치의 우측으로부터 rl = 1.35mm r2=3.85mm이고 공기층은 유전율 이 1인 foam을 사용하였으며 최적 두께는 tl=4mm이다.
- 안테나는 유전율이 4.6, 두께가 1.6mm인 FR-4 기판을 사용하여 제작하였다. 접지면과 기판 사이에 는 유전율이 1인 foam을 삽입하였으며, 동축급전 방식으로 제작하였다 제작된 안테나는 HP 8510C Network Analyzer를 이용하여 반사손실을 측정하였 으며 광운대학교 무반사실에서 방사패턴을 측정하였 다
- 35® 주파수에서 실용 가능한 4개의 L-shape 슬롯 안테나를 제안하였다. 접지면과 기판 사이에는 대역폭을 개선하기 위해 공 기층을 삽입하였으며 실제 제작 시 공기층으로는 유전율이 1인 foam을 사용하였다. 설계된 안테나의 구조를 그림 1에 나타내었다.
성능/효과
- 5mm까지 변화시킨 시뮬레이션 결과를 그림 3처럼 나타났다. 4개의 L-슬롯 모양의 너비(W)가 증가할수록 주파수 대역은 왼쪽으로 이동되는 것을 관찰할 수 있었다. 두께 1mm에서 최적의 공진주파수와 가장 좋은 반사 계수 특성을 얻었다
- 25mm로 감에 따라 공진주파수는 왼쪽으로(낮은 주파수 쪽으로) 이동되는 것을 관찰할 수 있었다. 공진주파수 및 반사 계수 특성은 YT=9.75ran에서 가장 좋은 특성을 얻었다.
- 0mm를 기준으로 더 두꺼워지면 공진주파수는 왼쪽으로 이동되었고, 얇아지면 공진주파수가 높아진다는 것을 관찰하였다. 공진주파수가 이동함에 따라 반사계수의 특성에도 좋지 않은 결과를 보였다.
- 동축 급전의 위치와 공기층의 두께는 다른 파라미터들에 비해 반사계수 특성에 상당히 민감한 반응을 보이는 것을 확인할 수 있었고 이는 안테나 실제 제작시 가장 주의해야 할 부분이었다.
- 4개의 L-슬롯 모양의 너비(W)가 증가할수록 주파수 대역은 왼쪽으로 이동되는 것을 관찰할 수 있었다. 두께 1mm에서 최적의 공진주파수와 가장 좋은 반사 계수 특성을 얻었다
- 최근 notebook PC와 PDA 등과 같은 휴대용 단 말기의 보급이 확산됨에 따라 이들을 장소에 상관없이 네트워크에 연결시키는 수단으로 휴대성 및 간편성 등의 이점을 가지는 무선 LAN의 응용 부야 가 확산되고 있다. 무선 LANe 무선 전송기술을 사용하여 기존의 유선 LAN에서의 미비점을 보완하고, 유선 LAN의 설치가 어려운 환경까지 무선 채널을 통해 LAN을 확장시킬 수 있다.
- 둘째 접지면과 급전의 정확한 접합이 이루어지지 않아 접지면 밑으로 흘러나가는 전류 누수 현상에 의하여 반사계수의 손실 및 방사패턴 상의 후엽이 발생한 것으로 판단된다. 셋째, 정밀성 이 요구되었던 급전점의 위치와 foam의 두께에서 발생한 제작상의 오차에 의해서도 시뮬레이션 결과와 측정결과와의 차이점이 생겼을 것으로 판단된다.
- 설계한 안테나의 정재파비는 그림 8과 같다. 시 뮬레이션 결과 VSWRvl.5에서 5.10也에서 5.36GHz 까지 약 5%의 대역폭을 얻었으며 제작된 안테나는 VSWR<L5에서 5.2400에서 5.50GHz까지 약 5.9%의 대역폭을 얻었다.
- 시뮬레이션 시엔 VSWR<1.5의 동작대역을 충분히 얻기 위해 공진주파수를 5.23GHz로 하였는데 실제 측정결과는 공진주파수가 5.36GHz로 나타났으며, VSWRvl.5 대역폭은 시뮬레이션상에서 약 260MHz의 5%이고 측정결과는 약 260MHz의 5% 로 나타났다.
- 그림 13는 이득에 대한 시뮬레이션된 결과와 즉 정된 결과를 함께 나타내었다. 시뮬레이션상의 이득 값은 7.5dBi에서 8.5dBi로 실내용 무선 LAN 안테 나에서 요구하는 이득보다 높게 나왔으며 실제 제 작된 안테나의 이득도 8~ 9dBi로 실내용 무선 LAN 안테나에서 요구하는 이득에 대한 요구조건 (spec)을 보다 높게 나왔다
- 실제 측정한 반사계수는 ri림 11과 같다 초기값은 5.0애z 죄종값은 5.6CH眦로 하고 86개의 point를 주 어 즉정한 결과 시물레이션에서의 공진주파수는 5.22眺에서 약 -65dB 공진주파수를 갖은 반면 실제 제작 된 안테나의 공진주파수는 5.35G&였으며 그 때 반사계수는 -28.54dB였다 VSWR<1.5 에서 260MHz (5%), 대역폭을 얻었으며, 5.15-5.58GHz 대역 모두 VSWR<2.0를 만족하였다.
- 그림 12와 13에서 보여진 방사패턴 측정과 이득 의 결과에서 보이는 후엽과 공진주파수의 이동 및 이득의 차이는 다음과 같은 요인에 의해 발생된 것으로 고찰될 수 있다. 첫째, Ensemble5.0 시뮬레이 터상의 안테나 패치는 무한 크기의 접지면과 무한 크기의 기판 위에 존재함을 인식하여 실제 제작상 안테나의 접지면의 크기를 실제 이론치보다 넓혀 이득이 모의실험보다 크게 나온 것으로 판단된다. 또한 공진주파수의 천이는 제작시 기판의 식각 과정에서 L-슬롯의 길이를 정확하게 맞추지 못한점으 로 사려된다.
- 공기층은 foam으로써 유전율이 1인 것을 사용하였는데, 작은 변화에도 반사 계수에 상당히 큰 영향을 미쳤다. 최적의 두께 4.0mm를 기준으로 더 두꺼워지면 공진주파수는 왼쪽으로 이동되었고, 얇아지면 공진주파수가 높아진다는 것을 관찰하였다. 공진주파수가 이동함에 따라 반사계수의 특성에도 좋지 않은 결과를 보였다.
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