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문제 정의
- 본 논문에서는 UWB 주파수 중에서 고역 대역인 7.2-10.2 GHz범위에서 사용할 수 있는 초광대역 마이크로스트립 패치 어레이 안테나로 설계하였다. 설계방법과 순서는 사각형 패치에 U자형 슬롯을 만들어 주파수특성을 광대역화 하였고, 각기 공진 점을 다르게 5개의 패치를 설계한 후 이들을 배열하여 이득과 특성을 최적화 하였다.
- 연구의 목표는 UWB high band(7.2GHz에서 10.2 GHz)에서 사용하기 적합한 초광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 안테나의 설계와 구현이匸). 이러한 안테나를 구현하기 위하여 각 단계마다 이론적 근거에 의한 수식을 이용하여 초기 규격을 계산하고, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 CST Microwave Studio 5.
제안 방법
- 4는 다중공진 배열안테나를 평면상에 구현한 것이다. 7.5~9.9GHz의 다중공진 안테나를 배열하였고, 임피던스 정합 과정 은 7.5GHz 패치 안테 나와 8.1GHz 패치 안테나의 중심 주파수인 7.8GHz를 적용하여 전송 선로를 구하였고, 같은 방법으로 급전 점까지 손실을 최소화 하여 임피던스 부정합을 해결하였다.
- 3에서 나타낸다. U-slot의 길이 (以)를 다른 파라미터는고정시키고 가변하여 최적의 결과를 얻을 수 있었고, 같은 방식으로 폭(如), 길이의 폭 (班), 폭의 두께(0)의 파라미터도 최적화 시켰다.
- UWB high band(7.2~ 10.2GHz)를 만족하기 위해서 단일 패치 안테나를 중심주파수 7.5曲부터 9.9GHz까지 5개의 대역으로 분할하여 설계하고, 패치 안테나의 단점인 협대역 특성을 보안하기위해 각각의 패치안테나에 U-slot을 삽입하여 대역을 확장하였다. 7.
- 특히 이 기술은 수 나노 또는 수 피코초 정도의 매우 좁은 펄스를 사용함으로써 잡음과 같은 정도의 매우 작은 전력으로 이동통신, 방송, 위성통신 등의 기존 통신 시스템과 상호 간섭의 영향이 없이 주파수를 공유하여 사용할 수 있으므로 주파수에 대한 제약을 받지 않고 사용이 가능한 새로운 통신 시스템으로 주목받고 있다.®1 본 논문은 UWB high band 전 대역에 평탄한 대역특성을 얻기 위해 600MHz 간격으로 분할 마이크로 스트립 패치안테나를 설계하였고 설계된 단일 패치안테나에 U-slot을 삽입하여 광대역특성을 갖도록 설계하였다. 그리고 이 5개의 중심주파수의 패치안테나를 인접 패치 안테나와의 중심주파수를 이용하여 임피던스정합을 하며 다중 공진 특성의 배열 안테나를 설계하였다.
- 〔初 사각형 패치 내에 u-slot을 구성하므로 u-slot 자체의 전류분포에 따른 공진과 사각형 패치의 공진 특성이 결합하여 이중 공진 특성을 얻는 장점을 가지고 있다.㈤ U-slot 안테나의 가장 큰 장점은 단순한 설계 파라미터와 구조이다 안테나의 특성에 영향을 미치는 각 파라미터들을 가변시켜 가장 좋은 임피던스 정합특성을 얻을 수 있는 안테나 모델을 찾기 위해서 U-slot의 길이(U1), 폭(Uw), 길이의 폭(Ua), 폭의 두께 (Ub)의 변화에 따른 광대역 특성을 확인하였다.
- 급전방식은 마이크로스트립 라인에 의해 급전하는 마이크로 스트립 라인 급전방식으로 제작하였고, 전파무향실에서 지향성과 이득을 측정하였다. 그리고 Aniitsu사의 37169A VNA(Vector Network Analyzer)를 사용하여 반사손실과 입력임피던스를 측정하였다.
- ®1 본 논문은 UWB high band 전 대역에 평탄한 대역특성을 얻기 위해 600MHz 간격으로 분할 마이크로 스트립 패치안테나를 설계하였고 설계된 단일 패치안테나에 U-slot을 삽입하여 광대역특성을 갖도록 설계하였다. 그리고 이 5개의 중심주파수의 패치안테나를 인접 패치 안테나와의 중심주파수를 이용하여 임피던스정합을 하며 다중 공진 특성의 배열 안테나를 설계하였다. 이러한 시스템에서 사용될 안테나는 UWB 시스템에서 요구하는 광대역의 대역폭 및 군 지연 특성 등의 성능을 만족시키며 단말 등에 장착이 가능하도록 소형, 경량으로 제작하였다.
- 6mm인 타코닉사의 RF-35기판을 사용하여 저]작하였다. 급전방식은 마이크로스트립 라인에 의해 급전하는 마이크로 스트립 라인 급전방식으로 제작하였고, 전파무향실에서 지향성과 이득을 측정하였다. 그리고 Aniitsu사의 37169A VNA(Vector Network Analyzer)를 사용하여 반사손실과 입력임피던스를 측정하였다.
- 스미스 차트 상에서 나타나는 작은 루프를 가변시키는 파라미터는 사각형 패치의 폭( W)과 길이 (£), U-Slot의 길이( 以)와 모양, 기판의 두께(t)와 비유전율(乌), 공기층의 높이%) 등이 있다. 따라서 안테나의 특성에 영향을 미치는 각 파라미터들을 가변시켜 가장 좋은 임피던스 정합특성을 얻을 수 있는 안테나 모델을 찾기 위해서 U-Slot의 길이(以), 폭(血), 길이의 폭 (Z而), 폭의 두께( 以))의 변화에 따른 광대역 특성을 확인하였다.
- 0을 이용하여 최적화하였다. 먼저 단일 직사각형 패치 안테나와 단일 U-slot 패치 안테나를 최적화한 후 이를 직선 배열하여 주파수 특성 분석을 한 후 평면상에 배열하여 필요한 지향특성을 얻도록 하였다.
- 2 GHz범위에서 사용할 수 있는 초광대역 마이크로스트립 패치 어레이 안테나로 설계하였다. 설계방법과 순서는 사각형 패치에 U자형 슬롯을 만들어 주파수특성을 광대역화 하였고, 각기 공진 점을 다르게 5개의 패치를 설계한 후 이들을 배열하여 이득과 특성을 최적화 하였다.
- 그리고 이 5개의 중심주파수의 패치안테나를 인접 패치 안테나와의 중심주파수를 이용하여 임피던스정합을 하며 다중 공진 특성의 배열 안테나를 설계하였다. 이러한 시스템에서 사용될 안테나는 UWB 시스템에서 요구하는 광대역의 대역폭 및 군 지연 특성 등의 성능을 만족시키며 단말 등에 장착이 가능하도록 소형, 경량으로 제작하였다.
- 2 GHz)에서 사용하기 적합한 초광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 안테나의 설계와 구현이匸). 이러한 안테나를 구현하기 위하여 각 단계마다 이론적 근거에 의한 수식을 이용하여 초기 규격을 계산하고, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 CST Microwave Studio 5.0을 이용하여 최적화하였다. 먼저 단일 직사각형 패치 안테나와 단일 U-slot 패치 안테나를 최적화한 후 이를 직선 배열하여 주파수 특성 분석을 한 후 평면상에 배열하여 필요한 지향특성을 얻도록 하였다.
- 회로 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화하였다. 최적화한 데이터를 사용하여 3D 설계가 가능한 CST Microwave Studio 5.0에서 안테나의 제반 특성을 예즉하였고, 사진식각법으로 제작한 안테나의 특성을 측정한 결과는 다음과 같다. 주파수 특성은 반사손실이 -10dB인 주파수범위가 7.
- 최종적으로 각 중심주파수의 u-slot 마이크로스트립 안테나를 3D 시뮬레이션 프로그램이 가능한 Microwave Studio 5.0을 사용하여 평면상에서 배열하였다.
- .폭을 구하고, 회로 시뮬레이션 프로그램인 CST Microwave Studio 5.0을 이용하여 최적하된 단일 패치 안테나를 설계하였다. Fig.
- 6mm인 타코닉사의 RF-35기판을 사용하였고, 기본 계산식에서 구한 수치를 기초자료로 활용하여. 회로 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화하였다. 최적화한 데이터를 사용하여 3D 설계가 가능한 CST Microwave Studio 5.
대상 데이터
- 시뮬레이션에 의해 최적화하여 설계한 초광대역 다중공진 배열 마이크로스트립 패치 안테나는 비유전율이 4.8, 기판의 두께가 0.6mm인 타코닉사의 RF-35기판을 사용하여 저]작하였다. 급전방식은 마이크로스트립 라인에 의해 급전하는 마이크로 스트립 라인 급전방식으로 제작하였고, 전파무향실에서 지향성과 이득을 측정하였다.
- 안테나는 비유전율이 4.8 기판의 두께가 0.6mm인 타코닉사의 RF-35기판을 사용하였고, 기본 계산식에서 구한 수치를 기초자료로 활용하여. 회로 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화하였다.
성능/효과
- 28曲로서 목표한 주파수 범위보다 훨씬 넓게 얻어졌다. 상측과 하측에서 0.10b의 대역이 더 나타나는 우수한 결과로서 하한인 7.2애z에서는 약 -13dB, 상한인 10.2fflz에서는 T5dB정도가 되었다.
- 0에서 안테나의 제반 특성을 예즉하였고, 사진식각법으로 제작한 안테나의 특성을 측정한 결과는 다음과 같다. 주파수 특성은 반사손실이 -10dB인 주파수범위가 7.12~10.28曲로서 목표한 주파수 범위보다 훨씬 넓게 얻어졌다. 상측과 하측에서 0.
- U-slot의 길이는 공진주파수를 변화시킨다. 즉 U-slot의 길이가 증가하면 공진주파수가 낮아지는 특성을 나타냈으며, 동일한 패치 크기 조건하에서 U-slot의 길이를 3 mm에서 5.25 mm 까지 0.25 皿의 간격으로 가변시켜 공진주파수, 대역폭, 반사손실을 확인하였다. U-slot의 길이가 5 飾일 때 광대역 안테나로 적합한 것임을 알 수 있다.
- 것이다. 최적화된 예측치를 사용하여 제작한 다중공진 안테나의 지향성을 측정한 결과 수평면내 지향성의 평균 이득은 10.548dBi 이고, 수직면내 지향성의 평균 이득은 2.906dBi이었다.
후속연구
- 따라서 이 연구의 결과는 UWE용 뿐만 아니라 여러 가지의 무선통신의 기지국 등에서 활용될 수 있으며, 밀리미터파대에서 그 활용이 훨씬 다양하게 이루어질 것이다. 특히 밀리미터파대 응용분야로는 점대점(P2P) 고정 무선전송 백본망을 구축해 대학 캠퍼스내 통신, 빌딩간 사내통신, 도서통신용 및 고속 무선 LAN, ITS(지능형교통시스템 ) 노변통신으로 사용되며, 또한 광케이블 포설이 어려운 산악지역 등의 이동통신 기지국과 제어국간을 연결하는 무선통신망 구죽에도 유용하게 활용될 것으로 보인다.
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