본 논문에서는 접지면에 기생 방사소자를 연결하여 광대역을 실현한 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나 광대역 기법을 이용하여 휴대 단말기 내장형 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 안테나의 반사손실을 측정한 결과 VSWR 2:1 이하인 대역은 820 MHz~1040 MHz로써, 23.6 %의 대역폭을 갖는다. 따라서 제작된 안테나는 Cellular 대역(824 MHz~894 MHz), RFID(908.5 MHz~914 MHz) 및 GSM(송신:880 MHz~915 MHz, 수신:925 MHz~960 MHz) 대역을 모두 만족하는 매우 넓은 광대역 특성을 가진 안테나로 동작하고 있음을 확인 하였다. 안테나의 방사패턴 측정결과, 셀룰러 대역 중심 주파수 859 MHz와 RFID 중심 주파수인 911.25 MHz에서의 안테나 최대 이득은 각각 -0.7 dBi 및 0.16 dBi로 측정되었으며, GSM 송신(897.5 MHz) 및 수신(942.5 MHz) 중심 주파수에서의 안테나의 최대 이득은 -0.48 dBi 와 1.69 dBi로 관측되었다.
본 논문에서는 접지면에 기생 방사소자를 연결하여 광대역을 실현한 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나 광대역 기법을 이용하여 휴대 단말기 내장형 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 안테나의 반사손실을 측정한 결과 VSWR 2:1 이하인 대역은 820 MHz~1040 MHz로써, 23.6 %의 대역폭을 갖는다. 따라서 제작된 안테나는 Cellular 대역(824 MHz~894 MHz), RFID(908.5 MHz~914 MHz) 및 GSM(송신:880 MHz~915 MHz, 수신:925 MHz~960 MHz) 대역을 모두 만족하는 매우 넓은 광대역 특성을 가진 안테나로 동작하고 있음을 확인 하였다. 안테나의 방사패턴 측정결과, 셀룰러 대역 중심 주파수 859 MHz와 RFID 중심 주파수인 911.25 MHz에서의 안테나 최대 이득은 각각 -0.7 dBi 및 0.16 dBi로 측정되었으며, GSM 송신(897.5 MHz) 및 수신(942.5 MHz) 중심 주파수에서의 안테나의 최대 이득은 -0.48 dBi 와 1.69 dBi로 관측되었다.
In this paper, the wide-band monopole antenna with a parasitic element on the ground plane for application in Cellular, GSM and RFID mobile terminals such as the mobile phone or Personal Digital Assistant(PDA) phone is presented. The VSWR of the designed antenna is 2:1 over the frequency range of 82...
In this paper, the wide-band monopole antenna with a parasitic element on the ground plane for application in Cellular, GSM and RFID mobile terminals such as the mobile phone or Personal Digital Assistant(PDA) phone is presented. The VSWR of the designed antenna is 2:1 over the frequency range of 820 MHz to 1040 MHz(bandwidth of 23.6 %). Therefore, the designed antenna can provide wide bandwidth covering the Cellular(824 MHz~894 MHz), RFID(908.5 MHz~914 MHz) and GSM(Tx:880 MHz~915 MHz, Rx:925 MHz~960 MHz). The radiation characteristics of the fabricated antenna were also studied. According to the measured radiation patterns, the maximum gains at 859 MHz and 911.25 MHz(center frequencies of the Cellualr and RFID bands) are -0.7 dBi and 0.16 dBi, respectively. The measured maximum gains of GSM bands are -0.48 dBi(897.5 MHz, the center frequency of Tx) and 1.69 dBi(942.5 MHz, the center frequency of Rx).
In this paper, the wide-band monopole antenna with a parasitic element on the ground plane for application in Cellular, GSM and RFID mobile terminals such as the mobile phone or Personal Digital Assistant(PDA) phone is presented. The VSWR of the designed antenna is 2:1 over the frequency range of 820 MHz to 1040 MHz(bandwidth of 23.6 %). Therefore, the designed antenna can provide wide bandwidth covering the Cellular(824 MHz~894 MHz), RFID(908.5 MHz~914 MHz) and GSM(Tx:880 MHz~915 MHz, Rx:925 MHz~960 MHz). The radiation characteristics of the fabricated antenna were also studied. According to the measured radiation patterns, the maximum gains at 859 MHz and 911.25 MHz(center frequencies of the Cellualr and RFID bands) are -0.7 dBi and 0.16 dBi, respectively. The measured maximum gains of GSM bands are -0.48 dBi(897.5 MHz, the center frequency of Tx) and 1.69 dBi(942.5 MHz, the center frequency of Rx).
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문제 정의
본 논문에서는 접지면에 기생 방사체를 가진 새로운 형태의 휴대 단말기용 광대역 안테나 설계기법을 제안하였다. 제안된 안테나는 접지면에 기생 방사체를 삽입하여, 주 방사체가 기생 방사체에 결합급전을 하는 구조로써, 두 방사체가 각각의 공진주파수를 갖는 특징을 가지고 있다.
본 논문에서는 휴대용 단말기에 장착하기가 용이한 광대역 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 접지면에 기생 방사소자를 연결하여, 주 방사소자와 기생 방사소자가 서로 다른 주파수에서 동작하도록 설계한 구조로써, 두 주파수 대역의 인접도에 따라, 이중대역 및 광대역 안테나로 동작하는 특성을 가지고 있다.
본 절에서는 기생 방사 스트립 라인이 삽입된 광 광대역 모노폴 안테나를 휴대폰 RFID 리더 안테나에 응용한 구조에 대해서 설명하였다. 그림 6은 휴대단말용 내장형 RFID 리더 안테나의 구조를 보여주고 있다.
제안 방법
이러한 기법을 사용하여 휴대 단말기용 내장형 광대역 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 안테나는 셀룰러, RFID 및 GSM 대역에서 매우 우수한 반사손실 특성과 방사패턴을 갖고 있음을 확인하였다.
주 방사패치가 접지면 위쪽에 이격되어 위치하고 있으며, 프로브로 급전이 이루어져 있다. 접지면과 연결된 기생 방사 스트립 라인은 접지면과 같은 평면상에 위치하여, 광대역 특성을 실현할 수 있게 설계하였다.
본 논문에서는 휴대용 단말기에 장착하기가 용이한 광대역 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 접지면에 기생 방사소자를 연결하여, 주 방사소자와 기생 방사소자가 서로 다른 주파수에서 동작하도록 설계한 구조로써, 두 주파수 대역의 인접도에 따라, 이중대역 및 광대역 안테나로 동작하는 특성을 가지고 있다. 제안된 안테나의 각 구조에 대한 parameter변화에 따른 안테나 특성에 대하여 설명을 하였고, 이를 이용하여 Cellular(824 ~ 894 MHz), GSM(880 ~ 960 MHz) 및 RFID(908.
본 논문에서는 접지면에 기생 방사체를 가진 새로운 형태의 휴대 단말기용 광대역 안테나 설계기법을 제안하였다. 제안된 안테나는 접지면에 기생 방사체를 삽입하여, 주 방사체가 기생 방사체에 결합급전을 하는 구조로써, 두 방사체가 각각의 공진주파수를 갖는 특징을 가지고 있다.
제안된 안테나는 접지면에 기생 방사소자를 연결하여, 주 방사소자와 기생 방사소자가 서로 다른 주파수에서 동작하도록 설계한 구조로써, 두 주파수 대역의 인접도에 따라, 이중대역 및 광대역 안테나로 동작하는 특성을 가지고 있다. 제안된 안테나의 각 구조에 대한 parameter변화에 따른 안테나 특성에 대하여 설명을 하였고, 이를 이용하여 Cellular(824 ~ 894 MHz), GSM(880 ~ 960 MHz) 및 RFID(908.5 ~ 914 MHz)에서 동작하는 광대역 휴대 단말기용 안테나를 설계 및 제작하였다.
대상 데이터
그림2는 제안된 안테나를 휴대단말기의 접지면과 유사한 크기(72 mm × 40 mm)를 갖도록 설계한 모습을 보여주고 있다. 시뮬레이션은 EM 시뮬레이터인 CST 사의 Microwave Studio을 사용하였다.
설계된 안테나는 단말기에 탑재가 용이할 수 있도록, 주 방사 스트립 라인과 기생 스트립 라인이 구부려진 형태를 취하고 있다. 안테나는 유전률 3.0의 유전체로 둘러 싸여져 있으며, 접지면의 크기는 가로 40 mm, 세로 72 mm로 설정하였다. 설계된 안테나는 방사 스트립 라인들이 외곽에 위치하고 있기 때문에, 안테나 내부에 다른 장치들이 들어갈 수 있는 공간이 확보가 되어 실제 단말기 내장형 안테나로써의 활용 가능성을 최대화 하였다.
유전체는 보통의 단말기 외장형 덮개로 사용되는 유전률 3.0의 PT계열을 사용 하였 다. 그림 8은 실제 제작한 안테나의 반사손실을 보여주고 있다.
성능/효과
그림 5(a)에서 보여 지듯이, 단일 모노폴 안테나의 공진 주파수는 1 GHz이며, 반사손실 -10 dB 이하는 0/92 GHz~1.08 GHz로써 약 15 %의 대역폭을 갖는 것으로 계산되었다. 그림 5(b)에 표현된 결과에서는, 제안된 안테나의 주파수 특성이 주 방사 스트립 라인에 의해서 1.
08 GHz로써 약 15 %의 대역폭을 갖는 것으로 계산되었다. 그림 5(b)에 표현된 결과에서는, 제안된 안테나의 주파수 특성이 주 방사 스트립 라인에 의해서 1.05 GHz에서 공진점이 형성이 되고, 기생 방사 스트립 라인에 의해서 1.28 GHz의 공진점이 형성이 되는 것을 보여주고 있으며, -10 dB 이하의 대역폭은 0.96 GHz~1.37 GHz로 약 35.2 %로 계산되었다. 이러한 결과는 제안된 안테나가 단일 모노폴(대역폭 15 %)에 비해 134 %의 대역폭 확장 특성을 가진 광대역 안테나로 동작하고 있음을 보여준다.
그림 8은 실제 제작한 안테나의 반사손실을 보여주고 있다. 공진주파수는 880 MHz 및 990 MHz에서 나타나고 있으며, 812 MHz ~ 1064 MHz에서 VSWR 2.5:1 이하의 반사 손실 특성을 보이므로, 약26.8%의 대역폭을 확인할 수 있다. VSWR 2:1 이하인 대역은 820 MHz ~ 1040 MHz로써, 23.
6 %의 대역폭을 갖는다. 따라서 제작된 안테나는 Cellular 대역(824 MHz~ 894 MHz), RFID(908.5 MHz~ 914 MHz) 및 GSM(송신:880 MHz~915 MHz, 수신:925MHz~960 MHz) 대역을 모두 만족하는 매우 넓은 광대역 특성을 가진 안테나로 동작하고 있음을 알 수 있다.
셀룰러 대역, RFID 대역 및 GSM 대역에 대해서 안테나 방사 패턴을 측정하였으며, 그림에서 보여 지듯이 y-z 평면에서 전방향성을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 휴대용 단말기 안테나로 매우 적합한 방사특성을 갖는 것으로 확인 되었다.
GHz이므로, 약 26 %의 광대역 특성을 보이고 있다. 또한 기생 방사 스트립 라인의 길이가 30 mm일 때는 1.5 GHz에서 부정합 특성을 보이고 있지만, 단말기용으로 사용가능한 반사손실 -6 dB 이하에서는 60.6 %의 대역폭(920 MHz~ 1720 MHz)을 갖는 것으로 계산되었다.
셀룰러 대역 중심 주파수 859 MHz와 RFID 중심 주파수인 911.25 MHz에서의 안테나 최대 이득은 각각 -0.7 dBi 및 0.16 dBi로 측정되었으며, GSM 송신(897.5 MHz) 및 수신 (942.5 MHz) 중심 주파수에서의 안테나 최대 이득은 각각 -0.48 dBi 및 1.69 dBi로 관측되었다.
그림 9는 제작된 안테나의 방사 패턴을 나타내고 있다. 셀룰러 대역, RFID 대역 및 GSM 대역에 대해서 안테나 방사 패턴을 측정하였으며, 그림에서 보여 지듯이 y-z 평면에서 전방향성을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 휴대용 단말기 안테나로 매우 적합한 방사특성을 갖는 것으로 확인 되었다.
예상한대로, 주 방사 스트립 라인(60 mm)에 의한 공진 주파수는 1 GHz 주변에서 크게 변화를 나타내고 있지 않고 있으며, 기생 방사 스트립 라인의 길이 변화에 따라서 위쪽의 공진주파수가 변화하는 모습을 보여주고 있다. 시뮬레이션 결과, 기생 방사 스트립 라인의 길이가 40 mm일 때 1.05 GHz와 1.3 GHz에서 양호한 정합 특성을 가지면서 반사손실 -15 dB 이하가 1.0 GHz~13.GHz이므로, 약 26 %의 광대역 특성을 보이고 있다.
2 %로 계산되었다. 이러한 결과는 제안된 안테나가 단일 모노폴(대역폭 15 %)에 비해 134 %의 대역폭 확장 특성을 가진 광대역 안테나로 동작하고 있음을 보여준다.
이러한 기법을 사용하여 휴대 단말기용 내장형 광대역 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 안테나는 셀룰러, RFID 및 GSM 대역에서 매우 우수한 반사손실 특성과 방사패턴을 갖고 있음을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 광대역 기법은 각종 휴대용 단말기 및 통신 시스템의 안테나에 응용되어, 보다 향상된 양질의 통신 서비스를 제공할 것으로 기대된다.
후속연구
제작된 안테나는 셀룰러, RFID 및 GSM 대역에서 매우 우수한 반사손실 특성과 방사패턴을 갖고 있음을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 광대역 기법은 각종 휴대용 단말기 및 통신 시스템의 안테나에 응용되어, 보다 향상된 양질의 통신 서비스를 제공할 것으로 기대된다.
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