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문제 정의
- 이론을 이용한 형 태를 제안 . 연구하여, 향후 실제 시스템에 활용할 수 있도록 하고자 한다.
제안 방법
- 433MHz 대역의 RFID 태그용 안테나를 제작하기 위해서 먼저 프랙탈 이론 중에서도 민코스키 곡선을 이용한 형 태로 결정을 하였다. 이는 프랙탈 이론을 활용하면 안테나의 크기를 상당히 축소할 수 있기 때문이다.
- 433MHz 대역의 RFID 태그용 안테나에 프랙탈 이론을 적용하여 안테나의 크기를 축소할 수 있었으며, 특히 프랙탈 이론 중에서도 비교적 단순한 형태인 민코스키곡선을 이용하여 최초 형 태에서 2차까지의 변형을 하여 안테나를 제작하였다. 그리고 안테나를 얇은 두꺼), 낮은 부피, 대량생산 등의 장점을 가지는 마이크로 스트립의 패치 안테나로 제작하였다回 또한 마이크로웨 이브 집적회로에 쉽게 집적이 가능하고, 급전라인이나 매칭 구조를 안테나 구조와 동일한 평면에 제작이 가능한 장점 등이 있어 RFID 태그용 안테나를 제작하기에 적합한 형태 이 다卩〕.
- 그리고 마이크로스트립 도선의 굵기를 변화시키면서 안테나의 특성이 어떠한 형태로 변화하는지를 관찰하여 보았다.<그림 6>에서 이러한 도선의 굵기 변화에 따른 안테나의 반사손실의 변화를 나타내고 있는 그래프이다.
- 이는 프랙탈 이론을 활용하면 안테나의 크기를 상당히 축소할 수 있기 때문이다. 그리고 태그용 안테나에 적합할 수 있도록 얇은 두께, 낮은 부피, 대량생산 등이 용이한 마이크로스트립 안테나 (Microstrip Antenna)의 형태로 시뮬레이션을 하여 보았다网. 또한 안테나가 마이크로웨이브 집적회로에 쉽게 집적이 가능하고, 급전라인이나 매칭 구조를 안테나 구조와 동일한 평면에 제작이 가능한 장점 등이 있어 RFID 태그용 안테나를 제작하기에 적합한 형태이다虬 시뮬레이션 툴은 Nisoft사의 Designer를 이용하여 최초 안테나의 형태를 다이폴 형태로 하여 사각형의 형태에서 민코스키 곡선을2차 변형까지 적용하여<그림 2> 의 최초 형태에서<그림 3>의 1차 변형을 거쳐서<그림 4>의 2차 변형 과 같이 만들었다.
- 그리고 뒷면의 접지면을 없애고 안테나와 같은 층에 접지 면을 두어 실제 433MHz 대역의 RFID 태그로 이용할 때 수동 . 능동소자를 위치 시킬 수 있도록 설계를 하였다. 제작된 안테나의 측정은 네트워크 분석 7](NetworkAnalyzer)< 이용하여 반사 손실과 스미스 차트를 보고 임피던스 매칭의 상태를 확인하였다.
- 따라서 433MHz 대역의 RFID 태그용 안테나의 프랙탈 이론을 이용한 형 태를 제안 . 연구하여, 향후 실제 시스템에 활용할 수 있도록 하고자 한다.
- 앞의 시뮬레이션 결과를토대로하여 실제로 마이크로 스트립 안테나를 제작하여 보았다. 안테나의 제작에는 마이크로스트립 기판의 유전율이 4.
- 이에 대한 원인으로는 시뮬레이션 상에서의 급전 형태와실제 제작한 안테나의 급전 형태의 차이점 때문이었다. 이러한문제를 해결하기 위하여 안테나의 임피던스를 매칭하는 방법에는 여러 가지방법이 있지만우선적으로 급전의 위치를 변화 시켜 임피던스의 변화를 관찰하며 매칭 상태를 확인하였다. 그 결과 최종적으로 안테나 급전의 위치가<그림 9>의 미 엔더 구조에서 한 칸 중앙으로 들어간 형태에서 임피던스 매칭이 가장 잘 일어나는 것을 확인하였다.
- 능동소자를 위치 시킬 수 있도록 설계를 하였다. 제작된 안테나의 측정은 네트워크 분석 7](NetworkAnalyzer)< 이용하여 반사 손실과 스미스 차트를 보고 임피던스 매칭의 상태를 확인하였다. 안테나의 이득 측정은 장비의 제약으로 측정해 보지 못하였다.
- 최종적으로 시뮬레이션된 형 태는 민코스키 곡선의 2 차 변형을거친 형태로하고도선의 굵기를 0.5mm로하여 시뮬레이션을 하였다. 이는 실제 제작상의 문제도 있고 시뮬레이션 상에서 가장 효율적인<그림 4>의 형태로 결정하였다.
대상 데이터
- 안테나의 제작에는 마이크로스트립 기판의 유전율이 4.4, 높이 가 L6mm 인 FR4 에폭시 기판을 이용하였으며, 는 최종적으로 제작된 안테나의 형태이다.
성능/효과
- 그 결과 최종적으로 안테나 급전의 위치가의 미 엔더 구조에서 한 칸 중앙으로 들어간 형태에서 임피던스 매칭이 가장 잘 일어나는 것을 확인하였다.
- 수가 있다. 그리 고 변형 의 차수가 커 질수록 이 동되는주파수의 폭은 줄어들고 있는 것을 확인할 수가 있었다. 이는 변형을 가할수록 무한히 커질 수는 있으나, 전체 크기로 봤을 때는 그 변화가그렇게 크지 않기 때문에 이동되는 주파수의 변화 폭이 줄어드는 것이다.
- 확인할 수 있었다. 그리고 마찬가지고 도선의 굵기를 변화 시켰을 때 도선이 얇아질수록 저주파 쪽으로 이동되는 것을 확인할 수가 있었다. 최종적으로 시뮬레 이션된 형태에서는 이득이 -3dB이고 반사손실이 -20.
- 민코스키 곡선의 최초 형태에서 1차와2차에 걸친 변형 을 주었을 때 중심 주파수가 저 주파 쪽으로 이 동하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 마찬가지고 도선의 굵기를 변화 시켰을 때 도선이 얇아질수록 저주파 쪽으로 이동되는 것을 확인할 수가 있었다.
- 있다. 첫째로 모노폴 형태의 안테나는 일반 모노폴 안테나에서 변형을 주어 트리형 구조로 변형을 주는 것으로 비율적 인 반복을 통해 얻을 수가 있다. 트리 형 구조 이외 에도 코흐 곡선과 시어핀스키 삼각형 등 다양한 형 태의 안테나가 있을 수 있다.
- 프랙탈 구조는 자연물, 수학적 분석, 생태학적 계산, 위상공간에 나타나는 운동모형 등 곳곳에서도 발견되어 자연이 가지는 기본적 인 구조라는 사실을 깨닫게 되었다. 따라서 프랙탈구조에 대한이해를통하여 불규칙하며 혼란스러워 보이는 현상을 배후에서 지배하는 규칙도 찾아낼 수 있게 되었다.
후속연구
- 그리고 고차원의 프랙탈 이론을 적용하여 소형화와 특성을 개선시킬 수 있을 것이다. 또한 정밀한 임피 던스 정합을 통한 안테나의 효율을 증가시 킬 필요성도 있다.
- 또한 정밀한 임피 던스 정합을 통한 안테나의 효율을 증가시 킬 필요성도 있다. 끝으로 다양한 형 태의 프랙탈 이론을 적용하여보고 다른 분야에서 의 활용도 가능한지 에 대한 검토가 필요할 것 이다.
- 발전과제로는 본 논문에서 제작한 안테나와 시뮬레이션 결과와의 차이에 대해 더욱 정밀한 오류의 수정이 필요하다. 그리고 고차원의 프랙탈 이론을 적용하여 소형화와 특성을 개선시킬 수 있을 것이다.
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