다른 형태를 가진 2소자 프린트 안테나의 방사특성에 관한 연구 A Study of the Radiation Characteristics of Novel Printed Antenna Composed of Dual Elements with Different Shape원문보기
길이가 서로 다른 평행선로에 전류가 흐르는 경우, 커먼모드 전류(Common mode current)에 의한 전자파의 방사가 일어난다. 이러한 방사 원리를 이용하여 경량, 소형의 길이가 다른 2소자 선형 안테나가 제안되어 있다. 그러나 이 안테나의 경우 선으로 결합된 구조를 가지기 때문에 제작에 있어서 많은 제약이 따른다. 본 논문에서는 선형 안테나의 단점을 개선하고, 제작과 설계가 용이한 평면 기판에 길이가 다른 2소자 평면 안테나를 설계하고, 광대역(UWB: Ultra Wide Band)의 특성을 가지는 안테나를 설계하였다. 그리고 안테나 소자에 삼각형 패치 S, 노치, 테이퍼를 설계함으로서 방사특성은 다이 폴 안테나와 비슷하나 보다 넓은 대역에서 동작하는 안테나를 제작 할 수 있었다. 그 결과 비대역($VSWR{\le}2$)이 약 58%가 되었다.
길이가 서로 다른 평행선로에 전류가 흐르는 경우, 커먼모드 전류(Common mode current)에 의한 전자파의 방사가 일어난다. 이러한 방사 원리를 이용하여 경량, 소형의 길이가 다른 2소자 선형 안테나가 제안되어 있다. 그러나 이 안테나의 경우 선으로 결합된 구조를 가지기 때문에 제작에 있어서 많은 제약이 따른다. 본 논문에서는 선형 안테나의 단점을 개선하고, 제작과 설계가 용이한 평면 기판에 길이가 다른 2소자 평면 안테나를 설계하고, 광대역(UWB: Ultra Wide Band)의 특성을 가지는 안테나를 설계하였다. 그리고 안테나 소자에 삼각형 패치 S, 노치, 테이퍼를 설계함으로서 방사특성은 다이 폴 안테나와 비슷하나 보다 넓은 대역에서 동작하는 안테나를 제작 할 수 있었다. 그 결과 비대역($VSWR{\le}2$)이 약 58%가 되었다.
When the current flows to parallel lines with different length, it is researched that the radiation is occured by the common-mode current radiates, and the small light weight antenna composed of dual elements by using the principle is proposed. However, there is a problem in production about this an...
When the current flows to parallel lines with different length, it is researched that the radiation is occured by the common-mode current radiates, and the small light weight antenna composed of dual elements by using the principle is proposed. However, there is a problem in production about this antenna because this liner antenna is structured by combining with wires. In this paper, we improved this liner antenna, and designed the plane antenna composed of dual elements with different length in the plane printed board to produce and to design easily. Furthermore, the antenna with the wide-band characteristic is also designed in the same board. The radiation pattern is similar to the dipole antenna on account of designing the triangular patch S, the notch and two tapers in patch S, the notch and two tapers in the antenna element. In result, it was able to design the antenna working wider band-width(the bandwidth ratio about 58%, $VSWR{\le}2$).
When the current flows to parallel lines with different length, it is researched that the radiation is occured by the common-mode current radiates, and the small light weight antenna composed of dual elements by using the principle is proposed. However, there is a problem in production about this antenna because this liner antenna is structured by combining with wires. In this paper, we improved this liner antenna, and designed the plane antenna composed of dual elements with different length in the plane printed board to produce and to design easily. Furthermore, the antenna with the wide-band characteristic is also designed in the same board. The radiation pattern is similar to the dipole antenna on account of designing the triangular patch S, the notch and two tapers in patch S, the notch and two tapers in the antenna element. In result, it was able to design the antenna working wider band-width(the bandwidth ratio about 58%, $VSWR{\le}2$).
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문제 정의
본 논문에서는 다른 형태를 가진 2소자 프린트 안테나에 삼각형 패치 S를 부가하고, 노치와 테이퍼를 부가하여 안테나 특성을 실험적으로 알아보았다. 그 결과, 소자와 노치, 테이퍼의 파라미터가 l1=39.
평면 프린트 안테나는 가볍고, 간단한 구조, 설계의 용이성 등 여러 장점을 가진다. 이에 본 논문에서는 길이가 다른 2소자 선형안테나를 평면 안테나로 제작하고, 보다 넓은 주파수 대역에서 동작하도록 안테나 소자의 구조를 개선하는 방법을 제안하였다. 그리고 안테나의 특성은 입력 임피던스, VSWR, 방사 패턴을 측정하였다.
제안 방법
마이크로 스트립선로의 부정합을 줄이기 위해그라운드 면의 소자 2에 노치 A를 설계하였다[5]. 그리고 삼각 패치 S가 부가된 소자 2의 반대쪽 부분에 테이퍼 B 와 전면 소자 1에 테이퍼 C를 각각 설계하였다. 그림 6(b) 에서 노치 A는 폭 wt=wb=7mm이며, 길이 lt=0.
이에 본 논문에서는 길이가 다른 2소자 선형안테나를 평면 안테나로 제작하고, 보다 넓은 주파수 대역에서 동작하도록 안테나 소자의 구조를 개선하는 방법을 제안하였다. 그리고 안테나의 특성은 입력 임피던스, VSWR, 방사 패턴을 측정하였다.
노치와 테이퍼를 부가함에 따른 영향을 알아보기 위해 방사 패턴을 측정하였다. 측정은 중심 주파수인 1.
마이크로 스트립선로의 부정합을 줄이기 위해그라운드 면의 소자 2에 노치 A를 설계하였다[5]. 그리고 삼각 패치 S가 부가된 소자 2의 반대쪽 부분에 테이퍼 B 와 전면 소자 1에 테이퍼 C를 각각 설계하였다.
그림 2의 안테나는 동작 주파수 대역을 넓히기 위해 그라운드 면의 소자 2에 삼각형 패치 S를 부가한 구조를 하고 있다. 삼각형 패치 S의 영향을 나타내기 위해 안테나의 입력 임피던스를 측정하였다. 삼각형 패치 S는 길이 ls=52.
8mm, S2=4mm)를 배치하였다. 소자 1과 소자 2는 평행하게 설계하였고, 소자간 간격을 d, 폭을 wf라 두었다. 전면의 마이크로 스트립 선로의 폭은 wa=2Amm, 그라운드 면의 스트립 선로의 폭은 wh=7mm 이다.
실선으로 나타낸 결과는 노치와 테이퍼를 부가한 안테나의 입력 임피던스, 점선으로 된 결과는 삼각형 패치 S의 입력 임피던스를 나타내며, 두 결과를 비교하였다. 그림 7(a)에서 노치와 테이퍼를 부가한 입력 임피던스는 약 2.
안테나 소자의 배치에 따른 방사특성을 조사하기 위해 입력 임피던스, VSWR 그리고 방사패턴을 측정하였다. VSWR과 입력 임피던스는 네트워크 아날레이져 (HP8720D) 를 사용하여 측정하였다.
초 광대역 안테나의 특성은 안테나의 동작 주파수 대역이 1GHz~ 10GHz의 범위 내에서 동작 주파수 대역폭이 500MHz 이상이다. 이 광대역 안테나의 특성을 가진 길이가 다른 2소자 선형 안테나는 선로의 길이가 다를 경우, 커먼모드(Common mode current)에 의한 방사가 일어나는 것을 응용하는 것으로 제안하고 있다[1, 21 그러나, 이 안테나의 경우 선으로 결합돤 구조를 가지는 단점 때문에 제작에 용이한 평면 프린트안테나를 이용하여 설계 제작하였다. 평면 프린트 안테나는 가볍고, 간단한 구조, 설계의 용이성 등 여러 장점을 가진다.
대상 데이터
측정하였다. VSWR과 입력 임피던스는 네트워크 아날레이져 (HP8720D) 를 사용하여 측정하였다. 방사패턴은 전파무향실(Anechoic chamber, size : 10m(L)x6m(H)x5m(W), 秋田縣立大)에서 측정하였다.
VSWR과 입력 임피던스는 네트워크 아날레이져 (HP8720D) 를 사용하여 측정하였다. 방사패턴은 전파무향실(Anechoic chamber, size : 10m(L)x6m(H)x5m(W), 秋田縣立大)에서 측정하였다. 동작 주파수 대역폭 비를 구하는 방정식을 식 (D에 나타내었다.
삼각형 패치 S를 부가한 경우의 안테나 방사패턴은 이 안테나의 중심 주파수인 L52GHz에서 측정하였다. 그림 5 의 (a)과 (b)에 xz면과 xy면의 방사패턴을 나타내었다.
전면(ε=2.3, T=0.8mm, L= 106mm, W=54.4mm)에 소자 1 (Zi=39mm, 배치하고, 그라운드 면에 소자 2 (Z2=104.8mm, S2=4mm)를 배치하였다. 소자 1과 소자 2는 평행하게 설계하였고, 소자간 간격을 d, 폭을 wf라 두었다.
소자 1과 소자 2는 평행하게 설계하였고, 소자간 간격을 d, 폭을 wf라 두었다. 전면의 마이크로 스트립 선로의 폭은 wa=2Amm, 그라운드 면의 스트립 선로의 폭은 wh=7mm 이다.
성능/효과
그러나 약 L4GHz 부근에서는 임피던스 값이 커짐을 알 수 있다. 결과적으로 1.5GHz~2.1GHz에서 입력 임피던스의 실수부슨 50Q에 근접함을 알 수 있다. 그림 7(b)에서 노치와테이퍼를 부가한 안테나의 임피던스 증가량이 삼각형 패치 S만을 부가한 임피던스 증가량보다 작았다.
특성을 실험적으로 알아보았다. 그 결과, 소자와 노치, 테이퍼의 파라미터가 l1=39.0mm, w2=12.0mm, wti=wt2=2.0mmf Wb=Wt=7.0mmi 그리고 lt =2.8mm일 때, 안테나의 동작 주파수 대역폭 비가 약 58.6%를 나타내었다. 이 결과는 일반적인 반 파장 다이폴 안테나보다 동작 주파수 대역이 넓음을 알 수 있다.
이 안테나의 VSWR을 그림 4에 나타내었으며 그림과 같이 VSVVRe 2이하인 주파수 대역을 검토하였다. 기본 모델의 경우 주파수 대역폭 비는 약 45%이고, 삼각형 패치 S를 부가한 경우는 약 5%가 증가한 50%의 대역폭 비를 나타내었다. 그러므로, 삼각형 패치 S를 그라운드의 소자 2에부가함으로서 주파수 대역폭을 넓힐 수가 있었다.
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