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제안 방법
- 제안된 안테나는 고주파(< 6 GHz) 대역에서 아이솔 레이션이 높은 핀 다이오드(Microsemi's MPP 4203)을미앤더 라인상의 P지점에 직렬 연결하였다. 또한 미세 튜닝을 하기 위한 비교적 높은。값을 갖는 버렉터 다이오드(Infineon's BBY59)를 미앤더 라인 사이에 직렬 연결하였다. 버렉터 다이오드는 핀 다이오드의 상태(핀 다이오드-on/off)에 따른 두 주파수 대역(2/5 GHz)에서 모두 미세 튜닝을 하기 위해 핀 다이오드보다 급전(fee안테나간 RF 억제(choke)를 위해 안테나의 뒷면에 있고, DC 블록을 위해 그라운드와 쇼팅 라인 사이에 한 개의 캐패시터가 안테나 뒷면에 있다.
- 그림 1은 매크로-마이크로 주파수 튜닝을 위한 기본 안테나 구조로써, 안테나 크기를 소형화하기 위해 모노폴(monopole)의 미앤더(meander) 형태로 설계하였다. 기판은 상대 유전율(&) 4.
- 7 mm로 최적화 하였으며, 스위치의 이상적인 on/off 상태 즉, 실제 핀 다이오드를 삽입하지 않은 상태에서 이상적인 직렬 개방(off) 또는 단락(on) 회로로 안테나를 설계하여 실제 안테나의 두 공진 길이(2 GHz, 5 GHz)를 측정하였다. 따라서 두 개의 안테나 (Type A: 동작 주파수 2.5 GHz, Type B: 동작 주파수 5.35 GHz)를 제작하여 두 안테나의 반사 손실(return loss)[dB]을 측정하였으며, 그림 2에 나타내었다. Type A는 이상적인 스위치 on 상태 (P점에서 단락 회로)이며, Type B는 이상적인 스위치 off 상태(P 점에서 개방 회로)이다.
- 단일 안테나로 서비스 대역 간 주파수스위칭 그리고 서비스 대역 내 미세 주파수 튜닝이 가능함을 시뮬레이션, 제작 및 측정을 통하여 확인하였다. 또한 미앤더 형태의 안테나에서 다이오드에 위한 주파수 스위칭 시 커플링 주파수 영역을 제거하는 새로운 기술을 제시하였고, 실험적으로 증명하였다. 제안된 안테나는 각각의 서비스 대역 내에서 거의 일정한 이득을 가질 수 있으므로 일반적인 단일 또는 다중 대역 안테나에서 발생되는 서비스 대역 끝부분에서의 안테나 성능 저하 문제를 해결할 수 있으며, 이와 같은 매크로-마이크로 튜닝 기술은 현재 또는 차세대 다중 대역 다중 모드(MMMB) RF 시스템 에서 보다 효과적으로 사용될 수 있음을 보여준다.
- 본 논문에서는 핀 다이오드와 버렉터 다이오드를 사용해서 매크로-마이크로 주파수 재구성 안테나를구현하였다. 단일 안테나로 서비스 대역 간 주파수스위칭 그리고 서비스 대역 내 미세 주파수 튜닝이 가능함을 시뮬레이션, 제작 및 측정을 통하여 확인하였다.
- 모든 미앤더 라인의 넓이(W)는 0.5 mm이고, 미앤더 라인 사이의 갭(Gi, G。은 안테나가 두 주파수 영역(2.5와 5.35 GHz)에서 공진할 수 있도록 G, =1.4 mm, G2=0.7 mm로 최적화 하였으며, 스위치의 이상적인 on/off 상태 즉, 실제 핀 다이오드를 삽입하지 않은 상태에서 이상적인 직렬 개방(off) 또는 단락(on) 회로로 안테나를 설계하여 실제 안테나의 두 공진 길이(2 GHz, 5 GHz)를 측정하였다. 따라서 두 개의 안테나 (Type A: 동작 주파수 2.
- 이러한 커플링 대역을 제거하기 위해, 본 연구에서는 미앤더 사이의 갭(gap)을 안테나 기판에 사용된 같은 재질의 구리(copper)로 채워 급전점으로부터의 전류 방향을 변화시켜 원래의 공진 주파수는 그대로 유지하면서 커플링 대역을 제거하였다凹. 갭의 채워짐(gap-filling) 방향은 그림 3(a)와 같다.
- 또한 입력 임피던스 매칭을 위한 쇼팅 라인의 길이(Shorting Line: SL)는 4 nun이다. 제안된 안테나는 고주파(< 6 GHz) 대역에서 아이솔 레이션이 높은 핀 다이오드(Microsemi's MPP 4203)을미앤더 라인상의 P지점에 직렬 연결하였다. 또한 미세 튜닝을 하기 위한 비교적 높은。값을 갖는 버렉터 다이오드(Infineon's BBY59)를 미앤더 라인 사이에 직렬 연결하였다.
- 제안된 안테나에서 버렉터 다이오드는 WLAN 대역 내 매크로 스위칭(2 GHz/5 GHz)시 각 대역 내 마이크로 스위칭(2.3~2.5 GHz/5.15-5.325 GHz)을위하여 사용되며, 안테나의 급전점에서 핀 다이오드보다 가까운 곳에 위치한다. 그림 12는 사용된 버렉터 다이오드(Infineon's BBY59)의 접합 캐패시턴스 (G) 대 공급되는 역전압(勺의 그래프이다明 버렉터 다이오드는 공급 전압 변화에 대해 안테나의 동작 주파수 변화를 최대화하기 위해 캐패시턴스(G) -전압(勺 변화율이 높은(49 pF/4 V=12) 버렉터를사용하였다.
- 제안된 안테나에서 핀 다이오드는 WLAN 서비스 대역(2 GHz와 5 GHz) 사이에서 주파수 스위칭(매크로 튜닝)을 한다. 핀 다이 오드가 off 상태(0 V)일 때, 안테나의 전기적인 길이는 짧아지고, 안테나는 고주파(5 GHz) 대역에서 동작하며, 핀 다이오드가 on 상태(1 V)일 때, 안테나의 전기적인 길이는 길어지며, 안테나는 낮은 주파수(2 GHz)에서 동작한다.
대상 데이터
- 기판은 상대 유전율(&) 4.4, 두께 1 mm의 FR-4를 사용하였다. 미앤더 방사체의 크기는 10 mm(RL)x8 mm(RW)이다.
- 그림 7은 매크로-마이크로 주파수 튜닝을 위한 바이어스 회로 구성이다. 두 개의 전원 공급원(DC #1과 DC #2) 은두 다이오드들로의 바이어스 전압을 조절하기 위해 사용되었다. 전원 공급 #1(DC #1)은 버렉터에 역 방향 바이어스 전압(勺을 공급한다.
- 본 논문에서는 두 종류의 다이오드, 핀 다이오드와 버렉터 다이오드를 매크로-마이크로 주파수 튜닝에 이용하였다. 핀 다이오드는 무선 서비스 대역(매크로 튜닝)간 주파수 스위칭을 위해 사용되었으며, 버렉터 다이오드는 서비스 대역 내에서 미세한 주파수 튜닝(마이크로 튜닝)을 위해 사용되었다.
- 재구성 안테나는 위 (II)에서 언급된 미앤더 안테나와 같은 FR-4 기판 상에 설계되었으며, 기판의 두께는 1 mm이며, 크기는 TL=24 mmxTW=12 mm이다. 본 안테 나 또는 방사체의 크기는 ML=10 mmxMW=8 mm이고, 미앤더 폭은 尹 =0.5 mm이다. 미 앤더 라인의 갭(G)은 0.
- 또한 미앤더 안테나의 치수와 주파수 재구성을 위한 다이오드들 그리고 다이오드들을 구동하기 위한 소자들(인덕터, 캐패시터)을 포함하는 안테나 구조(윗면, 아랫면)를 그림 6(b)에 나타내었다. 재구성 안테나는 위 (II)에서 언급된 미앤더 안테나와 같은 FR-4 기판 상에 설계되었으며, 기판의 두께는 1 mm이며, 크기는 TL=24 mmxTW=12 mm이다. 본 안테 나 또는 방사체의 크기는 ML=10 mmxMW=8 mm이고, 미앤더 폭은 尹 =0.
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