본 논문에서는 UWB 통신용 CPW 급전 디스크 섹터 안테나를 설계하고 제작한다. 또한 디스크 섹터 안테나의 부채꼴에 사각형 슬릿을 삽입하여 E-평면에서 방향성을 갖도록 하였다. 안테나의 입력 임피던스는 안테나를 구성하는 파라미터인 디스크 섹터의 반경, 디스크 섹터의 중심각, 접지면의 길이와 급전선 부근의 접지면 모서리의 길이를 변화시켜서 $50{\Omega}$을 갖는 급전선과 정합시켰다. 설계된 UWB 통신용 안테나의 크기는 $72mm{\times}26mm$이고, 시뮬레이션을 통한 안테나의 대역폭은 $3{\sim}13GHz$이다. 측정결과로부터 대역폭은 $1.98{\sim}11GHz$이고 제작된 안테나의 반사손실과 이득은 3.5GHz에서 -50.88dB, 1.34dBi, 5.5GHz에서 -12.27dB, 3.35dBi, 8GHz에서 -23.2dB, 3.8dBi이고 10GHz에서 -16.17dB, 5.2dBi를 갖는다.
본 논문에서는 UWB 통신용 CPW 급전 디스크 섹터 안테나를 설계하고 제작한다. 또한 디스크 섹터 안테나의 부채꼴에 사각형 슬릿을 삽입하여 E-평면에서 방향성을 갖도록 하였다. 안테나의 입력 임피던스는 안테나를 구성하는 파라미터인 디스크 섹터의 반경, 디스크 섹터의 중심각, 접지면의 길이와 급전선 부근의 접지면 모서리의 길이를 변화시켜서 $50{\Omega}$을 갖는 급전선과 정합시켰다. 설계된 UWB 통신용 안테나의 크기는 $72mm{\times}26mm$이고, 시뮬레이션을 통한 안테나의 대역폭은 $3{\sim}13GHz$이다. 측정결과로부터 대역폭은 $1.98{\sim}11GHz$이고 제작된 안테나의 반사손실과 이득은 3.5GHz에서 -50.88dB, 1.34dBi, 5.5GHz에서 -12.27dB, 3.35dBi, 8GHz에서 -23.2dB, 3.8dBi이고 10GHz에서 -16.17dB, 5.2dBi를 갖는다.
In this paper, we design and fabricate a disk sector antenna fed by CPW fur UWB communications. Also, we insert a rectangular slit on the arc-edge of the disk sector antenna. Then, the antenna has the directivity of E-면. In order to design the antenna, the input impedance is matched with the feed li...
In this paper, we design and fabricate a disk sector antenna fed by CPW fur UWB communications. Also, we insert a rectangular slit on the arc-edge of the disk sector antenna. Then, the antenna has the directivity of E-면. In order to design the antenna, the input impedance is matched with the feed line of $50{\Omega}$ as varying the physical antenna parameters, which are the radius, the flare angle of disk sector, the length of ground, and the length of ground comer near by feed tine. Dimension of the antenna designed for UWB communication is $72mm{\times}26mm$ and bandwidth through computer simulation is $3{\sim}13GHz$. From the measured results, the bandwidth is $1.98{\sim}11GHz$. Return loss and gain of the fabricated antenna are -50.38dB, 1.34dBi at 3.5GHz, -12.27dB, 3.35dBi at 5.5GHz, -23.2dB, 3.8dBi at 8GHz and -16.17dB, 5.2dBi at 10GHz, respectively.
In this paper, we design and fabricate a disk sector antenna fed by CPW fur UWB communications. Also, we insert a rectangular slit on the arc-edge of the disk sector antenna. Then, the antenna has the directivity of E-면. In order to design the antenna, the input impedance is matched with the feed line of $50{\Omega}$ as varying the physical antenna parameters, which are the radius, the flare angle of disk sector, the length of ground, and the length of ground comer near by feed tine. Dimension of the antenna designed for UWB communication is $72mm{\times}26mm$ and bandwidth through computer simulation is $3{\sim}13GHz$. From the measured results, the bandwidth is $1.98{\sim}11GHz$. Return loss and gain of the fabricated antenna are -50.38dB, 1.34dBi at 3.5GHz, -12.27dB, 3.35dBi at 5.5GHz, -23.2dB, 3.8dBi at 8GHz and -16.17dB, 5.2dBi at 10GHz, respectively.
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문제 정의
본 논문에서는 UWB 대역에서 동작하는 CPW 급전디스크 섹터 안테나를 설계하고, 제작하였다. 안테나의입력 임피던스와 급전선로의 특성 임피던스 간의 정합은 안테나 설계 파라미터인 디스크 섹터의 반지름 气과디스크 섹터의 중심각 用접지면의 가로길이 g], 변형시킨 접지면의 모서리 부분의 길이 切을 조절하여 UWB 대역인 3.
본 논문에서는 UWB 통신용 CPW 급전 디스크 섹터안테나를 설계하고, 안테나 방사체에 사각형 슬릿과 부채꼴 슬릿을 삽입하였을 때의 안테나의 특성에 대해 분석한다. 안테나는 비유전율 E ‘ = 4.
본 논문에서는 UWB 통신용 CPW(coplanar waveguide) 급전 디스크 섹터 안테나를 설계하고 제작한다. CPW 선로로 안테나 회로를 구현할 경우 마이크로스트립 평면안테나에 비해 손실이 적고, 매우 넓은 주파수 대역에서임피던스 정합이 가능하므로, 초광대역 안테나를 설계하기 위해 50Q에 맞는 CPW 급전선로의 폭 그리고 스트립선로와 접지면의 간격을 우선 결정한다: 안테나 구조에서중심주파수는 5아应에 맞춰 디스크 섹터의 반지름 값과중심각을 조절하고 사각형 접지면 구조에서 변형시킨 모서리 부분의 길이와 접지면의 가로 길이를 조절하여 안테나와 급전선로를 정합시킨다.
제안 방법
그림13의 측정결과와 그림6의 시뮬레이션 결과 간에는 H-면 특성이 주파수에 따라 다소상이하게 나타난다. 그 이유는 단일 안테나 측정 시스템을 가지고 3-13GHZ의 전대역을 측정할 수 없는 환경이어서 두 대역으로 나누어 측정하였고, 무반사실 또한 UHF 대역에 적합하게 설계된 챔버 이다.
안테나의 반사손실 특성을 유지한 상태에서 방사패턴을 조절하기 위해 디스크섹터 안테나의 상단부에 사각형 슬릿을 삽입한 구조에대해 분석한다. 또한 디스크 섹터 가장자리에 부채꼴 슬릿을 삽입하여 저지대역 특성을 갖는 안테나를 제안한다.
사각형 슬릿을 표면 전류의 세기가 강하지 않은 위치에 전류의 방향을 따라 삽입하였기 때문에 안테나의 임피던스에는 거의 영향을 주지 않은 것이다. 설계한 CPW 급전 디스크 섹터 안테나를 실제 제작하여 특성을 확인하고 Anritsu사의 벡터회로망 분석기를 사용하여 반사손실 값과 안테나의 대역폭을 측정하였다. 그 결과 제작된 안테나의 크기는 72mmx26mm이고 대역폭은 1.
CPW 선로로 안테나 회로를 구현할 경우 마이크로스트립 평면안테나에 비해 손실이 적고, 매우 넓은 주파수 대역에서임피던스 정합이 가능하므로, 초광대역 안테나를 설계하기 위해 50Q에 맞는 CPW 급전선로의 폭 그리고 스트립선로와 접지면의 간격을 우선 결정한다: 안테나 구조에서중심주파수는 5아应에 맞춰 디스크 섹터의 반지름 값과중심각을 조절하고 사각형 접지면 구조에서 변형시킨 모서리 부분의 길이와 접지면의 가로 길이를 조절하여 안테나와 급전선로를 정합시킨다. 안테나의 반사손실 특성을 유지한 상태에서 방사패턴을 조절하기 위해 디스크섹터 안테나의 상단부에 사각형 슬릿을 삽입한 구조에대해 분석한다. 또한 디스크 섹터 가장자리에 부채꼴 슬릿을 삽입하여 저지대역 특성을 갖는 안테나를 제안한다.
그림 1의 안테나 구조에서 디스크 섹터의 반지름 값과 중심각을 중심주파수 5 아lz에 조절하고사각형 접지면의 모서리 부분을 깎아 내어 전류의 흐름을 원활하게 하여 원하는 광대역 특성을 얻는다. 안테나의 방사체는 중심각 遂가 124.'이고 반지름 乳이 11.9mm 인 디스크 섹터 형태를 갖고 안테나의 급전 방식은 CPW 의 사각형 접지면 모서리 부분을 깎아 내어 제한된 크기에서 광대역 특성을 갖도록 하였다. 안테나의 임피던스는반지름 气과 중심각 eff 모서리 부분의 길이 少, 접지면의 가로 길이 4에 따라 변화한다.
6GHz에서 50Q。] 되도록 결정하였다. 안테나의 방사패턴을 조절하기 위해 디스크 섹터의 호 부분에 사각형 슬릿을 삽입하였다. 사각형 슬릿을 삽입한위치에 따라 안테나의 방사패턴이 달라짐을 확인하였고이때의 대역폭은 거의 변화가 없었다.
대상 데이터
설계한 CPW 급전 디스크 섹터 안테나를 실제 제작하여 특성을 확인하고 Anritsu사의 벡터회로망 분석기를 사용하여 반사손실 값과 안테나의 대역폭을 측정하였다. 그 결과 제작된 안테나의 크기는 72mmx26mm이고 대역폭은 1.98~ 11GHz이다. 제작한안테나의 반사손실과 이득특성은 3.
안테나는 비유전율 E ‘ = 4.8, 손실 탄젠트 tanS = 0.0018, 두께 #= 0.787mm인 FR-4 기판 상에설계한다.
임피던스 특성이다. 여기서 시뮬레이션을 위한 안테나의 고정 변수는 슬릿이 없는 안테나의 설계치수와 동일하고, 切 = 2.4mm 이다.
그래서 적당한 접지면의 길이를결정하여 시스템의 크기를 줄이면서 안정적으로 안테나와 접지면 사이의 전계를 형성할 수 있게 하는 것이 중요하다. 여기서 시뮬레이션을 위한 안테나의 고정된 설계변수는 72mm, 1”)=26mm, T=11.9mm ,124°, t = 3mm, = 0.51mtn 이다.
임피던스 특성을 나타낸 것이다. 여기서 시뮬레이션을 위한 안테나의 고정된 설계변수는 Zi =72mm, Z2 = 26mm, gl =33.99mtn,— 11.9mm, 既=1mm ,t=3mm, <i=0.51mm 이다. 디스크 섹터의 중심각 0Q 를 100° 에서 140°까지 변화시키면서 임피던스 특성을 살펴보면 1차 공진되는 지점인 3GHz 부근에서는 임피던스의 변화가 거의 없다.
임피던스 특성을 나타낸 것이다. 여기서 시뮬레이션을 위한 안테나의 고정된 설계변수는 h =72mm, l2 = 26mm, g、= 33.99mm,=124° , =lmm, t=3mm, d=0.51mm 이다. 디스크 섹터의 반지름 乳 을 8.
여기서 시뮬레이션을 위한 안테나의 고정된 설계변수는 匕 = 72mm, l2 =26mm, g1 = 33.99mm, rx = 11.9mm , 60 = 124°, t — 3mm, d =0.51mm 이다. 변형시킨 접지면의 길이가 길어짐에 따라 공진점은 점점 높은 주파수 쪽으로 이동하고 반사손실 특성에도 영향을미친다.
제작된 안테나의 전체크기는 76mmx26mm 이고 급전은 50Q 동축 케이블을 사용한다.
표 1은 설계된 CPW 급전 디스크 섹터 안테나의 파라미터를 나타낸 것이며, 안테나는 비유전율 e r = 4.8, 손실 탄젠트 tan 8 =0.0018, 두께 0.787mm인 FR-4 기판 상에 제작한다.
표 2는 방향성 조절을 위해 설계된 CPW 급전 디스크섹터 안테나의 파라미터를 나타낸 것이며, 안테나는 비유전율 E r=4.8, 손실 탄젠트 tan s= 0.0이8, 두께 0.787mm인 동일한 FR-4 기판 상에 제작한다.
성능/효과
본 논문에서 제안한 안테나는 UWB 대역폭에서 반사손실이 -10dB 이하이고 주파수에 따라 일정한 방사패턴특성을 가지므로 UWB용 안테나로 적합하다.
안테나의 방사패턴을 조절하기 위해 디스크 섹터의 호 부분에 사각형 슬릿을 삽입하였다. 사각형 슬릿을 삽입한위치에 따라 안테나의 방사패턴이 달라짐을 확인하였고이때의 대역폭은 거의 변화가 없었다. 사각형 슬릿을 표면 전류의 세기가 강하지 않은 위치에 전류의 방향을 따라 삽입하였기 때문에 안테나의 임피던스에는 거의 영향을 주지 않은 것이다.
그래프이다. 시뮬레이션 및 측정된 대역폭(|Sn|ml0dB)은 각각 3~ 13GHz 와 1.98~ 11GHz로 UWB 대역폭(3.1 ~ 10.6GHz) 을 모두 만족함을 알 수 있다. 제작한 안테나의 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교해보면 낮은 주파수 쪽으로의 천이현상이 발생했음을 알 :수 있다.
안테나의 이득은 5GHz이하의 저주파에서는 3dBi 미만의 값으로 전지향성 특성을 보이지만 5GHz이상의 고주파로갈수록 패턴의 쏠림 현상으로 이득이 높아짐을 알 수 있다. 하지만 전반적인 방사패턴은 대체적으로 유지시킬 수있음을 앞의 그림 13, 14를 통해 알 수 있다.
일정한 대역폭 특성을 나타냄을 알 수 있다. 위의 결과들로부터 디스크 섹터 안테나의 방사체 부분에 사각형모양의 슬릿을 삽입하는 위치를 변화시키면 안테나의 주빔이 방사되는 방향을 조절 할 수 있고 이때 안테나의 대역폭 특성에는 변화가 거의 없다. 이와 같은 특성을 이용하면 다양한 종류의 UWB 통신 단말기들의 용도에 맞도록 안테나 주 빔의 방향을 조절 할 수 있는 안테나의 설계가 가능하다.
하지만 전반적인 방사패턴은 대체적으로 유지시킬 수있음을 앞의 그림 13, 14를 통해 알 수 있다. 위의 결과들로부터 본 논문에서 저】안하는 CPW 급전 디스크 섹터 안테나는 UWB용 안테나로 적합하다.
6GHz) 을 모두 만족함을 알 수 있다. 제작한 안테나의 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교해보면 낮은 주파수 쪽으로의 천이현상이 발생했음을 알 :수 있다. 그 이유는 제작한 안테나의 접지특성이 이론적 결과보다 미약하게 나타나 3.
참고문헌 (8)
송형규, 유영환, 박현진, "UWB 무선 통신 기술", 한국통신학회지, 제19권 제5호, pp. 121-135, May 2002
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Seong H. Lee, Jong K. Park and Jung N. Lee, "A Novel CPW-fed Ultra-wide Band Antenna Design", Microwave and Optical Technology Letters, vol.44, no.5, pp. 393-396, March 2005.
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M. A. Peyrot-solis, H. Jardon-aguilar., "Ultra-wideband Planr Monopole Antenna for Operation in the 3-20GHz Band", Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology, 2005. IEEE 6th International Symposium, vol.6, pp. 97-100, June 2005.
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