본 논문에서는 U-형태의 기생 패치를 가지는 U-슬롯 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. U-슬롯에 의해 발생하는 2개의 공진에 기생 패치에 의한 공진을 추가하여 더 넓은 대역폭을 가지도록 설계하였다. 유전체를 포함한 안테나 복사 소자의 크기는 $64{\times}53\;mm^2$이며, 접지면과 유전체를 포함한 안테나의 전체 크기는 $150{\times}150{\times}11.5\;mm^3$이다. 제안된 안테나는 VSWR<2를 기준으로 $1.85{\sim}2.40\;GHz$의 대역폭을 가져 DCS 1900, WCDMA, WiMax 등의 서비스 대역을 모두 만족하도록 설계하였다. 안테나의 복사 특성은 대역폭 내에서 비교적 일정한 형태를 유지하고, 빔 폭은 $60^{\circ}$ 정도이며, 7 dBi 이상의 이득을 갖는다.
본 논문에서는 U-형태의 기생 패치를 가지는 U-슬롯 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. U-슬롯에 의해 발생하는 2개의 공진에 기생 패치에 의한 공진을 추가하여 더 넓은 대역폭을 가지도록 설계하였다. 유전체를 포함한 안테나 복사 소자의 크기는 $64{\times}53\;mm^2$이며, 접지면과 유전체를 포함한 안테나의 전체 크기는 $150{\times}150{\times}11.5\;mm^3$이다. 제안된 안테나는 VSWR<2를 기준으로 $1.85{\sim}2.40\;GHz$의 대역폭을 가져 DCS 1900, WCDMA, WiMax 등의 서비스 대역을 모두 만족하도록 설계하였다. 안테나의 복사 특성은 대역폭 내에서 비교적 일정한 형태를 유지하고, 빔 폭은 $60^{\circ}$ 정도이며, 7 dBi 이상의 이득을 갖는다.
In this paper, we propose an U-slot microstrip antenna with the U-shaped parasitic patches. U-slot and parasitic patches make two resonant frequencies and one additional resonant frequency, respectively, so that the impedance band-width of the antenna is expanded. The size of radiator part is $...
In this paper, we propose an U-slot microstrip antenna with the U-shaped parasitic patches. U-slot and parasitic patches make two resonant frequencies and one additional resonant frequency, respectively, so that the impedance band-width of the antenna is expanded. The size of radiator part is $64{\times}53\;mm^2$ and the entire size of the antenna is $150{\times}150{\times}11.5\;mm^3$. The measured bandwidth is $1.85{\sim}2.40\;GHz$. Thus, our antenna can be used for DCS1900, WCDMA and WiMax services. The radiation characteristic is almost same in the bandwidth, the beam width is about $60^{\circ}$, and the gain is more than 7 dBi.
In this paper, we propose an U-slot microstrip antenna with the U-shaped parasitic patches. U-slot and parasitic patches make two resonant frequencies and one additional resonant frequency, respectively, so that the impedance band-width of the antenna is expanded. The size of radiator part is $64{\times}53\;mm^2$ and the entire size of the antenna is $150{\times}150{\times}11.5\;mm^3$. The measured bandwidth is $1.85{\sim}2.40\;GHz$. Thus, our antenna can be used for DCS1900, WCDMA and WiMax services. The radiation characteristic is almost same in the bandwidth, the beam width is about $60^{\circ}$, and the gain is more than 7 dBi.
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문제 정의
본 논문에서는 U-형태의 기생 패치를 가지는 U-슬롯 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 직사각형 형태의 주 패치에 U-슬롯을 삽입하였고, U-형태의 기생 패치를 좌우에 배치하였다.
본 논문에서는 U-형태의 기생 패치를 가지는 U-슬롯 마이크로스트립 안테나를 제안한다. U-슬롯이 삽입된 주 패치에서 발생하는 두 개의 공진과 기생 패치에 의하여 발생하는 하나의 공진을 포함하는 다중공진을 발생시켜 대 역폭을 확장시킨다.
제안 방법
U-슬롯이 삽입된 주 패치에서 발생하는 두 개의 공진과 기생 패치에 의하여 발생하는 하나의 공진을 포함하는 다중공진을 발생시켜 대 역폭을 확장시킨다. 또한, 동축급전을 이용하여 임피던스 정합을 용이하게 하였다. 최적화된 안테나는 VSWR<2 기준으로 측정한 결과, 1.
제안된 안테나는 직사각형 형태의 주 패치와 U-형태의 기생 패치로 구성되어 있다. 주 패치에 U-형태의 슬롯을 형성하였고, 주 패치를 기준으로 좌우 측면에 U-형태의 기생 패치를 삽입하였다.
안테나의 복사부와 접지면은 동축 선로로 급전하였다. 주 패치의 U-슬롯에 의해 발생하는 두 개의 공진에 기생 패치의 길이가 한 파장(人)이 되는 주파수에서 일어나는 공진을 추가하여 광대역 특성을 가지도록 설계하였다. 안테나 설계를 위한 EM 시뮬레이터는 CST사의 Microwave Studio를 사용하였고, 비유전율 (&)이 3이고 1.
최적화된 설계 변수를 토대로 제작한 안테나의 사진을 그림 7에 나타내었으며, 안테나의 반사 손실을벡터 네트워크 분석기 (vector network analyzer)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
주 패치의 U-슬롯에 의해 발생하는 두 개의 공진에 기생 패치의 길이가 한 파장(人)이 되는 주파수에서 일어나는 공진을 추가하여 광대역 특성을 가지도록 설계하였다. 안테나 설계를 위한 EM 시뮬레이터는 CST사의 Microwave Studio를 사용하였고, 비유전율 (&)이 3이고 1.524 mm의 두께를 가지는 RO 3003기판을 이용하여 안테나를 구현하였다.
성능/효과
반사 손실 특성 변화를 나타내었다. Uli 이 46 mm 에서 47 mm, 48 mm로 증가함에 따라 U-슬롯에 의 한낮은 공진주파수가 L984 GHz에서 L922 GHz로 감소하며 임 피던스 정 합 특성이 향상되 었으며, U-슬롯에 의한 높은 공진 주파수는 2.276 GHz에서 2.29 GHz로 증가하였다. 기생 패치에 의한 공진 주파수는 2.
h를 6 mm에서 10 nun까지 2 mm 간격으로 증가시켜본 결과 U-슬롯에 의한 낮은 공진 주파수는 2.1 GHz에서 1.948 GHz로 감소하였으며, 높은 공진 주파수는 2.354 GHz에서 2.28 GHz로 감소하였다. 기생 패치에 의한 공진 주파수는 228 GHz에서 2.
68 dBi로 비교적 일정한 이득을 가졌다. 따라서 제안된N안테나는 DCS1900(1.85~199 GHz), WCDMA(2.11~ 2.17 GHz), WiMax(2.30 ~2.39 GHz) 등의 다양한 무선 통신 서비스 대역을 모두 포함하므로 다중 대역의 서비스를 제공하는 중계기용 소형 안테나로 사용하기에 적합하다.
이는 제작상의 오차 때문에 발생한 것으로 사료된다. 또한, 기생 패치가 없을 경우에 시뮬레이션한 결과, 1.94~2.39 GHz의 대역폭을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 기생 패치가 삽입된 경우 기생 패치가 없을 경우에 비하여 약 100MHz의 대역폭을 주가로 확보할 수 있다.
24 GHz로 점차 감소하여 정합 특성은 향상되지만 안테나의 대역폭은 감소하게 된다. 또한, 기생 패치에 의한 공진 주파수는 2.39 GHz로 일정하였지만 길이가 증가함에 따라 정합 특성이 좋아졌다.
결과를 나타내었다. 반사 손실의 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 각각 점선과 실선으로 나타내었는데, 두 결과가 매우 유사함을 확인할 수 있었다. 최적화된 안테나의 반사 손실을 측정한 결과, 1.
384 GHz 로 증가하였다. 복사부와 접지면 사이의 거리가 커질수록 정합 특성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이러 한 특성 변화를 바탕으로 최적화시 킨 안테나의 설계 변수는 표 1과 같다.
。슬롯으로부터 발생한 공진주파수의 복사 패턴은 z축 방향으로 지향성을 가지며孔 山 길이의 기생 패치로부터 발생한 공진 주파수의 복사 패턴도 z축 방향으로 지향성을 가진다. 시뮬레이션 및 측정 결과의 복사 패턴이 거의 유사하며, 각 주파수에서 복사 패턴의 형태가 비교적 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다.
나타내었다. 안테 나의 이득은 전파 무반 사실에서 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 유사함을 확인할 수 있었다. 측정된 최대 이득은 측정된 동작 대역폭 안에서 9.
36 GHz로 감소하였다. 이러한 특성 변화로부터 주 패치의 세로 길이인 cm이 증가함에 따라서 U-슬롯에 의한 낮은 공진 주파수는 감소하는 반면에 높은 공진 주파수는 증가하므로 안테나의 대역폭은 향상되지만 임피던스 정합 특성은 나빠지는 것을 알 수 있다.
384 GHz에서의 전류 밀도 분포를 나타내었다. 제안된 안테나의 표면에 흐르는 전류 밀도는 기생 패치 부분에 강하게 흐르므로 기생 패치에 의하여 추가 공진이 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 U-슬롯에 의하여 발생하는 두 개의 공진에 추가되어 안테나의 대 역폭을 넓히는데 기여한다.
안테나의 복사 부와 접지면 사이에 10 mm 높이의 공기층을 삽입하였다. 최적화된 기생 패치를 가지는 U-슬롯 마이크로 스트립 안테나는 측정 결과 1.85-2.40 GHz 대역폭을 가지고, 동작 대역폭 안에서 이득은 7.03~9.68 dBi로 비교적 일정한 이득을 가졌다. 따라서 제안된N안테나는 DCS1900(1.
또한, 동축급전을 이용하여 임피던스 정합을 용이하게 하였다. 최적화된 안테나는 VSWR<2 기준으로 측정한 결과, 1.85-2.40 GHz의 대역폭을 가지므로 DCS1900, WC-DMA, WiMax 등의 서비스 대역을 모두 만족한다. 또한 동작 대역폭 내에서 7 dBi 이상의 이득과 비교적 일정한 복사 패턴을 유지하므로 중계기용 소형안테나로 사용하기에 적합하다.
반사 손실의 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 각각 점선과 실선으로 나타내었는데, 두 결과가 매우 유사함을 확인할 수 있었다. 최적화된 안테나의 반사 손실을 측정한 결과, 1.85-2.40 GHz의 대역폭을 가졌다. 측정한 결과는 시뮬레이션 결과에 비해 낮은 쪽 주파수로 약간 이동한 것을 볼 수 있다.
안테 나의 이득은 전파 무반 사실에서 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 유사함을 확인할 수 있었다. 측정된 최대 이득은 측정된 동작 대역폭 안에서 9.68~7.03 dBi로 비교적 일정한 이득을 유지하였다.
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