본 논문에서는 UWB(Ultra Wide Band) 통신 시스템에서 사용할 수 있는 CPW(Coplanar Waveguide) 급전 방식을 이용한 새로운 UWB 안테나를 설계 제작하여 측정하였다. CPW-fed 평면 슬롯 안테나는 광대역, 저비용과 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 함께 간단히 집적화 시킬 수 있는 이점들을 가지고 있다. 제안된 안테나의 전산 모의실험에는 Ansoft사의 FEM(Finite Element Method) 방식의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 사용하였다. 두께 1.6 mm, 유전율 4.4의 FR-4 기판을 사용하여 제작하였다. 제안된 안테나는 UWB 통신 시스템에서 사용되는 3.1~10.6 GHz에서 VSWR(Voltage Standarding Wave Ratio)${\leq}2$임을 만족하였다. 측정된 최대 이득은 3 GHz에서 2.61 dBi, 6 GHz에서 4.95 dBi, 8 GHz에서 2.89 dBi, 11 GHz에서 7.35 dBi이다.
본 논문에서는 UWB(Ultra Wide Band) 통신 시스템에서 사용할 수 있는 CPW(Coplanar Waveguide) 급전 방식을 이용한 새로운 UWB 안테나를 설계 제작하여 측정하였다. CPW-fed 평면 슬롯 안테나는 광대역, 저비용과 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 함께 간단히 집적화 시킬 수 있는 이점들을 가지고 있다. 제안된 안테나의 전산 모의실험에는 Ansoft사의 FEM(Finite Element Method) 방식의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 사용하였다. 두께 1.6 mm, 유전율 4.4의 FR-4 기판을 사용하여 제작하였다. 제안된 안테나는 UWB 통신 시스템에서 사용되는 3.1~10.6 GHz에서 VSWR(Voltage Standarding Wave Ratio)${\leq}2$임을 만족하였다. 측정된 최대 이득은 3 GHz에서 2.61 dBi, 6 GHz에서 4.95 dBi, 8 GHz에서 2.89 dBi, 11 GHz에서 7.35 dBi이다.
In this paper, a novel CPW(Coplanar Waveguide)-fed UWB(Ultra Wide Band) antenna is designed, implemented, and measured for UWB communications. CPW-fed planar antenna has advantages of wide-bandwidth, low-cost and easy interaction with radio frequency front end circuitry. We have used HFSS(High Frequ...
In this paper, a novel CPW(Coplanar Waveguide)-fed UWB(Ultra Wide Band) antenna is designed, implemented, and measured for UWB communications. CPW-fed planar antenna has advantages of wide-bandwidth, low-cost and easy interaction with radio frequency front end circuitry. We have used HFSS(High Frequency Structure Simulator) of Ansoft which is based on the FEM(Finite Element Method) to simulate the proposed antenna. FR-4 substrate of thickness 1.6 mm and relative permitivity 4.4 is used for implementation. The proposed antenna showed VSWR(Voltage Standarding Wave Ratio)${\leq}2$ for the frequency band from 3.1 GHz to 10.6 GHz which is used for ultra wide band communication. Measured peak gains are 2.61, 4.95, 2.89, 7.35 dBi at 3, 6, 8, 11 GHz, respectively.
In this paper, a novel CPW(Coplanar Waveguide)-fed UWB(Ultra Wide Band) antenna is designed, implemented, and measured for UWB communications. CPW-fed planar antenna has advantages of wide-bandwidth, low-cost and easy interaction with radio frequency front end circuitry. We have used HFSS(High Frequency Structure Simulator) of Ansoft which is based on the FEM(Finite Element Method) to simulate the proposed antenna. FR-4 substrate of thickness 1.6 mm and relative permitivity 4.4 is used for implementation. The proposed antenna showed VSWR(Voltage Standarding Wave Ratio)${\leq}2$ for the frequency band from 3.1 GHz to 10.6 GHz which is used for ultra wide band communication. Measured peak gains are 2.61, 4.95, 2.89, 7.35 dBi at 3, 6, 8, 11 GHz, respectively.
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문제 정의
본 논문에서는 CPW 급전 방식 UWB 대역을 만족하는 모노폴 안테나를 제안하고 설계, 구현하였다. 안테나의 크기는 40 mmx60 mm이며, 제안된 안테나는 UWB 대역인 3.
본 논문에서는 CPW 급전 방식을 이용한 UWB 모노폴 안테나를 설계 및 제작하고, 그 성능을 측정하여 제시한다. 제안된 안테나가 UWB에서 사용되는 주파수 3.
제안 방법
5.5~6.4 GHz 대역의 반사 손실을 -10 dB 이하로 떨어뜨리는 문제를 해결하기 위해 방사 구조와 맞물려 있는 급전선 부분인 尹m의 길이를 조절하였다. 3.
다른 사각형 모양을 깎아내었다. 공진을 유도하기 위하여 표면 전류 흐름 분포를 이용하였으며, 표면 전류 흐름 분포가 많은 부분의 길이를 변화시켜반사 손실의 정도를 살펴 UWB 특성을 만족하도록 하였다. 또한 최적의 반사 손실을 갖기 위해 방사 구조와 맞물려 있는 급전선 부분인 仍4의 길이를 조절하였다.
설계된 안테나는 초 광대역의 사용 주파수를 얻기 위해 직사각형 모양의 방사 구조에서 각각 크기가 다른 사각형 모양을 깎아내었다. 공진을 유도하기 위하여 표면 전류 흐름 분포를 이용하였으며, 표면 전류 흐름 분포가 많은 부분의 길이를 변화시켜반사 손실의 정도를 살펴 UWB 특성을 만족하도록 하였다.
안테나의 실제 사진을 보여주고 있다. 안테나 설계는 Ansoft사의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 최적화된 안테나 파라미터를 추출하였고, 추출된 파라미터를 바탕으로 제작되었다. 제작된 안테나의 VSWR, 방사 패턴, 반사 손실의 특성 은 Agilent사의 HP 8510C 네 트워 크 분석 기를 이용하여 전자파 무반사실에서 측정하였다.
제시한다. 제안된 안테나가 UWB에서 사용되는 주파수 3.1-10.6 GHz의 대역에서 VSWR(Voltage Standarding Wave Ratio)M2를 만족함을 전산모의 실험과 측정을 통하여 제시한다. 2장에서는 안테나의 구조와 동작 특성을 제 시 하고, 3장에서는 제안된 안테나를 구현하여 그 성능을 측정하여 제시하며, 4장에서 결론을 맺는다.
안테나 설계는 Ansoft사의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 최적화된 안테나 파라미터를 추출하였고, 추출된 파라미터를 바탕으로 제작되었다. 제작된 안테나의 VSWR, 방사 패턴, 반사 손실의 특성 은 Agilent사의 HP 8510C 네 트워 크 분석 기를 이용하여 전자파 무반사실에서 측정하였다.
대상 데이터
각각의 파라미터 값은 표 1과 같다. 그림 1에서 알 수 있듯이 제안된 안테나에 사용된 기판은 유전율 4.4, 높이가 1.6 mm인 FR-4이며, 전체 크기는 40.00 mm(所)x60.00 mm(Z)이다.
성능/효과
그림 6는 제작된 안테나를 전자파 무반사실에서측정한 방사 패턴을 보여주고 있다. 3, 6, 8, 11 GHz 에서 XY-평면과 XZ-평면의 co-polarization 과 crosspolarization 을 나타내었으며, 측정된 최고 이득 값은 3 GHz에서 2.61 dBi, 6 GHz에서 4.95 dBi, 8 GHz에서 2.89 dBi, 11 GHz에서 7.35 dBi이다. 그림 5에서 방사패턴은 다소 +x축 방향으로 치우침이 보인다.
4 GHz 대역의 반사 손실을 -10 dB 이하로 떨어뜨리는 문제를 해결하기 위해 방사 구조와 맞물려 있는 급전선 부분인 尹m의 길이를 조절하였다. 3.1 GHz, 6 GHz, 8 GHz, 11 GHz에서 XY-평면과 XZ-평면의 co-polarization과 cross-polarization을 즉정하여 제시하였으며, 사용에 적합한 방사 패턴을 보였다. 측정된 최대 이득은 3 GHz에서 2.
구현하였다. 안테나의 크기는 40 mmx60 mm이며, 제안된 안테나는 UWB 대역인 3.1-10.6 GHz까지 7.5 GHz 대역의 광대역 특성을 만족하였고, 사용 대역에서 VSWRW 2를 만족하였다.
제작된 안테나의 효율을 측정한 결과, 3.1 GHz에서 80.47 %, 6 GHz에서 71.04 %, 8 GHz에서 72.62 %, 10.6 GHz에서 70.65 %로 나타났으며, 최고 효율은 5.5 GHz에서 87.93 %로 나타났다.
UWB(Ultra Wide Band) 통신 기술은 I nsec 이 하의좁은 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술로, 광대역에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼 밀도로 존재하므로 같은 대역에서 사용하는 다른 통신 스펙트럼과의 간섭을 주지 않고 송수신이가능하며, 고속 데이터 전송이 가능하기 때문에 새로운 무선 기술로 급부상하고 있다[1][2].
2002년 2월 미국 FCC(Federal Communications Co-mmission)가 UWB 의 민간 사용 규제를 해지함에 따라 유, 무선 통신과 위치 정보 및 레이더 시스템 등본격적으로 상용화가 가능해졌으며, UWB 안테나에관한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다[1][3][4],[5].
주창복, "UWB용 사다리꼴 모노폴 마이크로스트립 안테나", 전자공학회논문지, 46(2), pp. 126-133, 2009년 2월.
UWB(Ultra Wide Band) 통신 기술은 I nsec 이 하의좁은 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술로, 광대역에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼 밀도로 존재하므로 같은 대역에서 사용하는 다른 통신 스펙트럼과의 간섭을 주지 않고 송수신이가능하며, 고속 데이터 전송이 가능하기 때문에 새로운 무선 기술로 급부상하고 있다[1][2].
J. H. Maeng, Y. J. Lee, and W. G. Yang, "Design and implementation of UWB CPW-fed planar monopole antenna", Microwave and Opical Technliogy Letters, vol. 51, no. 3, pp. 650-653, Mar. 2009.
2002년 2월 미국 FCC(Federal Communications Co-mmission)가 UWB 의 민간 사용 규제를 해지함에 따라 유, 무선 통신과 위치 정보 및 레이더 시스템 등본격적으로 상용화가 가능해졌으며, UWB 안테나에관한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다[1][3][4],[5].
김남, 손귀범, 박상명, "CPW 급전 단일 평면 부채꼴 UWB 안테나 설계 및 제작", 한국전자파학회논문지, 18(3), pp. 305-314, 2007년 3월.
2002년 2월 미국 FCC(Federal Communications Co-mmission)가 UWB 의 민간 사용 규제를 해지함에 따라 유, 무선 통신과 위치 정보 및 레이더 시스템 등본격적으로 상용화가 가능해졌으며, UWB 안테나에관한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다[1][3][4],[5].
또한 CPW 급전 방식은 동일 평면상에 급전선과 접지면을 함께 놓은 형태로 MMIC(Monoli-thic Microwave Integrated Circuit) 회로와 집 적화하기가 용이하고, 능동 소자와의 집적이 쉽다는 장점을가지고 있다[4],[5].
이호상, 장재삼, 정영호, 김철복, 김재훈, 박승배, 이문수, "모노폴 쌍으로 구성된 U자형 평면 UWB 안테나 설계", 전자공학회논문지, 45(9), pp. 764-770, 2008년 9월.
2002년 2월 미국 FCC(Federal Communications Co-mmission)가 UWB 의 민간 사용 규제를 해지함에 따라 유, 무선 통신과 위치 정보 및 레이더 시스템 등본격적으로 상용화가 가능해졌으며, UWB 안테나에관한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다[1][3][4],[5].
또한 CPW 급전 방식은 동일 평면상에 급전선과 접지면을 함께 놓은 형태로 MMIC(Monoli-thic Microwave Integrated Circuit) 회로와 집 적화하기가 용이하고, 능동 소자와의 집적이 쉽다는 장점을가지고 있다[4],[5].
김태근, 민경식, "대칭 미앤더 급전 선로를 이용한 사다리꼴 평면 UWB 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 20(8), pp. 739-745, 2009년 8월.
최근 CPW(Coplanar Waveguide)급전 구조나 마이크로스트립 라인 방식을 이용한 슬롯 안테나가 많은 관심을 받고 있다.[7]~[9].
W. C. Liu, "Wideband dual-frequency double inverted-L CPW-fed monopole antenna for WLAN application", IEE Proceedings, Microwaves, Antennas and Propagat., pp. 505-510, Dec. 2005.
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