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결합계수 및 주파수 튜너블 다중대역 내장형 안테나에 관한 연구

A Study on Coupling Coefficient and Resonant Frquency tunable Multi-band Internal Antenna

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.15 no.8, 2010년, pp.59 - 66  

이문우 (한국폴리텍 I 대학 서울정수캠퍼스 유비쿼터스통신학과) ,  이상현 (한국폴리텍 I 대학 서울정수캠퍼스 유비쿼터스통신학과)

초록
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본 논문은 안테나 구조체의 물리적 변화없이 안테나의 단락점에 연결되어있는 인덕터 값에 따라 급전점과 단락점 사이의 결합계수 뿐 아니라 안테나의 공진 주파수를 조절할 수 있는 이동통신용 안테나를 구현하였다. 설계된 안테나는 3중 대역 이상의 주파수 조절이 가능하고 동작 주파수 대역GSM(880~960MHz), GPS(1575MHz), DCS(1710~1800MHz), US-PCS(1850~1990MHz), WCDMA(1920~2170MHz) 대역을 포함한다. 제작된 안테나는 반파장 로디드 라인 안테나와 PIFA 구조를 결합한 형태이고 두 개의 단란점과 하나의 급전점을 공유한다. 두 개의 단락점 각각에 인덕터를 추가하여 하나의 인덕터는 급전점과 단락점 사이의 결합계수를 조절하고 다른 하나의 인덕터는 높은 주파수 대역의 공진 주파수를 조절한다. 안테나의 입력 임피던스 조절을 위한 인덕턴스의 범위는 0nH ~ 6.8nH 이고 이득의 변화는 GSM 대역에서는 0.15dBi, GPS 대역에서는 0.73dBi, WCDMA 대역에서는 0.29dBi 이내이다. 또한 공진 주파수 조절을 위한 인덕턴스의 범위는 0nH ~ 4.7nH의 범위에서 1640~2500 MHz (VSWR 3:1 기준)이고 이득의 변화는 GSM 대역에서는 0.46dBi, GPS 대역에서는 0.53dBi, DCS/US-PCS/WCDMA 대역에서는 0.59dBi 이내이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the internal antenna for mobile communication handset which is able to control both coupling coefficient and resonant frequency without any major modification of radiator and ground plane of antenna. Novel internal antenna with its controllable resonant frequency is presented for trip...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 제조 공정에 있어서 단말기의 PCB에 주파수 조절회로가 추가되어야 하는 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 안테나의 유효 대역폭을 증가시킬 수 있는 넓은 주파수 조절 범위, 임피던스 부정합으로 인한 손실을 최소화하기 위한 입력 임피던스의 조절 능력, 주파수를 선택할 수 있는 능력 그리고 추가적인 매칭 회로로 인한 안테나의 효율 변화가 적은 ESA를 구현하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 GSM, GPS, DCS, US-PCS, WCDMA 대역에서 동작하는 다중대역 내장형 안테나를 설계하였다. 제안된 안테나는 인덕터를 포함하는 조절 회로가 추가되기 때문에 안테나의 성능에 영향을 줄 수 있다.
  • 제안된 안테나는 변형된 반 파장 로디드 라인 구조와 PIFA 구조를 이용하여 높은 주파수 대역의 공진 주파수와 전체적인 안테나의 입력 임피던스를 서로 독립적으로 조절하여 넓은 주파수 조절 범위와 부정합에 의한 손실을 줄일 수 있는 안테나이다. 본 논문에서는 HFSS로 얻어진 시뮬레이션 결과를 바탕으로 안테나의 동작 원리를 분석하고, 실험적인 프로토 타입의 제작 및 측정을 통하여 안테나의 실현 가능성을 증명하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기적으로 주파수 조절이 가능 한 안테나를 이용하여 유효 대역폭을 증가시키는 방법은 어떤 것을 고려하지 않고 있는가? 이러한 문제점을 극복하기 위해 전기적으로 주파수 조절이 가능 한 안테나를 이용하여 유효 대역폭을 증가시키는 방법이 연구 되어 왔다[2]~[5]. 하지만 이러한 방법들의 대부분은 공진 주파수를 조절하는 것에 제한되어 있기 때문에 단말기의 형태와 사용자 환경에 의해 발생되는 안테나의 임피던스 부정합 손실은 고려하지 않고 있다. 따라서 안테나의 물리적인 크기의 변화 없이 전기적으로 입력 임피던스와 주파수 조절이 모두 가능한 안테나의 필요성이 대두되었다[6],[7].
현재 이용되는 이동통신 단말기용 내장형 안테나는 어떤 한계가 있는가? 이에 따 라 멀티 모드를 지원할 수 있는 이동통신 단말기용 내장형 안테나의 개발이 가속화 되고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 이동통신 단말기용 내장형 안테나는 협소한 공간등의 이유로 멀티 모드를 지원할 수 있는 넓은 대역폭을 가지도록 설계하는 데 한계가 있다. 특히 단말기용 내장형 안테나 중에서 가장 많이 사용되고 있는 단락 회로를 가진 마이크로 스트립 안테나는 소형, 경량, 쉬운 집적화, 용이한 대량 생산과 같은 장점에도  불구하고 단락회로 자체가 가지는 주파수 의존 특성으로 인하여 넓은 대역폭을 얻기 어렵다는 단점이 있다[1].
단락 회로를 가진 마이크로 스트립 안테나의 단점은? 그러나 현재 사용되고 있는 이동통신 단말기용 내장형 안테나는 협소한 공간등의 이유로 멀티 모드를 지원할 수 있는 넓은 대역폭을 가지도록 설계하는 데 한계가 있다. 특히 단말기용 내장형 안테나 중에서 가장 많이 사용되고 있는 단락 회로를 가진 마이크로 스트립 안테나는 소형, 경량, 쉬운 집적화, 용이한 대량 생산과 같은 장점에도  불구하고 단락회로 자체가 가지는 주파수 의존 특성으로 인하여 넓은 대역폭을 얻기 어렵다는 단점이 있다[1]. 이러한 문제점을 극복하기 위해 전기적으로 주파수 조절이 가능 한 안테나를 이용하여 유효 대역폭을 증가시키는 방법이 연구 되어 왔다[2]~[5].
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참고문헌 (7)

  1. J. Ollikainen, O. Kivekas, and P. Vainikainen, "Low-loss tuning circuits for frequency-tunable small resonant antennas," Personal Indoor and Mobile Radio Communications, IEEE International Symposium on, vol. 4, pp. 1882-1887, Sep. 2002. 

  2. R. B. Waterhouse and N. Y. Shuley, "Frequency agile microstrip rectangular patches using varactor diodes," URSI Radio Science Meeting and Nuclear EMP Meeting, vol. 4, pp. 2188-2191, Jul. 1992. 

  3. L. Fan and K. Chang, "An active inverted patch antenna with wideband varactor-tuned capability," IEEE MTT-S International Microwave Sumposium Digest, vol. 2, pp. 923-926, Jun. 1996. 

  4. J. Zhang and A. Mortazawi, "An L-band tunable microstrip antenna using multiple varactors," Antennas and Propagation Society International Symposium, vol. 4, pp. 524-527, Jun. 2003. 

  5. I. Carrasquillo-Rivera, Z. Popovic, and R. A. R Solis, "Tunable slotantenna using varactors and photodiodes," Antennas and Propagation Society International Symposium, vol. 4, pp. 532-535, Jun. 2003. 

  6. S. Onat, L. Alatan, and S. Demir, "Design of triple-band reconfigurable microstrip antenna employing RF-MEMS switches," Antennas and Propagation Society Symposium, IEEE, vol. 2, pp. 20-25, Jun. 2004. 

  7. D. Peroulis, K. Sarabandi, and L. P. B Katehi, "A planar VHF reconfigurable slot antenna," Antennas and Propagation Society International Symposium, vol. 1, pp. 8-13, Jul. 2001. 

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