본 논문에서는 다이폴과 루프 안테나가 결합된 빔 조향(steering) 재구성(reconfigurable) 안테나를 제시하였다. 본 안테나는 다이폴(dipole)과 루프(loop) 두 안테나가 결합하였을 때, 특정 비율에서 빔 방사 방향이 서로 상쇄되거나 보상되는 특성을 이용한 빔 조향 안테나이다. 본 안테나는 구조적으로 비교적 간단한 평판형 안테나이며, 안테나 상에 두 개의 스위치를 이용하여 안테나의 xy-평면상에서 서로 다른 세 개의 빔 방향을 갖도록 설계되었다. 본 논문에서는 우선 스위치를 이용한 빔 조향의 가능성을 확인하기 위하여 2개의 가상의 스위치(line 연결)를 이용하였으며, 두 개의 스위치 on/off 상태에 따라, 최대 빔 방향은 xy-평면상에서 $0^{\circ}$, ${\pm}50^{\circ}$, 3개의 빔 조향이 가능하다. 동작 주파수는 VSWR 2:1 기준으로2.50~2.56 GHz이다. 빔 조향 시 2.48~1.96 dBi의 최대 이득(peak gain)을 가지며, 세 가지 빔은 전체 $125^{\circ}$ 정도의 넓은 빔 커버리지를 갖는다.
본 논문에서는 다이폴과 루프 안테나가 결합된 빔 조향(steering) 재구성(reconfigurable) 안테나를 제시하였다. 본 안테나는 다이폴(dipole)과 루프(loop) 두 안테나가 결합하였을 때, 특정 비율에서 빔 방사 방향이 서로 상쇄되거나 보상되는 특성을 이용한 빔 조향 안테나이다. 본 안테나는 구조적으로 비교적 간단한 평판형 안테나이며, 안테나 상에 두 개의 스위치를 이용하여 안테나의 xy-평면상에서 서로 다른 세 개의 빔 방향을 갖도록 설계되었다. 본 논문에서는 우선 스위치를 이용한 빔 조향의 가능성을 확인하기 위하여 2개의 가상의 스위치(line 연결)를 이용하였으며, 두 개의 스위치 on/off 상태에 따라, 최대 빔 방향은 xy-평면상에서 $0^{\circ}$, ${\pm}50^{\circ}$, 3개의 빔 조향이 가능하다. 동작 주파수는 VSWR 2:1 기준으로2.50~2.56 GHz이다. 빔 조향 시 2.48~1.96 dBi의 최대 이득(peak gain)을 가지며, 세 가지 빔은 전체 $125^{\circ}$ 정도의 넓은 빔 커버리지를 갖는다.
In this paper, we propose a reconfigurable beam steering antenna using a dipole and a loop. The radiation patterns of the two antennas were cancelled or compensated, and head for the specific direction when a dipole and a loop antenna are combined at the reasonable ratio. The structure of the antenn...
In this paper, we propose a reconfigurable beam steering antenna using a dipole and a loop. The radiation patterns of the two antennas were cancelled or compensated, and head for the specific direction when a dipole and a loop antenna are combined at the reasonable ratio. The structure of the antenna is very simple and planar. By changing on/ off states of switches, the proposed antenna can steer the beam direction in the x-y plane. Simulation results confirmed the steering characteristic by using two imaginary switches. The proposed antenna can change the direction of the maximum gain in the x-y plane($0^{\circ}$, ${\pm}50^{\circ}$). The proposed antenna operates in 2.5~2.56 GHz(VSWR<2). It showed that peak gain of the antenna is 1.96~2.48 dBi and overall beam width of the reconfigurable antenna covers about $125^{\circ}$.
In this paper, we propose a reconfigurable beam steering antenna using a dipole and a loop. The radiation patterns of the two antennas were cancelled or compensated, and head for the specific direction when a dipole and a loop antenna are combined at the reasonable ratio. The structure of the antenna is very simple and planar. By changing on/ off states of switches, the proposed antenna can steer the beam direction in the x-y plane. Simulation results confirmed the steering characteristic by using two imaginary switches. The proposed antenna can change the direction of the maximum gain in the x-y plane($0^{\circ}$, ${\pm}50^{\circ}$). The proposed antenna operates in 2.5~2.56 GHz(VSWR<2). It showed that peak gain of the antenna is 1.96~2.48 dBi and overall beam width of the reconfigurable antenna covers about $125^{\circ}$.
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문제 정의
본 논문에서는 다이폴과 루프가 결합된 전기■자기계 방사체 결합형 안테나에 가상의 스위치를 구성하여 2.5 GHz 대역에서 서로 다른 3개의 빔 빙 향을 조향할 수 있는 안테나를 제안하였다. 안테나는 3가지 상태(state 0, 1, 2)에서 모두 동일 동작 주파수 2.
본 연구에서는 비교적 간단한 구조의 하나의 평판형 안테나에 2개의 스위치를 이용하여 3개 이상의 빔 방향 제어가 가능한 안테나를 제안하였다. 빔 조향의 가능성을 확인하기 위하여 가상의 스위치(line 연결)를 이용하였으며, 시뮬레이션 및 측정된 반사손실을 통해서 제안된 안테나의 동작 주파수를 검증하였고, 각 동작 주파수에서의 방사 패턴 및 이득 측정을 통하여 xy-평면상에서 120° 이상의 넓은 빔 조향 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
가설 설정
결합형 재구성 안테나의 기본적인 시뮬레이션에서는 다이폴 안테나의 길이를 고정해 놓고, 루프 안테나의 총 둘레를 조절함으로써 빔 조향 가능한 방사 패턴을 구현하였다. 두 개의 안테나가 맞닿는 부분에 스위치를 가정한 선을 구성하였으며, 두 개의 스위치 on/off 상태 에 따라 표 1과 같이 설정하였다. 각 state에 따라 대칭적이었던 구조가 비대칭적으로 되면서 최대 빔 방사 방향이 변하게 된다.
제안 방법
또한, 스위치가 모두 on 상태 인 state(O)와 스위치가 하나만 on되어 있는 상태인 state (1, 2)에서 중심 주파수가 각각 2.6 GHz, 2.5 GHz으로 서로 상이하므로, 모든 state에서 중심 주파수를 통일시키기 위해 다이폴 안테나 부분을 그림 2와 같이 구부린 형태의 다이폴로 변형시켜 시뮬레이션하였다.
빔 스티어링 안테나의 경우 빔이 스티어링되었을 때의 이득과 원래 안테나의 최대 이득과의 차이가 적어야 널(null) 이 없는 전체 빔 조향 범위를 모두 사용 가능한 우수한 빔 스티어링 안테나로 판단한다. 본 논문에서는 state (0)의 최대 이득 2.48 dBi를 기준으로 -1 dBi 낮은 이득인 1.48 dBi를 전체적인 빔 커버리지로 설정하였으며, 그림 8에 나타내었다.
안테나는 3가지 상태(state 0, 1, 2)에서 모두 동일 동작 주파수 2.5 GHz에서 동작하며, xy-plane에서 전체 125。의 빔 커버리지(115。〜24俨)를 만족하는 빔 조향 성능을 구현하였다. 제안된 안테나 구조는 단일 안테나로 설계가 용이한 평면형 빔 조향 안테나로써 향후 다양한 빔 조향 분야에 응용될 수 있을 것이다.
전통적 인 원형 루프보다 크기는 작으면서도 반사손실 및 이득이 개선된 루프 안테나를 구현하고자 삼각형 루프 안테나를 설계하여 적용하였다四. 또한, 스위치가 모두 on 상태 인 state(O)와 스위치가 하나만 on되어 있는 상태인 state (1, 2)에서 중심 주파수가 각각 2.
대상 데이터
4) 기판에 실 제작한 안테나이다. 제안된 안테나의 각 state에 따라 3종류의 안테 나로 제작되 었다. 그림 6에서는 제 안된 안테나의 각 state별로 반사 손실을 나타낸 그래프이다.
제안된 안테나의 기본 구조는 그림 1에 볼 수 있듯 dipole과 kx)p의 결합형 안테 나이다. Dipole 안테나와 loop 안테나가 적절한 급전 구조로 결합되어급전이 이루어지면, 소형의 안테나로 설계 가능하며, 지향성 있는 방사 패턴을 생성하는 특성을 이용한 안테나이다科", .
데이터처리
5 GHz에서 state(O)와 state⑵의 반사 손실을 비교한 시뮬레이션 결과이다. 시뮬레이션 to이은 HFSS를 이용하여 진행되었다. State(0) 상태에서 다이폴의 기울림 각도가 0。일 때는 반사 손실 특성이 좋지 않았다가 각도가 커짐에 따라 약 40。까지 반사 손실 특성 이 향상되는 것을 볼 수 있고, state(2) 상태에서는 0。일 때 반사 손실 특성이 양호하다가기울림 각도가 커짐에 따라 반사 손실 특성이 저하됨을 알 수 있다.
성능/효과
그림 6에서는 제 안된 안테나의 각 state별로 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 3개의 state에서 모두 동일 동작 주파수 25 GHz 에서 -10 dB 이하의 양호한 반사 손실 특성을 가지며, 대역폭은 40- 60 MHz이다. 그림 7에서는 각 state마다 방사 패턴을 나타내었다.
방향 제어가 가능한 안테나를 제안하였다. 빔 조향의 가능성을 확인하기 위하여 가상의 스위치(line 연결)를 이용하였으며, 시뮬레이션 및 측정된 반사손실을 통해서 제안된 안테나의 동작 주파수를 검증하였고, 각 동작 주파수에서의 방사 패턴 및 이득 측정을 통하여 xy-평면상에서 120° 이상의 넓은 빔 조향 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
후속연구
5 GHz에서 동작하며, xy-plane에서 전체 125。의 빔 커버리지(115。〜24俨)를 만족하는 빔 조향 성능을 구현하였다. 제안된 안테나 구조는 단일 안테나로 설계가 용이한 평면형 빔 조향 안테나로써 향후 다양한 빔 조향 분야에 응용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (10)
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