본 논문에서는 ISM(산업/과학/의료) 대역(2.4~2.5 GHz)에서 IEEE 802.11b/g 적용을 위한 스트립라인 구조의 코리니어 안테나를 제안하였으며, 이는 동축 코리니어 안테나와 전 방향 평면 마이크로스트립 안테나(OMA)의 단점을 보완한 것이다. 4층 PCB 구조를 이용하여 기존 안테나에 비해 개선된 특성과 제작상의 이점을 가질 수 있었다. 안테나 배열을 위해 안테나 소자들의 외부 도체와 내부 도체를 ${\lambda}$/2 길이로 서로 엇갈리게 연결하여 동위상을 갖는 구조를 가지며, 상대 유전율 4.4, 손실 탄젠트(loss tangent) 0.02인 FR4 epoxy 기판을 이용하여 제작하였다. 최대 이득은 약 4.93 dBi가 측정되었으며, 기존 OMA 구조에 비하여 이득은 약 0.33 dBi 개선된 결과를 얻었다.
본 논문에서는 ISM(산업/과학/의료) 대역(2.4~2.5 GHz)에서 IEEE 802.11b/g 적용을 위한 스트립라인 구조의 코리니어 안테나를 제안하였으며, 이는 동축 코리니어 안테나와 전 방향 평면 마이크로스트립 안테나(OMA)의 단점을 보완한 것이다. 4층 PCB 구조를 이용하여 기존 안테나에 비해 개선된 특성과 제작상의 이점을 가질 수 있었다. 안테나 배열을 위해 안테나 소자들의 외부 도체와 내부 도체를 ${\lambda}$/2 길이로 서로 엇갈리게 연결하여 동위상을 갖는 구조를 가지며, 상대 유전율 4.4, 손실 탄젠트(loss tangent) 0.02인 FR4 epoxy 기판을 이용하여 제작하였다. 최대 이득은 약 4.93 dBi가 측정되었으며, 기존 OMA 구조에 비하여 이득은 약 0.33 dBi 개선된 결과를 얻었다.
In this paper, we proposed a collinear antenna with a stripline structure for IEEE 802.11b/g applications in ISM (Industrial, Scientific, Medical) band of 2.4~2.5 GHz, which supplements disadvantages of COCO(Coaxial Collinear) antenna and OMA(Omnidirectional planar Microstrip Antenna). By using the ...
In this paper, we proposed a collinear antenna with a stripline structure for IEEE 802.11b/g applications in ISM (Industrial, Scientific, Medical) band of 2.4~2.5 GHz, which supplements disadvantages of COCO(Coaxial Collinear) antenna and OMA(Omnidirectional planar Microstrip Antenna). By using the proposed 4-layer substrate, we obtained improved performances and advantages in production compared with the existing antenna. In order to get antenna arrays, the same phase structure is designed by alternatively connecting outer conductor to inner conductor with ${\lambda}$/2 antenna element, and the substrate of FR4 epoxy (${\epsilon}_r$=4.4, tan${\delta}$=0.02) was used for the actual implementation. The maximum gain of about 4.93 dBi was measured, which leaded to a little improved gain of 0.33 dBi in comparison to the existing OMA structure.
In this paper, we proposed a collinear antenna with a stripline structure for IEEE 802.11b/g applications in ISM (Industrial, Scientific, Medical) band of 2.4~2.5 GHz, which supplements disadvantages of COCO(Coaxial Collinear) antenna and OMA(Omnidirectional planar Microstrip Antenna). By using the proposed 4-layer substrate, we obtained improved performances and advantages in production compared with the existing antenna. In order to get antenna arrays, the same phase structure is designed by alternatively connecting outer conductor to inner conductor with ${\lambda}$/2 antenna element, and the substrate of FR4 epoxy (${\epsilon}_r$=4.4, tan${\delta}$=0.02) was used for the actual implementation. The maximum gain of about 4.93 dBi was measured, which leaded to a little improved gain of 0.33 dBi in comparison to the existing OMA structure.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 기존 코리니어 안테나의 구조상 단점을 보완하고 저비용 고효율을 실현할 수 있는 스트립라인 코리니어 안테나(Stripline Collinear Antenna: SCA)를 제안하고 설계 및 제작하였다.
본 논문에서는 기존 코리니어 안테나인 COCO(Coaxial Collinear) 안테나와 OMA(Omnidirectional planar Microstrip Antenna)[1]～[4]의 구조상 단점을 보완하고 저비용 고효율을 실현할 수 있는 Stripline Collinear Antenna(이하 SCA)를 제안하고 설계 및 제작하였다. 제작은 스트립라인(stripline) 형태의 4층 PCB 형태의 다층 기판을 이용하여 구현하였다.
제안 방법
02)를 사용하였으며, 안테나 전체의 입력임피던스는 50 Ω이 되도록 하였다. 또한, 계산은 FEM 방식으로 구현하였다. 그림 4는 5-어레이 SCA에 대한 시뮬레이션 결과로 안테나의 지향성 패턴이며, 방위각(H-면) 및 앙각(E-면)에 대해 나타내었다.
설계된 FR4 SCA를 제작하여 측정한 후, 그 결과를 분석하였다. 또한, 기존 구조의 코리니어 안테나를 비교 분석하여 그 특성의 개선 정도를 확인하였다.
설계된 FR4 SCA를 제작하여 측정한 후, 그 결과를 분석하였다. 또한, 기존 구조의 코리니어 안테나를 비교 분석하여 그 특성의 개선 정도를 확인하였다.
앞서 설명한 SCA를 설계하여 HFSS v.12로 시뮬레이션을 하였다. 설계 시 유전체는 FR4 epoxy(∊r=4.
대상 데이터
제작은 스트립라인(stripline) 형태의 4층 PCB 형태의 다층 기판을 이용하여 구현하였다. 기판은 FR4로 사용하였으며, 상대 유전율은 4.4, 손실 탄젠트(loss tangent)는 0.02이다.
본 논문에서는 다층 기판 PCB를 이용한 스트립라인 구조이다. 그림 2에서 SCA의 구조를 나타내었다.
설계 시 유전체는 FR4 epoxy(∊r=4.4, tanδ=0.02)를 사용하였으며, 안테나 전체의 입력임피던스는 50 Ω이 되도록 하였다.
제작에서 사용한 PCB는 FR4 재질의 유전체를 갖는 4층 기판을 사용하였고, 내부 도체의 폭은 스트립라인의 50 Ω 임피던스를 갖도록 하였으며, 외부 도체의 폭은 내부 도체 폭의 약 10.5배로 하였다.
제작은 스트립라인(stripline) 형태의 4층 PCB 형태의 다층 기판을 이용하여 구현하였다.
성능/효과
93 dBi가 측정되었다. 또한, 방위각 패턴은 전방향성을 나타내며, 앙각 패턴은 수평 방향에서 이득이 최대가 됨을 알 수 있었다. 그림 7은 ISM 주파수 대역에서 반사 계수를 측정한 값이며, 2.
비교 결과에 의하면 제안된 안테나는 크기와 이득 면에서 기존 안테나보다 우수한 성능을 나타내었다. 손실이 높은 유전체를 사용하였음에도 불구하고 OMA와 비교하여 0.
비교 결과에 의하면 제안된 안테나는 크기와 이득 면에서 기존 안테나보다 우수한 성능을 나타내었다. 손실이 높은 유전체를 사용하였음에도 불구하고 OMA와 비교하여 0.33 dBi 개선된 이득을 보여주고 있다. 또한, 높은 유전율의 유전체를 사용하여 크기에서도 좀 더 소형화시킬 수 있었다.
제안된 SCA는 OMA와 비교하여 높은 유전율의 유전체를 사용하여 크기 면에서도 소형화시킬 수 있었고, 손실이 높은 저렴한 기판을 이용하여 제작하였음에도 불구하고 좀 더 개선된 이득을 얻을 수 있었다. 또한, COCO 안테나와 OMA처럼 수작업이 필요 없게 되어 양산성과 비용 절감의 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
그림 6은 제작된 SCA의 이득 패턴을 측정한 값이다. 측정 주파수 대역은 2.4 ～2.5 GHz이며, 2.4, 2.45, 2.5 GHz에서 측정된 이득은 각각 3.78, 4.16, 4.84 dBi이며, 최대 이득은 2.48 GHz에서 4.93 dBi가 측정되었다. 또한, 방위각 패턴은 전방향성을 나타내며, 앙각 패턴은 수평 방향에서 이득이 최대가 됨을 알 수 있었다.
후속연구
끝으로 제안된 SCA는 설계시 관련 변수의 크기를 조절하여 타 주파수 대역에서도 적용이 가능하며, 이에 대한 연구가 진행 중에 있다.
제안된 SCA는 OMA와 비교하여 높은 유전율의 유전체를 사용하여 크기 면에서도 소형화시킬 수 있었고, 손실이 높은 저렴한 기판을 이용하여 제작하였음에도 불구하고 좀 더 개선된 이득을 얻을 수 있었다. 또한, COCO 안테나와 OMA처럼 수작업이 필요 없게 되어 양산성과 비용 절감의 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
코리니어 안테나란?
코리니어 안테나는 수직 편파용 반파장 안테나소자를 여러 개 수직으로 배열한 안테나이다. 각 안테나 소자들에게 동일 위상의 전류를 공급하면, 배열의 직각인 평면은 안테나로부터 오는 신호들이 모두 합쳐져서 신호의 크기가 최대가 된다.
코리니어 안테나에서 안테나로부터 오는 신호가 최대가 되기 위해서는 전류를 어떻게 공급해야하는가?
코리니어 안테나는 수직 편파용 반파장 안테나소자를 여러 개 수직으로 배열한 안테나이다. 각 안테나 소자들에게 동일 위상의 전류를 공급하면, 배열의 직각인 평면은 안테나로부터 오는 신호들이 모두 합쳐져서 신호의 크기가 최대가 된다. 수직 방향은 같은 위상의 전류 위치들이 반파장만큼 차이가나므로 서로 상쇄되어 전파 복사가 거의 일어나지않게 되어, 앙각 평면의 방향성 이득은 증가하게 된다.
본 연구에서 기존 코리니어 안테나인 COCO 안테나와 OMA의 구조상 단점을 보완하고 저비용 고효율을 실현할 수 있는 SCA 설계를 위하여 사용한 4층 PCB 형태의 다층 기판은 무엇인가?
제작은 스트립라인(stripline) 형태의 4층 PCB 형태의 다층 기판을 이용하여 구현하였다. 기판은FR4로 사용하였으며, 상대 유전율은 4.4, 손실 탄젠트(loss tangent)는 0.
참고문헌 (6)
T. J. Judasz, B. B. Balsley, "Improved theoretical and experimental models for coaxial collinear antenna", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 37, no. 4, pp. 289-296, Mar. 1989.
US Patent Application Publication Pub. No. US- 2004/0201525A1.
B. C. Wadell, Transmission Line Design Handbook, Artech House, Inc., 1991.
D. Pozar, "Directivity of omnidirectional antenna", IEEE Antennas and Propagation Magazine (Antenna Designer's Notebook), Hal Shrank Ed. vol. 35, no. 5, pp. 50-51, Oct. 1993.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.