[논문]Flexible Antenna의 Bending 특성

김호진; 이선현; 이영훈; 이상석

doi:10.5515/kjkiees.2011.22.9.888

Flexible Antenna의 Bending 특성
Bending Characteristic of a Flexible Antenna 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.22 no.9, 2011년, pp.888 - 896

김호진 (금오공과대학교 전자공학부) , 이선현 (금오공과대학교 전자공학부) , 이영훈 (금오공과대학교 전자공학부) , 이상석 (한국전자통신연구원 융합부품.소재연구부문 신소재.소자연구부 전자종이기술연구팀)

초록
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본 논문에서는 Flexible-PCB에 제작된 안테나를 구부렸을 때의 특성 변화를 살펴보았다. Polyimide로 이루어진 Flexible-PCB는 유전율 3.5, 두께 0.125 mm를 가진다. 제안된 안테나는 Bluetooth 대역을 만족하는 기본적인 장방형 루프 안테나와 입력부에 Inverted-L 형태의 스터브를 추가한 안테나이다. 제안된 두 가지 안테나 모델에 대하여 8가지 조건의 bending 변화를 통해 bending 정도에 따른 입력 정합 특성과 방사 형태를 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we studied characteristics of the bent antenna febricated on Flexible-PCB. Flexible-PCB consisting of a polyimide has dielectric constant 3.5, thickness 0.125 mm. Proposed antennas which operates at Bluetooth band are a rectangular loop antenna and a loop antenna with inverted-L type ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 balanced 구조의 안테나의 bending 구조를 제안하고, 대칭 구조의 방사 소자가 가까이 결합하였을 때 안테나의 성능 변화에 대해 실험하였다. Flexible한 기판 위에 장방형 루프 안테나를 제작하고, 평면 구조와 bending 구조를 가질 때의 특성을 비교하였다.
본 논문에서는 flexible 안테나의 특정 bending 구조에 대해 안테나의 전류 분포가 안테나의 성능에 끼치는 영향을 예상하고 실험하였다. bending의 형태와 안테나 형태의 변화에 따라 입력 정합 특성이나 방사 패턴에 많은 변화가 있었으며, 이를 근사적으로 예측하는 것 또한 가능하였다.

제안 방법

3-1절에서 장방형 루프와 역-L형 스터브가 추가된 루프의 평면형 안테나 특성에 대해 비교하였다. 3-2절에서는 방사 소자의 위치가 서로 수직을 이루는 두 안테나의 bending 특성에 대해 비교해 보았다.
본 논문에서는 balanced 구조의 안테나의 bending 구조를 제안하고, 대칭 구조의 방사 소자가 가까이 결합하였을 때 안테나의 성능 변화에 대해 실험하였다. Flexible한 기판 위에 장방형 루프 안테나를 제작하고, 평면 구조와 bending 구조를 가질 때의 특성을 비교하였다. 또한, 장방형 루프 안테나에 수직 스터브를 추가하여 동작 주파수는 유지하며 주방사 구조가 장방형 루프와 수직을 이루도록 전류 분포의 변화를 유도하였으며, 달라진 전류 분포가 bending 특성에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 장방형 루프 안테나와 장방형 루프 안테나에 스터브가 추가된 안테나의 bending 특성에 대해 고찰하였다.
Ⅲ장에서 안테나가 같은 구조를 가질 때 전류 분포의 변화에 따라 안테나 성능에 어떤 변화를 가져오는지 알아보기 위해, 장방형 루프의 안테나에 스터브를 추가한 안테나와 장방형 루프의 planar와 bending 구조일 때 안테나 특성을 실험하고 비교하였다.
Flexible한 기판 위에 장방형 루프 안테나를 제작하고, 평면 구조와 bending 구조를 가질 때의 특성을 비교하였다. 또한, 장방형 루프 안테나에 수직 스터브를 추가하여 동작 주파수는 유지하며 주방사 구조가 장방형 루프와 수직을 이루도록 전류 분포의 변화를 유도하였으며, 달라진 전류 분포가 bending 특성에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 장방형 루프 안테나와 장방형 루프 안테나에 스터브가 추가된 안테나의 bending 특성에 대해 고찰하였다.
소자 간 결합 거리에 따른 안테나 특성의 변화를 알아보기 위해 90～360°로 각도의 변화를 설정하였다.
장방형 루프의 입력부에 그림 5와 같이 스터브를 추가하여 안테나의 입력 임피던스 변화를 확인하였다. 그림 5에 나타난 안테나의 전체 둘레 P(P=2×(H+W)=2×(26.
또한, 직선 스터브를 역-L형 스터브 형태로 folded 구조를 만들었을 때 F의 길이 변화에 따라 리액턴스의 변화가 크게 나타났으며, 매칭 성능을 높이게 되었다. 제안된 스터브의 길이 변화는 2.4 GHz의 공진점은 그대로 유지하면서 루프의 물리적인 길이의 증가로 전류 분포를 변화하게 된다.

데이터처리

루프의 입력 임피던스는 도체의 반경과 P의 함수로 나타낼 수 있으며, γ의 크기에 따라 정합 특성이 매우 민감하게 변하고, P가 약 1 λ의 길이를 가질 때 리액턴스 값이 0이 된다^[9]. 제작된 장방형 루프는 2.4 GHz에서 동작하며, FEM 해석 툴을 이용하여 최적화를 진행하고 안테나 특성에 대해 모의 실험하였다. 안테나의 전류 분포는 그림 1과 같으며, H 소자를 중심으로 대칭을 이루는 형태를 보인다.

성능/효과

4 GHz 공진점은 유지한 채 L의 길이 변화에 따라 주변의 새로운 공진점을 유도하게 된다. 또한, 직선 스터브를 역-L형 스터브 형태로 folded 구조를 만들었을 때 F의 길이 변화에 따라 리액턴스의 변화가 크게 나타났으며, 매칭 성능을 높이게 되었다. 제안된 스터브의 길이 변화는 2.
위와 같이 장방형 안테나의 bending 구조에 의한 방사 소자 간 결합이 안테나의 정합 특성에 미치는 영향을 실험하였으며, 안테나의 전류 분포와 소자 간의 결합거리가 입력 정합 특성에 많은 영향을 끼치는 것을 확인하였다.
먼저, 그림 2에서 제안된 bending 조건을 역-L형 스터브가 추가된 안테나에 적용하여 입력 정합 특성을 실험한 결과를 그림 8에 나타냈다. 측정 결과와 모의 실험 결과가 대부분 일치하는 것을 확인할 수 있으며, 측정 결과 VB 구조일 때에도 장방형 루프와 달리 동작 주파수 응답 특성을 유지하는 것을 알 수 있다.

후속연구

bending의 형태와 안테나 형태의 변화에 따라 입력 정합 특성이나 방사 패턴에 많은 변화가 있었으며, 이를 근사적으로 예측하는 것 또한 가능하였다. 단일 루프의 형태 변화에 대한 결합계수 변화와 루프의 둘레 길이 변화에 대한 관계를 정량화 하는 것이 앞으로의 과제이다.
향후 flexible device에 적용되는 안테나의 경우, 무수히 많은 경우의 수를 가지는 bending 구조에서도 안테나 성능이 일정하게 유지되거나 모양의 변화에도 성능에 변화가 없는 구조가 제안되어야 하며, 혹은 flexible 안테나가 가지는 다양한 bending 특성을 활용하여 무선 통신 기기의 공간 활용에 이용하거나 단순히 구조의 변형을 통해 동작 주파수를 바꾸거나 빔 형상을 조절하는 등의 다양한 연구가 이루어져야할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Flexible 안테나의 중요한 특성 중 하나는 무엇인가?	Flexible Device 혹은 Flexible 안테나의 중요한 특성 중 하나는 바로 structure의 bending 특성이다. 특히 안테나의 bending 구조는 방사 소자 간 상호 전자기 결합으로 주파수 응답의 변화를 유도하며, 이러한 변화는 무선 통신 서비스에 큰 혼선을 가져올 수 있다[6]～[8] .
	안테나의 bending 구조는 어떤 영향을 미치는가?	Flexible Device 혹은 Flexible 안테나의 중요한 특성 중 하나는 바로 structure의 bending 특성이다. 특히 안테나의 bending 구조는 방사 소자 간 상호 전자기 결합으로 주파수 응답의 변화를 유도하며, 이러한 변화는 무선 통신 서비스에 큰 혼선을 가져올 수 있다[6]～[8] .
	안테나의 전류 분포는 어디에서 최대 전류 분포를 갖는가?	안테나의 전류 분포는 그림 1과 같으며, H 소자를 중심으로 대칭을 이루는 형태를 보인다. 또한, 급전점 기준으로 루프 중심에서 수직 방향으로 최대 전류 분포를 가진다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design 3e, Wiley-Interscience, 2005.

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