[논문]보우-타이 모노폴 UWB 안테나의 소형화 및 대역 저지 특성

최형석; 최경; 황희용

doi:10.5515/kjkiees.2012.23.3.300

보우-타이 모노폴 UWB 안테나의 소형화 및 대역 저지 특성
A Miniaturized and Band Rejection Characteristic of Bow-Tie Monopole UWB Antenna 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.23 no.3, 2012년, pp.300 - 305

최형석 (강원대학교 IT대학 전기전자공학부) , 최경 (강원대학교 IT대학 전기전자공학부) , 황희용 (강원대학교 IT대학 전기전자공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 대역 저지 특성을 갖는 소형화된 보우-타이 모노폴 UWB 안테나를 제안하였다. 기존의 보우-타이 모노폴 안테나에 완전 자계벽(PMW) 조건을 적용하여 안테나의 물리적 크기를 소형화하였다. 임피던스 정합을 위해 접지면의 굴곡각을 조절하였고, 테이퍼 형태의 급전 선로를 적용하였으며, 패치면의 모서리를 잘라 내었다. UWB 대역 내에 존재하는 타 대역의 간섭을 저지하기 위해 패치면에 ${\lambda}/4$ 슬롯 공진기를 삽입하였다. 제작된 안테나는 비유전율 6.15를 갖는 Taconic RF60-A 기판을 사용하였다. 제안된 안테나의 크기는 $30.0{\times}39.7mm^2$로 기존 보우-타이 모노폴 안테나의 약 45 %가 줄어들었다. UWB 전체 대역에서 -10 dB 이하의 반사 손실 특성과 5 GHz WLAN 대역의 저지 특성을 나타내었다. -1~5 dBi의 최대 이득 및 1.0 ns 이내의 군지연 변화 특성과 x-y평면의 방사 패턴에서 지향성을 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a miniaturized bow-tie monopole UWB antenna with band rejection characteristic is proposed. To miniaturize the proposed antenna, a perfect magnetic wall(PMW) condition is applied to primitive bow-tie monopole antenna. An uneven ground patch, a tapered feeding structure and a edge-chopped main patch are adapted for impedance matching. A quater-lambda slot resonator is inserted at main patch to prevent interference in UWB band from another band. The proposed antenna is fabricated on Taconic RF60-A substrate with relative permittivity of 6.15. The size of the proposed antenna is $30.0{\times}39.7mm^2$, which is only 45 % of the conventional bow-tie monopole antenna. The proposed antenna covers full UWB band with return losses less than -10 dB and has band stop characteristic in 5 GHz WLAN band. The maximum gains are within -1.0~5.0 dBi, the group delay variations are within 1.0 ns and the radiation patterns show directivity characteristics in x-y plane.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

상기의 결과를 통해 α, β각에 따라 동작 대역폭이 변화하며, β각에 비해 α각이 동작 대역폭에 많은 영향을 끼침을 알 수 있다. 그 외의 변수인 H_add의 변화와 패치면과 접지면의 간격 변화에 대해서는 논문의 간결함을 위해 논의를 생략하였다. 상기의 과정을 통해 찾아낸 최적화된 설계 변수들을 표 1에 제시하였다.
또한, 굴곡각을 이용하여 임피던스 정합을 이루었고, 5 GHz WLAN 대역을 제거하기 위해 패치면에 λ/4 공진 슬롯을 삽입하였다.
또한, 변화된 임피던스를 정합하기 위해 접지면의 굴곡각을 조정하였으며, 급전선에 50 Ω에서 80 Ω으로 변환하는 삼각형 테이퍼를 적용하였다.
본 논문에서 제안하는 구조가 대칭이므로 λ/2 슬롯 라인 공진기의 길이에 반을 나누어 λ/4 슬롯 라인 공진기의 길이를 구하였다.
본 논문에서는 기존에 연구되었던 보우-타이 모노폴 안테나의 접지면에 굴곡각을 적용하여 UWB 전체 대역에서 사용 가능하게 한 역삼각형 모노폴 안테나^[13]에 존재하는 대칭적인 자계 분포를 이용하여 안테나를 소형화 하였다. 또한, 굴곡각을 이용하여 임피던스 정합을 이루었고, 5 GHz WLAN 대역을 제거하기 위해 패치면에 λ/4 공진 슬롯을 삽입하였다.
본 논문에서는 기존에 연구되었던 역삼각형 모노폴 안테나에 자계벽 조건을 이용하여 물리적 크기를 소형화하였으며, 굴곡각을 조정하여 전체 UWB 대역에서 동작 가능하도록 설계하였고, 5 GHz WLAN 대역을 제거하기 위해 패치면에 λ/4 슬롯 라인 공진기를 삽입하였다.
최적화된 설계 변수를 적용하여 제작된 안테나를 그림 5(b)에, 측정 및 모의 실험 결과를 비교하여 그림 7에 나타내었다. 안테나의 반사 손실, 방사 패턴 및 군지연 특성은 Anritsu 社의 37397C VNA를 이용하여 전자파 무반사실에서 측정하였다. 모의 실험 결과와 제작 및 측정 결과가 유사함을 보이며 5～6 GHz 대역의 반사 손실 특성이 —10 dB 이상으로 대역 저지 특성을 보이고 있으며, 그 외의 대역에서는—10 dB 이하를 만족함을 보인다.

대상 데이터

또한, 굴곡각을 이용하여 임피던스 정합을 이루었고, 5 GHz WLAN 대역을 제거하기 위해 패치면에 λ/4 공진 슬롯을 삽입하였다. 설계 및 제작된 안테나는 유전체 두께 0.64 mm, 도체 두께 0.035 mm, 손실 탄젠트 0.0025, 비유전율 6.15의 Taconic 社의 RF-60A 기판을 사용하였으며, 본 논문에 제시된 모든 모의 실험 결과는 Ansoft 社의 HFSS^TM를 이용하였다.

성능/효과

모의 실험 결과와 제작 및 측정 결과가 유사함을 보이며 5～6 GHz 대역의 반사 손실 특성이 —10 dB 이상으로 대역 저지 특성을 보이고 있으며, 그 외의 대역에서는—10 dB 이하를 만족함을 보인다.
본 논문에서 제안된 안테나는 접지면의 굴곡각 α와 β에 의해 대역폭 조절이 가능하여 패치면의 형태를 변화시키지 않고도 안테나의 특성을 다양하게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.
슬롯의 위치 H_slot이 높아질수록 저지 대역폭은 좁아지며, 슬롯 넓이 G_slot가 넓어짐에 따라 저지 대역폭이 늘어남을 보이고 있다. 상기의 결과를 바탕으로 모의 실험도구를 이용하여 G_slot, H_slot의 최적화된 값을 찾았으며, 각각 0.3 mm, 17.3 mm이다.
측정된 반사 손실 특성은 동작 대역인 3.1～10.6 GHz에서 —10 dB 이하, —1～5 dBi의 최대 이득, 1.0 ns 이내의 군지연 특성을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	평판형 보우-타이 안테나의 장점은 무엇인가?	또한, 주파수 대역별로 안정된 방사 패턴, 일정한 군지연 특성과 UWB 대역 내에 포함되는 타 대역의 간섭을 제거하는 기능을 갖는 안테나들이 제안되고 있다[2],[3]. 상기의 조건들을 만족하며, 시스템 내부에 실장하기 용이한 장점을 갖는 평판 형태의 보우-타이 안테나[4],[5], 타원형 안테나[6], 비발디 안테나[7], 프랙탈 안테나[8] 등 다양한 구조의 UWB 안테나들이 제안되고 있으며, 특히 평판형 보우-타이 안테나는 간단한 설계 구조와 광대역 특성, 제작하기에 저렴한 가격 등의 장점이 있다[5].그러나 전류가 모서리에서 갑자기 종단되어 대역폭을 제한하여[9] UWB 전체 대역에서 사용하기엔 부족 하다.
	UWB(Ultra-Wideband) 기술이란 무엇인가?	UWB(Ultra-Wideband) 기술은 반송파 주파수의 20% 이상의 대역폭을 사용하여 통신하는 방식으로 반경 10 m 이내의 근거리에서 0.5～1 Gbps의 초고속 무선 전송이 가능한 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술 중 하나다. UWB 통신 시스템은 사무실이나 가정에서 무선으로 HDMI와 같은 고화질․비 압축 멀티미디어 데이터 정보를 전송하게 함으로써 가전기기의 배치는 물론 자료 전송의 편리함을 제공해 주기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다[1],[2].
	평판형 보우-타이 안테나의 단점은 무엇인가?	상기의 조건들을 만족하며, 시스템 내부에 실장하기 용이한 장점을 갖는 평판 형태의 보우-타이 안테나[4],[5], 타원형 안테나[6], 비발디 안테나[7], 프랙탈 안테나[8] 등 다양한 구조의 UWB 안테나들이 제안되고 있으며, 특히 평판형 보우-타이 안테나는 간단한 설계 구조와 광대역 특성, 제작하기에 저렴한 가격 등의 장점이 있다[5].그러나 전류가 모서리에서 갑자기 종단되어 대역폭을 제한하여[9] UWB 전체 대역에서 사용하기엔 부족 하다. 이러한 단점을 보안하기 위해 급전 구조를 바꾸거나[4], 계단형 패치면을 이용한 구조가 제안되었다[5].

참고문헌 (15)

김창주, "주파수 자원 공유 기술", 전자파기술, 18 (2), pp. 29-34, 2007년 4월.
김태근, 민경식, "대칭 미앤더 급전 선로를 이용한 사다리꼴 평면 UWB 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 20(8), pp. 739-745, 2009년 8월.

원문보기 상세보기
D. -O. Kim, C. -Y. Kim, "CPW-fed ultra-wideband antenna with triple-band notch function", Electron. Lett., 46(18), pp. 1246-1248, 2010.

상세보기
K. Kiminami, A. Hirata, "Double-sided printed bowtie antenna for UWB communications", IEEE Lett. Antennas Propag., vol. 3, pp. 152-153, 2004.

상세보기
A. Dadgarpour, G. Dadashzadeh, M. N-Moghadasi, and F. Jolani, "Design and optimization of compact balanced antipodal staircase bow-tie antenna", IEEE Lett. Antennas Propag., vol. 8, pp. 1135-1138, 2009.

상세보기
J. W. Jang, H. -Y. Hwang, "Design of a miniaturized quarter-circular-slot UWB antenna", Microwave Journal, 2008.
A. Z. Hood, T. Karacolak, and E. Topsakal, "A small antipodal vivaldi antenna for ultrawide-band applications", IEEE Lett. Antennas Propag., vol. 7, pp. 656- 660, 2008.

상세보기
H. Oraizi, S. Hedayati, "Miniaturized UWB monopole microstrip antenna design by the combination of Giusepe Peano and Sierpinski Carpet Fractals", IEEE Lett. Antennas Propag., vol. 10, pp. 67-70, 2011.

상세보기
Warren L. Stutzman, 안테나 이론과 설계, Second Edition, Wiley, pp. 316-317, 2007년.
김완기, 우종명, "구조 변형에 의한 마이크로 스트립 안테나의 소형화", 한국전자파학회지전자파기술, 16(2), pp. 22-31, 2005년 4월.

원문보기 상세보기
장영수, 최재혁, 임성준, "메타 물질을 이용하여 소형화와 주파수 가변이 가능한 영차 공진 안테나", 한국전자파학회논문지, 21(8), pp. 900-904, 2010년 8월.

원문보기 상세보기
장준원, 최경, 황희용, "소형화된 반원형-슬롯 UWB 안테나의 설계", 한국전자파학회논문지, 19 (3), pp. 329-335, 2008월 3월.

원문보기 상세보기
최형석, 최경, 황희용, "대역 저지 슬롯이 추가된 역삼각형 모노폴 UWB 안테나의 설계", 한국전자파학회논문지, 22(5), pp. 516-521, 2011년 5월.

원문보기 상세보기
Tharaka Dissanayake, "Prediction of the notch frequency of slot loaded printed UWB Antennas", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 11, pp. 3320-3325, 2007.

상세보기
최형석, 최경, 황희용, "Bow-tie 모노폴 UWB 안 테나의 소형화", 정보통신설비 학술대회 논문집, pp. 77-79, 2011년 8월.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증