[논문]UWB 평면 패치안테나의 지향성이득의 향상 방법

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UWB 평면 패치안테나의 지향성이득의 향상 방법
Directivity Gain Improvement Method for UWB Coplanar Patch Antenna 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.49 no.6 = no.420, 2012년, pp.63 - 70

초록
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UWB 주파수대역의 안테나로써 CPW 급전의 U-자형 평면 패치 안테나모델의 지향성이득 향상 방법을 검토하였다. 지향성 이득 향상을 위해 CPW 급전의 U-자형 패치 안테나 모델에 개구슬롯 반사면을 부가하여 마이크로스트립 구조로 재구성하였다. 재구성한 안테나는 특성 임피던스 $50.08{\Omega}$에 대해 반사계수는 -6.5dB(VSWR < 3.3)이하이며 지향성이득은 7.8 dBi ~ 9.6 dBi, 전후방비는 17.8dB ~ 28.7dB 그리고 ${\theta}=0^{\circ}$의 주방사 방향에 대해 -3dB 방사각의 범위가 ${\pm}30^{\circ}$의 방사지향성의 패턴을 나타내 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper discussed on the directive gain improvement method of the U-type ultra wide-band(UWB) planar patch antenna model with CPW feeding. For directive gain improvement, the U-type printed patch antenna model with CPW feeding is reconstructed as a microstrip structure by adding a reflection plane with aperture slot. The reflection coefficient of the reconstructed antenna is less than -6.5 dB(VSWR < 3.3) to the characteristic impedance of $50.08{\Omega}$ and showed the directive radiation patterns with the directive gain of 7.5 dBi ~ 10.1 dBi, the front-back ratio of 17.8 dB ~ 28.7 dB and the range of -3dB radiation angle over ${\pm}30^{\circ}$ to the main beam direction of ${\theta}=0^{\circ}$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그래서 본 연구에서는 기존 안테나모델과 동등한 반사계수 특성에서 방사지향성 향상의 방법에 중점을 두었다.
본 논문에서는 UWB의 전 대역에 걸쳐 적용할 수 있는 마이크로스트립 패치안테나로 기존의 U-자형 CPW 급전 평면형안테나 모델^[14]에 개구 슬롯구조의 반사면을 부가시켜 마이크로스트립 구조로 재구성하여 지향성 이득의 향상시키는 방법을 검토하여 보았다.
본 논문에서는 U자형 CPW 급전 평면형안테나 모델에 개구 슬롯구조의 반사면을 부가시켜 마이크로스트립 구조로 재구성하고 CST 시뮬레이터를 사용하여 기존 안테나모델과 동등한 반사계수 특성에서 방사지향성 향상의 방법에 중점을 두어 살펴보았다.
본 연구에서 재구성한 안테나는 특성 임피던스 50Ω에 대해 기존 안테나모델 수준의 반사특성을 보여준다.
본 연구에서는 동일 평면상에 급전선과 접지면을 가지는 기존의 CPW 급전 U-자형 패치안테나 모델에 방사지향성의 향상을 위하여 개구 슬롯의 반사면을 부가하여 재구성한 마이크로스트립 구조의 CPW 급전 U-자형 패치안테나 모델의 동작특성을 검토하여 보았다.

제안 방법

G를 조금씩 줄여감에 따라 입력포트의 임피던스를 50Ω 으로 되게 하였다.
에 대해 전자계시뮬레이터인 CST를 사용하여 임피던스 특성과 방사패턴을 보인다. Ⅲ장에서는 Ⅱ장에서의 평면형안테나 모델에 개구 슬롯구조의 반사면을 부가시켜 마이크로스트립 구조로 재구성하고 CST를 사용하여 지향성 이득을 높이는 방법을 살펴보았다. 그리고 Ⅳ장에서는 본 논문의 결론을 맺는다.
또한, 전단부(front-end)와의 임피던스 정합을 고려하여 안테나 입력 임피던스를 50Ω 으로 되도록 하고 기존 안테나 모델[14]과 비교하여 방사지향성을 향상시키는 방법에 중점을 두었다.

성능/효과

CST 시뮬레이터를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션에서 입력포트의 임피던스는 일정의 급전선 폭 A에서 간격 G에 크게 영향을 받았다. G를 조금씩 줄여감에 따라 입력포트의 임피던스를 50Ω 으로 되게 하였다.
CST 시뮬레이터를 통하여 기존의 안테나 모델인 CPW 급전 평면 안테나 모델의 동작특성을 보였다.
UWB의 전주파수대역에서 주엽의 각도는 0° 즉, 패치안테나면 방향인 E-면에서의 지향성 이득은 7.8 dBi에서 9.6 dBi, 전후방비는 최소 17.8 dB 로부터 최대 28.7 dB, 그리고 - 3 dB 방사각의 범위는 ± 30°이상으로 되는 지향특성을 보여준다.
한편, UWB대역내의 하한(3.1GHz), 중심(6.85GHz), 상한(10.6GHz)의 각각의 주파수에서 주엽의 각도는 θ = 0° 즉, 패치안테나면 방향으로 지향성 이득은 7.8 dBi에서 9.6 dBi, 전후방비는 최소 17.8 dB 로부터 최대 28.7 dB, 그리고 - 3 dB 방사각의 범위는 ± 30°이상으로 되는 패치안테나면 방향으로의 고른 방사지향특성을 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CPW 급전방식의 평면 패치안테나의 특징은 무엇인가?	CPW 급전방식의 평면 패치안테나는 구조상의 특성으로 반사계수의 크기가 비교적 낮게 되는 반면 방사이득이 낮은 무지향성의 방사패턴을 만들어낸다[20]. 반면, 마이크로스트립 구조의 패치 안테나는 일반적으로 협대역의 지향성 패턴을 보여준다[15, 17, 19～20].
	UWB기술은 어떻게 평가받고 있는 기술인가?	UWB기술은 기존의 무선통신기술과 비교하여 매우 넓은 주파수대역폭에 걸쳐 상대적으로 낮은 전력스펙트럼밀도가 분포함으로써 우수한 다중간섭파 면역성과 고속 데이터전송율 때문에 미래통신시스템을 위한 해법의 하나로 여겨지고 있다.
	UWB 안테나에 관하여 어떤 연구가 이루어져 왔는가?	UWB의 가장 큰 특징인 3.1~10.6GHz의 초광대역에 사용가능한 안테나가 과제이고, 원형이나 타원형, 사각형, 슬롯구조, 삼각뿔구조의 모노폴 또는 다이폴안테나로부터 자기상보안테나 판상다이폴안테나 등 다양하며[1～2, 9～ 11, 18, 20] UWB의 주파수 대역서 CPW(coplanar waveguide) 급전방법에 의하여 패치안테나의 반사계수를 -10 dB(VSWR ≤ 2)이하에서, 신호의 분산을 최소화하는 방사패턴에 대해 많은 연구가 이루어져 왔다[4～8, 12～13, 16].

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