본 논문에서는 기존의 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 격리도를 개선하기 위해 안테나에 적용할 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체는 Double Split Ring Resonators(DSRRs) 구조와 Complementary Spiral(CS) 구조로 구성하였다. 메타 구조 기반의 흡수체의 크기는 $9.6mm{\times}9.6mm{\times}1.2mm$이며, 2.2875 GHz에서 약 94 %의 흡수율을 가진다. 제안된 흡수체를 기존의 WCDMA 댁내형 중계기 안테나에 적용한 결과, 85 dB 이상의 격리도 특성을 가지며, 기존의 안테나보다 10 dB 이상 개선하였다. VSWR 특성은 WCDMA 대역 1.92 GHz에서 2.17 GHz 사이에서 2 이하이며, 방사 특성은 E-plane, H-plane 각각 $60^{\circ}{\pm}10^{\circ}$을 가지며, 이득은 6 dBi 이상을 가진다. 제안된 흡수체를 적용한 안테나의 크기는 $90mm{\times}90mm{\times}44.8mm$이다.
본 논문에서는 기존의 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 격리도를 개선하기 위해 안테나에 적용할 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체는 Double Split Ring Resonators(DSRRs) 구조와 Complementary Spiral(CS) 구조로 구성하였다. 메타 구조 기반의 흡수체의 크기는 $9.6mm{\times}9.6mm{\times}1.2mm$이며, 2.2875 GHz에서 약 94 %의 흡수율을 가진다. 제안된 흡수체를 기존의 WCDMA 댁내형 중계기 안테나에 적용한 결과, 85 dB 이상의 격리도 특성을 가지며, 기존의 안테나보다 10 dB 이상 개선하였다. VSWR 특성은 WCDMA 대역 1.92 GHz에서 2.17 GHz 사이에서 2 이하이며, 방사 특성은 E-plane, H-plane 각각 $60^{\circ}{\pm}10^{\circ}$을 가지며, 이득은 6 dBi 이상을 가진다. 제안된 흡수체를 적용한 안테나의 크기는 $90mm{\times}90mm{\times}44.8mm$이다.
In this paper, an absorber based on metamaterial is proposed to improve the isolation of conventional WCDMA indoor repeater antenna. The proposed absorber is composed of Double Split Ring Resonators(DSRRs) and Complementary Spiral(CS) structure. The proposed absorber based on metamaterial is $9...
In this paper, an absorber based on metamaterial is proposed to improve the isolation of conventional WCDMA indoor repeater antenna. The proposed absorber is composed of Double Split Ring Resonators(DSRRs) and Complementary Spiral(CS) structure. The proposed absorber based on metamaterial is $9.6mm{\times}9.6mm{\times}1.2mm$ and absorption is about 94 % at 2.2875 GHz. The proposed antenna, which proposed absorber is applied to conventional WCDMA indoor repeater antenna, has isolation over 85 dB. Isolation is improved more than 10 dB compared with the conventional antenna. The VSWR is lower than 2 at WCDMA band from 1.92 GHz to 2.17 GHz. The radiation patterns are $60^{\circ}{\pm}10^{\circ}$ E-plane and H-plane, respectively. And, the gain is more than 6 dBi. The volume of proposed antenna with absorber based on metamaterial is $90mm{\times}90mm{\times}44.8mm$.
In this paper, an absorber based on metamaterial is proposed to improve the isolation of conventional WCDMA indoor repeater antenna. The proposed absorber is composed of Double Split Ring Resonators(DSRRs) and Complementary Spiral(CS) structure. The proposed absorber based on metamaterial is $9.6mm{\times}9.6mm{\times}1.2mm$ and absorption is about 94 % at 2.2875 GHz. The proposed antenna, which proposed absorber is applied to conventional WCDMA indoor repeater antenna, has isolation over 85 dB. Isolation is improved more than 10 dB compared with the conventional antenna. The VSWR is lower than 2 at WCDMA band from 1.92 GHz to 2.17 GHz. The radiation patterns are $60^{\circ}{\pm}10^{\circ}$ E-plane and H-plane, respectively. And, the gain is more than 6 dBi. The volume of proposed antenna with absorber based on metamaterial is $90mm{\times}90mm{\times}44.8mm$.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 송수신 안테나 사이의 격리도 개선을 위해 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다.
본 논문에서는 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 격리도를 개선하기 위해 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다. 제안된 메타 구조 기반의 흡수체는 DSRRs과 CS 구조로 설계하였고, 단위 셀의 흡수율은 2.
본 논문에서는 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 격리도를 개선하기 위해 중계기 안테나 주위에 적용하기 위한 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다.
제안 방법
그림 1은 제안된 메타 구조 기반의 흡수체의 구조를 보여주고 있으며, 윗면은 DSRRs, 아랫면은 CS 구조로 설계하였다. 윗면은 SRRs을 두 개를 겹쳐서 DSRR의 구조로 설계했으며, 도체면의 인덕턴스 성분과 금속선 사이의 공간에 의한 커패시턴스가 병렬 LC 구조를 구성하였고, 이 DSRRs의 구조가 음의 투자율을 갖는다.
그림 2는 제안된 흡수체의 특성을 확인하기 위해 모의실험 조건으로 외부 육면체의 위 · 아랫면에 Perfect Electric Conductor(PEC)로 설정하였고, 양 옆면은 Perfect Magnetic Conductor(PMC)로 설정하였다.
그림 4는 제안된 메타 구조 기반의 흡수체를 WCDMA 댁내형 중계기 안테나에 적용한 구조이며, 격리도를 개선하기 위해 20 mm 알루미늄 지그를 사이에 두고 송수신 안테나는 수직으로 배치되었고, 메인 패치 안테나 주위에 제안된 메타 구조 기반의 흡수체를 배열하여 격리도를 개선하였다. 제안된 흡수체를 패치 안테나의 양쪽 측면으로만 배열하는 이유는 메인 패치의 표면 전류가 양쪽 측면에서 가장 크게 분포하기 때문이다[2].
제안된 안테나의 Half-power BeamWidth(HPBW)는 송수신 안테나 모두 E-plane과 H-plane에서 각각 60°±10°이다.
WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 송신과 수신 각각의 2개의 안테나를 송신 포트를 1, 수신 포트를 2로 설정하여 송신이 수신으로 도달하는 비율 S21이 격리도를 의미한다. 측정 방법은 송신 안테나와 수신 안테나를 네트워크 분석기를 이용하여 격리도를 측정한다. 이러한 격리도를 개선하기 위한 방법으로 송신과 수신 안테나를 서로 수직하게 설계하거나 송신과 수신 안테나 사이의 이격 거리를 증가시키는 방법, 각각의 안테나에 wall을 설치하는 방법 등이 있다[3]～[6].
대상 데이터
안테나의 대역폭을 조절하기 위한 기생 패치는 메인 패치의 상단에 위치한다. 메인 패치와 기생 패치 모두 FR-4(유전율 4.4)로 설계하였으며, 두께는 각각 1.2 mm, 3.2 mm를 사용하였다. 메인 패치의 크기는 36 mm×38 mm이며, 기생 패치의 크기는 40 mm×40 mm이다.
본 논문에서 제안된 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 전체 크기는 90 mm×90 mm×44.8 mm이다.
본 논문에서는 WCDMA 댁내형 중계기 안테나의 격리도를 개선하기 위해 메타 구조 기반의 흡수체를 제안하였다. 제안된 메타 구조 기반의 흡수체는 DSRRs과 CS 구조로 설계하였고, 단위 셀의 흡수율은 2.2875 GHz에서 약 94 %이다. 제안된 메타 구조 기반의 흡수체를 WCDMA 댁내형 중계기 안테나에 적용 후 특성은 WCDMA 대역(1.
이러한 DSRRs과 CS 구조는 길이 및 두께, 크기에 의하여 공진 주파수와 흡수율 조절이 가능하다. 제안된 흡수체에 사용된 기판은 FR-4(유전율 4.4)이며, 손실 탄젠트는0.02이다. 크기는 9.
성능/효과
제안된 흡수체를 패치 안테나의 양쪽 측면으로만 배열하는 이유는 메인 패치의 표면 전류가 양쪽 측면에서 가장 크게 분포하기 때문이다[2]. 결과적으로 제안된 흡수체를 양측면만 배치했을 경우와 4면에 배치하였을 경우의 격리도 차이가 거의 없다. 표면 전류를 흡수체가 흡수하여 격리도를 개선시키고, 흡수된 에너지는 저장하지 않고 열로써 방출을 하게 된다.
제안된 안테나의 Half-power BeamWidth(HPBW)는 송수신 안테나 모두 E-plane과 H-plane에서 각각 60°±10°이다. 기존의 안테나와 제안된 흡수체를 적용한 안테나 모두 안테나 이득이 6 dBi 이상으로, 메타 구조 기반의 흡수체를 적용하였을 때 안테나의 성능에는 별다른 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 따라서 흡수체는 격리도를 개선시키지만, 안테나의 특성에 영향을 미치게 되면 흡수체로써 동작을 할 수 없다고 하기 때문에 그림 5의 VSWR 특성과 그림 6의 방사 패턴에 영향을 거의 미치지 않으므로 흡수체로써의 동작을 한다.
제안된 중계기 송신 및 수신 안테나의 HPBW는 E-plane, H-plane 각 각 60° ± 10°의 방사 특성을 가지며, 제안된 안테나의 이득은 배열 안테나가 아닌 단일 패치 안테나이지만 6 dBi 이상이며, 기존의 안테나와 비교하였을 때 차이가 크지 않은 것을 확인하였다. 또한, 본 논문에서 제안된 안테나는 비록 송신과 수신 안테나 사이가 20 mm의 가까운 거리를 갖지만, WCDMA 대역에서 85 dB 이상의 우수한 격리도 특성을 가지며, 이는 기존의 안테나와 비교하여 약 10 dB 이상의 개선 효과를 나타내고 있다.
2875 GHz에서 약 94 %이다. 제안된 메타 구조 기반의 흡수체를 WCDMA 댁내형 중계기 안테나에 적용 후 특성은 WCDMA 대역(1.92～2.17 GHz)에서 2이하의 VSWR 특성을 만족하였다. 제안된 중계기 송신 및 수신 안테나의 HPBW는 E-plane, H-plane 각 각 60° ± 10°의 방사 특성을 가지며, 제안된 안테나의 이득은 배열 안테나가 아닌 단일 패치 안테나이지만 6 dBi 이상이며, 기존의 안테나와 비교하였을 때 차이가 크지 않은 것을 확인하였다.
17 GHz 까지의 대역에서 VSWR은 2 이하 특성을 갖는다. 제안된 메타 구조 기반의 흡수체를 적용한 안테나의 격리도는 85 dB 이상의 특성을 보여주고 있으며, 이는 기존의 안테나에 비해 제안된 흡수체를 적용한 안테나가 10 dB 이상의 격리도 개선 효과를 보여주고 있다.
제안된 중계기 송신 및 수신 안테나의 HPBW는 E-plane, H-plane 각 각 60° ± 10°의 방사 특성을 가지며, 제안된 안테나의 이득은 배열 안테나가 아닌 단일 패치 안테나이지만 6 dBi 이상이며, 기존의 안테나와 비교하였을 때 차이가 크지 않은 것을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발룬의 역할은?
발룬은 평형 신호와 불 평형 신호를 서로 변환해 주는 역할을 수행하며 평형 혼합기나 차동 증폭기와 같은 초고주파 회로에 많이 응용되어지고 있다. 발 룬의 종류는 여러 가지가 있는데, 이중에서 Marchand 발룬이 광대역 특성과 평면형 구조로 인해 많이 사용되어지고 있다[1] .
평형 단자들의 임피던스 정합과 격리도 특성을 얻기 위해 무엇이 필요한가?
허나 차동 증폭기의 안정도 향상과 같은 응용들에서는 Marchand 발룬에서 평형 단자들의 임피던스 정합과 격리도 특성은 필요하다. 따라서 이와 같은 특성을 얻기 위해서는 추가적인 격리 회로가 평형 단자들 사이에 필요하게 된다[2] . 이러한 격리 회로는 반 파장 전송선과 두 개의 직렬 저항으로 구성된다.
Marchand 발룬이 많이 사용되는 이유는 어떤 특징 때문인가?
발룬은 평형 신호와 불 평형 신호를 서로 변환해 주는 역할을 수행하며 평형 혼합기나 차동 증폭기와 같은 초고주파 회로에 많이 응용되어지고 있다. 발 룬의 종류는 여러 가지가 있는데, 이중에서 Marchand 발룬이 광대역 특성과 평면형 구조로 인해 많이 사용되어지고 있다[1] . 이 Marchand 발룬은 두 개의결합 선로로 구성되어지고 있다.
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