[논문]이동통신 기지국용 광대역 quasi-Yagi 안테나에 관한 연구

이종익; 여준호

doi:10.5762/kais.2012.13.9.4165

초록
AI-Helper

본 논문에서는 마이크로 스트립으로 급전되는 quasi-Yagi 안테나(QYA)의 이득과 대역폭 개선방법에 대해 연구하였다. QYA의 광대역 특성은 평면 기판 상에 코플래너 스트립으로 급전되는 평면 다이폴 투사기와 그에 근접하는 기생 도파기로부터 얻을 수 있다. 도파기와 접지면 반사기를 추가하여 대역 내 안정된 이득분포를 갖도록 한다. 단락 종단된 마이크로 스트립 선로와 슬롯 선로로 구성된 안테나 내장형 밸런에 의해 QYA를 급전하며, 급전위치를 조절하여 광대역 임피던스 정합을 얻는다. 1.75-2.7 GHz 대역을 포함하고 이득이 4.5 dBi 이상인 QYA를 설계하고 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 1.6mm)상에 제작하였다. 실험결과 제작된 안테나는 대역폭 59.7%(1.55-2.87 GHz), 안정된 이득(4.7-6.5 dBi), 10 dB 이상의 전후방비 등의 우수한 특성을 보였다. 실험결과와 컴퓨터 시뮬레이션 결과가 잘 일치하여 본 연구의 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a method for the improvement in the gain and bandwidth of a microstrip-fed broadband planar quasi-Yagi antenna (QYA) is studied. The broadband characteristics of the QYA are achieved from the coplanar strip-fed planar dipole driver and a parasitic director close to the driver. In orde...

In this paper, a method for the improvement in the gain and bandwidth of a microstrip-fed broadband planar quasi-Yagi antenna (QYA) is studied. The broadband characteristics of the QYA are achieved from the coplanar strip-fed planar dipole driver and a parasitic director close to the driver. In order to obtain stable gain variation over the required frequency band, a director and a ground reflector are appended to the driver having a nearby parasitic director. The QYA is fed through an integrated balun composed of a microstrip line and a slot line which are terminated in a short circuit. By adjusting the feeding point, a broadband impedance matching is obtained. A QYA with an operating frequency band of 1.75-2.7 GHz and a gain > 4.5 dBi is designed and fabricated on an FR4 substrate with dielectric constant of 4.4 and thickness of 1.6mm. The experimental results show that the fabricated antenna has good performance such as a broad bandwidth of 59.7%(1.55-2.87 GHz), a stable gain between 4.7-6.5 dBi, and a front-to-back ratio > 10 dB. The measured data agree well with the simulation, which validates this study.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 대역폭이 최소 45% 이상이고 이득이 4.5 dBi 이상인 광대역 QYA 설계 방법을 제안한다. 제안된 방법을 이용한 설계 예로서 PCS(1.
본 논문에서는 안정된 이득분포를 갖는 광대역 quasi-Yagi 안테나(QYA) 설계방법을 제시하였다. 고려된 QYA 구조는 단락 종단된 마이크로 스트립으로 급전되는 밸런 일체형 QYA로서 다이폴 투사기, 두 개의 기생 도파기 및 접지면 반사기로 구성된다.
5 dBi 이상인 광대역 QYA 설계 방법을 제안한다. 제안된 방법을 이용한 설계 예로서 PCS(1.8GHz: 1.75－1.87GHz), WCDMA(2.0GHz: 1.92－2.17GHz), WiBro (2.35GHz: 2.3－2.38GHz), WLAN(2.45GHz: 2.4－2.48GHz), WiMAX (2.6GHz: 2.5－2.69GHz) 대역을 모두 수용할 수 있는 안테나를 설계해 보고자 한다. 상용 설계 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 안테나의 설계 파라미터를 최적화하였다.

제안 방법

다이폴 투사기와 이에 근접하는 기생소자 도파기에 의해 광대역 특성을 갖고 CPS 선로상의 급전위치를 조절하여 50옴 급전선로와의 임피던스 정합한 후 반사기와 도파기를 부가하여 대역 내 안정된 이득분포를 구현하였다. PCS 대역(1.75－1.87 GHz)으로부터 WiMAX 대역(2.5－2.69 GHz)까지 수용하며 4.5 dBi 이상의 이득을 갖도록 안테나를 최적화 설계하고 FR4 기판 상에 제작하였다. 안테나의 특성을 측정한 결과 대역폭은 59.
근접 기생소자 도파기(director) D₁을 갖는 다이폴 투사기(driver) D₀는 CPS으로 급전되며, 급전점 위치 d_f를 조절하여 특성임피던스 50옴인 MS과 광대역 정합을 시킬 수 있다. QYA 급전을 위한 MS과 CPS 사이의 밸런을 CPS상에 구현하되, 마이크로 스트립종단을 단락시키는 방법으로 밸런을 구현한다.
다이폴 안테나(D₀)만으로는 대역폭이 제한되므로, 본 논문에서는 적절한 크기의 도파기(D₁)를 급전 다이폴에 매우 근접한 영역(d₁ =2－3 mm)에 도파기를 부가시키는 방법으로 대역폭을 개선시킨다. 전형적인 QYA의 설계에 있어서 도파기와 투사기 간격(d₁)은 공진 주파수에서 0.
고려된 QYA 구조는 단락 종단된 마이크로 스트립으로 급전되는 밸런 일체형 QYA로서 다이폴 투사기, 두 개의 기생 도파기 및 접지면 반사기로 구성된다. 다이폴 투사기와 이에 근접하는 기생소자 도파기에 의해 광대역 특성을 갖고 CPS 선로상의 급전위치를 조절하여 50옴 급전선로와의 임피던스 정합한 후 반사기와 도파기를 부가하여 대역 내 안정된 이득분포를 구현하였다. PCS 대역(1.
69GHz) 대역을 모두 수용할 수 있는 안테나를 설계해 보고자 한다. 상용 설계 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 안테나의 설계 파라미터를 최적화하였다. 샘플 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 반사계수, 복사패턴, 이득 등을 측정하여 시뮬레이션과 잘 일치함을 확인하여 연구결과의 타당성을 검증하였다.
양호한 광대역 특성이 관찰되도록 간격 d₁ =2로 고정하였으며, 도파기의 폭(w₁)과 길이(L₁)를 조절하여 원하는 대역(1.75－2.7 GHz)에 적합한 광대역특성을 얻을 수 있다. 그림 4(a)에서 도파기의 길이 L₁을 증가시켰을 때 고주파 대역의 정합특성이 개선될 수 있고, 하한 차단 주파수가 점차 증가됨을 볼 수 있다.

대상 데이터

시뮬레이션 결과로부터 얻은 최적의 안테나 파라미터들로 FR4 기판(εr = 4.4 , 두께 t= 1.6 mm, loss tangent = 0.02)에 그림 6과 같이 안테나를 제작하였다.

성능/효과

마지막으로 도파기 D2(단, d2=22.5, L2=32, w2=3.3)를 추가로 부가[‘R0+D0+D1+D2'로 표기 됨]하면 전 대역에 걸쳐 4.5 dBi 이상으로 이득이 유지되고, 임피던스 정합 특성도 -10 dB 대역이 1.55－2.77 GHz(56.5%)로서 원하는 대역을 포함하므로 목표로 하는 특성을 만족하도록 최적화되었다고 볼 수 있다.
상용 설계 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 안테나의 설계 파라미터를 최적화하였다. 샘플 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 반사계수, 복사패턴, 이득 등을 측정하여 시뮬레이션과 잘 일치함을 확인하여 연구결과의 타당성을 검증하였다.
5 dBi 이상의 이득을 갖도록 안테나를 최적화 설계하고 FR4 기판 상에 제작하였다. 안테나의 특성을 측정한 결과 대역폭은 59.7%(1.55－2.87 GHz), 이득 4.7－6.5 dBi, 전후방비 10 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 우수한 특성을 확인할 수 있었다. 따라서 제작된 광대역 QYA는 다양한 이동통신(PCS, IMT200, LTE) 및 무선 서비스(WiBro, WLAN, Bluetooth, WiMAX)를 통합하는 소출력(실내)중계기용 안테나로 응용하기에 적합할 것으로 기대되며, 마이크로 스트립 급전회로를 부가하여 광대역 고이득 배열 안테나로 용이하게 구성할 수 있어서 이동통신 기지국 안테나로 활용될 수 있다.
QYA에 대한 연구결과[2]에 의하면 광대역 정합특성 (∼48%)을 얻으면 이득이 3－5 dBi로 낮아지고, 그와 반대로 이득을 2 dB(5－7 dBi)정도 높이려면 대역폭을 감소(∼17%)시켜야 하므로 광대역과 고이득을 동시에 만족하는 특성의 안테나는 구현이 어렵다. 이상 최근까지 연구된 광대역 QYA에 대한 결과들을 종합해 볼 때, 대역폭은 약 45% 정도로 비교적 광대역이나 대역 내 최소 이득이 3 dBi 정도로 비교적 작다는 단점을 갖고 있다. 따라서 기존 QYA와 유사한 광대역 특성을 유지하면서 이득이 개선된 QYA 설계방법에 대한 연구가 필요하다.
그림 7은 제작된 안테나의 임피던스 정합 특성을 측정한 것으로 서제시된 주파수 대역 내에서 시뮬레이션 결과와 반사계수의 변화패턴이 유사하고 차단 주파수가 매우 근접하는 것을 볼 수 있다. 전체적으로 보았을 때 시뮬레이션 결과에 비해 양호하며 특히, 2.3 GHz 이상의 고주파 대역에서는 시뮬레이션 결과에 비해 정합 특성이 상당히 개선된 경향을 보인다. 반사계수가 -10 dB 이하인 대역폭은 시뮬레이션 결과 56.
따라서 반사기는 저주파 대역의 이득을 개선시키고, 도파기는 전 주파수 대역의 이득을 향상시키는데, 저주파에서 고주파로 갈수록 개선량이 증가되는 것을 볼 수 있다. 최적화된 QYA의 대역이 1.55－2.77 GHz(약 56.5%)로 광대역이고, 대역 내에서 이득은 4.67－5.66 dBi로 기존 광대역 QYA[2]의 이득(3－5 dBi)에 비해 1.5 dB 이상 개선되었고 고른 이득분포를 보인다.

후속연구

5 dBi, 전후방비 10 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 우수한 특성을 확인할 수 있었다. 따라서 제작된 광대역 QYA는 다양한 이동통신(PCS, IMT200, LTE) 및 무선 서비스(WiBro, WLAN, Bluetooth, WiMAX)를 통합하는 소출력(실내)중계기용 안테나로 응용하기에 적합할 것으로 기대되며, 마이크로 스트립 급전회로를 부가하여 광대역 고이득 배열 안테나로 용이하게 구성할 수 있어서 이동통신 기지국 안테나로 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	quasi-Yagi 안테나의 특징은?	평면 기판 상에 프린트 기법으로 제작된 quasi-Yagi 안테나(QYA)는 접지면 가장자리를 반사기(reflector)로 사용하고 다이폴 투사기(driver)를 코플래너 스트립 (coplanar strip; CPS)선로로 급전하며, 적절한 거리에 도 파기(director)를 둠으로써 지향성을 얻을 수 있다[1,2]. QYA는 적절한 이득과 전후방비(front-to-back ratio; FBR)를 갖고 소형이며 비교적 넓은 대역폭을 갖고 있어 레이더, 방향탐지 안테나, RF송수신기용 안테나 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
	quasi-Yagi 안테나가 사용되는 분야는?	평면 기판 상에 프린트 기법으로 제작된 quasi-Yagi 안테나(QYA)는 접지면 가장자리를 반사기(reflector)로 사용하고 다이폴 투사기(driver)를 코플래너 스트립 (coplanar strip; CPS)선로로 급전하며, 적절한 거리에 도 파기(director)를 둠으로써 지향성을 얻을 수 있다[1,2]. QYA는 적절한 이득과 전후방비(front-to-back ratio; FBR)를 갖고 소형이며 비교적 넓은 대역폭을 갖고 있어 레이더, 방향탐지 안테나, RF송수신기용 안테나 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
	quasi-Yagi 안테나는 어떤 기법으로 제작되었는가?	평면 기판 상에 프린트 기법으로 제작된 quasi-Yagi 안테나(QYA)는 접지면 가장자리를 반사기(reflector)로 사용하고 다이폴 투사기(driver)를 코플래너 스트립 (coplanar strip; CPS)선로로 급전하며, 적절한 거리에 도 파기(director)를 둠으로써 지향성을 얻을 수 있다[1,2]. QYA는 적절한 이득과 전후방비(front-to-back ratio; FBR)를 갖고 소형이며 비교적 넓은 대역폭을 갖고 있어 레이더, 방향탐지 안테나, RF송수신기용 안테나 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

참고문헌 (10)

Y. Qian, W. R. Deal, N. Kaneda, and T. Itoh, "Microstrip-fed quasi-Yagi antenna with broadband characteristics," Electron. Lett., vol. 34, no. 23, pp. 2194-2196, Nov. 1998.

상세보기
N. Kaneda, W. R. Deal, Y. Qian, R. Waterhouse, and T. Itoh, "A broad-band quasi-Yagi antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 50, no. 8, pp. 1158-1160, Aug. 2002.

상세보기
K. Han, Y. Park, and I. Park, "Broadband CPS-fed Yagi-Uda antenna," Electron Lett., vol. 45, no. 24, pp. 1207-1209, Nov. 2009.

상세보기
D. S. Woo, Y. G. Kim, K. W. Kim, and Y. K. Cho, "Design of quasi-Yagi antennas using an ultrawideband balun," Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 50, no. 8, pp. 2068-2071, Aug. 2008.

상세보기
H. K. Kan, R. B. Waterhouse, A. M. Abbosh, and M. E. Bialkowski, "Simple broadband planar CPW-fed quasi-Yagi antenna," IEEE Antennas Wireless Propagat. Lett., vol. 6, pp. 18-20, 2007.

상세보기
J. Sor, Y. Qian, and T. Itoh, "Coplanar waveguide fed quasi-Yagi antenna," Electron. Lett., vol. 36, no. 1, pp. 1-2, Jan. 2000.

상세보기
G. Zheng, A. A. Kishk, A. W. Glisson, and A. B. Yakovlev, "Simplified feed for modified printed Yagi antenna," Electron. Lett., vol. 40, no. 8, pp. 464-466, Apr. 2004.

상세보기
G. S. Shiroma and W. A. Shiroma, "A two-element L-band quasi-Yagi antenna array with omnidirectional coverage," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 55, no. 12, pp. 3713-3716, Dec. 2007.

상세보기
B. Edward and D. Rees, "A broadband printed dipole with integrated balun," Microwave J., pp. 339-344, May 1987.
R. L. Li, T. Wu, B. Pan, K. Lim, J. Laskar, and M. M. Tentzeris, "Equivalent-circuit analysis of a broadband printed dipole with adjusted integrated balun and an array for base station applications," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 57, no. 7, pp. 2180-2184, Jul. 2009.

상세보기

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

이동통신 기지국용 광대역 quasi-Yagi 안테나에 관한 연구
Study on a broadband quasi-Yagi antenna for mobile base station 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

이동통신 기지국용 광대역 quasi-Yagi 안테나에 관한 연구 Study on a broadband quasi-Yagi antenna for mobile base station 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이종익 (71) 여준호 (65)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

이동통신 기지국용 광대역 quasi-Yagi 안테나에 관한 연구
Study on a broadband quasi-Yagi antenna for mobile base station 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper