본 논문에서는 지난 호 브랜치 루프안테나 BLA(Branch Loop Antenna)에 이어 휴대 단말기용 연장 루프안테나를 설계한다. 사각형 루프에 연장 루프를 추가한 ELA(Extended Loop Antenna)를 소개하고, 휴대 단말기에 적용될 수 있음을 보인다. 연장 루프 소자를 사각형 루프안테나 상단 및 좌우양단에 추가하고, 길이를 조절하여 낮은 공진 주파수를 얻는다. 연장 루프에 의한 다중 공진을 얻고, 접속위치와 길이로부터 원하는 대역을 얻는다. 설계한 ELA를 구현한 후 측정으로부터, CDMA/GSM의 낮은 주파수 대역에서 평균이득 -3.0~-1.46dBi 및 50.15~71.41% 효율의 양호한 특성을 얻었고, DCS/USPCS/WCDMA의 높은 주파수 대역에서는 평균이득 -8.28~-1.7dBi 및 14.87~67.68% 효율을 얻었다.
본 논문에서는 지난 호 브랜치 루프안테나 BLA(Branch Loop Antenna)에 이어 휴대 단말기용 연장 루프안테나를 설계한다. 사각형 루프에 연장 루프를 추가한 ELA(Extended Loop Antenna)를 소개하고, 휴대 단말기에 적용될 수 있음을 보인다. 연장 루프 소자를 사각형 루프안테나 상단 및 좌우양단에 추가하고, 길이를 조절하여 낮은 공진 주파수를 얻는다. 연장 루프에 의한 다중 공진을 얻고, 접속위치와 길이로부터 원하는 대역을 얻는다. 설계한 ELA를 구현한 후 측정으로부터, CDMA/GSM의 낮은 주파수 대역에서 평균이득 -3.0~-1.46dBi 및 50.15~71.41% 효율의 양호한 특성을 얻었고, DCS/USPCS/WCDMA의 높은 주파수 대역에서는 평균이득 -8.28~-1.7dBi 및 14.87~67.68% 효율을 얻었다.
An extended loop antenna, to be continued BLA(Branch Loop Antenna) in the previous volume, for the mobile handset is designed in this paper. It's introduced an ELA(Extended Loop Antenna) that is added extended loops to rectangular loop, and verified antenna performances for applying to mobile handse...
An extended loop antenna, to be continued BLA(Branch Loop Antenna) in the previous volume, for the mobile handset is designed in this paper. It's introduced an ELA(Extended Loop Antenna) that is added extended loops to rectangular loop, and verified antenna performances for applying to mobile handset. Extended loops are located upside, left and right side of rectangular loop, and low resonance is obtained by the length of line. Multiple resonances are established by the extended loops, and obtained the desired service bands by the connection points and lengths. By the implementation and measurement for the multiband ELA, it's showed -3.0~-1.46dBi average gains with 50.15~71.41% efficiencies at CDMA/GSM frequency band, and -8.28~-1.7dBi average gains with 14.87~67.68% efficiencies at DCS/USPCS/WCDMA frequency band.
An extended loop antenna, to be continued BLA(Branch Loop Antenna) in the previous volume, for the mobile handset is designed in this paper. It's introduced an ELA(Extended Loop Antenna) that is added extended loops to rectangular loop, and verified antenna performances for applying to mobile handset. Extended loops are located upside, left and right side of rectangular loop, and low resonance is obtained by the length of line. Multiple resonances are established by the extended loops, and obtained the desired service bands by the connection points and lengths. By the implementation and measurement for the multiband ELA, it's showed -3.0~-1.46dBi average gains with 50.15~71.41% efficiencies at CDMA/GSM frequency band, and -8.28~-1.7dBi average gains with 14.87~67.68% efficiencies at DCS/USPCS/WCDMA frequency band.
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문제 정의
II장에서 보듯이 루프 길이의 연장이 공진주파수를 낮출 수 있으므로 본 연구에서는 휴대 단말기를 위한 안테나로 설계하기로 한다. 설계는 휴대 단말기 크기인 FR-4 재질의 베어보드(bare board)를 사용하며, 휴대 단말기와 같이 보드 위에 캐리어(carrier) 를 탑재한다.
본 논문에서는 루프안테나를 휴대 단말기에 적용할 수 있음을 보인 논문이다. 지난 호 BLA에 이어 루프의 길이를 연장하는 연장 루프에 의해 공진 주파수를 낮추었다.
본 연구는 지난 호에 이어서 루프안테나를 휴대단말기 안테나로 사용될 수 있음을 보이는 연구이다. 지난 호는 사각형 루프 상단에 브랜치 라인 (branch line)을 접속한 BLA를 소개하였다.
평면도에서 보듯이 사각형 루프 상단 및 좌우양단에 연장 루프를 추가 함으로써 과 같은 연장 특성을 갖도록 한 것이다.
휴대 단말기용 ELA 설계에 앞서 루프안테나에 연장선을 넣을 경우 공진주파수가 어떻게 변화하는가를 나타내고자 한다. <그림 1>은 예를 위한 그림으로, 기본 원형 루프안테나(a) 및 연장 루프안테나(b)에 대한 그림 이다.
제안 방법
17GHz)의 5중 대역 ELA 를 설계하고 이를 구현한다. 구현된 ELA에 대한 네트워크 및 방사특성을 측정하여 설계치와 비교하고 이를 고찰한다.
이는 좌우가 같은 형상이기 때문으로 생각된다. 따라서 본 논문에서는 좌측의 경우는 생략하기로 한다.
캐리어 측면에 연장 루프를 설치하기 때문에 길이를 무한정 크게 할 수는 없지만 캐리어 측면인 안테나 높이를 최대한 활용하면 공진주파수를 최대한 낮출 수 있다. 따라서 사각형 루프 및 연장 루프의 크기를 최대 크기로 고정한 상태에서 본 논문에서의 설계 변수는 연장 루프를 연결하기 위한 위치로 하여 위치를 찾기 위한 시뮬레이션을 수행하였다.
모든 설계를 위해 사용된 툴(tool)은 Ansoft사 HFSS가 사용된다. 본 연구의 타당성을 입증하기 위하여 베어보드(bare board)에 캐리어(carrier) 위에 CDMA(824-894MHz), GSM(890-960MHz), DCS(1.71-1.88GHz), USPCS (1.85-1.99GHz), WCDMA(1.92-2.17GHz)의 5중 대역 ELA 를 설계하고 이를 구현한다. 구현된 ELA에 대한 네트워크 및 방사특성을 측정하여 설계치와 비교하고 이를 고찰한다.
연장 루프는 캐리어 상단 및 양측면에 위치하고 최대 크기로 설계하였고, 사각형 루프와의 연결점을 변수로 하여 공진특성을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 토대로 5중 대역에서 동작하는 안테나를 설계하고 이를 베어보드 상 캐리어 위에 구현하였다. 구현된 안테나에 대한 반사계수 및 방사특성을 측정한 결과 CDMA/ GSM주 파수 밴드에서 평균이득 -3.
지난 호 BLA에 이어 루프의 길이를 연장하는 연장 루프에 의해 공진 주파수를 낮추었다. 연장 루프는 캐리어 상단 및 양측면에 위치하고 최대 크기로 설계하였고, 사각형 루프와의 연결점을 변수로 하여 공진특성을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 토대로 5중 대역에서 동작하는 안테나를 설계하고 이를 베어보드 상 캐리어 위에 구현하였다.
본 논문에서는 루프안테나를 휴대 단말기에 적용할 수 있음을 보인 논문이다. 지난 호 BLA에 이어 루프의 길이를 연장하는 연장 루프에 의해 공진 주파수를 낮추었다. 연장 루프는 캐리어 상단 및 양측면에 위치하고 최대 크기로 설계하였고, 사각형 루프와의 연결점을 변수로 하여 공진특성을 시뮬레이션하였다.
대상 데이터
캐리어가 4각형이므로 루프도 사각형 루프를 기본으로 한다. 베어보드 크기는 가로x세로 x높이가 각각 45x101x6mm3이다. 높이는 보드의 두께 1mm와 캐리어의 높이 5mm가 합쳐진 것이다.
II장에서 보듯이 루프 길이의 연장이 공진주파수를 낮출 수 있으므로 본 연구에서는 휴대 단말기를 위한 안테나로 설계하기로 한다. 설계는 휴대 단말기 크기인 FR-4 재질의 베어보드(bare board)를 사용하며, 휴대 단말기와 같이 보드 위에 캐리어(carrier) 를 탑재한다. 캐리어가 4각형이므로 루프도 사각형 루프를 기본으로 한다.
높이는 보드의 두께 1mm와 캐리어의 높이 5mm가 합쳐진 것이다. 캐리어의 크기는 40x19x5mm3이며, 재질은 비유전율이 3인 폴리카보네이트이다.
성능/효과
시뮬레이션 결과를 토대로 5중 대역에서 동작하는 안테나를 설계하고 이를 베어보드 상 캐리어 위에 구현하였다. 구현된 안테나에 대한 반사계수 및 방사특성을 측정한 결과 CDMA/ GSM주 파수 밴드에서 평균이득 -3.0~-1.46dBi 및 50.15~71.41%의 양호한 이득 및 효율 특성을 얻었고, DCS/USPCS/ WCDMA 주파수 밴드에서 평균이득 –8.28~-1.7dBi 및 14.87~67.68% 효율특성이 측정되었다. H면 방사패턴은 거의 무지향 특성을 보였다.
측정결과 CDMA/ GSM밴드에서 평균이득 -3.0~-1.46dBi 및 50.15~71.41%의 양호한 이득 및 효율 특성을 얻었고, DCS/USPCS/WCDMA밴드에서 평균이득 –8.28~-1.7dBi 및 14.87~67.68% 효율이 측정되었다.
후속연구
71GHz와 2GHz대역의 WCDMA밴드에서는 VSWR특성이 나쁨으로서 방사효율이 낮게 측정되었다. 이 대역에 대한 광대역화 연구는 향후 진행되어야 할 것으로 사료된다.
H면 방사패턴은 거의 무지향 특성을 보였다. 향후 실제 휴대 단말기에 장착하는 연구와 높은 주파수대역에서 대역특성의 개선에 대한 연구가 더 진행되어야 할 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휴대 단말기용 루프안테나 설계를 위해 사용된 툴은 무엇인가?
더불어 휴대 단말기용 주파수까지 낮출 수 있음을 보이기 위하여 기본 사각형 루프 상단과 좌우양단에 연장 루프를 넣어 이를 ELA(Extended Loop Antenna)라 하고, 원하는 대역을 얻을 수 있음을 보인다. 모든 설계를 위해 사용된 툴(tool)은 Ansoft사 HFSS가 사용된다. 본 연구의 타당성을 입증하기 위하여 베어보드(bare board)에 캐리어(carrier) 위에 CDMA(824-894MHz), GSM(890-960MHz), DCS(1.
연장 루프안테나의 연장선에 의한 효과가 약 500MHz 공진을 낮추게된 것의 의미는?
이는 연장선에 의한 효과가 약 500MHz 공진을 낮추게된 것을 잘 나타내 주고 있다. 이는 연장선이 루프 안테나의 길이에 영향을 주므로 공진주파수가 낮아졌다고 말할 수 있다. 연장선의 폭도 공진에 영향을 주지만, 본 연구에서는 공진 하향화 특성효과만 나타내므로 폭에 의한 영향은 나타내지 않기로 한다.
다중대역 특성을 갖는 휴대 단말기 내장형 안테나의 종류는 무엇이 있는가?
다중대역 특성을 갖는 휴대 단말기 내장형 안테나의 종류로는 모노폴, IFA(Inverted F Antenna), PIFA(Planar IFA), 칩(chip), 브랜치 라인(branch-line) 등이 있으나, 현재 협소한 안테나 공간에 따른 소형 안테나 구현 및 다중밴드 특성의 용이함을 위해 IFA가 널리 적용되고 있다.[1-4] 한국의 T-DMB (Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting, 174 ~ 216MHz) 및 유럽의 DVB-H(Digital Video Broadcasting -Handheld, 470~862MHz)와 같은 방송 서비스가 휴대 단말기에 제공되고, 700M대 낮은 주파수밴드의 LTE(Long Term Evolution)서비스에 따라 더욱 낮은 주파수 특성의 안테나가 필요하게 되었다.
참고문헌 (8)
Kin-lu Wong, Planar Antennas for Wireless Communications, Wiley interscience, 2003
Fang-Hsien Chu and Kin-Lu Wong, "Planar Printed Strip Monopole With a Closely-Coupled Parasitic Shorted Strip for Eight-Band LTE/GSM /UMTS Mobile Phone" IEEE Trans. on Antenna and Propagation, vol. 58, no. 10, pp.3426 - 3431, October, 2010
Taeho Son, 2007 Design & Analysis for the Mobile Phone Internal Antenna, Technical Note, SCH BIT center, June, 2007
Sanghyuk Seo, Taeho Son, Youngmin Jo, "High Efficiency FPCB Antenna for the Dual Band Mobile Phone", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic and Science, vol. 20, no. 11, pp.1194 -1200, Nov., 2009
Seungjin Lim, Taeho Son, "Hybrid Antenna for the All Band Mobile Phone Service Including LTE", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic and Science, vol. 22, no. 7, pp.737-743, July, 2011
Taeho Son, Youngmin Jo, "Multiband Miniature FPCB Antenna for the Mobile Phone", Technical Digest of KJJC 2011(Fukuoka), pp.218-220, Nov., 2011
Taeho Son, "Branch Loop Antenna for the Mobile Handset", The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, vol. 12, no. 1, pp.58-65, Feb., 2013
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