[국내논문]WLAN System을 위한 U-slot 및 Short-pin 결합한 바람개비 모양의 이중대역(5.2/5.8GHz) 마이크로스트립 패치 안테나 설계 및 제작 Design and Fabrication of a Weathercock-Shaped Double Bandwidth Microstrip Patch Antenna that Combines U-slot and Short-pin for WLAN Systems Systems원문보기
본 논문에서는 IEEE 802.11 기반의 WLAN(5.2/5.8GHz)대역에서 동작하는 바람개비 모양의 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 및 제작하였다. 안테나의 크기는 $17.4{\times}17.4mm^2$이며 FR-4 기판을 사용하였다. 이동성을 위해 소형화하였고, 바람개비 패치 모양에 U-slot 및 Short-pin을 삽입하여 이중대역 공진특성 및 적절한 대역폭을 만족하도록 하였다. 또한 단일 양면기판을 사용하였고, 시뮬레이션설계는 바람개비 모양과 U-slot 및 Short-pin의 위치 변화, 패치길이를 최적화하여 제작 및 측정하였다. 제작한 안테나의 대역폭(Return loss<-10dB)은 5.2~5.8GHz대역에서 695MHz의 대역폭을 얻었다. H면과 E면 방사패턴의 3-dB 빔폭이 각각 $81.13^{\circ}$, $85.43^{\circ}$로 넓은 빔폭을 얻었다. 또한 3.17~4.85dBi의 이득을 얻었다.
본 논문에서는 IEEE 802.11 기반의 WLAN(5.2/5.8GHz)대역에서 동작하는 바람개비 모양의 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 및 제작하였다. 안테나의 크기는 $17.4{\times}17.4mm^2$이며 FR-4 기판을 사용하였다. 이동성을 위해 소형화하였고, 바람개비 패치 모양에 U-slot 및 Short-pin을 삽입하여 이중대역 공진특성 및 적절한 대역폭을 만족하도록 하였다. 또한 단일 양면기판을 사용하였고, 시뮬레이션설계는 바람개비 모양과 U-slot 및 Short-pin의 위치 변화, 패치길이를 최적화하여 제작 및 측정하였다. 제작한 안테나의 대역폭(Return loss<-10dB)은 5.2~5.8GHz대역에서 695MHz의 대역폭을 얻었다. H면과 E면 방사패턴의 3-dB 빔폭이 각각 $81.13^{\circ}$, $85.43^{\circ}$로 넓은 빔폭을 얻었다. 또한 3.17~4.85dBi의 이득을 얻었다.
In this paper, IEEE 802.11 based WLAN(5.2/5.8GHz) wideband Weathercock-shaped microstrip patch antenna was designed and manufactured. The antenna has a size of $17.4{\times}17.4mm^2$ and utilized FR-4 board. The size was minimized for mobility, and Weathercock-shaped U-slot and short-pin ...
In this paper, IEEE 802.11 based WLAN(5.2/5.8GHz) wideband Weathercock-shaped microstrip patch antenna was designed and manufactured. The antenna has a size of $17.4{\times}17.4mm^2$ and utilized FR-4 board. The size was minimized for mobility, and Weathercock-shaped U-slot and short-pin was inserted to satisfy adequate bandwidth and double bandwidth resonance characteristics. In addition, the antenna incorporated single both-sided patch, and simulation design optimized the Weathercock-shaped, position of the U-slot and the short-pin, and the length of the patch for the measurement. The manufactured antenna achieved a bandwidth of 695MHz from 5.2~5.8GHz zone(Return loss<-10dB). Achieved a beam width of $81.13^{\circ}$ and $85.43^{\circ}$ for 3-dB beam width of H plane and E p;ane radiation pattern, there was 3.17~4.85dBi gain.
In this paper, IEEE 802.11 based WLAN(5.2/5.8GHz) wideband Weathercock-shaped microstrip patch antenna was designed and manufactured. The antenna has a size of $17.4{\times}17.4mm^2$ and utilized FR-4 board. The size was minimized for mobility, and Weathercock-shaped U-slot and short-pin was inserted to satisfy adequate bandwidth and double bandwidth resonance characteristics. In addition, the antenna incorporated single both-sided patch, and simulation design optimized the Weathercock-shaped, position of the U-slot and the short-pin, and the length of the patch for the measurement. The manufactured antenna achieved a bandwidth of 695MHz from 5.2~5.8GHz zone(Return loss<-10dB). Achieved a beam width of $81.13^{\circ}$ and $85.43^{\circ}$ for 3-dB beam width of H plane and E p;ane radiation pattern, there was 3.17~4.85dBi gain.
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문제 정의
본 논문에서는 IEEE802.11 기반의 WLAN 5GHz(5.2GHz, 5.8GHz) 대역에서 동작하는 새로운 모양의 작고 집적화에 필요한 단일 양면기판을 사용 하는 얇은 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 이 안테나는 U-slot와 Short-pin이 없는 안테나보다 26% 크기가 줄였으며, 마이크로스트립 안테나의 협소한 대역폭 개선과 dual-band 공진 특성을 위해 바람개비 모양의 패치를 사용하고 U-slot 및 Short-pin을 결합하였다.
제안 방법
8GHz) 대역에서 동작하는 새로운 모양의 작고 집적화에 필요한 단일 양면기판을 사용 하는 얇은 마이크로스트립 안테나를 제안하였다. 이 안테나는 U-slot와 Short-pin이 없는 안테나보다 26% 크기가 줄였으며, 마이크로스트립 안테나의 협소한 대역폭 개선과 dual-band 공진 특성을 위해 바람개비 모양의 패치를 사용하고 U-slot 및 Short-pin을 결합하였다. 그리고 동축 급전을 사용하여 임피던스 매칭을 하였다.
이 안테나는 U-slot와 Short-pin이 없는 안테나보다 26% 크기가 줄였으며, 마이크로스트립 안테나의 협소한 대역폭 개선과 dual-band 공진 특성을 위해 바람개비 모양의 패치를 사용하고 U-slot 및 Short-pin을 결합하였다. 그리고 동축 급전을 사용하여 임피던스 매칭을 하였다. 안테나의 반사손실, 이득, 전류분포, 방사패턴을 실험을 통하여 최적화하였다.
그리고 동축 급전을 사용하여 임피던스 매칭을 하였다. 안테나의 반사손실, 이득, 전류분포, 방사패턴을 실험을 통하여 최적화하였다.
6㎟의 면적에 바람개비 모양이다. 주변 회로 집적화를 위해 단일 양면기판을 사용하였고, dual-band 공진특성을 위해 Short-pin 및 광대역화를 위해 U-slot을 삽입하였다. 전체 시뮬레이션 과정은 CST사의 MICROWAVE STUDIO를 이용하였고, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 안테나를 제작하였다
주변 회로 집적화를 위해 단일 양면기판을 사용하였고, dual-band 공진특성을 위해 Short-pin 및 광대역화를 위해 U-slot을 삽입하였다. 전체 시뮬레이션 과정은 CST사의 MICROWAVE STUDIO를 이용하였고, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 안테나를 제작하였다
제안된 안테나는 바람개비 모양의 마이크로스트립 패치 안테나는 IEEE 802.11a의 표준대역인 5.2-5.8GHz 대역에서 WLAN에 사용할 수 있도록 적절한 대역폭을 갖기 위해 U-slot 및 Short-pin을 삽입 하여 이동성을 위해 작고 얇게 소형화하였고 이중대역화 구현하였으며 높은 Gain과 넓은 빔 폭을 갖도록 실현하였다.
대상 데이터
유전율(εr)=4.3, 두께 3.2mm, 크기 17.4×17.4㎟인 FR-4기판을 사용하였으며, 패치의 크기는 10.6×10.6㎟의 면적에 바람개비 모양이다.
실제 제안한 안테나의 주파수 대역5.15～5.825GHz까지 반사손실(Return loss <-10dB) 지점에서 측정하였고 밴드폭이 675MHz로 측정되었다.
성능/효과
그림 2는 U-slot 및 Short-pin의 유무에 대한 반사 손실을 비교한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 반사손실(Return loss)은 U-slot 및 Short-pin가 있는 실선에 원형표시로 나타내고 없는 경우는 실선에 삼각형표시로 나타냈으며 큰 영향이 미치는 결과로 나타났다.
7mm가 이상적인 대역폭과 공진주파수를 얻었다. Short-pin의 위치가 패치 가운데 부분으로 이동 할수록 공진주파수는 점점 낮은 주파수 대역으로 이동하는 결과를 얻었다.
3mm가 이상적인 대역폭과 공진주파수를 얻었다. 5.1mm인 경우에는 낮은 주파수 대역, 5.3mm 이상인 경우에는 높은 주파수 대역 으로 이동하는 결과를 얻었다.
(a)은 5.2GHz에서는 U-slot과 Short-pin 부분, 그리고 (b) 5.8GHz에서는 Short-pin 부분에서만 활발한 전류 흐름이 있는 것을 확인할 수 있었다.
안테나 이득은 시뮬레이션 값과 실제 제작된 안테나의 경우와 거의 동일하게 3.17-4.85dBi의 이득을 얻을 수 있었다.
측정결과는 5.15～5.825GHz 대역의 (Return loss < -10dB)에서 675MHz 대역폭을 얻었다.
(b) E-면 방사패턴의 3-dB 빔폭(HPBW)은 측정해본 방사패턴을 측정해 본 결과 85.43°넓은 빔폭을 얻었다.
이 결과로 5.2-5.8GHz 대역에 WLAN 시스템에서 바람개비 모양의 U-slot 및 Short-pin을 삽입한 마이 크로스트립 패치 안테나는 패치만 있는 안테나 크기 (23mm)보다 26%,[10] 안테나 크기(80mm) 79%[11] 작게 제작하였다.
제안한 바람개비 모양의 안테나는 5.2-5.8GHz 주파수 대역에 적용 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
특히 통신 시스템에서 사이즈의 감소는 매우 중요하기 때문에 5GHz대역의 WLAN AP용 마이크로스 트립 안테나를 설계하는데 크게 도움이 될 것이다.[9]
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
WLAN의 이점은?
무선 채널을 사용하여 LAN을 확장 시킬 수 있는 이동성, 휴대성 및 간편성 등의 이점을 가지는 WLAN 의 응용분야가 확산되고 있다. 또한 보다 빠른 데이터 송수신을 원하는 소비자들의 욕구가 증대됨에 따라서 기존의 IEEE 802.
WLAN이 기존의 IEEE 802.11b의 2.4-2.4835GHz 대역보다 높은 데이터 전송율을 갖게된 이유는?
무선 채널을 사용하여 LAN을 확장 시킬 수 있는 이동성, 휴대성 및 간편성 등의 이점을 가지는 WLAN 의 응용분야가 확산되고 있다. 또한 보다 빠른 데이터 송수신을 원하는 소비자들의 욕구가 증대됨에 따라서 기존의 IEEE 802.11b의 2.
WLAN 국제표준화는 무엇을 기초로 진행하였는가?
최근 무선통신의 발전과 인터넷 사용의 대중화 LAN 분야에 중요한 변화를 확산시켰다. 이를 기초로 IEEE에서는 WLAN 국제표준화를 진행하였고 HiperLan (5.
참고문헌 (11)
IEEE, IEEE 802.11 standard, Retrieved 12, 2010, from http://standards.ieee.org/getieee802.
S.-Y. Kang, W.-J. Lee, and H.-D. Park, "Design and fabrication of wideband U-sloted Bow-Tie microstrip antenna for 5.25GHz band wireless LAN," J. KICS, vol. 29, no. 2A, pp. 195-201, Nov. 2003.
L. Setian, Practical Communication Antennas with Wireless Applications, Pretice Hall. 1998
D. M. Pozar, "Microstrip antennas" in Proc. IEEE, vol. 80. no. 1. pp. 79-91, Jan. 1992.
A. K. Shakelford, K. F. Lee, K. M. Luk, and R. C. Chair, "U-slot patch antenna with shorting pin" Electron. Lett., vol. 37, no. 12, pp. 729-730, June 2001.
S.-W. Kwon, S.-H. Lee, B.-M. Lee, H.-R. Kim, and Y.-J. Yoon, "A study on a shorting pin and slot-loaded antenna for harmonic suppression," J. KIEES, vol. 13, no. 8, Sep. 2002.
W.-J. Lee, J.-H. Yoon, S.-Y. Kang, H.-C. Lee, and H.-D. Park, "Design and fabrication of four L-slotted microstrip antenna for 5.25GHz band wireless LAN," J. KICS, vol. 29, no. 3A, July 2003.
C. Li, J. Li, and X. Cai, "A novel self-adaptive transmission scheme over IEEE 802.11 WLAN for supporting multi-service," J. Wireless Commun. Mobile Comput., vol. 6, no. 4, pp. 467-474, June 2006.
S. Reed, L. Desclos, C. Terret, and S Toutain, "Patch antenna size reduction by means of inductive slots," Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 29, no. 2, pp. 79-81, Apr. 2001.
R. K. Raj, M. Joseph, C. K. Aananndan, K. Vasudevan, and P. Mohanan, "A new compact microstrip-fed dual-band coplanar antenna for WLAN applications," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 54, no. 12, pp. 3755-3762, Dec. 2006.
R. R. Ramirez and F. De Flaviis, "Triangular microstrip patch antennas for dual mode 802.11a,b WLAN application," in Proc. IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., vol. 4, pp. 44-47, San Antonio, U.S.A., June 2002.
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