선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 CPW 급전 방식을 이용한 소형 영차 공진 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나는 직렬 MIM 커패시터와 4 개의 900 접혀진 단락 병렬 스터브 선로 구조의 인덕터로 구성되어 있으며 수직 비아를 통하여 접지 면과 단락되었다.
- 그러나 이러한 안테나들은 매우 낮은 이득을 나타내는 단점을 보인다. 본 논문에서는 영차 공진 안테나의 이득을 개선시키기는 동시에 주파수 재구성이 용이한 co-planar waveguide(CPW) 급전방식의 영차공진 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 비아를 통하여 접지 면과 연결 되어지는 두 개의 900 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터 방사 소자로 사용하며, 이러한 병렬 인덕터의 구조에 pin 다이오드와 같은 스위치를 사용하였을 경우에 효과적인 다중대역 주파수 재구성 안테나가 구현되어질 수 있음을 새롭게 제안하였다.
제안 방법
- MIM 커패시터 구조는 인터디지트 커패시터에 비해 단위 면적당 커패시턴스가 크기 때문에 소형화에 유리하며 인터디지트 커패시터 구조에서 나타나는 고조파 성분의 발생으로 인한 사용 대역폭 제한을 극복할 수 있다는 장점을 갖는다. 본 연구에서는 그림1(a)에 나타낸 바와 같이 직렬 커패시터 (CL)를 구현하기 위하여 MIM 커패시터를 사용하였으며, 스트립 선로와 via를 사용하여 병렬 인덕턴스(LL)를 구현하였다. 기존의 연구에서는 단위 셀의 크기를 소형화시키기 위하여 칩 인덕터를 사용하거나 미엔더 선로 구조를 사용하여 병렬 인덕턴스 (LL) 값을 증가시키는 방법이 적용되었다.
- 그림 3(a) 및 (b)에 두 개의 단위 셀로 구성된 CPW 급전 영차 공진 안테나의 구조 및 등가회로를 나타내었다. MIM 커패시터의 하단에 놓인 패치 평판 상의 전류 분포는 병렬 스터브 선로 방향으로 집중되기 때문에 두 개의 MIM 커패시터(CL)를 직렬로 접속시키기 위하여 첫 단의 커패시터 아래 평면 끝부분과 다음 단 커패시터의 상단 평면 사이를 두 개의 수직 비아를 사용하여 연결하였으며 각각의 커패시터 아래 평면 끝부분에 스트립선로를 사용하여 CPW 선로의 접지 면과 연결하였다. 인터디지트 커패시터 구조를 사용하는 경우와는 다르게 MIM 커패시터의 구조에서는 효과적인 에너지 방사가 이루어질 수 없으므로 본 논문에서는 CRLH 선로의 끝단 을 개방시키어 병렬 부에서 안테나의 방사가 이루어지도록 설계하였다.
- 일반적으로 안테나의 끝단이 개방되어진 구조를 갖는 영차 안테나의 방사 컨덕턴스의 값은 매우 낮은 값을 나타내므로 이러한 안테나를 50Ω의 급전점 입력 임피던스를 갖는 입력 단과 임피던스 정합시키기 위한 정합회로가 필요하다. 본 논문에서는 안테나의 입력 임피던스를 정합시키기 위하여 CPW 급전선과 단위 셀 사이의 갭 커패시턴스 (Cg)를 형성시키었다. 2개의 단위 셀을 직렬 접속시키어 구성된 영차 공진 안테나의 전체 크기는 0.
- ｜ ) 값의 비교를 나타내었다. 안테나 반사손실의 모의실험에서는 실제 안테나제작에 사용된 FR-4 기판의 손실 탄젠트 값(tanδ = 0.025)과 사용 기판의 copper 도전율 (σ = 5.8 × 107[S/m] )을 고려하였다. 측정 결과 제작된 안테나의 영차 공진 주파수는 2.
- 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터의 구조로 사용하였다. 안테나의 설계는 두 개의 단위 셀을 사용하였으며 CRLH 전송 선로의 끝단을 개방하여 병렬부에서 주된 전력의 방사가 일어나도록 하였다. 제안된 단위 셀의 설계에는 7mm × 4.
- 제안된 안테나는 비아를 통하여 접지 면과 연결 되어지는 두 개의 900 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터 방사 소자로 사용하며, 이러한 병렬 인덕터의 구조에 pin 다이오드와 같은 스위치를 사용하였을 경우에 효과적인 다중대역 주파수 재구성 안테나가 구현되어질 수 있음을 새롭게 제안하였다. 연구에서는 제안된 안테나의 등가회로를 제시하고 다이오드 스위치가 CRLH 전송선로의 병렬 안에 부착되어졌을 경우에 주파수 재구성안테나로 동작이 가능함을 보였으며, 안테나 설계는 CST 사의 MWS(Microwave Studio)를 사용하였다.
- MIM 커패시터의 하단에 놓인 패치 평판 상의 전류 분포는 병렬 스터브 선로 방향으로 집중되기 때문에 두 개의 MIM 커패시터(CL)를 직렬로 접속시키기 위하여 첫 단의 커패시터 아래 평면 끝부분과 다음 단 커패시터의 상단 평면 사이를 두 개의 수직 비아를 사용하여 연결하였으며 각각의 커패시터 아래 평면 끝부분에 스트립선로를 사용하여 CPW 선로의 접지 면과 연결하였다. 인터디지트 커패시터 구조를 사용하는 경우와는 다르게 MIM 커패시터의 구조에서는 효과적인 에너지 방사가 이루어질 수 없으므로 본 논문에서는 CRLH 선로의 끝단 을 개방시키어 병렬 부에서 안테나의 방사가 이루어지도록 설계하였다. 또한 안테나의 공진주파수를 낮추기 위하여 병렬부의 인덕턴스 값(LL)을 최대한 증가시켜야 하므로 그림 3(a)에 나타낸 바와 같이 두 개의 900 접혀진 단락 스터브 선로를 비아를 통하여 상단의 CPW 선로의 접지 면과 연결하였다.
- 본 논문에서는 영차 공진 안테나의 이득을 개선시키기는 동시에 주파수 재구성이 용이한 co-planar waveguide(CPW) 급전방식의 영차공진 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 비아를 통하여 접지 면과 연결 되어지는 두 개의 900 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터 방사 소자로 사용하며, 이러한 병렬 인덕터의 구조에 pin 다이오드와 같은 스위치를 사용하였을 경우에 효과적인 다중대역 주파수 재구성 안테나가 구현되어질 수 있음을 새롭게 제안하였다. 연구에서는 제안된 안테나의 등가회로를 제시하고 다이오드 스위치가 CRLH 전송선로의 병렬 안에 부착되어졌을 경우에 주파수 재구성안테나로 동작이 가능함을 보였으며, 안테나 설계는 CST 사의 MWS(Microwave Studio)를 사용하였다.
- 특히 제안된 안테나의 병렬 스터브 선로에 다이오드 스위치를 부착시키어 이들 스위치를 제어하면 3중 대역에서 동작하는 주파수 재구성 안테나를 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 제안된 안테나의 소형화 구현과 동시에 안테나의 이득과 효율을 개선하기 위하여 미엔더 선로 구조 대신에 선형 스터브 선로 구조를 사용하였으며 단위 셀과 급전선로 사이의 갭 커패시터를 부가하여 안테나의 입력 임피던스 정합을 시켰다. 제작된 안테나는 비유전율이 4.
대상 데이터
- 연구에서는 안테나의 크기를 소형화시키는 동시에 이득을 높이기 위하여 비아를 통하여 접지 면과 연결되어지는 두 개의 900 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터의 구조로 사용하였다. 안테나의 설계는 두 개의 단위 셀을 사용하였으며 CRLH 전송 선로의 끝단을 개방하여 병렬부에서 주된 전력의 방사가 일어나도록 하였다.
- 을 사용하여 영차 안테나를 설계하기 위한 CRLH 전송 선로에 대한 모의실험을 통하여 얻어진 분산 곡선을 그림 2에 나타내었다. 제안된 단위 셀들로 구성되어진 CRLH 전송선로의 천이 주파수 f0는 3.09GHz 이다.
- 제안된 단위 셀은 상대 유전율이 4.4이고 두께가 0.8 mm인 FR-4 기판 위에 설계되 어졌으며 단위 셀들의 길이 p는 5mm로 이므로 이들을 주기적으로 배열시키어 구성된 CRLH 전송선로는 실효 균일 매질(Effective homogeneous medium)의 조건(≪ λg/4)을 만족하고 있다.
- 제안된 단위 셀의 설계에는 7mm × 4.5mm × 0.8mm 크기의 MIM 커패시터(CL)와 10.8 mm 길이의 스트립 선로와 높이가 0.8 mm인 단락 비아를 사용하여 병렬 스터브(LL)를 구성 하였으며 사용된 병렬 스트립 선로의 폭과 비아의 지름은 각각 0.2 mm이다.
- 본 논문에서는 CPW 급전 방식을 이용한 소형 영차 공진 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나는 직렬 MIM 커패시터와 4 개의 900 접혀진 단락 병렬 스터브 선로 구조의 인덕터로 구성되어 있으며 수직 비아를 통하여 접지 면과 단락되었다. 특히 제안된 안테나의 병렬 스터브 선로에 다이오드 스위치를 부착시키어 이들 스위치를 제어하면 3중 대역에서 동작하는 주파수 재구성 안테나를 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
- 제안된 안테나의 소형화 구현과 동시에 안테나의 이득과 효율을 개선하기 위하여 미엔더 선로 구조 대신에 선형 스터브 선로 구조를 사용하였으며 단위 셀과 급전선로 사이의 갭 커패시터를 부가하여 안테나의 입력 임피던스 정합을 시켰다. 제작된 안테나는 비유전율이 4.4이고 두께가 0.8mm FR-4 기판 위에 설계/제작되었다. 측정 결과 제작된 안테나는 영차 공진 주파수 2.
성능/효과
- 수행된 전자계 모의실험 결과에 의하면 제안된 안테나의 영차 공진 주파수 3.09 GHz에서 안테나의 입력 임피던스 값은 52.29+j3.67Ω이며 임피던스 대역폭(VSWR ≤ 2)은 51 MHz이다.
- 07 dBi 효율 75 %를 나타내었다. 이러한 결과는 선행 연구에 비하여 영차 공진 안테나의 단점인 낮은 이득과 효율을 향상시킨 결과를 보였으며 안테나의 크기도 0.22λ0 × 0.16λ0로 컴팩트한 형태로 구현되어졌다.
- xy 평면과 yz 평면에서는 y축 방향으로 다소 이득이 감소하고 있으며 xz 평면에서는 거의 전 방향성 방사 패턴을 나타내었다. 제안된 안테나의 모의실험 결과 최대이득은 3.1 dBi이며 효율은 85 %를 나타내었으나 실제로 제작된 안테나의 측정 결과에서는 최대 이득은 3.1 dBi 이며 효율은 75 %를 나타내고 있으므로 모의실험 결과에 비해 안테나의 이득과 효율이 다소 감소된 결과를 보였다.
- 8mm FR-4 기판 위에 설계/제작되었다. 측정 결과 제작된 안테나는 영차 공진 주파수 2.97 GHz에서 최대이득 3.07 dBi 효율 75 %를 나타내었다. 이러한 결과는 선행 연구에 비하여 영차 공진 안테나의 단점인 낮은 이득과 효율을 향상시킨 결과를 보였으며 안테나의 크기도 0.
- 8 × 107[S/m] )을 고려하였다. 측정 결과 제작된 안테나의 영차 공진 주파수는 2.97 GHz로 모의실험 결과에 비하여 92 MHz 하향되었으며 안테나의 대역 폭(VSWR ≤ 2)은 56 MHz를 나타내었으며 제안된 안테나의 -1차 및 +1차 공진주파수는 각각 1.2 GHz 및 4.6 GHz로 나타났다. 영차 공진주파수 2.
- 제안된 안테나는 직렬 MIM 커패시터와 4 개의 900 접혀진 단락 병렬 스터브 선로 구조의 인덕터로 구성되어 있으며 수직 비아를 통하여 접지 면과 단락되었다. 특히 제안된 안테나의 병렬 스터브 선로에 다이오드 스위치를 부착시키어 이들 스위치를 제어하면 3중 대역에서 동작하는 주파수 재구성 안테나를 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 제안된 안테나의 소형화 구현과 동시에 안테나의 이득과 효율을 개선하기 위하여 미엔더 선로 구조 대신에 선형 스터브 선로 구조를 사용하였으며 단위 셀과 급전선로 사이의 갭 커패시터를 부가하여 안테나의 입력 임피던스 정합을 시켰다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.