[논문]O-slot UWB 마이크로스트립 패치안테나 연구

오호권; 최석임; 유형진

doi:10.6109/jkiice.2014.18.9.2066

O-slot UWB 마이크로스트립 패치안테나 연구
Study on O-slot UWB Microstrip patch antenna 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.18 no.9, 2014년, pp.2066 - 2072

오호권 (Department of Electronic Engineering, Kangwon University) , 최석임 (Department of Electronic & Communication Engineering, Kangwon University) , 유형진 (Department of Electronic Engineering, Kongju University)

초록
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본 논문에서는 O형 슬롯을 가진 계단 구조의 UWB 마이크로스트립 패치안테나를 제안하고 안테나의 특성을 분석하였다. 안테나의 특성 개선을 위하여 방사소자인 패치면의 크기, O형 슬롯의 반지름 변화, 급전선의 폭과, 사각 슬롯의 폭을 CST 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화 하였다. 제안된 안테나는 2.8GHz ~ 11.4GHz 주파수 대역에서 최소 반사손실은 약 -32.39dB 그리고 -10dB 대역폭은 8.6GHz의 대역폭을 특성을 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, We proposed a UWB microstrip patch antenna with an O-shaped slot of the step structure and analyzed the characteristics of the antenna. In order to improve of frequency properties, size of the patch radiating element, radius change of the O-shaped slot, width of the feed line and a rectangular slot were optimized by CST simulation program. The proposed antenna showed that the 2.8GHz ~ 11.4GHz frequency, the minimum return loss and -10dB bandwidth were -32.39dB and 8.6GHz, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 UWB주파수 대역을 만족하는 2.8GHz ~ 11.4GHz에서 동작하는 마이크로스트립안테나를 설계 및 시뮬레이션하고 각각의 파라미터변화에 따른 특성변화를 연구하였다. 스텝구조를 갖는 기본형 안테나의 패치면 중심에 원형슬롯을 삽입하고 시뮬레이션으로 특성을 비교한 결과 패치면, O형 슬롯, 피드라인의 홈 길이 변화는 반사손실과 주파수 특성에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.

제안 방법

O형 슬롯의 반지름 R을 3mm ~ 7mm로 변화시켜 특성변화를 살펴보았다. 반지름이 5mm일 경우 입력 반사손실은 4.
6GHz에서 -10dB를 만족하는 스텝구조 형태의 사각형 마이크로 스트립 패치 안테나를 설계하였다. 두번째로는 패치 면에 그림 2와 같이 O형의 슬롯을 만들어 접지면의 크기를 고정하고 특성변화에 영향을 미치는 주요 파라미터인 패치면의 폭, 슬롯의 폭과 반지름, 급전선 홈의 길이를 변화에 따른 안테나의 특성변화를 관찰하여 최적화 하였다. 정재파비는 안테나의 최소 요구치인 VSWR 2이하 특성을 만족하여야 한다.
따라서 본 논문에서는 3.1GHz ~ 10.6GHz 이상의 주파수의 대역폭에서 –10dB 이하의 입력 반사손실을 만족 하도록 O-slot구조의 마이크로스트립 패치 안테나를 CST(Computer Simulation Technology) 소프트웨어를 이용하여 설계하고 최적화하였다.
본 논문에서 안테나 설계는 두 개의 파트로 구분하여 설계 하였다. 첫 번째는 그림 1과 같이 UWB 대역을 만족하는 마이크로스트립 안테나로서 대역폭은 3.
본 연구에서는 스텝 형 사각구조에 O형의 슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치 안테나로 UWB 주파수 대역의 안테나를 시뮬레이션하고 그 특성을 비교 분석하였다. 패치면의 폭(Wp)과 사각 슬롯의 폭(We)과 원형 슬롯의 반지름(R), 피드라인 홈의 길이(Lb)에 대한 안테나의 특성을 연구하였다.
6GHz 이상의 주파수의 대역폭에서 –10dB 이하의 입력 반사손실을 만족 하도록 O-slot구조의 마이크로스트립 패치 안테나를 CST(Computer Simulation Technology) 소프트웨어를 이용하여 설계하고 최적화하였다. 이와 같이 최적화된 안테나는 높은 이득과, 넓은 대역폭, 우수한 방사특성을 갖는 안테나를 설계하였다.
본 논문에서 안테나 설계는 두 개의 파트로 구분하여 설계 하였다. 첫 번째는 그림 1과 같이 UWB 대역을 만족하는 마이크로스트립 안테나로서 대역폭은 3.1GHz ~ 10.6GHz에서 -10dB를 만족하는 스텝구조 형태의 사각형 마이크로 스트립 패치 안테나를 설계하였다. 두번째로는 패치 면에 그림 2와 같이 O형의 슬롯을 만들어 접지면의 크기를 고정하고 특성변화에 영향을 미치는 주요 파라미터인 패치면의 폭, 슬롯의 폭과 반지름, 급전선 홈의 길이를 변화에 따른 안테나의 특성변화를 관찰하여 최적화 하였다.
본 연구에서는 스텝 형 사각구조에 O형의 슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치 안테나로 UWB 주파수 대역의 안테나를 시뮬레이션하고 그 특성을 비교 분석하였다. 패치면의 폭(Wp)과 사각 슬롯의 폭(We)과 원형 슬롯의 반지름(R), 피드라인 홈의 길이(Lb)에 대한 안테나의 특성을 연구하였다.
정재파비는 안테나의 최소 요구치인 VSWR 2이하 특성을 만족하여야 한다. 패치에 전원을 공급하기 위하여 마지막 스텝의 하단부에 마이크로스트립 라인을 연결하는 직접 급전방식으로 설계하였다. 기판은 유전율 4.

대상 데이터

Table 1과 같이 패치면의 폭을 제외한 파라미터 값을 고정하고 패치면의 폭 Wp를 18~22mm로 변화시켜서 시뮬레이션 한 결과 입력 반사손실이 –17dB이하 이면서 가장 넓은 UWB 주파수 대역폭을 만족하는 21mm를 선택하였다.
패치에 전원을 공급하기 위하여 마지막 스텝의 하단부에 마이크로스트립 라인을 연결하는 직접 급전방식으로 설계하였다. 기판은 유전율 4.4인 FR-4 재질의 1.6mm 두께로 설계하였다.
7mm가 되었을 경우에는 약 9GHz 대역에서 –9dB 정도로 입력 반사손실 특성이 급격히 나빠지는 것을 알수 있다. 따라서 UWB의 모든 주파수에서 특성이 가장 우수한 홈의 길이를 1.7mm로 선택하였다. 그림6 에서는 Lb의 길이 변화에 따른 입력반사 손실과 주파수 특성 변화를 나타낸다.

성능/효과

O형 슬롯 구조는 반사손실 특성 개선에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 제안된 안테나의 -10dB이하를 만족하는 반사손실을 갖는 주파수 대역은 약 8.4GHz 이며, 3.2Ghz ~ 9.8GHz 대역의 반사손실은 -15dB 이하의 특성을 나타내고 있다. 또한 WSWR은 3.
17dB정도의 차이를 나타냈다. 따라서 특정 주파수에서의 입력 반사손실이 좋은 특성보다는 UWB모든 대역에서 특성이 우수한 R=4mm를 선택하였다. 그림 5는 반지름 크기 변화에 따른 특성을 나타낸다.
8GHz 대역의 반사손실은 -15dB 이하의 특성을 나타내고 있다. 또한 WSWR은 3.1GHz ~ 10.6GHz 대역에서 약 1.5 ~ 1.1의 매우 우수한 특성을 나타냈다.
4GHz에서 동작하는 마이크로스트립안테나를 설계 및 시뮬레이션하고 각각의 파라미터변화에 따른 특성변화를 연구하였다. 스텝구조를 갖는 기본형 안테나의 패치면 중심에 원형슬롯을 삽입하고 시뮬레이션으로 특성을 비교한 결과 패치면, O형 슬롯, 피드라인의 홈 길이 변화는 반사손실과 주파수 특성에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

연구결과를 바탕으로 소형이면서 제작이 용이하고, 주파수에 상관없이 균일한 복사패턴을 구현할 수있는 효율적이고 경제적인 안테나의 연구 개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미 연방통신위원회(FCC)는 UWB 시스템을 어떻게 정의하였습니까?	2002년 미 연방통신위원회(FCC)는 UWB 시스템을 중심 주파수의 20% 이상의 부분 대역폭 혹은 500 MHz 이상의 대역폭을 갖는 시스템으로 정의하고 있다[2]. 대역폭의 상한 주파수와 하한 주파수도 -10 dB 지점으로 제한하고 있으며, 보안성이 우수하여 근거리 고속데이터 통신을 할 수 있다.
	UWB 기술의 장점은 무엇입니까?	무선통신에서 주파수 자원의 효율적인 사용을 위해 기존의 시스템과 상호 간섭 없이 주파수를 공유할 수있는 무선기술에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히, UWB 기술은 기존의 무선 시스템과 비교하여 매우 넓은 대역폭에 걸쳐 상대적으로 매우 낮은 스펙트럼 전력 밀도가 분포함으로서 허가 없이 사용이 가능한 무선 기술로 저 비용으로 낮은 소비전력의 근거리 범용 무선기술로 광범위하게 이용되고 있다[1].
	UWB 시스템에 사용되는 안테나는 무엇이며 어떠한 종류의 안테나가 연구중입니까?	UWB 시스템에 있어서 안테나는 매우 중요한 요소로 소형, 평면구조, 저비용, 신뢰성이 요구되고 있다[3]. UWB에 사용되는 안테나는 사각형, 원형, 타원형, EBG(Eltromagnetic Band-Gap)[4], 멀티레이어[5], 슬롯형[6, 7], 다이아몬드형[8], U-T형[9], 이나 CPW(Coplanner waveguide)[10] 피드 형태 등 다양한 안테나가 연구되고 있다[11].

참고문헌 (11)

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상세보기
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Eng Gee Lim, Zhao Wang, Chi-Un Lei, Yuanzhe Wang, K.L. Man "Ultra Wideband Antennas - Past and Present" IAENG International Journal of Computer Science, 37:3, IJCS_37_3_12. Advance online publication: August. 2010.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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