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폴디드 슬릿 대역저지 구조를 적용한 광대역 보우타이 안테나 설계
Design of Wideband Bow-Tie Antenna with Folded-Slit Band-Notch Structure 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.25 no.9, 2014년, pp.886 - 894  

남현수 (경북대학교 전자공학과) ,  우동식 (경북대학교 전자공학과) ,  김성균 (경북대학교 전자공학과) ,  김인복 (경북대학교 전자공학과) ,  최현철 (경북대학교 전자공학과) ,  김강욱 (경북대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 광대역 마이크로스트립-coplanar stripline(CPS) 발룬을 이용한 광대역 보우타이(bow-tie) 안테나와 보우타이 안테나에 적용할 수 있는 폴디드 슬릿(folded-slit) 대역저지 구조를 제안하였다. 보우타이 안테나의 대역을 넓히기 위해 복사체 끝을 원형으로 변형하여 표면 전류(surface current)가 자연스럽게 흐르도록 하였으며, 급전은 CPS의 폭과 간격을 조절하여 광대역 임피던스 정합이 이루어지도록 하였다. 제작된 안테나는 2.3~12 GHz에서 2:1의 VSWR을 만족하는 광대역 특성을 가졌으며, $60mm{\times}60mm$의 크기를 가진다. WLAN 대역(5.8 GHz)을 저지하기 위해, 안테나의 급전부에서 ${\lambda}/4$ 만큼 떨어진 곳에 4개의 단락 스터브처럼 동작하는 ${\lambda}/4$ 슬릿을 사용하였다. 슬릿의 모양은 크기를 작게 하기 위해 폴디드 슬릿 형태로 설계하였다. 측정 결과, 저지대역(5.8 GHz)에서 7:1의 VSWR과 14 dB의 안테나 이득 감쇠를 가졌다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A wideband bow-tie antenna fed by wideband microstrip-coplanar stripline(CPS) balun and band notch structures that can be applied to bow-tie antenna are proposed in this paper. In order to increase bandwidth, bow-tie radiators are reshaped so that the surface current flows continuously, and wideband...

주제어

#Bow-Tie Antenna   #Coplanar Stripline(CPS)   #Balun   #Band-Notch   #Folded-Slit  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 광대역 특성을 가지는 마이크로스트립- CPS 발룬을 활용하여 광대역 보우타이 안테나를 설계하였고, 복사체에 적용할 수 있는 폴디드 슬릿 대역저지 구조를 제안하고, 그 특성을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 소형이면서 설계가 쉬운 λ/4 단락 스터브와 유사하게 동작하는 폴디드 슬릿을 보우타이 안테나의 복사체에 적용하여 대역저지 기능을 가지는 광대역 보우타이 안테나를 제안하였다.

가설 설정

  • 슬릿의 표면 전류를 정현파 형태로 분포한다고 가정하고, L5의 전기적 길이를 Φ1, L3+L4+L5의 전기적 길이를 Φ2로 하여 전체 표면 전류의 분포 누적량을 L2+L5(+X 성분)와 L3+L4(—X 성분)에서 반씩 가지도록 전현파 형태의 가중치를 두어 식 (2)와 같이 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상용화된 무선 통신 시스템중 하나인 UWB란 무엇인가? 무선 통신 기술의 발달과 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 소형 통신 단말기의 보급으로 음성 위주의 협대역 통신에서 벗어나, WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), WLAN(Wireless Local Area Network), WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 등과 같은 다양한 형태의 무선 통신 서비스가 보급되어 사용되고 있다. 상용화된 무선 통신 시스템중 하나인 UWB는 3.1～10.6 GHz에 해당되는 UWB 통신 대역을 이용한 광대역 근거리 무선통신 시스템으로 많은 연구가 이루어졌으며[1]～[3], 실내외 근거리 무선 통신 기술을 활용하여 주변의 사람, 사물과 네트워크를 형성하여 사용자에게 필요한 정보를 제공하는 사물 인터넷 등이 최근 관심을 받고 있어, 무선 통신 기술은 더 넓게 보급될 것으로 보인다. 그러나 이러한 많은 시스템들은 한정된 주파수 자원의 효율적인 사용을 위해 주파수 자원을 중복 할당 받아 사용하므로 서로 간의 간섭을 줄이는 기술에 대한 관심이 집중되어 왔다.
보우타이 안테나가 다른 주파수 대역에 응용하기 어려운 까닭은? 보우타이 안테나는 광대역 특성을 가져 다양한 무선통신 분야에 다양하게 응용되고 있으나, 보우타이 안테나에 대역저지 구조를 적용한 연구 사례는 거의 없었다. 사각형의 슬롯을 방사체에 대각선 방향으로 배치하여 대역저지 특성을 구현하였으나, 구체적인 설계 수식이 제시되어 있지 않아, 다른 주파수 대역에 응용하기에 어려운 단점이 있다[8]. 또한, 원형 및 육각형 모양의 슬롯을 방사체에 사용한 보우타이 안테나의 경우, 고유의 광대역 특성을 상실하고, 슬롯의 크기에 해당하는 협대역 주파수에서만 동작하여 광대역 안테나의 고유 특성이 제한되는 단점을 가졌다[9].
무선 통신 서비스에는 무엇이 있는가? 무선 통신 기술의 발달과 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 소형 통신 단말기의 보급으로 음성 위주의 협대역 통신에서 벗어나, WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), WLAN(Wireless Local Area Network), WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 등과 같은 다양한 형태의 무선 통신 서비스가 보급되어 사용되고 있다. 상용화된 무선 통신 시스템중 하나인 UWB는 3.
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참고문헌 (13)

  1. 박찬홍, 김명동, 성현경, "IEEE 802.11a의 WLAN용 소형 마이크로스트립 패치 안테나 설계", 정보과학회논문지, 19(12), 2013년. 

  2. 여준호, 이종익 "UWB 통신용 대수 주기 보우타이 다이폴 배열 안테나", 한국산학기술학회논문지, 12(9), pp. 4095-4100, 2011년. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. 유원규, 최재연, "동평면 도파관 bow-tie 안테나 해석 및 설계", 한국지식정보기술학회논문지, 4(4), pp. 27-32, 2009년. 

  4. 이효경, 이정남, 장화열, 박종권, "반원 형태의 UWB 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 16(9), pp. 27-32, 2005년 9월. 

  5. G. S. Reddy, A. Kamma, S. K. Mishra, and J. Mukherjee, "Compact bluetooth/UWB dual-band planar antenna with quadruple band-notch characteristics", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 13, 2014. 

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  6. M. Ojaroudi, N. Ojaroudi, "Ultra-wideband small rectangular slot antenna with variable band-stop function", IEEE Transactions on Antennas And Propagation, vol. 62, no. 1, Jan. 2014. 

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  7. 최형석, 최경, 황희용, "SIR을 이용한 제 2저지대역 제어 가능 UWB 안테나", 한국전자파학회논문지, 23(9), 2012년 9월. 

    원문보기 상세보기

  8. C. C. Hung, C. M. Peng, and I. F. Chen, "Printed modified bow-tie dipole antenna for DVB/WLAN applications", International Journal of Antennas and Propagation, vol. 2013, Article ID 149296. 

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  9. Y. Tawk, K. Y. Kabalan, A. El-Hajj, C. G. Christodoulou, and J. Costantine, "A simple multiband printed bow-tie antenna", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 7, 2008. 

    상세보기

  10. Y. G. Kim, D. S. Woo, K. W. Kim, and Y. K. Cho, "A new ultra-wideband microstrip-to-CPS transition", IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Honolulu, HI, 2007, pp. 1563-1566. 

  11. A. K. Y. Lai, A. L. Sinopoli, and W. D. Burnside, "A novel antenna for ultra-wideband applications", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 40, no. 7, pp. 755-760, Jul. 1992. 

    상세보기 crossref

  12. Y. L. Chen, C. L. Ruan, and L. Peng, "A novel ultrawideband bow-tie slot antenna in wireless communication systems", Progress in Electromagnetics Research Letters, vol. 1, pp. 101-108, 2008. 

    상세보기 crossref

  13. K. C. Gupta, R. Garg, I. Bahl, and P. Bhartia, Microstrip Lines and Slotlines, second edition, Artech House, 1996. 

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