[논문]RF 스위치를 이용한 이동통신 단말기용 재구성 안테나

황선국; 윤철; 박찬섭; 박효달

doi:10.12815/kits.2014.13.5.021

RF 스위치를 이용한 이동통신 단말기용 재구성 안테나
A Reconfigurable Antenna for Mobile Handset Using RF Switch 원문보기

韓國ITS學會論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.13 no.5, 2014년, pp.21 - 26

황선국 (인하대학교 전자공학과) , 윤철 (LG전자 MC연구소) , 박찬섭 (인하대학교 전자공학과) , 박효달 (인하대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 LTE 대역과 현재 서비스 중인 이동통신 대역에 모두 적용 가능한 주파수 재구성 안테나에 대하여 제안하였다. 일반적인 PIFA 구조로 High-band를 만족시키고 방사체의 단락핀 끝에 RF 스위치를 부착함으로써 스위치 상태에 따라 주파수가 선택된다. 재구성 안테나는 RF 스위치가 SW1 상태일 때는 $VSWR{\leq}3:1$ 기준으로 782-907 MHz의 대역폭을 가지며 GSM 대역에서 동작한다. SW2 상태에서는 738-861 MHz의 대역폭을 가지며 LTE 대역에서 동작한다. 제안된 안테나의 이득은 SW1 상태일 때 0.04-4.68 dBi를 나타내었으며, SW2의 경우 이득은 0.92-1.53 dBi의 우수한 특성을 나타내며 H-plane에서 전방향성 방사패턴을 가진다. 이와 같은 우수한 특성으로 인하여 본 논문에서 제안된 RF 스위치를 이용한 이동통신 단말기용 재구성 안테나는 LTE-Advanced 모바일 단말기에 적용 가능 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a frequency reconfigurable antenna which operates at not only LTE but also other currently serviced bands. The high band(1,710-2,170 MHz) performance was satisfied through PIFA structure, and the low band performance through the additional RF Switch by changing the state between SW1 and SW2. When the RF switch is SW1 state, the operation bandwidth is 782-907 MHz (GSM), and 738-861 MHz (LTE) at OFF state. The proposed antenna has a omni-directional radiation pattern and measured peak gains were 0.04-4.68 dBi at the SW1 state and 0.92-1.53 dBi at the SW2 state, respectively. Judging from the results, proposed reconfigurable antenna is expected to be applied to LTE-Advanced mobile terminals since the antenna shows an outstanding performance.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문은 RF 스위치를 사용하여 LTE 대역과 GSM을 선택할 수 있는 RF 스위치를 이용한 이동통신 단말기용 재구성 안테나에 관한 연구이다.

제안 방법

을 확보하였다. Low-band의 특성을 확보하기 위하여 방사체 단락점 끝 부분에 RF 스위치를 부착하여 SW1 상태에서는 GSM 대역에서 동작하고, SW2 상태에서는 LTE 대역에서 동작하게 설계 하였다.
게 된다. 그리고 접지선 끝에는 RF 스위치를 연결하여 SW1은 바로 접지면과 연결되어 GSM 대역에서 동작이 가능하도록 하였으며, SW2에는 인덕터(1.5 nH)를 연결하여 공진주파수를 낮춰 LTE 대역에서 동작이 가능하도록 하였다.
. 모의실험을 통하여 안테나의 특성을 분석하고그 결과를 바탕으로 우수한 특성을 갖도록 최적화 설계를 진행하였다. 최적화된 안테나는 안테나 전문 업체에서 안테나의 특성을 측정하였고, 측정한 결과를 분석함으로써 주파수 재구성 안테나가 이동 통신 단말기용 안테나로 적용할 수 있음을 확인하였다.
제안된 RF 스위치를 이용한 이동통신 단말기용재구성 안테나의 주파수 선택 특성을 검증하기 위하여 CST社의 MWS를 이용하여 모의실험을 하였다. 모의실험을 통하여 안테나의 특성을 분석하고그 결과를 바탕으로 우수한 특성을 갖도록 최적화 설계를 진행하였다.
제안된 안테나는 PIFA 구조를 사용하여 기존 이동통신 대역의 성능을 확보한 후 RF 스위치의 상태에 따라 SW1 상태에서는 GSM 대역에서 동작하고, SW2 상태에서는 LTE 대역에서 동작할 수 있는 주파수 재구성 안테나를 설계하였다. 안테나는 VSWR< 3:1을 기준으로 High-band의 모든 이동통신 서비스 대역을 만족시키고, Low-band에서 대역폭 782-907 MHz로 GSM 대역을 만족시켰으며, 이때 이득은 0.
제안된 안테나는 PIFA 구조를 사용하여 기존 이동통신 대역인 High-band (PCS/DCS/WCDMA)의 성능을 확보하였다. Low-band의 특성을 확보하기 위하여 방사체 단락점 끝 부분에 RF 스위치를 부착하여 SW1 상태에서는 GSM 대역에서 동작하고, SW2 상태에서는 LTE 대역에서 동작하게 설계 하였다.
제안한 RF 스위치는 고출력, 높은 격리도, 낮은 삽입손실, 고속 스위칭 등의 이점을 가지므로 본 논문에서는 일반적인 PIFA(Planar Inverted F Antenna)의 구조로 High-band (PCS/DCS/ WCDMA)를 만족하는 특성을 확보한 후, RF 스위치를 이용하여 SW1과 SW2 상태를 선택하여 Low-band의 LTE 대역과 GSM 대역을 선택하여 사용할 수 있는 주파수 재구성 안테나를 제안하였다.

대상 데이터

방사체는 52× 10 mm2의 크기와 3 mm 두께의 유전율 4.4를 갖는 FR-4(epoxy) 기판을 사용하였다.

성능/효과

으로 측정된 VSWR 특성을 나타내었다. 그림에서와 같이 High-band의 모든 주파수 대역을 만족함을볼 수 있으며, SW1 상태일 때 Low-band에서 대역폭 782-907 MHz로 GSM 대역을 만족시켰으며, SW2 상태에서는 대역폭 738-861 MHz로 LTE 대역을 만족시켰다. 이를 통해 GSM 대역과 LTE 대역을 선택함을 확인할 수 있다.
이득과 방사효율 또한 SW1과 SW2상태 모두 우수한 특성을 보이고, 전 대역 모두 H-plane에서 전방향성 방사특성을 나타내었다. 따라서 본 논문에서 제안한 주파수 재구성 안테나는 현재 양산되고 있는 이동통신 단말기용 안테나에 비해 모든 대역에서 우수한 특성을 가짐을 확인하였다.
53 dBi를 얻었다. 이는 현재 이동통신에서 사용 중인 대역뿐만 아니라 LTE 대역의 낮은 대역에서도 동작이 가능함을 확인 할 수 있었다. 이득과 방사효율 또한 SW1과 SW2상태 모두 우수한 특성을 보이고, 전 대역 모두 H-plane에서 전방향성 방사특성을 나타내었다.
이는 현재 이동통신에서 사용 중인 대역뿐만 아니라 LTE 대역의 낮은 대역에서도 동작이 가능함을 확인 할 수 있었다. 이득과 방사효율 또한 SW1과 SW2상태 모두 우수한 특성을 보이고, 전 대역 모두 H-plane에서 전방향성 방사특성을 나타내었다. 따라서 본 논문에서 제안한 주파수 재구성 안테나는 현재 양산되고 있는 이동통신 단말기용 안테나에 비해 모든 대역에서 우수한 특성을 가짐을 확인하였다.
36 %을 얻었다. 제안된 안테나는 전 대역 모두 H-plane에서 이동 통신 장치의 내장형 안테나로서 효율적인 전방향성 방사패턴이 측정되었다.
모의실험을 통하여 안테나의 특성을 분석하고그 결과를 바탕으로 우수한 특성을 갖도록 최적화 설계를 진행하였다. 최적화된 안테나는 안테나 전문 업체에서 안테나의 특성을 측정하였고, 측정한 결과를 분석함으로써 주파수 재구성 안테나가 이동 통신 단말기용 안테나로 적용할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

으로 기대된다. 또한 이 기술을 바탕으로 고속 이동환경에서 주파수를 선택 할 수 있게 됨으로써 다양한 차량 안전 및 교통 서비스를 제공 할 수 있을 것으로 판단된다.
제안된 안테나는 하나의 안테나로 LTE를 포함하는 모든 이동통신 서비스를 지원함으로써 제한된 단말기 내부의 공간을 효율적으로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이 기술을 바탕으로 고속 이동환경에서 주파수를 선택 할 수 있게 됨으로써 다양한 차량 안전 및 교통 서비스를 제공 할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바랙터 다이오드의 단점은?	주파수 재구성을 위해 연구되었던 소자로는 광전자 스위치, 바랙터 다이오드, SPDT 스위치 등의 소자들이 있다. 광전자 스위치의 경우 수명이 짧고 효율이 낮아지는 단점을 가지며, 바랙터 다이오드는 동작전압이 높고, 낮은 캐패시턴스 성분을 갖기 어려우며, 공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점을 가진다. SPDT 스위치의 경우 높은 삽입손실과 신뢰성에 대하여 문제가 되어왔다[8-10].
	광전자 스위치의 단점은?	주파수 재구성을 위해 연구되었던 소자로는 광전자 스위치, 바랙터 다이오드, SPDT 스위치 등의 소자들이 있다. 광전자 스위치의 경우 수명이 짧고 효율이 낮아지는 단점을 가지며, 바랙터 다이오드는 동작전압이 높고, 낮은 캐패시턴스 성분을 갖기 어려우며, 공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점을 가진다. SPDT 스위치의 경우 높은 삽입손실과 신뢰성에 대하여 문제가 되어왔다[8-10].
	RF 스위치를 이용하여 SW1과 SW2 상태를 선택하여 Low-band의 LTE 대역과 GSM 대역을 선택하여 사용할 수 있는 주파수 재구성 안테나는 어떤 구조를 사용하는가?	제안된 안테나는 PIFA 구조를 사용하여 기존 이동통신 대역인 High-band (PCS/DCS/WCDMA)의 성능을 확보하였다. Low-band의 특성을 확보하기 위하여 방사체 단락점 끝 부분에 RF 스위치를 부착하여 SW1 상태에서는 GSM 대역에서 동작하고, SW2상태에서는 LTE 대역에서 동작하게 설계 하였다.

참고문헌 (10)

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상세보기
C. Yoon, S. G. Hwang, G. C. Lee, W. S. Kim, H. C. Lee, and H. D. Park, "A reconfigurable antenna using varactor diode for LTE MIMO applications," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 5, pp.1141-1145, May. 2013.

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C. Yoon, S. G. Hwang, G. C. Lee, W. S. Kim, H. C. Lee, and H. D. Park, "Broadband antenna with capacitive-coupling for mobile", Microwave Opt Technol Lett, vol. 55, no. 6,pp.1308-1312, Jun. 2013.

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저자의 다른 논문 :

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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