본 논문에서에서는 FDTD법을 이용하여 크기가 작은 RFID 판독용 2-층 미앤다 내장형 안테나를 나타낸다. FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였다. 안테나의 최대 대역폭은 $S11{\leq}-10dB$ 에서 0.895~0.93 GHz의 주파수 특성을 보였다. 제안된 소형 내장형 안테나의 측정된 이득은 2.3dBi이며, 상대적으로 높은 이득과 광대역 특성을 제공할 수 있다. 안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험데이터도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다. 이 안테나는 이동통신 분야, 에너지 분야, RFID(Radio Frequency Identification), 가정 네트워크, 방송용, 그리고 다른 이동용 소형 시스템에 적용할 수 있다.
본 논문에서에서는 FDTD법을 이용하여 크기가 작은 RFID 판독용 2-층 미앤다 내장형 안테나를 나타낸다. FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였다. 안테나의 최대 대역폭은 $S11{\leq}-10dB$ 에서 0.895~0.93 GHz의 주파수 특성을 보였다. 제안된 소형 내장형 안테나의 측정된 이득은 2.3dBi이며, 상대적으로 높은 이득과 광대역 특성을 제공할 수 있다. 안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험데이터도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다. 이 안테나는 이동통신 분야, 에너지 분야, RFID(Radio Frequency Identification), 가정 네트워크, 방송용, 그리고 다른 이동용 소형 시스템에 적용할 수 있다.
In this paper, we present a low profile 2-layered meander built-in monopole antenna for portable RFID reader using FDTD(Finite Difference Time Domain) method. The input impedance, return loss, and VSWR in the frequency domain are calculated by Fourier transforming the time domain results. The double...
In this paper, we present a low profile 2-layered meander built-in monopole antenna for portable RFID reader using FDTD(Finite Difference Time Domain) method. The input impedance, return loss, and VSWR in the frequency domain are calculated by Fourier transforming the time domain results. The double meander 2-layer structure is used to enhance the impedance matching and increase the antenna gain. The measured bandwidth of the antenna is 0.895 GHz ~ 0.930 GHz for a S11 of less than -10dB. The measured peak gain of proposed low profile RFID built-in antenna is 2.3 dBi. And the proposed built-in antenna for portable RFID reader can offers relatively wide-bandwidth and high-gain characteristics, in respectively. Experimental data for the return loss and the gain of the antenna are also presented, and they are relatively in good agreement with the FDTD results. This antenna can be also applied to mobile communication field, energy fields, RFID, and home-network operations, broadcasting, and other low profile mobile systems.
In this paper, we present a low profile 2-layered meander built-in monopole antenna for portable RFID reader using FDTD(Finite Difference Time Domain) method. The input impedance, return loss, and VSWR in the frequency domain are calculated by Fourier transforming the time domain results. The double meander 2-layer structure is used to enhance the impedance matching and increase the antenna gain. The measured bandwidth of the antenna is 0.895 GHz ~ 0.930 GHz for a S11 of less than -10dB. The measured peak gain of proposed low profile RFID built-in antenna is 2.3 dBi. And the proposed built-in antenna for portable RFID reader can offers relatively wide-bandwidth and high-gain characteristics, in respectively. Experimental data for the return loss and the gain of the antenna are also presented, and they are relatively in good agreement with the FDTD results. This antenna can be also applied to mobile communication field, energy fields, RFID, and home-network operations, broadcasting, and other low profile mobile systems.
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문제 정의
본 논문에서에서는 FDTD법을 이용하여 크기가 작은 RFID 판독용 2-층 미앤다 내장형 안테나를 해석 및 분석하였다. FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환 하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였으며, 안테나의 최대 대역폭은 S11≤ -10dB 에서 0.
제안 방법
본 논문에서에서는 안테나 크기는 작지만, 대역폭을 개선하고, 안테나 이득이 상대적으로 높은 RFID 판독용 2-층 미앤다 내장형 안테나를 제안하여 FDTD법으로 안테나의 특성들을 계산 및 분석하였다. FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였다. 그리고 최적화된 설계값을 가지고 안테나를 제작한 후, 측정하였으며, 실험치와 이론치를 비교 및 분석하였다.
FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였다. 그리고 최적화된 설계값을 가지고 안테나를 제작한 후, 측정하였으며, 실험치와 이론치를 비교 및 분석하였다.
본 논문에서에서는 안테나 크기는 작지만, 대역폭을 개선하고, 안테나 이득이 상대적으로 높은 RFID 판독용 2-층 미앤다 내장형 안테나를 제안하여 FDTD법으로 안테나의 특성들을 계산 및 분석하였다. FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였다.
대상 데이터
44[ps], 가우시안 half-width는 20[ps]이다. 그림 1의 안테나를 FDTD 방법으로 3차원 공간에서 해석하였으며, 해석에 사용한 기판은 FR-4 기판(1.6mm)을 대상으로 시뮬레이션하였다. 여기서 사용한 공간분할 간격은 △x=0.
여기서 2개층의 유전체기판은 유전체 두께 1.6mm, 유전율 4.3인 FR-4 기판으로 각각 만들었으며, 50Ω 동축 케이블은 상단 PCB 위에 직사각형 미앤더 요소의 모서리에 있는 마이크로스트립 급전선에 부착된다.
여기서 사용한 공간분할 간격은 △x=0.2 mm, △y=0.25 mm, △z=0.25 mm이고, 해석공간은 x, y, z 방향으로 각각 56×203×305 개의 격자로 구성하였다.
제작에 사용한 기판은 FR-4 기판을 사용하였으며, 그림 4에 나타내었다. 이 안테나의 측정은 HP8510B 네트워크 분석기를 사용하여 실험하였다. 그림 5는 실험을 통해 안테나의 반사손실 값을 계산치와 측정치를 나타낸 것으로서, 측정치는 반사손실치 -10dB 이하에서 사용 가능한 대역폭은 0.
제작에 사용한 기판은 FR-4 기판을 사용하였으며, 그림 4에 나타내었다. 이 안테나의 측정은 HP8510B 네트워크 분석기를 사용하여 실험하였다.
이론/모형
시간 영역 유한차분법에 의한 마이크로스트립 안테나의 해석에 있어서 넓은 주파수 대역의 응답 특성을 얻기 위해서는 광대역 주파수 스펙트럼을 포함하는 Gaussian 펄스를 선택한다. 해석 대상에서 y 방향으로 진행하는 이상적인 Gaussian 펄스를 인가하였다[9].
성능/효과
FDTD 법으로 얻은 시간영역의 결과를 Fourier 변환 하여 최적화된 입력 임피던스, 전반사손실, 정재파비를 주파수 영역에서 계산하였으며, 안테나의 최대 대역폭은 S11≤ -10dB 에서 0.895∼0.93 GHz의 주파수 특성을 보였다.
그림 5는 실험을 통해 안테나의 반사손실 값을 계산치와 측정치를 나타낸 것으로서, 측정치는 반사손실치 -10dB 이하에서 사용 가능한 대역폭은 0.895 GHz ∼ 0.930 GHz이며, 측정치는 계산치의 동진 특성은 비교적 잘 일치하였으나, 측정치 대역폭이 계산치 대역폭보다 조금 더 넓은 특성을 보인 것은 안테나와 급전선에 임피던스 정합이 비교적 잘 되었으며, 2개의 FR-4 유전체에서 커플링 효과에 의해서 더 넓은 대역폭 특성을 얻게 된 것으로 사료된다.
3dBi이며, 소형 내장형 안테나로서 상대적으로 높은 이득과 광대역 특성을 보였다. 본 안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험 치도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다. 이 안테나는 이동통신분야, 에너지 분야, 가정 네트워크, 방송용, 그리고 다른 이동용 소형 통신시스템에 적용 가능하리라 판단된다.
2 dBi로 낮은 특성을 보였다[5]. 비균일하고 음영점의 복사패턴은 비균일과 음영점 특성을 보였다. 작은 크기의 안테나에서 낮은 이득과 낮은 대역폭 특성은 내장형 RFID 이동장치 응용이나 다른 시스템에서 사용하는데 중요한 장애물이 되고 있다.
93 GHz의 주파수 특성을 보였다. 제안된 소형 내장형 안테나의 측정된 이득은 2.3dBi이며, 소형 내장형 안테나로서 상대적으로 높은 이득과 광대역 특성을 보였다. 본 안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험 치도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다.
RFID, 이동통신, 그리고 GSM 주파수 영역에 대한 측정 이득은 그림 8에 나타내었으며, 이득은 대역 대부분에서 비교적 고이득 특성이다. 제안된 소형 안테나의 점두치 이득의 실험치는 2.3dBi이며, 소형이며, 내장형 안테나로서는 아주 높은 이득 특성을 보인 것이다.
제안된 안테나(그림 1)는 FDTD 방법을 사용하여 분석되었으며, 제안된 프로브-급전 2-중 미앤더 안테나는 2-층 유전체 기판위에서 만들어 졌으며, 안테나의 크기를 줄이면서 동시에 안테나 이득을 개선하게 하였다. 이 안테나는 비교적 간단한 과정으로 만들 수 있다.
최적화된 안테나 설계 파라메타 값은 ls=50mm, Ws=32mm, εr=2.2, h=1.578mm, Wf=4.796mm, ld=23mm, lu=10mm, offset1=10mm, offset2=5.0mm, offset3=7.0mm이 었으며, 3중 공진이 발생하였으며, 정재파비 2.0 이하에서 사용 가능한 주파수 영역은 1.850GHz～6.150 GHz이며, 사용 가능한 대역폭 4.3GHz로 초광대역 특성을 보였다.
후속연구
930 GHz이며, 측정치는 계산치의 동진 특성은 비교적 잘 일치하였으나, 측정치 대역폭이 계산치 대역폭보다 조금 더 넓은 특성을 보인 것은 안테나와 급전선에 임피던스 정합이 비교적 잘 되었으며, 2개의 FR-4 유전체에서 커플링 효과에 의해서 더 넓은 대역폭 특성을 얻게 된 것으로 사료된다. 이 안테나는 RFID, 이동 통신, 그리고 GSM 주파수 영역에서 소형 안테나로 사용가능하리라 판단된다.
본 안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험 치도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다. 이 안테나는 이동통신분야, 에너지 분야, 가정 네트워크, 방송용, 그리고 다른 이동용 소형 통신시스템에 적용 가능하리라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
모노폴 안테나의 장점은?
모노폴 안테나는 이동통신용 안테나로 사용되고 있다. 모노폴 안테나는 매우 단순하고 유효한 방사소자 이다[1]. 간단한 휩 안테나와 모노폴 안테나는 이동 핸드-셋, 리피트 응용에 사용하기에 매력적인 특성으로, 등가적인 다아폴 설계[2]에 대해 2:1로 크기를 줄일 수 있다.
작은 크기의 안테나의 어떤 특성이 내장형 RFID 이동장치 응용에 장애물로 작용하는가?
비균일하고 음영점의 복사패턴은 비균일과 음영점 특성을 보였다. 작은 크기의 안테나에서 낮은 이득과 낮은 대역폭 특성은 내장형 RFID 이동장치 응용이나 다른 시스템에서 사용하는 데 중요한 장애물이 되고 있다.
FDTD법을 이용하여 얻은 소형 내장형 안테나는 어떤 분야에 적용될 수 있는가?
안테나의 반사손실과 이득에 대한 실험데이터도 나타내었으며, FDTD 결과와 비교적 잘 일치하는 특성을 보였다. 이 안테나는 이동통신 분야, 에너지 분야, RFID(Radio Frequency Identification), 가정 네트워크, 방송용, 그리고 다른 이동용 소형 시스템에 적용할 수 있다.
참고문헌 (9)
M.W. Melvin, P.C. Ctephen, C.L. Cho, J.W. Warren, Monopole elements on circular ground plane, Boston, MA: Artech House, 1987.
J. Mcclean, h. Foltz, and G. Crook, Broadband, robust, low-profile monopole incorporating to loading, dielectric loading, and a distributed capacitive feed mechanism, IEEE Antenna and Propagation Soc., 1562-1565, 1999.
G. Mur, Absorbing boundary conditions for the finite-difference approximation of the time-domain electromagnetic-field equation, IEEE Trans., Electromag. Compat. Vol.23, 377-382, 1981.
D. M. Sheen, S. M. Ali, M. D. Abouzahra and J. A. Kong, Application of three-dimensional finite-difference time domain method to the analysis of planar microstrip circuits, IEEE Trans. Microwave Theory and Tech. Vol.38, 849-857, 1990.
A. Taflove and M. E. Brodwin, Numerical solution of steady-state electromagnetic scattering problems using the time-dependent Maxwell's equations, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol.23, 623-630, 1975.
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