본 논문에서는 GPS(Global positioning System)-Bluetooth-DSRC(Dedicated short range communication) 대역의 신호를 동시에 수신할 수 있는 차량용 이중편파 다중대역 안테나를 적층형으로 설계하였다. 안테나는 다층 구조(Multi-Layer)이고, 유전율이 4.4이고, 두께가 1.6mm 인 FR4-epoxy 기판을 사용하였다. GPS와 DSRC 대역은 원형편파(Circular Polarization) 특성을 가지고, 블루투스 대역은 선형편파(Linear Polarization) 특성을 가지며, 이들 안테나는 단일 프루브 급전하였다. 안테나는 Ansys HFSS v11로 시뮬레이션 하였고, 측정결과와 비교하면서 크기가 $67mm{\times}67mm{\times}4.8mm$인 안테나를 설계하였다. 최적 설계된 안테나는 -10dB 대역폭이 각 대역에서 82MHz, 127MHz, 862MHz로 측정되었고, GPS 및 DSRC 대역의 3dB 축비 대역폭은 12MHz와 112MHz로 시뮬레이션 되었다. 이 결과는 시스템이 요구하는 사양을 만족하고 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 GPS(Global positioning System)-Bluetooth-DSRC(Dedicated short range communication) 대역의 신호를 동시에 수신할 수 있는 차량용 이중편파 다중대역 안테나를 적층형으로 설계하였다. 안테나는 다층 구조(Multi-Layer)이고, 유전율이 4.4이고, 두께가 1.6mm 인 FR4-epoxy 기판을 사용하였다. GPS와 DSRC 대역은 원형편파(Circular Polarization) 특성을 가지고, 블루투스 대역은 선형편파(Linear Polarization) 특성을 가지며, 이들 안테나는 단일 프루브 급전하였다. 안테나는 Ansys HFSS v11로 시뮬레이션 하였고, 측정결과와 비교하면서 크기가 $67mm{\times}67mm{\times}4.8mm$인 안테나를 설계하였다. 최적 설계된 안테나는 -10dB 대역폭이 각 대역에서 82MHz, 127MHz, 862MHz로 측정되었고, GPS 및 DSRC 대역의 3dB 축비 대역폭은 12MHz와 112MHz로 시뮬레이션 되었다. 이 결과는 시스템이 요구하는 사양을 만족하고 있음을 확인하였다.
In this paper, a dual-polarized multi-band multi-layer antenna for a vehicle, which operates in the GPS, bluetooth, and DSRC bands, was implemented. The antenna was designed as a multi-layer structure, and a FR4-epoxy substrate with =4.4 and =1.6mm was used. GPS and DSRC antennas have circular polar...
In this paper, a dual-polarized multi-band multi-layer antenna for a vehicle, which operates in the GPS, bluetooth, and DSRC bands, was implemented. The antenna was designed as a multi-layer structure, and a FR4-epoxy substrate with =4.4 and =1.6mm was used. GPS and DSRC antennas have circular polarized characteristics, and a single probe feeding method was applied. Simulated results by Ansys HFSS v11 was compared with the measured ones. The size of the optimally designed antenna is $67mm{\times}67mm{\times}4.8mm$, -10dB bandwidth of the anatenna was measured to be 820MHz, 127MHz, and 862MHz in each band, and 3dB AR bandwidth of the antenna was simulated to be 19MHz and 110MHz in GPS and DSRC bands. The results confirmed that suggested system satisfies the system requirements.
In this paper, a dual-polarized multi-band multi-layer antenna for a vehicle, which operates in the GPS, bluetooth, and DSRC bands, was implemented. The antenna was designed as a multi-layer structure, and a FR4-epoxy substrate with =4.4 and =1.6mm was used. GPS and DSRC antennas have circular polarized characteristics, and a single probe feeding method was applied. Simulated results by Ansys HFSS v11 was compared with the measured ones. The size of the optimally designed antenna is $67mm{\times}67mm{\times}4.8mm$, -10dB bandwidth of the anatenna was measured to be 820MHz, 127MHz, and 862MHz in each band, and 3dB AR bandwidth of the antenna was simulated to be 19MHz and 110MHz in GPS and DSRC bands. The results confirmed that suggested system satisfies the system requirements.
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문제 정의
그래서 본 논문에서는 유전체 기판을 적층시키고 단일 프루브급전으로 이중편파 다중대역 특성을 갖는 안테나를 설계하고자 한다. 본 논문의 구성은 II장에서 안테나 구조를 설명하고, III장과 IV장에서 시뮬레이션 및 측정 결과를 바탕으로 최적 안테나를 설계하고, V장에서 결론을 맺고자 한다.
본 논문에서는 차량에 사용되는 다층구조의 이중편파 다중대역 안테나를 설계하였다. 이 안테나는 GPS, 블루투스, DSRC 안테나를 하나로 통합하기 위해 패치를 적층하여 다층구조로 설계하였다.
이제, 다층구조에서 각 층에 위치한 안테나의 반사손실 및 축비 특성을 살펴보고자 한다. 그림 3과 4는 GPS 안테나의 L1 변화에 따른 GPS 대역과 블루투스 대역의 반사손실을 시뮬레이션 한 것이다.
제안 방법
블루투스 대역의 대역폭 특성을 개선하기 위해 기생패치를 삽입하였다. 다층 안테나의 급전은 맨 위의 DSRC 패치에 프루브를 직접 연결하고 나머지 패치는 근접결합으로 급전하였다. 시뮬레이션 및 측정을 통해 4층 구조의 이중편파 삼중대역 안테나를 설계한 결과, 혠, 블루투스, DSRC 안테나의 –10dB 대역폭은 각각 82MHz, 127MHz, 862MHz로 측정되었고, GPS와 DSRC 안테나의 3dB 축비대역폭은 각각 12MHz와 112MHz로 시뮬레이션 되었다.
원형편파 특성은 정사각형 패치의 모서리를 잘라내는 모서리 섭동으로 구현하였다. 블루투스 대역의 대역폭 특성을 개선하기 위해 기생패치를 삽입하였다. 다층 안테나의 급전은 맨 위의 DSRC 패치에 프루브를 직접 연결하고 나머지 패치는 근접결합으로 급전하였다.
블루투스 안테나는 선형편파 특성을, GPS와 DSRC 안테나의 원형편파 특성을 갖도록 하였다. 원형편파 특성은 정사각형 패치의 모서리를 잘라내는 모서리 섭동으로 구현하였다. 블루투스 대역의 대역폭 특성을 개선하기 위해 기생패치를 삽입하였다.
본 논문에서는 차량에 사용되는 다층구조의 이중편파 다중대역 안테나를 설계하였다. 이 안테나는 GPS, 블루투스, DSRC 안테나를 하나로 통합하기 위해 패치를 적층하여 다층구조로 설계하였다. 블루투스 안테나는 선형편파 특성을, GPS와 DSRC 안테나의 원형편파 특성을 갖도록 하였다.
이론/모형
그림 3과 4는 GPS 안테나의 L1 변화에 따른 GPS 대역과 블루투스 대역의 반사손실을 시뮬레이션 한 것이다. 시뮬레이션은 Ansys사의 HFSS(v.11)로 수행하였다. L1이 45mm를 중심으로 ±0.
성능/효과
시뮬레이션 및 측정을 통해 4층 구조의 이중편파 삼중대역 안테나를 설계한 결과, 혠, 블루투스, DSRC 안테나의 –10dB 대역폭은 각각 82MHz, 127MHz, 862MHz로 측정되었고, GPS와 DSRC 안테나의 3dB 축비대역폭은 각각 12MHz와 112MHz로 시뮬레이션 되었다.
그림 14는 기생패치가 추가된 4층 구조의 이중편파 삼중대역 안테나이고, 그림 15는 최종 설계된 안테나를 제작한 것이고, 표 3은 최종 설계된 4층 구조 안테나의 주요 파라메타 값이고, 그림 16은 최적화된 3층 구조 안테나와 4층 구조 안테나에 대한 반사손실을 측정한 것이다. 측정 결과에 의하면, 4층 구조 안테나의 -10dB 대역폭은 각 대역에서 82MHz, 127MHz, 862MHz이다. 블루투스 대역폭은 127MHz로 3층 구조 안테나의 67MHz에 비해 증가되었다.
후속연구
이 결과는 시스템 요구조건을 만족한다. 추후 차량에 사용되는 4개 이상의 안테나를 통합한 다중대역 안테나를 설계하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량내 무선 통신 시스템으로 어떤 것들이 있는가?
최근 운전자의 편의와 안전을 도모하기 위해 차량에 많은 무선 통신 시스템이 장착되어 있다. 차량내 무선 통신 시스템으로는 FM 라디오, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), TPMS(Tire Pressure Monitering System), RKE(Remote Key Entry), GPS, 블루 투스(bluetooth) 시스템, DSRC 시스템 등이 있다. 여기서 GPS 시스템은 GPS 위성신호를 수신하여 사용자 위치를 파악하고 차량의 이동속도, 최적 이동경로, 주유소 위치 등의 다양한 정보 제공에 이용된다.
차량에 사용되는 무선시스템 종류에 따라 각각 어떤 안테나 특성이 요구되는가?
이들 무선시스템은 동작주파수가 다르기 때문에 별도의 안테나를 필요로 한다. GPS 안테나는 2MHz(1575.42± 1.023MHz)의 대역폭에 원형편파 특성을 가져야하고, 블루투스 안테나는 대역폭이 83.5MHz (2400∼2483.5MHz)이고 선형편파 특성을 가져야 하며, DSRC 안테나는 10MHz(5800±5MHz)의 대역폭에 원형편파 특성을 가져야 한다. 최근 이러한 안테나를 소형이면서 하나의 안테나로 통합하려는 요구에 따라다중편파 다중대역의 소형 안테나에 대한 연구가 이루어지고 있다[1-6].
차량내 GPS 시스템의 역할은 무엇인가?
차량내 무선 통신 시스템으로는 FM 라디오, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), TPMS(Tire Pressure Monitering System), RKE(Remote Key Entry), GPS, 블루 투스(bluetooth) 시스템, DSRC 시스템 등이 있다. 여기서 GPS 시스템은 GPS 위성신호를 수신하여 사용자 위치를 파악하고 차량의 이동속도, 최적 이동경로, 주유소 위치 등의 다양한 정보 제공에 이용된다. 블루투스 시스템은 휴대단말기와 차량내 무선 액서스 포인트 간의 근거리 무선통신에 의해 운전하면서 자유롭게 통화할 수 있고, 또한 단말기 간의 데이터 전송에도 이용되고 있다.
참고문헌 (11)
오세근, 미래지능형 자동차산업 동향과 전망, 전자부품연구원 전자정보센터. 2011.
박세환, 스마트/지능형 자동차 개발동향, 전자부품연구원 전자정보센터. 2012.
Kin-Lu Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas, John Wiley & Sons, 2002.
Kin-Lu Wong, Planar Antennas for Wireless Communications, John Wiley & Sons, 2003.
Rod Waterhouse, Printed Antennas for Wireless Communications, John Wiley & Sons, 2007.
Ya W. Shi, L. Xiong, and Meng G. Chen, "Compact triple-band monopole antenna for WLAN/WiMAX-band USB dongle applications," ERRI Journal, Vol.37, No.1, pp.21-25, 2015.
Y.F. Cao and S.W. Cheung, "A multi-band slot antenna for GPSS/WiMAX/WLAN systems," IEEE trans AP, Vol63, No.3, pp.952-958, 2015.
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