본 논문에서는 분할 링 공진기(SRR; split-ring resonator)를 이용한 소형 이중 대역 코플래너 도파관 급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나의 이중 대역 동작을 위해 SRR 도체를 직사각형 슬롯 내에 장하하였다. 기존의 직사각형 슬롯에 SRR 도체가 삽입되면 직사각형 루프 영역과 직사각형 슬롯 영역으로 나누어지며, 루프와 슬롯에 의해 각각 주파수 대역이 발생한다. 2.45 GHz WLAN 대역과 3.40-5.35 GHz 대역에서 동작하는 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 $30mm{\times}30mm$ 크기로 제작하였다. 실험 결과, 전압 정재파비 < 2인 대역이 2.38-2.51 GHz, 3.32-5.38 GHz으로 원하는 이중대역에서 동작하는 것을 확인하였고, 이득은 2.45 GHZ에서 1.7 dBi이고 두 번째 대역에서는 2.4-3.2 dBi로 측정되었다.
본 논문에서는 분할 링 공진기(SRR; split-ring resonator)를 이용한 소형 이중 대역 코플래너 도파관 급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나의 이중 대역 동작을 위해 SRR 도체를 직사각형 슬롯 내에 장하하였다. 기존의 직사각형 슬롯에 SRR 도체가 삽입되면 직사각형 루프 영역과 직사각형 슬롯 영역으로 나누어지며, 루프와 슬롯에 의해 각각 주파수 대역이 발생한다. 2.45 GHz WLAN 대역과 3.40-5.35 GHz 대역에서 동작하는 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 $30mm{\times}30mm$ 크기로 제작하였다. 실험 결과, 전압 정재파비 < 2인 대역이 2.38-2.51 GHz, 3.32-5.38 GHz으로 원하는 이중대역에서 동작하는 것을 확인하였고, 이득은 2.45 GHZ에서 1.7 dBi이고 두 번째 대역에서는 2.4-3.2 dBi로 측정되었다.
In this paper, a design method for a compact dual-band coplanar waveguide-fed slot antenna using SRR(split-ring resonator) conductor is studied. The SRR conductor is loaded inside a rectangular slot of the proposed antenna for dual-band operation. When the SRR conductor is inserted into the slot, th...
In this paper, a design method for a compact dual-band coplanar waveguide-fed slot antenna using SRR(split-ring resonator) conductor is studied. The SRR conductor is loaded inside a rectangular slot of the proposed antenna for dual-band operation. When the SRR conductor is inserted into the slot, the original rectangular slot is divided into a rectangular loop region and a rectangular slot region, and frequency bands are created by the loop and slot, separately. A prototype of the proposed dual-band slot antenna operating at 2.45 GHz WLAN band and 3.40-5.35 GHz band is fabricated on an FR4 substrate with a dimension of 30 mm by 30 mm. Experiment results show that the antenna has a desired impedance characteristic with a frequency band of 2.38-2.51 GHz and 3.32-5.38 GHz for a voltage standing wave < 2, and measured gain is 1.7 dBi at 2.45 GHz, and it ranges 2.4-3.2 dBi in the second band.
In this paper, a design method for a compact dual-band coplanar waveguide-fed slot antenna using SRR(split-ring resonator) conductor is studied. The SRR conductor is loaded inside a rectangular slot of the proposed antenna for dual-band operation. When the SRR conductor is inserted into the slot, the original rectangular slot is divided into a rectangular loop region and a rectangular slot region, and frequency bands are created by the loop and slot, separately. A prototype of the proposed dual-band slot antenna operating at 2.45 GHz WLAN band and 3.40-5.35 GHz band is fabricated on an FR4 substrate with a dimension of 30 mm by 30 mm. Experiment results show that the antenna has a desired impedance characteristic with a frequency band of 2.38-2.51 GHz and 3.32-5.38 GHz for a voltage standing wave < 2, and measured gain is 1.7 dBi at 2.45 GHz, and it ranges 2.4-3.2 dBi in the second band.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 SRR 도체를 이용한 이중 대역 CPW 급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 이중 대역 동작을 위해 SRR 도체를 직사각형 슬롯 내에 장하되었다.
본 논문에서는 SRR 도체를 이용한 이중 대역 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 T형 스터브가 추가된 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)으로 급전된다.
제안 방법
CPW 급전선의 신호선의 폭은 wf이고 신호선과 접지면 사이의 간격은 gf이며, 입력 임피던스 50 Ω과 정합되도록 설계하였다.
제안된 슬롯 안테나는 이중 대역 동작을 위해 SRR 도체를 직사각형 슬롯 내에 장하되었다. SRR 도체와 슬롯 사이의 간격, SRR 도체의 폭의 변화에 따른 입력 반사 계수와 이득 특성을 분석하여 최종 설계 변수를 도출하였다.
상용 툴인 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 2.45 GHz WLAN 대역(2.4—2.485 GHz)과 3.4—3.6 GHz WiMAX 대역과 5.15—5.35 GHz WLAN 대역을 포함하는 3.4—5.35 GHz 대역에서 동작하도록 조정하였다.
이들 설계 변수 중에서 조정에 따른 입력 반사계수와 이득 등의 안테나 특성 변화를 분석하여 각 설계 변수의 영향을 알아보았다.
본 논문에서는 SRR 도체를 이용한 이중 대역 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 T형 스터브가 추가된 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)으로 급전된다. 이중 대역 동작을 위해 사각형 모양의 SRR 도체를 슬롯 내에 삽입하였다.
직사각형 루프와 슬롯은 서로 결합되어 두 대역에 영향을 미친다. 최적의 설계 변수를 도출하기 위하여, SRR 도체와 슬롯 사이의 간격, SRR 도체의 폭의 변화에 따른 입력 반사계수 특성을 분석하였다. 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 2.
35 GHz 대역에서 동작하도록 조정하였다. 최종 설계된 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판(비유 전율 4.4, 두께 0.8 mm) 상에 제작하여 특성을 확인하였다.
평면 인쇄형 안테나 중에서 모노폴과 다이폴 구조와 함께 다이폴과 쌍대적 구조를 가진 슬롯 안테나도 광대역 특성, 소형 구조 및 다른 장치와의 집적 용이성 등의 장점으로 많이 사용되고 있다[2]. 평면 슬롯 안테나는 유전체 기판의 한쪽 면에 있는 얇은 도체 면에 슬롯을 에칭 등의 방법을 이용하여 삽입하고 이 슬롯이 공진을 일으키도록 한다.
대상 데이터
시뮬레이션 결과를 검증하기 위하여 FR4 기판(비유 전율 = 4.4, 두께 = 0.8 mm, loss tangent = 0.025)을 이용하여 그림 9와 같이 제안된 이중 대역 안테나를 제작하였다. 제작된 안테나의 크기는 30 mm (L) × 30 mm (W)이며, SMA 컨넥터로 급전되었다.
안테나의 길이와 폭은 L과 W이고, 유전율이 4.4이고 두께 (h)가 0.8 mm인 FR4 기판을 사용하였다. 사각형 슬롯의 길이는 ls이고 폭은 ws이다.
제안된 슬롯 안테나는 사각형 슬롯, CPW 급전 선로, T형 스터브, SRR 도체로 구성되어 있다. 또한, 두 번째 대역의 임피던스 정합을 위해 CPW 급전 선로 끝 부분의 접지면에 슬롯이 추가되었다.
제안된 이중 대역 슬롯 안테나의 특성에 영향을 미치는 주요 구조는 SRR 도체와 T형 스터브이다. SRR 도체의 크기는 SRR 도체와 사각형 슬롯의 윗면과 아랫면 사이의 간격 gs1, SRR 도체와 사각형 슬롯의 옆면 사이의 간격 gs2, SRR 도체의 끝부분과 CPW 급전선의 내부 도체 사이의 간격은 gs3, SRR 도체의 폭 wsrr에 의해 결정된다.
제작된 안테나의 크기는 30 mm (L) × 30 mm (W)이며, SMA 컨넥터로 급전되었다.
데이터처리
제작된 안테나의 입력 반사계수는 네트워크분석기(Agilent사 N5230A)를 이용하여 측정하였고, 결과는 그림 10에 나타나 있다. 시뮬레이션 결과 VSWR < 2 이하인 대역이 2.
성능/효과
시뮬레이션 결과 VSWR < 2 이하인 대역이 2.39—2.51 GHz와 3.36—5.40 GHz이며, 측정 결과는 2.38—2.51 GHz와 3.32—5.38 GHz이다.
최종 설계된 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역이 2.38—2.51 GHz, 3.32—5.38 GHz로 원하는 대역에서 동작하는 것을 확인하였고 방사패턴도 시뮬레이션 결과와 잘 일치함을 확인하였다.
후속연구
제안된 안테나는 WLAN, WiMAX 등 다양한 무선 통신 서비스를 통합하는 휴대단말기에 적용할 수있는 다중 대역 안테나로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다이폴과 쌍대적 구조를 가진 슬롯 안테나의 장점은?
평면 인쇄형 안테나 중에서 모노폴과 다이폴 구조와 함께 다이폴과 쌍대적 구조를 가진 슬롯 안테나도 광대역 특성, 소형 구조 및 다른 장치와의 집적 용이성 등의 장점으로 많이 사용되고 있다[2]. 평면 슬롯 안테나는 유전체 기판의 한쪽 면에 있는 얇은 도체 면에 슬롯을 에칭 등의 방법을 이용하여 삽입하고 이 슬롯이 공진을 일으키도록 한다.
슬롯 안테나의 다중 대역 동작을 위해 어떤 방법을 사용하는가?
슬롯 안테나의 다중 대역 동작을 위해서 모노폴형태의 슬롯(monopole slot)을 도체에 에칭하는 방법, 얇은 슬롯(narrow slot)을 접지면에 삽입하는 방법, 슬롯의 특정 면에 스터브 도체(stub conductor)를 추가하는 방법들이 사용되었다[3-6]. 평면 도체에 λ/4 길이의 3개의 모노폴 슬롯을 에칭하여 900 MHz와 1.
본 논문에서 제작한 SRR 도체를 슬롯 내에 삽입한 이중 대역 슬롯 안테나는 어떻게 이중 대역에서 동작하는가?
이중 대역 동작을 위해 사각형 모양의 SRR 도체를 슬롯 내에 삽입하였다. SRR 도체의 삽입으로 인해 슬롯의 접지면과 SRR 도체로 만들어지는 얇은 직사각형 루프 영역과 SRR 도체 내부의 직사각형 슬롯 영역으로 나누어지게 된다. 직사각형 루프 영역에 의해 첫 번째 주파수 대역이 발생하고, 직사각형 슬롯 영역에 의해 두 번째 대역이 발생한다. 직사각형 루프와 슬롯은 서로 결합되어 두 대역에 영향을 미친다. 최적의 설계 변수를 도출하기 위하여, SRR 도체와 슬롯 사이의 간격, SRR 도체의 폭의 변화에 따른 입력 반사계수 특성을 분석하였다.
참고문헌 (7)
R. Waterhouse, Printed antennas for wireless communications. Chichester, U.K.: Wiley, 2007.
K. L. Wong and L. C. Lee, "Multiband printed monopole slot antenna for WWAN operation in the laptop computer," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 2, pp. 324-330, Feb. 2009.
Y. Cao, B. Yuan, and G. F. Wang, "A compact multiband open-ended slot antenna for mobile handsets," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 10, pp. 911-914, 2011.
Y. C. Lu and Y. C. Lin, "A mode-based design method for dual-band and self-diplexing antennas using double T-stubs loaded aperture," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 12, pp. 5596-5603, Dec. 2012.
M. J. Chiang, S. Wang, and C. C. Hsu, "Compact multifrequency slot antenna design incorporating embedded arc-strip," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 11, pp. 834-837, Jul. 2012.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.