[논문]LTE용 이중 T 안테나 연구

박용욱

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.1.7

LTE용 이중 T 안테나 연구
Dual T type antenna study for LTE communication 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.1, 2015년, pp.7 - 12

초록
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본 논문에서는 LTE 통신을 위한 1.8 GHz 대역의 이중 T 구조 안테나를 연구하였다. 선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식과 CPWG 방식을 채택하였고 특성 평가를 위해 안테나 제작 및 특성을 측정하였다. 각 선로방식의 안테나를 주파수와 반사손실에 관한 파라미터 특성을 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 통해 분석하고 이것을 이용하여 안테나를 설계하였다. 실제 제작한 1.8 GHz 대역의 이중 T 구조 안테나가 보여준 특성은 중심주파수 1.79 GHz 에서 입력반사손실 -23.26 dB, 대역폭 23 MHz의 결과 값을 보여 주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we studied the design and fabrication of dual T type antenna to be used in LTE communication systems operating at around 1.8 GHz band. In order to improve of frequency properties of antenna, single feed microstrip patch antenna and CPWG antenna was simulated by HFSS(High Frequency Structure Simulator). The fabricated dual T type antennat showed that the measured center frequency, the minimum return loss and -10dB bandwidth were 1.79 GHz, -23.26 dB and 23 MHz, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 LTE 규격에 사용할 수 있는 안테나를 연구하기 위해 표 1과 같은 규격의 마이크로스트립 및 CPWG 안테나를 설계하였다. 중심주파수는 1.
본 논문에서는 LTE 통신을 위한 1.8GHz 대역의 이중 T 구조 안테나를 연구하였다. 선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식과 CPWG 방식을 채택하였고 특성 평가를 위해 안테나도 함께 제작 및 특성을 측정하였다.
정사각형 등의 구조를 갖는폐 루프 안테나, 수직 안테나의 꼭대기에서 수평으로 1개 혹은 여러개의 도선을 설치하여 실효도 높이고 공진도 시키는 방식인 역 L형 안테나 등 여러 종류의 안테나가 있다[6-8]. 본 논문에서는 스터브와 선로 사이의 간격을 조절하여 주파수 대역의 변화를 쉽게 제어할 수 있는 장점을 가지는 이중 T 구조를 채택하여 안테나 특성 연구를 수행하였다.

제안 방법

HFSS를 이용하여 표 2의 설계 파라미터를 바탕으로 각 파라미터의 크기를 mm 단위로 변화시키며 안테나의 주파수 특성을 시물레이션 하였다. 그림 3은 스터브의 길이(L1)을 변화시켜 주파수 특성변화를 확인한 결과이다.
선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식과 CPWG 방식을 채택하였고 특성 평가를 위해 안테나도 함께 제작 및 특성을 측정하였다. 각 선로방식의 안테나를 주파수와 반사손실에 관한 파라미터 특성 실험을 하였고 이를 통해 최적화된 설계 값를 얻었다.
그림 2와 같은 단일 안테나 구조의 마이크로스트립 안테나를 설계하고, 주파수 특성에 영향을 미치는 6가지의 파라미터를 이용하여 안테나 특성을 연구하였다. L1, L2, G1, W1, W2 는 안테나의 중심주파수를 결정 하는 패치의 폭과 길이, 패치 사이의 간격 파라미터이며, Lq는 입력반사손실을 영향을 미치는 설계 상수이다
단일 안테나 파라미터 특성 실험을 HFSS 프로그램을 이용하여 특성 분석을 수행한 후 표 2와 같은 최적의 안테나 파라미터 값을 결정하였다. 설계 파라미터를 결정하기 위해서 기존에 알려진 마이크로 스트립 안테나 이론의 수식들을 참조하였다.
이와 같은 결과는 우리가 목표로 한 설계목표와 비교하였을 때 거의 일치하는 결과를 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 우리가 설계한 표 2와 같은 특성을 갖는 마이크로 스트립 안테나를 포토리소그래피법으로 안테나를 제작하여 회로망 분석기로 안테나 특성을 분석하였다.
8GHz 대역의 이중 T 구조 안테나를 연구하였다. 선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식과 CPWG 방식을 채택하였고 특성 평가를 위해 안테나도 함께 제작 및 특성을 측정하였다. 각 선로방식의 안테나를 주파수와 반사손실에 관한 파라미터 특성 실험을 하였고 이를 통해 최적화된 설계 값를 얻었다.
안테나 연구는 이론을 바탕으로 각 설계 목표 값을 달성하기 위해 그림 1과 같은 과정으로 실험을 진행 하였다. 실험은 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 활용, 안테나를 설계 및 시뮬레이션을 통해 3차원적으로 안테나 구조를 해석하였다. 설계된 안테나는 Negative PR을 이용한 포토리소그래피 방법을 사용하여 안테나를 제작하였다.
이와 같은 시물레이션 결과를 바탕으로 다른 설계 변수인 스터브의 간격 변화가 안테나의 주파수 특성에 영향은 미치는 영향을 확인하기 위해 스터브(G1) 의 변화에 따른 특성을 확인하였다. 스터브의 사이의 간격(G1)을 2 mm 기준으로 간격(G1)를 1 mm 단위로 증가 시킬 때마다 그림 5와 같이 중심주파수가 규칙성을 가지고 감소하는 경향을 보였다.
8 GHz 대역의 이중 T 구조 안테나를 선택하였다. 전송선로 형태로는 협대역 특성을 가진 마이크로스트립 안테나와고주파 대역에서 효율이 좋고 복사 손실이 적은 CPWG(Coplanar Waveguide with Ground)을 선택하여 이중 T 구조 안테나를 설계하여 고 지향성을 추구할 수 안테나의 특성을 연구하였다[1-4]
본 논문에서는 LTE 규격에 사용할 수 있는 안테나를 연구하기 위해 표 1과 같은 규격의 마이크로스트립 및 CPWG 안테나를 설계하였다. 중심주파수는 1.8 GHz, 입력반사손실은 -25 dB 이하로 설정하였고-10 dB 이하 대역폭은 마이크로 스트립과 전력분배 기는 LTE 통신 규격 기준인 20 MHz, CPWG는 광대역 특성을 고려하여 50 MHz로 설정하였다. 정재 파비(VSWR)는 입력파에 대한 반사파가 어느 정도인지 나타내는 수치로 반사량이 많을수록 정재파비는 커진다.

대상 데이터

8 GHz 대역이다. 따라서 본 논문에서는 LTE 통신에 사용될 수 있는 1.8 GHz 대역의 이중 T 구조 안테나를 선택하였다. 전송선로 형태로는 협대역 특성을 가진 마이크로스트립 안테나와고주파 대역에서 효율이 좋고 복사 손실이 적은 CPWG(Coplanar Waveguide with Ground)을 선택하여 이중 T 구조 안테나를 설계하여 고 지향성을 추구할 수 안테나의 특성을 연구하였다[1-4]

데이터처리

설계된 안테나는 Negative PR을 이용한 포토리소그래피 방법을 사용하여 안테나를 제작하였다. 최종적으로 제작된 안테나의 주파수 특성을 회로망 분석기(Network Analyzer, Anritsu MS4623B)를 통해 평가 및 분석하였다. 시뮬레이션 결과 값을 통해 실제 제작한 결과 값이 설계 목표 값을 달성하였을 경우에는 가정과 일치하므로 연구를 마치게 된다.

이론/모형

단일 안테나 파라미터 특성 실험을 HFSS 프로그램을 이용하여 특성 분석을 수행한 후 표 2와 같은 최적의 안테나 파라미터 값을 결정하였다. 설계 파라미터를 결정하기 위해서 기존에 알려진 마이크로 스트립 안테나 이론의 수식들을 참조하였다.
실험은 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 활용, 안테나를 설계 및 시뮬레이션을 통해 3차원적으로 안테나 구조를 해석하였다. 설계된 안테나는 Negative PR을 이용한 포토리소그래피 방법을 사용하여 안테나를 제작하였다. 최종적으로 제작된 안테나의 주파수 특성을 회로망 분석기(Network Analyzer, Anritsu MS4623B)를 통해 평가 및 분석하였다.

성능/효과

실제 제작한 1.8GHz 대역의 이중 T 구조 안테나의 보여준 특성은 중심주파수 1.79 GHz에서 입력반사손실 -23.26 dB, 대역폭 23 MHz, 임피던스 56.5Ω의 결과 값을 보였다.
실제 제작한 결과 값은 그림 7과 같다. 중심주파수 1.79 GHz에서 입력반사손실 -23.26 dB, 대역폭 23 MHz, 임피던스 56.5Ω 의 결과 값을 보였다. 설계목표치와 결과 값이 근접한 수치를 보였지만 입력반사 손실특성은 좀 더 개선이 필요한 것을 확인할 수 있 었다.

후속연구

5Ω 의 결과 값을 보였다. 설계목표치와 결과 값이 근접한 수치를 보였지만 입력반사 손실특성은 좀 더 개선이 필요한 것을 확인할 수 있 었다. 실제 제작된 단일 안테나의 사진은 그림 8에 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로스트립 안테나의 구조에는 어떤 것이 있는가?	이와 같은 마이크로스트립 안테나의 구조에는 도선을 원형 또는 직사각형. 정사각형 등의 구조를 갖는폐 루프 안테나, 수직 안테나의 꼭대기에서 수평으로 1개 혹은 여러개의 도선을 설치하여 실효도 높이고 공진도 시키는 방식인 역 L형 안테나 등 여러 종류의 안테나가 있다[6-8]. 본 논문에서는 스터브와 선로 사이의 간격을 조절하여 주파수 대역의 변화를 쉽게 제어할 수 있는 장점을 가지는 이중 T 구조를 채택하여 안테나 특성 연구를 수행하였다.
	마이크로스트립 안테나란 무엇인가?	일반적으로 가장 많이 사용되는 안테나는 마이크로스트립 안테나이다. 마이크로스트립 안테나는 윗면이 개방되어 있는 마이크로스트립 선로의 개방면을 통해 고주파를 반사하는 원리를 이용하여 제작된 소형 평면 안테나이다. 유전체 기판의 한 면은 접지판으로, 다른 면은 스트립선로나 슬롯선로로 회로를 구성하는 것으로 제작이 쉽고 대량 생산에 적합한 구조를 갖고 있다.
	마이크로스트립 안테나의 장점은 무엇인가?	마이크로스트립 안테나는 윗면이 개방되어 있는 마이크로스트립 선로의 개방면을 통해 고주파를 반사하는 원리를 이용하여 제작된 소형 평면 안테나이다. 유전체 기판의 한 면은 접지판으로, 다른 면은 스트립선로나 슬롯선로로 회로를 구성하는 것으로 제작이 쉽고 대량 생산에 적합한 구조를 갖고 있다. 또한 협대역 특성을 가지며 같은 기판 위에 다른 마이크로 대역의 직접 회로 소자들을 쉽게 결합할 수 있고 밀리미터 대역의 낮은 주파수에서 전송특성이 좋은 장점이 있다[5].

참고문헌 (8)

P. S. Hall and C. M. Hall, "Coplanar corporate feed effects in microstrip patch array design," IEEE proc., vol. 135, 1988, pp. 180-186.
C. L. Tang and K. L. Wong, "Single-feed slotted equilateral-triangular microstrip antenna for circular polarization," IEEE Trans. Antennas propagat., vol. 47, 1999, pp. 1174-1178.

상세보기
J. W. Howell, "Microstrip antennas," IEEE Trans. Antennas propagat., vol. AP-23, no. 1, 1975, pp. 90-93.
J. Yoon and Y. Rhee, "Design and Fabrication of Dual-Ring Monopole Antenna for Wideband Characteristics," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 9, 2013, pp. 1285-1291.

원문보기 상세보기
C. L. Mak, K. Lee, and Y. Chow, "Experimental study of a Microstrip Patch Antenna with an L-shaped Probe," IEEE Trans. Antenna and Propagation, vol. 48, no. 5, 2000, pp. 777-783.

상세보기
O. Kim, "Design of Dual-band Microstrip Antenna for Wireless Communication Applications," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 6, 2012, pp. 1275-1279.
G. Kim, "Design of slotted waveguide antenna with slot depth variation," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 4, 2013, pp. 535-540.

원문보기 상세보기
M. M. Nikolic, A. R. Djordjevic, and A. Nehorai, "Microstrip Antennas With Suppressed Radiation in Horizontal Directions and Reduced Coupling," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 11, 2005, pp. 3469-3476.

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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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