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2.4 GHz ISM대역용 소형 0차 공진 안테나
Compact 0th Order Antenna for 2.4 GHz ISM Band 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.19 no.1 = no.70, 2015년, pp.60 - 65  

도상인 (금오공과대학교 전자공학과) ,  유진하 (금오공과대학교 전자공학과) ,  이영순 (금오공과대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 2.4 GHz ISM대역에서 사용가능한 0차 공진 안테나를 새롭게 제안하였다. 2.4 GHz ISM대역을 사용하는 Wi-fi, Bluetooth 및 Zigbee와 같은 무선통신 시스템의 경우, 방향에 따른 수신 전계강도의 변화가 없는 전방향 방사패턴을 가진 안테나의 사용을 필요로 한다. 0차 공진 안테나의 경우 안테나의 공진길이에 무관하게 소형화에 유리할 뿐만 아니라 전방향성의 방사패턴을 가지는 장점이 있다. 제안된 안테나는 단위 요소셀의 크기를 모노폴 안테나의 공진길이인 ${\lambda}/4$이하로 정하고 이를 2소자로 배열한 형태이다. 설계에 이용된 PCB의 크기는 $50{\times}50mm^2$이고 제안된 안테나는 PCB의 중상부에 $8{\times}5mm^2$의 제한된 크기로 설계 및 제작되었다. 제작된 안테나의 특성측정결과, 임피던스 대역폭($S_{11}{\leq}-10dB$)이 100 MHz (2.4~2.5 GHz)로 크기에 비해 꽤 넓은 대역폭을 얻을 수 있었으며, 해당 대역에서 3 dBi 이상의 높은 이득을 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present study, compact $0^{th}$ order resonant antenna for 2.4 GHz ISM frequency band is newly proposed. In case of wireless communication systems such as wi-fi, bluetooth and Zigbee, antennas with omni-directional radiation pattern are necessary because of the demands for uniforml...

주제어

#Compact   # $0^{th}$ order resonant   #2   #4 GHz ISM band   #Miniaturization   #Omni-directional radiation pattern  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 CRLH (composite right/left handed) 전송선로이론을 안테나에 적용하여 2.4 GHz ISM 대역에서 사용 가능한 평판형 소형안테나의 설계 결과를 제시하고 있다. CRLH는 RH 전송선로와 LH 전송선로의 특성을 적절히 조합하여 전파상수 β= 0이 되는 공진기를 만들 수 있게 되는 것으로 이때 발생하는 공진을 0차 공진이라고 한다.
  • 본 논문에서는 CRLH 전송전로를 이용하여 2.4 GHz ISM대역에 적용 가능한 0차공진 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 50 × 50 mm2의 PCB기판 중상부에 8 × 5 mm2의 제한된 크기로 설계되었으며 각각의 중요한 파라미터에 대한 경향분석과 그 결과를 토대로 최종적인 구조의 안테나를 제작하였다.
  • 이 특성을 이용하면 이론적으로 크기를 고려하지 않고 안테나를 설계할 수 있게 되며 현실적으로는 안테나의 임피던스 대역폭을 유지하면서 크기를 크게 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 2.4 GHz ISM대역을 사용하는 무선 리모컨에 적용하고자 하였으며 이를 통해 크기가 작고, 대역폭은 점유공간에 비해 넓으며, 기판의 임의의 위치에서도 특성에 변화가 적은 안테나를 설계하고자 하였다. 본 논문에서 안테나의 모의실험 설계는 CST사의 MWS를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
0차 공진 안테나의 장점은? 4 GHz ISM대역을 사용하는 Wi-fi, Bluetooth 및 Zigbee와 같은 무선통신 시스템의 경우, 방향에 따른 수신 전계강도의 변화가 없는 전방향 방사패턴을 가진 안테나의 사용을 필요로 한다. 0차 공진 안테나의 경우 안테나의 공진길이에 무관하게 소형화에 유리할 뿐만 아니라 전방향성의 방사패턴을 가지는 장점이 있다. 제안된 안테나는 단위 요소셀의 크기를 모노폴 안테나의 공진길이인 ${\lambda}/4$이하로 정하고 이를 2소자로 배열한 형태이다.
ISM대역이란? 우리는 이러한 무선기기들을 이용하여 Bluetooth, Wi-fi, Zigbee, RFID 등과 같은 서비스를 이용하고 있는데 주로 ISM대역을 사용하는 무선기기들이다. ISM대역은 산업, 과학, 의료용으로 별도의 허가가 필요치 않은 주파수 대역을 의미하며 900 MHz, 2.4 GHz, 5.7 GHz 등의 대역이 이에 속한다. 최근에는 이러한 서비스들이 스마트폰에 추가로 적용되기도 한다.
CRLH 의 RH 전송선로와 LH 전송선로의 특성을 적절히 조합했을 때, 장점은? CRLH는 RH 전송선로와 LH 전송선로의 특성을 적절히 조합하여 전파상수 β= 0이 되는 공진기를 만들 수 있게 되는 것으로 이때 발생하는 공진을 0차 공진이라고 한다. 이 특성을 이용하면 이론적으로 크기를 고려하지 않고 안테나를 설계할 수 있게 되며 현실적으로는 안테나의 임피던스 대역폭을 유지하면서 크기를 크게 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 2.
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참고문헌 (8)

  1. S. T. Fam, Y. Z. Yin, W. Hu, K. Song and B. Li, "Novel CPW-Fed printed monopole antenna with an n-shaped slot for dual-band operations," Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 54, No. 1, pp. 240-242, Jan. 2012. 

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  2. Y. s. Koo and D. S. Im, "Design and manufacture of modified ring antenna with stub and ground slot for WLAN applications," Journal of the korea Institute of Information and communication Engineering, Vol. 1, No. 10, pp. 2265-2272, Oct. 2013. 

  3. S. I. Latif, L. Shafai and S. K. Sharma, "Bandwidth enhancement and size reduction of microstrip slot antenna," IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 53, No. 3, pp. 994-1003, Mar. 2005. 

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  4. J. H. Yoo and Y. S. Lee, "Bandwidth enhancement and size reduction of microstrip-fed Folded-Slot Antenna," Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 55, No. 10, pp. 2248-2251, Oct. 2013. 

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  5. M. Jusoh, M. F. Jamlos, M. R. Kamarudin and A. Erawan, "Correlation analysis on UWB MIMO tree-antenna orientations," Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 55, No. 3, pp. 688-692, Jan. 2013. 

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  6. J. S. Park, J. Y. Park, J. H Choi and Y. S. Kim, "Ground slot with capacitor for high isolation between MIMO antenna," Mediterranean Microwave Symposium, Vol. 11, pp. 197-200, Sep. 2011. 

  7. S. Yoo and S. Kahng, "CRLH ZOR Antenna of a circular microstrip patch capacitively coupled to a circular shortedring", Progress in Electromagnetics Research C, Vol. 25, pp. 15-26, 2012. 

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  8. C. J. Lee, K. M. K. H. Leong and T. Itoh, "Composite right/left-handed transmission line based compact resonant antennas for RF module integration," IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 54, pp. 2283-2291, Aug. 2006. 

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