제안된 UWB 원형 패치 안테나는 FCC에서 규정한 3.1 ~ 10.6 GHz 대역에서 25% 이상의 상대적 대역폭을 갖도록 유도하였다. 안테나는 일반적인 마이크로스트립 라인과 선형적으로 임피던스가 변하는 마이크로스트립 라인의 두 가지 구조를 통해 광대역 특성을 유도하였다. 최종 제안된 안테나는 Ansys사의 HFSS를 화용하여 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 mm를 갖는 FR4_epoxy 기판에 설계되었다. 안테나 분석을 위하여 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 시뮬레이션을 하였다. 분석한 결과 2.28 ~ 13.35 GHz 대역에서 -10 dB 반사손실 및 $VSWR{\leq}2$를 만족하여 약 11.89 GHz의 대역폭을 보였으며, 방사패턴은 전 대역에서 모두 무지향성의 특성을 보였다. 안테나의 이득은 2 ~ 8 GHz 대역에서 점차적으로 증가하여 8 GHz에서 7.92 dBi의 가장 큰 이득의 특성을 보였으며, 9 ~ 12 GHz 대역에서 점차적으로 이득이 감소하는 특성을 보였다.
제안된 UWB 원형 패치 안테나는 FCC에서 규정한 3.1 ~ 10.6 GHz 대역에서 25% 이상의 상대적 대역폭을 갖도록 유도하였다. 안테나는 일반적인 마이크로스트립 라인과 선형적으로 임피던스가 변하는 마이크로스트립 라인의 두 가지 구조를 통해 광대역 특성을 유도하였다. 최종 제안된 안테나는 Ansys사의 HFSS를 화용하여 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 mm를 갖는 FR4_epoxy 기판에 설계되었다. 안테나 분석을 위하여 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 시뮬레이션을 하였다. 분석한 결과 2.28 ~ 13.35 GHz 대역에서 -10 dB 반사손실 및 $VSWR{\leq}2$를 만족하여 약 11.89 GHz의 대역폭을 보였으며, 방사패턴은 전 대역에서 모두 무지향성의 특성을 보였다. 안테나의 이득은 2 ~ 8 GHz 대역에서 점차적으로 증가하여 8 GHz에서 7.92 dBi의 가장 큰 이득의 특성을 보였으며, 9 ~ 12 GHz 대역에서 점차적으로 이득이 감소하는 특성을 보였다.
The proposed circular patch antenna was designed to include relative bandwidth of above 25% as designed by the FCC in the FCC in the 3.1 ~ 10.6 GHz band. The antenna was induced to have a wide band characteristic through two structures of the usual microstrip line and a microstrip line with a linear...
The proposed circular patch antenna was designed to include relative bandwidth of above 25% as designed by the FCC in the FCC in the 3.1 ~ 10.6 GHz band. The antenna was induced to have a wide band characteristic through two structures of the usual microstrip line and a microstrip line with a linear change in impedance. The proposed finally antenna was designed using an FR4_epoxy substrate with 4.7% permittivity, 0.02 of loss tangent, and 1.6 mm of thickness, and was simulated with the use of HFSS made by Ansys. Return loss at frequency, VSWR, radiation pattern and the gain of the antenna were analysed. As a result, if satisfied a return loss of -10 dB and $VSWR{\leq}2$ from 2.28 ~ 13.35 GHz, showing about the bandwidth of 11.89 GHz, and the radiation pattern was unidirectional in all bands. The antenna gain gradually increased from 2 ~ 8 GHz and had the highest gain of 7.92 dBi at 8 GHz. and the gain gradually decreased in the 9 ~ 12 GHz band.
The proposed circular patch antenna was designed to include relative bandwidth of above 25% as designed by the FCC in the FCC in the 3.1 ~ 10.6 GHz band. The antenna was induced to have a wide band characteristic through two structures of the usual microstrip line and a microstrip line with a linear change in impedance. The proposed finally antenna was designed using an FR4_epoxy substrate with 4.7% permittivity, 0.02 of loss tangent, and 1.6 mm of thickness, and was simulated with the use of HFSS made by Ansys. Return loss at frequency, VSWR, radiation pattern and the gain of the antenna were analysed. As a result, if satisfied a return loss of -10 dB and $VSWR{\leq}2$ from 2.28 ~ 13.35 GHz, showing about the bandwidth of 11.89 GHz, and the radiation pattern was unidirectional in all bands. The antenna gain gradually increased from 2 ~ 8 GHz and had the highest gain of 7.92 dBi at 8 GHz. and the gain gradually decreased in the 9 ~ 12 GHz band.
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문제 정의
본 논문에서는 원형 패치 구조를 통해 UWB 안테나를 제안하였으며, 패치 안테나의 단점인 협대역을 보완하기 위해 마이크로스트립 라인의 형태 및 물리적 길이 변화를 통해 UWB 안테나의 주파수 대역 및 안정적인 임피던스 정합 특성을 유도하였다.
제안된 원형 패치 구조의 UWB 안테나는 마이크로스트립 라인의 구조 및 물리적 길이 변화를 주어 안테나와 신호간의 임피던스 정합을 통해 안테나로 재 방사되는 신호의 양을 줄이는데 목적이 있다. 이를 반사손실(return loss.
가설 설정
는 마이크로스트립 라인의 폭과 길이이다. 두 구조의 마이크로스트립 라인의 폭과 길이는 동일하다. r1은 원형 패치의 반지름이며, r2는 그라운드에 삽입된 원형 슬릿의 반지름이다.
제안 방법
UWB 원형 패치 안테나의 최적화 설계를 위하여 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 ㎜의 FR4 기판을 사용하였으며, Ansys사의 HFSS를 통하여 주파수 영역에서의 반사손실, 정재파비, 방사패턴 및 이득의 특성을 분석하였다.
본 논문에서는 원형 패치 구조를 갖는 UWB 안테나를 제안하였으며, 패치 안테나의 단점인 협대역을 보완하기 위해 마이크로스트립 라인의 형태 및 물리적 길이 변화를 통해 FCC의 기준인 3.1 ∼ 10.6 ㎓ 대역폭 및 25% 이상의 상대적 대역폭을 만족하도록 설계하였다.
이를 위해 제2 장에서는 UWB 안테나의 설계를 제안하였으며, 제3 장에서는 HFSS을 통해 시뮬레이션하였다. 제4 장에서는 결론을 맺는다.
제안한 UWB 안테나는 원형 패치 구조를 기반으로 하여 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 ㎜의 FR4_epoxy 기판에 설계되었으며, 일반적인 마이크로 스트립 라인과 선형적으로 임피던스가 변하는 마이크로스트립 라인의 두 가지 구조를 통해 광대역 특성을 유도하였다.
대상 데이터
제안한 안테나는 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 ㎜의 FR4_epoxy 기판을 사용하였으며, 전체크기는 70 × 58 ㎟이다. Ansys사의 HFSS를 사용하여 시뮬레이션 하였으며, 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 분석하였다.
데이터처리
6 ㎜의 FR4_epoxy 기판을 사용하였으며, 전체크기는 70 × 58 ㎟이다. Ansys사의 HFSS를 사용하여 시뮬레이션 하였으며, 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 분석하였다.
성능/효과
시뮬레이션 결과 원형 패치 안테나는 2.28 ∼13.35 ㎓ 대역에서 -10 ㏈ 이하의 반사손실 및 VSWR≤2를 만족하며, 11.07 ㎓의 대역폭을 보였으며, 방사 패턴은 모든 대역에서 무지향성의 패턴을 보였다. 안테나 이득은 8 ㎓ 대역에서 7.
07 ㎓의 대역폭을 보였으며, 방사 패턴은 모든 대역에서 무지향성의 패턴을 보였다. 안테나 이득은 8 ㎓ 대역에서 7.92 ㏈i의 가장 높은 이득을 보였으며, 평균적으로 모든 대역에서 5 ㏈i 이상의 이득을 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
UWB 안테나는 무엇인가?
UWB 안테나는 중심 주파수 25% 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템 혹은 1.5 ㎓ 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 통신 시스템을 의미하며, 신호의 확산 특성을 이용한 기술로서 시간 축 상에서 주기가 매우 짧은 펄스를 송신하게 되면 그 신호는 주파수축 상에서 매우 넓게 펼쳐진다[1-3].
UWB 안테나의 시간 축 상에서 주기가 매우 짧은 펄스를 송신하게 되면 신호는 어떻게 되는가?
UWB 안테나는 중심 주파수 25% 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템 혹은 1.5 ㎓ 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 통신 시스템을 의미하며, 신호의 확산 특성을 이용한 기술로서 시간 축 상에서 주기가 매우 짧은 펄스를 송신하게 되면 그 신호는 주파수축 상에서 매우 넓게 펼쳐진다[1-3].
패치 안테나의 단점인 협대역을 보완하기 위해 마이크로스트립 라인을 이용한 원형 패치 구조를 갖는 UWB 안테나를 제안하였는데 그 성능 제반(스펙)은 어떠한가?
제안한 안테나는 유전율 4.7, 손실 탄젠트 0.02, 두께 1.6 ㎜의 FR4_epoxy 기판을 사용하였으며, 전체크기는 70 × 58 ㎟이다. Ansys사의 HFSS를 사용하여 시뮬레이션 하였으며, 주파수 영역에서의 반사손실, VSWR, 방사패턴 및 이득을 분석하였다.
참고문헌 (10)
W. Zuang, X. Shan, and Q. Bi, "Ultra-wideband wireless communication," Wirel Commun. Mob. Comput., vol. 3, pp. 663-685, 2003.
M. A. Peyrot-Solis, G. M. Galvan-Tejada, and H. Jardon-Agular, "A novel planar uwb monopole antenna formed on a printed circuit board," Microwave and Optical Technol. Lett., vol. 5, pp. 933-935, May 2006.
S. Hong, K. Chung, J. Lee, S. Jung, S. S. Lee, and J. Choi, "Design of a diversity antenna with stubs for UWB application," Microwave and Optical Technology Lett., vol. 50, no. 50, pp. 1352-1356, Mar. 2008.
K, H. Lee, E. H. Kwak, and B. G. Kim, "Effect of substrate thickness, perforation position and size on the bandwidth and radiation characteristics of a proximity coupled perforated microstrip patch antenna," J. KICS, vol. 39A, no. 6, pp. 301-321, Jun. 2014.
D. Y. Choi, S. W. Kim, J. J. Park, M. A. Jeong, and S. R. Lee, "Design and Implementation of Tapered Slot Antenna for Ship's Indoor Location-Aware System," J. KICS, vol. 39C, no. 12, pp. 1307-1313, Dec. 2014.
K. Y. Kim, "Design of UWB beam scanning antenna systems based on time domain analysis," Ph.D. Dissertation, Electronic Engineering, Kwangwoon Univ., Dec. 2013.
K. J. Jeon, B. H. Ko, S. C. Myung, S. R. Lee, and K. S. Kim, "Protograph-based block LDPC code design for marine satellite communications," J. KICS, vol. 39C, no. 7, pp. 515-520, Jul. 2014.
S. Shrestha, S. K. Noh, and D. Y. Choi, "Comparative study of antenna design for RF energy harvesting," Int. J. Ant. Propaga., vol. 2013, pp. 1-10, 2013.
D. Y. Choi, Sika Shrestha, J. J. Park, and S. N. Noh, "Design and performance of an efficient rectenna incorporating a fractal structure," Int. J. Commun. Syst., vol. 2014, no. 27, pp. 1-19, Jul. 2014.
K. Chang, RF and Microwave Wireless System, NY: WILEY, pp. 74-75, 2000.
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