본 논문에서는 국내에서 사용중인 4세대 이동통신 서비스 단말기의 사용중인 주파수인 LTE(905-960 MHz), WCDMA(1922.8-2167.2 MHz), DCS(1710.2-1879.8 MHz), US-PCS(1850.2-1989.8 MHz), WLAN (2400-2483 MHz)를 수용할 수 있도록 PCB기판(FR-4기판)을 사용하여 핸드폰용 소형안테나를 설계하였다. 많은 장점을 가진 CPW 급전 및 방사체 구조와 소형화를 위하여 spiral line를 제안하였다. Spiral line의 폭은 일정하며 대역폭을 넓히기 위하여 세 개의 스터브를 추가하였다. 3개의 스터브의 길이와 폭을 다르게 하여 임피던스 대역폭 VSWR<3에서 최적화하여 설계 및 제작하였다. 이 안테나의 크기는 $40{\times}30{\times}1mm3$로써 소형이다. 또한 실험을 통해 4세대 이동통신 LTE용 안테나로 사용할 수 있음을 입증하였다.
본 논문에서는 국내에서 사용중인 4세대 이동통신 서비스 단말기의 사용중인 주파수인 LTE(905-960 MHz), WCDMA(1922.8-2167.2 MHz), DCS(1710.2-1879.8 MHz), US-PCS(1850.2-1989.8 MHz), WLAN (2400-2483 MHz)를 수용할 수 있도록 PCB기판(FR-4기판)을 사용하여 핸드폰용 소형안테나를 설계하였다. 많은 장점을 가진 CPW 급전 및 방사체 구조와 소형화를 위하여 spiral line를 제안하였다. Spiral line의 폭은 일정하며 대역폭을 넓히기 위하여 세 개의 스터브를 추가하였다. 3개의 스터브의 길이와 폭을 다르게 하여 임피던스 대역폭 VSWR<3에서 최적화하여 설계 및 제작하였다. 이 안테나의 크기는 $40{\times}30{\times}1mm3$로써 소형이다. 또한 실험을 통해 4세대 이동통신 LTE용 안테나로 사용할 수 있음을 입증하였다.
In this paper, the compact antenna for handsets is designed using FR-4 substrate for LTE(905-960 MHz), WCDMA(1922.8-2167.2 MHz), DCS(1710.2-1879.8 MHz), US-PCS(1850.2-1989.8 MHz), WLAN(2400-2483 MHz). The CPW line with many advantages and a spiral geometry for miniaturization is proposed. Widths of ...
In this paper, the compact antenna for handsets is designed using FR-4 substrate for LTE(905-960 MHz), WCDMA(1922.8-2167.2 MHz), DCS(1710.2-1879.8 MHz), US-PCS(1850.2-1989.8 MHz), WLAN(2400-2483 MHz). The CPW line with many advantages and a spiral geometry for miniaturization is proposed. Widths of a spiral line are constant, and three stubs are added to broaden the bandwidth. Lengths and widths of three stubs are gradually changed. And proposed antenna is optimized for VSWR<3, designed, and fabricated. The dimension of this antenna is only $40{\times}30{\times}1mm3$ which is compact. It has been demonstrated by experiment that the compact planar antenna can be used as the mobile communication LTE antenna for 4G.
In this paper, the compact antenna for handsets is designed using FR-4 substrate for LTE(905-960 MHz), WCDMA(1922.8-2167.2 MHz), DCS(1710.2-1879.8 MHz), US-PCS(1850.2-1989.8 MHz), WLAN(2400-2483 MHz). The CPW line with many advantages and a spiral geometry for miniaturization is proposed. Widths of a spiral line are constant, and three stubs are added to broaden the bandwidth. Lengths and widths of three stubs are gradually changed. And proposed antenna is optimized for VSWR<3, designed, and fabricated. The dimension of this antenna is only $40{\times}30{\times}1mm3$ which is compact. It has been demonstrated by experiment that the compact planar antenna can be used as the mobile communication LTE antenna for 4G.
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제안 방법
PCB의 사용으로 안테나의 부피를 줄였으며 1/4λ₀ 모노폴 안테나[4]를 채택하였고, 기하학적 형태로는 folded line과 spiral line, meander line 등 여러 가지 중에 spiral line을 이용하여 안테나 높이를 줄였다[5].
본 논문에서 제안한 안테나는 CPW 스파이럴 안테나에 스터브를 3개를 추가하여 임피던스 대역폭 VSWR＜3에서 LTE, WCDMA, DCS, US-PCS, WLAN, BLUETOOTH를 사용할 수 있는 주파수들을 모두 수용할 수 있게 되었다. 또한 크기는 40 × 30 × 1mm3로써 소형으로 핸드폰 내부에 장착이 가능한 크기이다.
최적화된 설계치수를 가지고 제작된 안테나는 안테나 분석기(Antenna Analyzer, Anritsu S331D)를 이용하여 반사손실을 측정하였다. 그림 8에서는 제작한 안테나의 측정결과를 보여주고 있다.
대상 데이터
본 논문에서는 국내에서 사용중인 4세대 통신 서비스 단말기의 사용중인 LTE, WCDMA, DCS, US-PCS, WLAN을 수용할 수 있도록 PCB 기판을 사용하여 설계 및 제작하였다. PCB는 안테나 기능으로서의 협대역 특성의 단점이 있는 소재이지만 부피가 작고 특정한 형태로 제작하기 쉽고 대량 생산시에는 생산비가 적게 들어 안테나 엔지니어들에게 인기가 있다.
019이다. 설계에 사용된 프로그램은 CST사의 MWS이다.
1λ₀ 정도 된다. 제안된 안테나의 소재가 되는 FR4 기판의 두께는 1mm이며 비유전율은 4.26, 손실 탄젠트는 0.019이다. 설계에 사용된 프로그램은 CST사의 MWS이다.
성능/효과
-6 dB의 반사손실 기준으로 1차공진주(S11<-6 dB)의 임피던스 대역폭에서 LTE, WCDMA, DCS, US-PCS, WLAN, BLUETOOTH의 주파수들을 모두 수용할 수있게 되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LTE, WCDMA, DCS, WLAN, US-PCS, BLUETOOTH를 사용할 수 있는 통신 서비스를 위해서는 무엇이 필요한가?
1G 이동통신 서비스에서는 음성통화만을 하였기 때문에 많은 주파수의 사용이 필요하지는 않았지만 최근 이동통신 서비스 및 스마트폰 가입자수가 계속해서 증가하고 있으므로 데이터 속도가 빠른 4세대를 위한 안테나 개발이 필요하다. 하지만 LTE, WCDMA, DCS, WLAN, US-PCS, BLUETOOTH를 사용할 수 있는 통신 서비스를 위해서는 서로 다른 주파수를 사용하므로 넓은 주파수 대역폭이 필요하다. 그래서 작은 크기를 갖는 모바일기기에 사용하기 위해서는 안테나의 크기를 소형화시켜야 하지만 안테나 크기가 작아짐에 따라 방사패턴과 지향성은 영향을 덜 받지만 방사저항과 리액턴스는 주파수에 따라 변하여 안테나에서 부하로 또는 발진기에서 안테나로의 전력 전달이 어려워지고 높은 Q값을 가져 대역폭이 좁아진다[1-3].
본 연구에서 대역폭을 늘리기 위하여 어떠한 기법들을 활용하였는가?
대역폭을 늘리기 위하여 여러 가지 기법들이 있다. 설계한 안테나에서는 동평면상에 급전 및 방사체와 ground가 있는 CPW 급전방식과 spiral line에 스터브를 추가하여 다양한 통신서비스의 사용주파수들을 수용할 수 있게 되었다[6-8].
PCB의 특성은 무엇인가?
본 논문에서는 국내에서 사용중인 4세대 통신 서비스 단말기의 사용중인 LTE, WCDMA, DCS, US-PCS, WLAN을 수용할 수 있도록 PCB 기판을 사용하여 설계 및 제작하였다. PCB는 안테나 기능으로서의 협대역 특성의 단점이 있는 소재이지만 부피가 작고 특정한 형태로 제작하기 쉽고 대량 생산시에는 생산비가 적게 들어 안테나 엔지니어들에게 인기가 있다. PCB의 사용으로 안테나의 부피를 줄였으며 1/4λ₀ 모노폴 안테나[4]를 채택하였고, 기하학적 형태로는 folded line과 spiral line, meander line 등 여러 가지 중에 spiral line을 이용하여 안테나 높이를 줄였다[5].
참고문헌 (12)
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K. L. Wong, P. W. Lin, and H. J. Hsu, "Decoupled WWAN/LTE antennas with an isolation ring strip embedded therebetween for smartphone application," Microwave Opt Technol Lett., vol. 55, no. 7, July 2013, pp. 1470-1476.
I. Dioum, A. Diallo, S. M. Farssi, and C. Luxey, "A novel compact dual-band LTE antenna-system for MIMO operation," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 4, Apr. 2014, pp. 2291-2296.
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