본 논문에서는 1.70-2.70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지는 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)의 설계에 관하여 연구하였다. 제안된 DDQYA 안테나는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나와 접지 반사기가 코플래너 스트립 선로로 연결되어 있다. 저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기를 추가하였다. 두 번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi 이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다. 최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.60-2.86 GHz이고, 1.70-2.70 GHz 대역에서 이득이 7.2-7.6 dBi로 7 dBi 이상을 유지하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 1.70-2.70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지는 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)의 설계에 관하여 연구하였다. 제안된 DDQYA 안테나는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나와 접지 반사기가 코플래너 스트립 선로로 연결되어 있다. 저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기를 추가하였다. 두 번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi 이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다. 최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.60-2.86 GHz이고, 1.70-2.70 GHz 대역에서 이득이 7.2-7.6 dBi로 7 dBi 이상을 유지하는 것을 확인하였다.
In this paper, the design of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) with a gain over 7 dBi at 1.70-2.70 GHz band is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths and a ground reflector, which are connected trough a coplanar stripline. The length of the second d...
In this paper, the design of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) with a gain over 7 dBi at 1.70-2.70 GHz band is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths and a ground reflector, which are connected trough a coplanar stripline. The length of the second dipole is adjusted to increase the gain in the low frequency band, whereas a rectangular patch director is appended to the DDQYA to enhance the gain in the middle and high frequency band. The effects of the length of the second dipole, and the length and width of the director on the antenna performance are analyzed, and final design parameters to obtain a gain over 7 dBi are obtained. A prototype of the proposed DDQYA is fabricated on an FR4 substrate, and the experimental results show that the antenna has a frequency band of 1.60-2.86 GHz for a VSWR < 2, and measured gain ranges 7.2-7.6 dBi at 1.70-2.70 GHz band.
In this paper, the design of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) with a gain over 7 dBi at 1.70-2.70 GHz band is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths and a ground reflector, which are connected trough a coplanar stripline. The length of the second dipole is adjusted to increase the gain in the low frequency band, whereas a rectangular patch director is appended to the DDQYA to enhance the gain in the middle and high frequency band. The effects of the length of the second dipole, and the length and width of the director on the antenna performance are analyzed, and final design parameters to obtain a gain over 7 dBi are obtained. A prototype of the proposed DDQYA is fabricated on an FR4 substrate, and the experimental results show that the antenna has a frequency band of 1.60-2.86 GHz for a VSWR < 2, and measured gain ranges 7.2-7.6 dBi at 1.70-2.70 GHz band.
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문제 정의
에 의해 결정된다. 따라서, 이들 설계 변수의 변화에 대한 제안된 DDQYA 특성의 영향을 조사하였다.
본 논문에서는 1.70—2.70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지는 DDQYA의 설계에 관하여 연구하였다.
제안 방법
70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지는 DDQYA의 설계에 관하여 연구하였다. 급전부를 최소화하기 위해 단락이 종단된 MS 선로와 슬롯 선로로 구성된 내장형 밸런을 사용하였다. 저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기가 추가하였다.
두 다이폴의 비를 r = 0.8로 정한 후 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 증가시키기 위해 직사각형 패치 도파기(Dr)를 D2 위에 추가하였다. 그림 3은 Dr의 길이 ld의 변화에 따른 입력 반사계수와 이득의 변화를 나타내고 있다.
5 dBi이다. 따라서 대역폭과 안정된 7 dBi 이상의 이득을 고려하여 ds = 7.5 mm로 정하였다.
5 dBi이다. 따라서 대역폭과 안정된 7 dBi 이상의 이득을 고려하여 wd = 14 mm로 정하였다.
두 번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최적의 설계 변수를 얻었다. 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다. 최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(비유전율 4.
제안된 DDQYA는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나와 접지 반사기가 CPS 선로로 연결되어 있으며, 급전부를 최소화하기 위해 단락이 종단된 MS 선로와 슬롯 선로로 구성된 내장형 밸런 (integrated balun)을 사용하였다. 저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기가 추가하였다. 두 번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최적의 설계 변수를 얻었다.
70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지는 DDQYA의 설계에 관하여 연구하였다. 제안된 DDQYA는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나와 접지 반사기가 CPS 선로로 연결되어 있으며, 급전부를 최소화하기 위해 단락이 종단된 MS 선로와 슬롯 선로로 구성된 내장형 밸런 (integrated balun)을 사용하였다. 저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기가 추가하였다.
제안된 직사각형 패치 도파기를 가지는 DDQYA의 대역폭과 이득은 첫 번째와 두 번째 다이폴의 길이의 비 r = l2/l1, 도파기의 길이 ld, 폭 wd 및 기생 도파기와 두 번째 다이폴 사이의 거리 ds에 의해 결정된다. 따라서, 이들 설계 변수의 변화에 대한 제안된 DDQYA 특성의 영향을 조사하였다.
상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다. 최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 1.6 mm) 상에 제작하여 특성을 확인하였다
대상 데이터
8 dBi의 이득을 얻을 수 있었다[6]. 그러나 급전 구조를 포함한 접지면의 크기가 너무 큰 단점이 있고 두 개의 도파기를 사용하였다. 접지면의 크기를 최소화하기 위해 내장형 밸런과 직사각형 패치 도파기를 이용한 방법이 제안되어 58%의 대역폭과 6.
최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(∊r = 4.4, 두께 =1.6 mm, loss tangent = 0.025)을 이용하여 제작하였다.
데이터처리
그림 9는 1.7 GHz, 2.2 GHz, 2.7 GHz에서 제안된 DDQYA의 E-면(x-y면)과 H-면(y-z면) 복사 패턴에 대한 측정 결과를 비교하였다. 측정된 패턴이 시뮬레이션 결과와 유사함을 알 수 있다.
성능/효과
1.70—2.70 GHz 대역에서의 이득은 시뮬레이션 결과 7.1—7.4 dBi이고, 측정결과는 7.2—7.6 dBi이다.
DDQYA의 이득과 대역폭을 넓히기 위해 MS 방사형 스터브(radial stub)와 슬롯(slot) 방사형 스터브를 이용한 MS-코플래너 스트립(coplanar strip; CPS) 변환구조와 두 개의 스트립 도파기를 이용하여 80.4%의 대역폭을 가지고 7.0—7.8 dBi의 이득을 얻을 수 있었다[6].
저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기가 추가하였다. 두 번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최적의 설계 변수를 얻었다. 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다.
저주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 번째 다이폴의 길이를 조절하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 직사각형 패치 도파기가 추가하였다. 두번째 다이폴의 길이와 직사각형 패치 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다.
접지면의 크기를 최소화하기 위해 내장형 밸런과 직사각형 패치 도파기를 이용한 방법이 제안되어 58%의 대역폭과 6.0 —7.1 dBi의 이득을 얻을 수 있었다[7].
3배 정도이고 도파기의 폭이 좁다[2]. 제안된 직사각형 패치 도파기는 투사기와의 간격이 파장의 0.05배로 가까우며 도파기의 폭도 기존의 도파기에 비해서 넓다. 직사각형 패치 도파기를 두 번째 다이폴의 가까운 위치에 배치함으로써 넓은 대역에서 이득을 높일 수 있는 장점이 있다.
직사각형 패치 도파기 대신 두 번째 다이폴의 종단에 정렬된 스트립쌍 도파기를 추가하는 방법도 제안되어 56%의 대역폭과 5.3—6.4 dBi의 이득을 얻을 수 있었다[8].
최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작 하고 특성을 실험한 결과 VSWR이 2 이하인 대역은 1.60—2.86 GHz이고, 1.70—2.70 GHz 대역에서 이득이 7.2—7.6 dBi로 7 dBi 이상을 유지하여 원하는 주파수 대역과 이득을 만족함을 확인하였다.
측정 결과 대역의 상한 주파수가 약간 증가하여 대역폭이 조금 증가하였다. 1.
특성 시뮬레이션 결과를 통해 1.70—2.70 GHz 대역에서 7 dBi 이상의 이득을 가지기 위해 선택된 최적의 설계 변수는 r = 0.8(l2 = 57.6 mm), ld = 31.5 mm, wd = 14 mm, ds = 7.5 mm이다.
후속연구
제안된 안테나는 PCS, IMT2000, LTE 등의 다양한 이동통신을 지원하는 기지국 안테나 혹은 소출력 중계기용 안테나에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DDQYA는 어떻게 구성되는가?
평면 QYA는 접지면 가장 자리를 반사기(reflector)로 사용하고 다이폴 투사기 (driver)를 전송 선로로 급전하며, 적절한 거리에 도파기 (director)를 둠으로써 지향성을 얻을 수 있다[4]. DDQYA는 두 개의 길이가 다른 다이폴과 절단된 접지 면으로 구성되며, 이들 소자들이 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있고 도파기를 추가할 수 있다[5]. 두 다이 폴의 길이와 간격을 조절하여 광대역 혹은 이중 대역 특성을 얻을 수 있고, 도파기를 이용하여 대역폭을 넓히고 고주파 대역의 이득을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
DDQYA의 장점은 무엇인가?
DDQYA는 두 개의 길이가 다른 다이폴과 절단된 접지 면으로 구성되며, 이들 소자들이 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있고 도파기를 추가할 수 있다[5]. 두 다이 폴의 길이와 간격을 조절하여 광대역 혹은 이중 대역 특성을 얻을 수 있고, 도파기를 이용하여 대역폭을 넓히고 고주파 대역의 이득을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
평면 QYA의. 특징은 무엇인가?
광대역 지향성 평면 안테나 중에서 인쇄형 다이폴 안테나를 변형한 설계 방법을 이용하여 평면 준-야기 안테나(quasi-Yagi antenna; QYA)와 이중 다이폴 준-야기 안테나(double dipole QYA; DDQYA) 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 평면 QYA는 접지면 가장 자리를 반사기(reflector)로 사용하고 다이폴 투사기 (driver)를 전송 선로로 급전하며, 적절한 거리에 도파기 (director)를 둠으로써 지향성을 얻을 수 있다[4]. DDQYA는 두 개의 길이가 다른 다이폴과 절단된 접지 면으로 구성되며, 이들 소자들이 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있고 도파기를 추가할 수 있다[5].
참고문헌 (8)
R. Waterhouse, Printed Antennas for Wireless Communications. Chichester, U.K.: Wiley, 2007.
C. A. Balanis, Antenna theory - Analysis and design. 3rd ed., Hoboken, N.J.: Wiley, 2005.
K. L. Wong, Plananr antennas for wireless communications. Hoboken, N.J.: Wiley, 2003.
N. Kaneda, W. R. Deal, Y. Qian, R. Waterhouse, and T. Itoh, "A broad-band planar quasi-Yagi antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 50, no. 8, pp. 1158-1160, Aug. 2002.
J. Yeo and J.-I. Lee, "Broadband series-fed two dipole array antenna with an integrated balun for mobile communication applications," Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 54, no. 9, pp. 2166-2168, Sep. 2012.
S. X. Ta, H. Choo, and I. Park, "Wideband double-dipole yagi-uda antenna fed by a microstrip-slot coplanar stripline transition," Prog. Electromagn. Res. B, vol. 44, pp. 71-87, 2012.
J. Yeo and J.-I. Lee, "Bandwidth and gain enhancement of a series-fed two-dipole array antenna using nearby parasitic director," Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 55, no. 11, pp. 2782-2787, Nov. 2013.
J. Yeo, J.-I. Lee, and J.-T. Park, "A study on characteristics of series-fed dipole pair antenna with end-aligned strip pair director," J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng., vol. 18, no. 4, pp. 805-810, Apr. 2014.
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