본 논문에서는 코플래너 도파관으로 급전되는 소형 2-소자 준-야기 안테나 설계 방법에 대해 연구하였다. 평면 다이폴을 급전하기 위한 코플래너 스트립과 코플래너 도파관 간의 밸런은 코플래너 도파관의 한 쪽 접지 스트립을 신호선과 연결시켜서 구성하였다. 스트립 다이폴과 반사기를 구부리고 밸런을 안테나에 내장하여 소형화하였다. 제안된 구조를 UHFRFID 대역(902-928 MHz)에 적합하도록 설계하였으며, 여러 가지 파라미터들(다이폴 길이, 반사기 길이, 다이폴과 반사기 사이의 거리, 급전 위치 등)에 의한 영향을 점검하였다. FR4 기판 상에 $90mm{\times}80mm$ 크기의 안테나를 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비가 2이하인 주파수 대역은 885-942 MHz, RFID용 주파수 대역 내 이득은 4.3 dBi 이상, 전후방비 7 dB 이상인 특성을 관찰할 수 있었다.
본 논문에서는 코플래너 도파관으로 급전되는 소형 2-소자 준-야기 안테나 설계 방법에 대해 연구하였다. 평면 다이폴을 급전하기 위한 코플래너 스트립과 코플래너 도파관 간의 밸런은 코플래너 도파관의 한 쪽 접지 스트립을 신호선과 연결시켜서 구성하였다. 스트립 다이폴과 반사기를 구부리고 밸런을 안테나에 내장하여 소형화하였다. 제안된 구조를 UHF RFID 대역(902-928 MHz)에 적합하도록 설계하였으며, 여러 가지 파라미터들(다이폴 길이, 반사기 길이, 다이폴과 반사기 사이의 거리, 급전 위치 등)에 의한 영향을 점검하였다. FR4 기판 상에 $90mm{\times}80mm$ 크기의 안테나를 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비가 2이하인 주파수 대역은 885-942 MHz, RFID용 주파수 대역 내 이득은 4.3 dBi 이상, 전후방비 7 dB 이상인 특성을 관찰할 수 있었다.
In this paper, a design method for a coplanar waveguide (CPW)-fed 2-element quasi-Yagi antenna (QYA) is studied. A balun between CPW and coplanar strip (CPS) which feeds a planar dipole is implemented by connecting the one end of ground strips in a CPW to a signal strip. The antenna size is reduced ...
In this paper, a design method for a coplanar waveguide (CPW)-fed 2-element quasi-Yagi antenna (QYA) is studied. A balun between CPW and coplanar strip (CPS) which feeds a planar dipole is implemented by connecting the one end of ground strips in a CPW to a signal strip. The antenna size is reduced by bent strip dipole and reflector, and an integrated balun. The proposed antenna was designed for the operation in a UHF radio frequency identification (RFID) band of 902-928 MHz, and the effects of various parameters such as dipole length, reflector length, distance between dipole and reflector, feed position were examined. The antenna with a size of $90mm{\times}80mm$ was fabricated on an FR4 substrate, and the experiment results reveal a frequency band of 885-942 MHz for a voltage standing wave ratio 4.3 dBi, and a front-to-back ratio > 7 dB over the frequency band for the UHF RFID.
In this paper, a design method for a coplanar waveguide (CPW)-fed 2-element quasi-Yagi antenna (QYA) is studied. A balun between CPW and coplanar strip (CPS) which feeds a planar dipole is implemented by connecting the one end of ground strips in a CPW to a signal strip. The antenna size is reduced by bent strip dipole and reflector, and an integrated balun. The proposed antenna was designed for the operation in a UHF radio frequency identification (RFID) band of 902-928 MHz, and the effects of various parameters such as dipole length, reflector length, distance between dipole and reflector, feed position were examined. The antenna with a size of $90mm{\times}80mm$ was fabricated on an FR4 substrate, and the experiment results reveal a frequency band of 885-942 MHz for a voltage standing wave ratio 4.3 dBi, and a front-to-back ratio > 7 dB over the frequency band for the UHF RFID.
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문제 정의
본 논문에서는 CPW로 급전되는 2-소자 QYA의 설계방법에 대해 연구하였다. CPW 종단에 평면 다이폴이 연결되고, 다이폴로부터 적절한 거리에 접지면에 연결된 스트립 반사기가 부가되어 배열 축 방향으로 지향성이 개선되는 구조이다[7].
본 논문에서는 CPW로 급전되는 소형 2-소자 QYA 설계 방법에 대해 연구하였다. 안테나를 소형화하기 위해 다이폴과 반사기를 구부리고 안테나 내장형 밸런을 이용하여 설계하였다.
제안 방법
CPW의 치수(w1, w2, s)는 특성 임피던스가 50 옴에 근접하도록 결정하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 여러가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향은 다음과 같이 정리된다.
국내를 포함한 북미 UHF RFID (Radio Frequency IDentification; 무선인식)용 주파수 대역(902—928 MHz) 동작에 적합하도록 파라미터들을 조정하여 설계하였으며, 안테나의 크기는 90 mm(길이) × 90 mm(폭) 이내로 제한하고, 안테나는 배열 축 방향으로의 이득이 4 dBi 이상, 전후방비가 6 dB 이상이 되도록 설계하였다.
급전점으로부터 후방으로는 적절한 거리에 양측 접지면들을 서로 연결하여 단락시키는 구조이다. 안테나를 소형화하기 위해 다이폴과 반사기를 구부리고 밸런을 내장하였으며, 여러 가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 점검하였다.
본 논문에서는 CPW로 급전되는 소형 2-소자 QYA 설계 방법에 대해 연구하였다. 안테나를 소형화하기 위해 다이폴과 반사기를 구부리고 안테나 내장형 밸런을 이용하여 설계하였다. 여러 가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz) 동작에 적합한 안테나를 설계하였다.
여러 가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz) 동작에 적합한 안테나를 설계하였다.
제안된 안테나 구조가 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz)에서 휴대용 리더기 안테나로 동작하도록 파라미터 값들을 조절하였으며, 표 1에 제시된 바와 같다.
제안된 안테나 구조가 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz)에서 휴대용 리더기 안테나로 동작하도록 파라미터 값들을 조절하였으며, 표 1에 제시된 바와 같다. 표 1에 제시된 치수를 갖는 안테나의 특성을 살펴보기 위해 여러 가지 파라미터들에 대한 안테나의 특성 (입력 임피던스 혹은 반사계수, 이득, 전후방비 등) 변화를 점검해 본다.
대상 데이터
제작된 안테나의 크기는 90 mm × 80 mm로 차단 주파수 885 MHz에서 자유공간 파장을 기준으로 할 때, 약 0.27 파장 × 0.24 파장이다.
표 1에 제시된 치수를 갖는 안테나의 특성을 살펴보기 위해 FR4 기판(비유전율 = 4.4, 손실 탄젠트 = 0.025, 두께 = 0.8 mm) 상에 그림 6과 같이 제작하였다.
성능/효과
FR4기판에 제작된 안테나의 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역은 885—942 MHz, RFID 대역 내 안테나의 이득 4.3 dBi 이상, 전후방비 7 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
기존 연구 논문들[9-12]에서 제시된 이와 유사한 기능을 갖는 안테나들의 크기가 90 mm × 90 mm 정도 인 것을 감안하면, 제안된 안테나는 소형 휴대용 RFID 리더기 안테나로 사용하기에 적합한 것임을 볼 수 있다.
국내를 포함한 북미 UHF RFID (Radio Frequency IDentification; 무선인식)용 주파수 대역(902—928 MHz) 동작에 적합하도록 파라미터들을 조정하여 설계하였으며, 안테나의 크기는 90 mm(길이) × 90 mm(폭) 이내로 제한하고, 안테나는 배열 축 방향으로의 이득이 4 dBi 이상, 전후방비가 6 dB 이상이 되도록 설계하였다. 안테나를 제작하고 반사계수, 복사패턴, 이득 등의 특성 실험 결과와 시간영역 기반의 해석 툴을 이용한 시뮬레이션 결과를 비교하여 연구결과의 타당성을 확인하였다.
1도 이다. 안테나의 이득은 4.67 dBi, 전후방비는 약 9.1 dB, 안테나 효율은 약 92% 정도로서 양호한 특성을 보인다.
이상의 결과들을 볼 때, 측정결과가 시뮬레이션 결과와 잘 일치하므로 연구결과의 타당성을 확인할 수 있고, 본 연구에서 제안된 안테나가 휴대형 RFID 리더 안테나로서 적합한 크기와 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
후속연구
3 dBi 이상, 전후방비 7 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제안된 안테나 구조가 휴대형 RFID 리더용 안테나로 사용하기에 적합하며, 향후 유사한 특성을 요구하는 다양한 소형 지향성 안테나 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
그림 7은 회로망분석기(N5230A, Agilent社)를 이용하여 제작된 안테나의 반사계수를 측정한 것이며, VSWR < 2 인 대역은 885—942 MHz 로서 RFID 대역 (902—928 MHz)을 포함하며, 시뮬레이션 결과(893—998 MHz)과는 약간 차이가 있지만 전체적인 경향은 유사함을 볼 수 있다. 시뮬레이션과 실험 결과의 차이는 안테나를 제작하는 과정에서 발생하는 오차에서 기인한 것으로 생각되며 정확한 치수로 제작하면 차이는 많이 감소될 것으로 기대된다. 제작된 안테나의 크기는 90 mm × 80 mm로 차단 주파수 885 MHz에서 자유공간 파장을 기준으로 할 때, 약 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대표적인 평면 안테나는 무엇이 있는가?
대표적인 평면 안테나로는 전통적인 선형 안테나(wire antenna)인 모노폴 안테나와 다이폴 안테나를 PCB상에 구현하는 평면 모노폴과 평면 다이폴이 있다. 평면 모노폴은 모노폴과 동일한 방향의 수직편파를 발생하고 수평면 상에서는 무지향성에 가까운 복사패턴을 보인다.
평면 모노폴의 장점은?
평면 모노폴은 모노폴과 동일한 방향의 수직편파를 발생하고 수평면 상에서는 무지향성에 가까운 복사패턴을 보인다. 또한 다양한 변형을 통해 광대역, 다중대역, 대역차단 등의 특성을 구현할 수 있고 비교적 소형이어서 휴대 단말기용으로 가장 많이 사용되고 있다[1, 2]. 모노폴의 급전선로로는 불평형 선로(unbalanced line) 인 동축케이블, 마이크로스트립(MS; microstrip) 및 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)이 주로 사용된다.
평면 모노폴은 어떠한 패턴을 보이는가?
대표적인 평면 안테나로는 전통적인 선형 안테나(wire antenna)인 모노폴 안테나와 다이폴 안테나를 PCB상에 구현하는 평면 모노폴과 평면 다이폴이 있다. 평면 모노폴은 모노폴과 동일한 방향의 수직편파를 발생하고 수평면 상에서는 무지향성에 가까운 복사패턴을 보인다. 또한 다양한 변형을 통해 광대역, 다중대역, 대역차단 등의 특성을 구현할 수 있고 비교적 소형이어서 휴대 단말기용으로 가장 많이 사용되고 있다[1, 2].
참고문헌 (12)
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J. Yeo and J. I. Lee, "Design of miniaturized quasi-Yagi antenna for portable RFID reader applications," Progress In Electromagnetics Research C, vol. 58, pp. 97-104, July 2015.
A. M. Sanchez, M. Ribo, L. Pradell, J. Anguera, and A. Andujar, "CPW balun for printed balanced antennas," Electron. Lett., vol. 50, no. 11, pp. 785-786, May 2014.
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J. Yeo and J. I. Lee, "Design of miniaturized quasi-yagi antenna for portable RFID reader applications," Progress In Electromagnetics Research C, vol. 58, pp. 97-104, 2015.
Hua, R. C. and T. G. Ma, "A printed dipole antenna for ultra high frequency (UHF) radio frequency identification (RFID) handheld reader," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 12, pp. 3742-3745, Dec. 2007.
Hsu, H. T. and T. J. Huang, "A Koch-shaped log-periodic dipole array (LPDA) antenna for universal ultra-highfrequency (UHF) radio frequency identification (RFID) handheld reader," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 61, no. 9, pp. 4852-4856, Sep. 2013.
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