본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다. $70{\times}70{\times}1.6mm$의 한정된 크기에서 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 통해 전류의 경로를 길게 하여 보다 동작주파수를 낮추었으며, 광대역의 대역폭을 갖는다. 안테나의 측정된 10 dB 반사손실 대역폭은 2,180 MHz(2.5~4.68 GHz)이며, 중심주파수 3.59 GHz에서 비대역폭 60.7 %를 가진다. 제안된 안테나는 전방향성 방사 패턴을 가지며, 측정된 이득과 평균효율은 3.48~5.83 dBi, 81.55 %의 값을 갖는다.
본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다. $70{\times}70{\times}1.6mm$의 한정된 크기에서 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 통해 전류의 경로를 길게 하여 보다 동작주파수를 낮추었으며, 광대역의 대역폭을 갖는다. 안테나의 측정된 10 dB 반사손실 대역폭은 2,180 MHz(2.5~4.68 GHz)이며, 중심주파수 3.59 GHz에서 비대역폭 60.7 %를 가진다. 제안된 안테나는 전방향성 방사 패턴을 가지며, 측정된 이득과 평균효율은 3.48~5.83 dBi, 81.55 %의 값을 갖는다.
In this paper, a wideband slot antenna with corrugated structure antenna is proposed. The proposed antenna consists of a ground plane with corrugated slot and microstrip feed-line. Even with a limited dimension of $70{\times}70{\times}1.6mm$, the proposed antenna has wide bandwidth due to...
In this paper, a wideband slot antenna with corrugated structure antenna is proposed. The proposed antenna consists of a ground plane with corrugated slot and microstrip feed-line. Even with a limited dimension of $70{\times}70{\times}1.6mm$, the proposed antenna has wide bandwidth due to the longer current path formed by the corrugated slot structure. Measured bandwidth(10 dB return loss) and fractional bandwidth of the proposed antenna are 2,180 MHz(2.5~4.68 GHz) and 60.7 % at the center frequency of 3.59 GHz. The proposed antenna has an omni-directional radiation pattern and measured gains and average efficiency were 3.48~5.83 and dBi, 81.55 %, respectively.
In this paper, a wideband slot antenna with corrugated structure antenna is proposed. The proposed antenna consists of a ground plane with corrugated slot and microstrip feed-line. Even with a limited dimension of $70{\times}70{\times}1.6mm$, the proposed antenna has wide bandwidth due to the longer current path formed by the corrugated slot structure. Measured bandwidth(10 dB return loss) and fractional bandwidth of the proposed antenna are 2,180 MHz(2.5~4.68 GHz) and 60.7 % at the center frequency of 3.59 GHz. The proposed antenna has an omni-directional radiation pattern and measured gains and average efficiency were 3.48~5.83 and dBi, 81.55 %, respectively.
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문제 정의
본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다.
본 논문에서는 안테나 접지면에 물결모양 구조의 슬롯을 추가하여 크기의 증가 없이 낮은 주파수대역에서부터 넓은 대역폭과 높은 이득을 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 급전선과 접지면 사이의 큰 슬롯구조 때문에 강한 커플링이 발생하여 두 개의 공진주파수가 근접한 주파수에서 형성되어 넓은 대역폭과 높은 이득을 갖는다[8].
제안 방법
2 GHz에서의 참고안테나와 제안된 안테나의 전류분포도를 보여준다. 제안된 안테나는 공진주파수에서 마이크로스트립 급전선과 슬롯구조를 가지는 접지면의 강한 커플링이 형성된다. 또한, 참고 안테나의 슬롯 대각선 길이는 24.
본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다. 한정된 크기에서 물결모양 슬롯 구조를 통해 전류의 경로를 길게 하여 보다 낮은 주파수부터 광대역의 대역폭을 갖는다.
7 GHz 대역에서 물결모양 구조의 단위원 지름이 감소함에 따라 리액턴스의 변화가 작아 임피던스정합이 잘 되는 것을 확인할 수 있다. 제안된 안테나는 비교안테나 3과 동일한 구조를 갖고 있으며, 임피던스 정합특성을 개선하기 위하여 급전선 폭(W)과 길이(L)에 대한 패러매트릭 분석을 통하여 최적화 하였다. 그림 3(a)는 급전선의 길이 변화에 따른 반사손실(S11) 특성을 나타낸다.
8 mm인 반면, 비교안테나 1, 2, 3의 슬롯 둘레길이는 약 155 mm로서 커플링된 전류의 길이가 보다 길어져 낮은 주파수에서 공진을 하게 된다. 최적의 물결모양 슬롯 구조를 찾기 위해 비교 안테나 1, 2, 3의 모의실험을 진행하였다.
대상 데이터
그림 6은 모의실험을 통해 최적화된 설계변수를 바탕으로 제작된 안테나 시제품 사진이다. FR4 기판(두께 1.6 mm)에 프린팅하여 제작되었으며, 윗면에는 마이크로스트립 급전선 아래면에는 슬롯구조를 가지는 접지면이 위치한다. 그림 7은 모의실험 결과와 제작된 안테나의 반사손실(S11) 측정값을 나타낸다.
안테나는 70 mm×70 mm×1.6 mm의 FR4 기판(εr=4.4, tanδ=0.02)을 이용하였다.
성능/효과
) 특성을 나타낸다. 급전선의 폭이 얇아질수록 주파수의 이동 보다는 슬롯구조와 급전선간의 정합도가 향상되어 반사 손실 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
그림 3(a)는 급전선의 길이 변화에 따른 반사손실(S11) 특성을 나타낸다. 길이가 짧아질수록 첫 번째 공진주파수가 고주파수로 이동하는 특성을 보이는 반면, 두 번째 공진주파수는 거의 변함이 없으며, 두 개의 공진주파수가 인접한 주파수에서 형성되는 것을 확인할 수 있다.
최적화된 급전선을 갖는 제안된 안테나와 반사손실(S11) 모의실험 결과가 그림 4에 나타나 있다. 두 개의 공진 주파수가 서로 근접한 주파수에서 공진하여 광대역을 이루며, 물결모양 구조를 추가함에 따라 참고 안테나보다 낮은 주파수에서부터 10 dB 대역폭을 만족시키는 것을 확인할 수 있다. 제안된 안테나의 모의실험 결과는 2,000 MHz(2.
75 GHz에서 공진하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 두 번째 공진 포인트인 3.7～4.7 GHz 대역에서 물결모양 구조의 단위원 지름이 감소함에 따라 리액턴스의 변화가 작아 임피던스정합이 잘 되는 것을 확인할 수 있다. 제안된 안테나는 비교안테나 3과 동일한 구조를 갖고 있으며, 임피던스 정합특성을 개선하기 위하여 급전선 폭(W)과 길이(L)에 대한 패러매트릭 분석을 통하여 최적화 하였다.
제안된 안테나는 공진주파수에서 마이크로스트립 급전선과 슬롯구조를 가지는 접지면의 강한 커플링이 형성된다. 또한, 참고 안테나의 슬롯 대각선 길이는 24.7 mm를 가지는 반면, 제안된 안테나의 슬롯 대각선 길이는 37.779 mm로서 전류분포의 경로가 길어져, 보다 낮은 주파수에서 공진이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
저주파에서 다소 낮은 이득을 갖지만 대체로 고른 이득을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 최대효율은 94.41 %, 최소효율은 63.12 %이며, 평균 81.55 %로 대체적으로 높은 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
7 %를 가진다. 제안된 안테나는 전방향성 방사 패턴을 가지며, 측정된 이득과 평균효율은 3.48～5.83 dBi, 81.55 %의 값을 갖는다. 본 논문에서 제안된 광대역 슬롯 안테나는 높은 범용성을 제공하며, 광대역 통신 시스템에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 물결모양 구조를 슬롯에 추가하여 기존 구조보다 전류의 경로가 길어져 보다 낮은 주파수에서부터 광대역을 형성하게 된다[9],[10]. 제안된 안테나는 확장된 비대역폭 60.7 %를 가지며, 동작 주파수에서 3.48～5.83 dBi의 이득을 갖는다.
두 개의 공진 주파수가 서로 근접한 주파수에서 공진하여 광대역을 이루며, 물결모양 구조를 추가함에 따라 참고 안테나보다 낮은 주파수에서부터 10 dB 대역폭을 만족시키는 것을 확인할 수 있다. 제안된 안테나의 모의실험 결과는 2,000 MHz(2.7～4.7 GHz)의 대역폭을 가지며, 중심주파수 3.7 GHz에서 비대역폭 54 %를 가진다.
3 GHz 에서의 방사 패턴 특성을 나타낸다. 측정값을 xz, yz 면으로 각각 나누어서 비교하였으며, 4.3 GHz에서 yz 면의 방사방향이 오른쪽으로 치우치는 경향이 있지만, 대체적으로 전방향성 방사 패턴을 갖는 것을 알 수 있다.
2 GHz 정도 저주파로 이동하였지만 모의실험 결과보다 좋은 결과를 나타낸다. 측정된 안테나의 10 dB 반사손실 대역폭은 2,180 MHz(2.5～4.68 GHz) 이며, 중심주파수 3.59 GHz에서 비대역폭 60.7 %를 가진다.
후속연구
55 %의 값을 갖는다. 본 논문에서 제안된 광대역 슬롯 안테나는 높은 범용성을 제공하며, 광대역 통신 시스템에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 제안한 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나는 어떻게 이루어져 있는가?
본 논문에서는 물결모양 구조를 갖는 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 물결모양 슬롯 구조를 가지는 접지면과 마이크로스트립 급전선으로 이루어져 있다. 한정된 크기에서 물결모양 슬롯 구조를 통해 전류의 경로를 길게 하여 보다 낮은 주파수부터 광대역의 대역폭을 갖는다.
마이크로스트립 슬롯 안테나는 왜 관심을 많이 받아왔나?
최근 무선통신 시스템의 발달과 무선통신 응용 기술이 다양한 형태로 개발되어짐에 따라 광대역 안테나에 대한 연구에 많은 관심이 집중되고 있다[1]～[3]. 마이크로스트립 슬롯 안테나는 두께가 얇고 평면형이며, 제작의 용이성 때문에 많은 관심을 받아 왔다. 하지만 이득이 낮고, 대역폭이 좁은 단점을 갖고 있다.
마이크로스트립 슬롯 안테나의 단점은 무엇인가?
마이크로스트립 슬롯 안테나는 두께가 얇고 평면형이며, 제작의 용이성 때문에 많은 관심을 받아 왔다. 하지만 이득이 낮고, 대역폭이 좁은 단점을 갖고 있다.
참고문헌 (10)
이직렬, "슬롯 패치 안테나의 대역폭 확장에 관한 연구", 한국전자파학회논문지, 24(6), pp. 581-585, 2013년 6월.
Minseok Han, Jaehoon Choi, "MIMO antenna with dual polarized slotted strip for next generation mobile handsets".
Jen-Yea Jan, Jia-Wei Su, "Bandwidth enhancement of a printed wide-slot antenna with a rotated slot, antennas and propagation", IEEE Transactions on, 53.6: pp. 2111-2114, 2005.
Jia-Yi Sze, Kin-Lu Wong, "Bandwidth enhancement of a microstrip-line-fed printed wide-slot antenna", Antennas and Propagation, IEEE Transactions on 49.7, pp. 1020-1024, 2001.
Wei-Mei Li, Bo Liu, and Hong-Wei Zhao, "The U-shaped structure in dual-band circularly polarized slot antenna design", Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE 13, pp. 447-450, 2014.
Wen-Ling Chen, Guang-Ming Wang, and Chen-Xin Zhang, "Bandwidth enhancement of a microstrip-line-fed printed wide-slot antenna with a fractal-shaped slot", Antennas and Propagation, IEEE Transactions on 57.7, pp. 2176-2179, 2009.
Masoud Kahrizi, Tapan K. Sarkar, and Zoran A. Maricevic, "Analysis of a wide radiating slot in the ground plane of a microstrip line", Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on 41.1, pp. 29-37, 1993.
Tak, Jinpil, Youngtaek Hong, and Jaehoon Choi, "Textile antenna with EBG structure for body surface wave enhancement", Electronics Letters 51.15, pp. 1131-1132, 2015.
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