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문제 정의
- 본 논문에서는 변형된 내장형 밸런을 사용하여 DDQYA의 대역폭을 향상하는 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 DDQYA의 기본 구조는 밸런을 제외하고 참고문헌 [5]의 안테나 구조와 동일하다.
제안 방법
- 먼저, 제안된 밸런의 back-to-back 구조에서의 성능을 기존 밸런과 비교하여 대역폭이 향상됨을 확인하였다. 그리고, 변형된 내장형 밸런 구조와 관련된 설계 변수가 DDQYA의 입력 VSWR과 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 조사하여 DDQYA의 대역폭을 향상시키기 위한 최종 설계 변수를 도출하였다. 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하기 위하여 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하였다.
- 유전체 기판의 양쪽 면에 인쇄된 평행 스트립(parallel strip) 선로로 연결된 마름모 다이폴과 직사각형 다이폴로 구성된 DDQYA 구조를 이용하여 2.45 GHz(2.4—2.485 GHz)와 5 GHz(5.15—5.85 GHz) 무선 랜 대역에서 동작하는 이중 대역 안테나를 제안하였다.
- 에 의해 결정된다. 이들 설계 변수의 변화에 대한 제안된 DDQYA 특성의 영향을 조사하였다.
- 제안된 내장형 밸런의 성능을 기존의 밸런과 비교하기 위하여 그림 2와 같이 동일한 밸런을 서로 마주보도록 배치하는 back-to-back 구조를 시뮬레이션하였다. 서로 마주보는 밸런 사이의 간격은 lCPS = 44 mm이다.
- 제안된 밸런을 가지는 DDQYA의 대역폭과 이득은 CPS 선로의 중심에 있는 슬롯의 폭 ws2, CPS 선로에 삽입된 MS 선로의 폭 wf2, 반사기로부터 급전점까지 삽입된 MS 선로의 길이는 yf2에 의해 결정된다. 이들 설계 변수의 변화에 대한 제안된 DDQYA 특성의 영향을 조사하였다.
- 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하기 위하여 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하였다. 최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 1.6 mm) 상에 제작하여 특성을 확인하였다.
대상 데이터
- 최종 설계된 제안된 밸런을 가진 DDQYA를 FR4 기판(εr = 4.4, 두께 = 1.6 mm, loss tangent = 0.025)을 이용하여 제작하였다.
- 3 dBi이다. 특성 시뮬레이션 결과를 통해 대역폭을 향상시키기 위해 선택된 제안된 밸런의 설계 변수는 ws2 = 2.1 mm, wf2 = 5 mm, yf2 = 18 mm 이다.
이론/모형
- 그리고, 변형된 내장형 밸런 구조와 관련된 설계 변수가 DDQYA의 입력 VSWR과 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 조사하여 DDQYA의 대역폭을 향상시키기 위한 최종 설계 변수를 도출하였다. 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하기 위하여 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하였다. 최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(비유전율 4.
성능/효과
- ws2 = 2.1 mm로 증가하면 VSWR < 2인 주파수 대역이 1.55—2.93 GHz(61.6%)이고, 대역 내에서 이득은 3.8—6.4 dBi이고 평균 이득이 증가하였다.
- 5 GHz 이상의 대역에서 동작하므로 사용하는데 문제가 없다. 따라서 제안된 밸런의 대역폭이 기존의 밸런보다 훨씬 넓음을 알 수 있다.
- 변형된 내장형 밸런은 CPS 선로의 중심에 삽입된 MS 선로로 구성되며, MS 선로의 끝은 급전점에서 단락 핀으로 CPS 선로와 연결되어 있다. 먼저, 제안된 밸런의 back-to-back 구조에서의 성능을 기존 밸런과 비교하여 대역폭이 향상됨을 확인하였다. 그리고, 변형된 내장형 밸런 구조와 관련된 설계 변수가 DDQYA의 입력 VSWR과 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 조사하여 DDQYA의 대역폭을 향상시키기 위한 최종 설계 변수를 도출하였다.
- 제안된 밸런을 가진 DDQYA의 경우, VSWR < 2인 주파수 대역은 시뮬레이션 결과 1.55—2.93 GHz(61.6%)이고, 측정결과는 1.56—3.04 GHz(64.4%)이다.
- 제안된 밸런을 가진 DDQYA의 경우, VSWR < 2인 주파수 대역이 1.55—2.93 GHz(61.6%)로 대역폭이 증가하였고, 대역 내에서 이득은 3.8—6.4 dBi이다.
- 6 GHz에서 제안된 밸런을 가진 DDQYA의 E-면(x-y면)과 H-면(y-z면) 복사 패턴을 기존의 밸런을 가진 DDQYA와 비교하였다. 제안된 밸런을 가진 DDQYA의 복사 패턴이 기존의 밸런을 가진 DDQYA와 유사함을 알 수 있다. 또한 전후방비가 12 dB 이상으로 유지됨을 알 수 있다.
- 변형된 내장형 밸런은 CPS 선로의 중심에 삽입된 MS 선로로 구성되며, MS 선로의 끝은 급전점에서 단락 핀으로 CPS 선로와 연결되어 있다. 먼저, 제안된 밸런의 back-to-back 구조에서의 성능을 기존 밸런과 비교하여 대역폭이 향상됨을 확인하였다. 그리고, 변형된 내장형 밸런 구조와 관련된 설계 변수가 DDQYA의 입력 VSWR과 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 조사하여 DDQYA의 대역폭을 향상시키기 위한 최종 설계 변수를 도출하였다.
- 최종 설계된 변형된 내장형 밸런을 가진 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 VSWR < 2 이하인 대역은 1.56—3.04 GHz(64.4%)이고, 대역폭이 기존의 밸런을 가진 DDQYA에 비해 증가함을 확인하였다.
- 4%)이다. 측정 결과 대역의 상한 주파수가 증가하여 대역폭이 증가하였다. 측정 이득은 기존의 밸런을 가진 DDQYA는 대역 내에서 3.
- 2 dBi이다. 측정 결과로부터 제안된 밸런을 가진 DDQYA의 임피던스 및 이득 대역폭이 기존의 밸런을 가진 DDQYA에 비해 많이 증가하였음을 알 수 있다.
- 측정 이득은 기존의 밸런을 가진 DDQYA는 대역 내에서 3.6—5.9 dBi이고, 제안된 밸런을 가진 DDQYA는 3.6—6.2 dBi이다.
후속연구
- 제안된 안테나는 PCS, IMT2000, LTE 등의 다양한 이동통신을 지원하는 기지국 안테나 혹은 소출력 중계 기용 안테나에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
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