본 논문에서는 WLAN 대역에서 동작하는 오픈된 사각 모양의 마이크로스트립패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 단일 공진 또는 다중 공진 주파수를 가변하여 유효 대역폭을 가지고 있으며 WLAN대역(2.4 - 2.484, 5.15 - 5.35, 5.25-5.825 GHz)을 만족하는 마이크로 스트립 선로를 갖는 평면형 모노폴 구조로 설계된다. 안테나는 FR-4 기판에 제작되었고 두께는 0.8 mm이다. 안테나의 동작모드와 재구성 특성을 분석하기 위해 전류분포와 전자계 분포를 분석하기 위해 상용 툴을 사용하였다. 최적화된 수치를 얻기 위해 각 패치의 길이에 따른 시뮬레이션 반사손실을 비교하였다. 최적화된 수치를 사용하여 스위치가 off 되었을 때 WLAN 밴드 (2.380 - 2.710 GHz)을 얻었으며, 스위치가 on 되었을 때 2.4 GHz 밴드 (2.380 - 2.710 GHz)을 얻었다. 제작 및 측정결과로부터 제안된 안테나의 반사손실 특성, 측정된 이득과 방사패턴 특성 결과를 얻었다.
본 논문에서는 WLAN 대역에서 동작하는 오픈된 사각 모양의 마이크로스트립패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 단일 공진 또는 다중 공진 주파수를 가변하여 유효 대역폭을 가지고 있으며 WLAN대역(2.4 - 2.484, 5.15 - 5.35, 5.25-5.825 GHz)을 만족하는 마이크로 스트립 선로를 갖는 평면형 모노폴 구조로 설계된다. 안테나는 FR-4 기판에 제작되었고 두께는 0.8 mm이다. 안테나의 동작모드와 재구성 특성을 분석하기 위해 전류분포와 전자계 분포를 분석하기 위해 상용 툴을 사용하였다. 최적화된 수치를 얻기 위해 각 패치의 길이에 따른 시뮬레이션 반사손실을 비교하였다. 최적화된 수치를 사용하여 스위치가 off 되었을 때 WLAN 밴드 (2.380 - 2.710 GHz)을 얻었으며, 스위치가 on 되었을 때 2.4 GHz 밴드 (2.380 - 2.710 GHz)을 얻었다. 제작 및 측정결과로부터 제안된 안테나의 반사손실 특성, 측정된 이득과 방사패턴 특성 결과를 얻었다.
In this paper, we propose a open-ended rectangular microstirp patch antenna with fork-shaped feeding structure. This antenna extends the effective bandwidth by transforming single or multi resonant frequency and is designed planar monopole structure with microstrip line to satisfy the WLAN bands (2....
In this paper, we propose a open-ended rectangular microstirp patch antenna with fork-shaped feeding structure. This antenna extends the effective bandwidth by transforming single or multi resonant frequency and is designed planar monopole structure with microstrip line to satisfy the WLAN bands (2.4 - 2.484, 5.15 - 5.35, 5.25-5.825 GHz). The substrate is printed in 0.8 mm thickness on an FR-4 board. A commercial 3D simulation tool was used to analyze surface current and electromagnetic field distribution in order to analyze the operation mode and reconfiguration principle of antenna. According to the lengths of individual patches, simulated reflection loss was compared to obtain optimized values. When it was designed with the optimized values, it satisfied WLAN bands (2.380 - 2.710, 4.900 - 5.950 GHz), if the switch is off, and 2.4 WLAN band (2.380 - 2.710 GHz). From the fabricated and measured results, measured results of return loss, gain and radiation patterns characteristics displayed for operating bands.
In this paper, we propose a open-ended rectangular microstirp patch antenna with fork-shaped feeding structure. This antenna extends the effective bandwidth by transforming single or multi resonant frequency and is designed planar monopole structure with microstrip line to satisfy the WLAN bands (2.4 - 2.484, 5.15 - 5.35, 5.25-5.825 GHz). The substrate is printed in 0.8 mm thickness on an FR-4 board. A commercial 3D simulation tool was used to analyze surface current and electromagnetic field distribution in order to analyze the operation mode and reconfiguration principle of antenna. According to the lengths of individual patches, simulated reflection loss was compared to obtain optimized values. When it was designed with the optimized values, it satisfied WLAN bands (2.380 - 2.710, 4.900 - 5.950 GHz), if the switch is off, and 2.4 WLAN band (2.380 - 2.710 GHz). From the fabricated and measured results, measured results of return loss, gain and radiation patterns characteristics displayed for operating bands.
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문제 정의
본 논문에서는 IEEE802.11a에서 표준화된 5 GHz 대역과 IEEE802.11b에서 표준화된 2.4 GHz의 WLAN 대역 모두 사용 가능한 마이크로스트립패치 안테나를 제안하였다. 마이크로스트립패치 안테나의 협소한 대역폭 개선과 이중대역 공진 특성을 위해 오픈된 대칭 사각형 모양의 패치를 사용하였다.
본 논문에서는 WLAN 시스템에 적용 가능한 이중대역 안테나를 설계, 제작 및 측정을 하였다. 최적화된 수치를 얻기 위해 두 개의 구조 길이, 접지 면과 Gap의 길이에 대한 시뮬레이션을 진행하였으며 제안된 안테나의 동작원리를 확인하기 위해 표면전류분포를 3D 툴로 사용하여 확인하였다.
제안 방법
그림 3은 제안된 안테나 G(gap)에 따른 시뮬레이션 VSWR 특성을 나타내었다. VSWR 2:1 기준으로 그림 3에서 보는 바와 같이 G의 길이를 0.7 mm에서 1.3 mm로 변화시켰을 때 시뮬레이션 VSWR 특성을 비교하였다. G의 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그림 3(a)와 같이 PIN 다이오드에 전압을 인가하지 않았을 때 2.
VSWR 2:1 기준으로 그림 4에서 보는 바와 같이 W3 = 5.0 mm, L3 = 12.0 mm의 길이를 ± 0.5 mm로 변화시켰을 때 시뮬레이션 VSWR 특성을 비교하였다.
4 GHz의 WLAN 대역 모두 사용 가능한 마이크로스트립패치 안테나를 제안하였다. 마이크로스트립패치 안테나의 협소한 대역폭 개선과 이중대역 공진 특성을 위해 오픈된 대칭 사각형 모양의 패치를 사용하였다. 안테나의 반사손실, 방사패턴, 전류분포를 실험 및 시뮬레이션을 통하여 최적화하였다.
마이크로스트립패치 안테나의 협소한 대역폭 개선과 이중대역 공진 특성을 위해 오픈된 대칭 사각형 모양의 패치를 사용하였다. 안테나의 반사손실, 방사패턴, 전류분포를 실험 및 시뮬레이션을 통하여 최적화하였다.
1 kΩ를 사용하였다. 전체 시뮬레이션 과정은 3D 설계가 가능한 3D 툴을 이용하여 최적의 반사손실 및 방사특성을 얻을 수 있도록 설계하였다.
제안된 안테나는 모노폴 구조를 기본으로 오픈된 사각 모양의 패치를 사용하여 2.4 GHz 대역에서 공진하도록 설계하였고 PIN 다이오드를 이용하여 5 GHz 대역에서 공진하도록 대칭모양의 패치를 삽입하였다.
제안된 최적화 수치를 사용하여 안테나를 제작하였고 측정하였다. 그림 7은 실제 최적화된 수치로 제작된 안테나이다.
최적화된 수치를 얻기 위해 두 개의 구조 길이, 접지 면과 Gap의 길이에 대한 시뮬레이션을 진행하였으며 제안된 안테나의 동작원리를 확인하기 위해 표면전류분포를 3D 툴로 사용하여 확인하였다. 최적화된 수치를 얻은 후 제안된 안테나를 상용 기판인 FR-4에 제작하고 네트워크 분석기를 이용하여 측정하였다. 반사손실 측정 결과 WLAN 대역(2.
패치면에 있는 바이어스 라인은 PIN 다이오드의 ON / OFF 상태를 동작시키기 위해 그림 2에서와 같이 DC 바이어스 라인을 설계하였다. DC 바이어스 라인이 안테나에 미치는 영향을 최소화 하였다.
대상 데이터
그림 1의 제안된 안테나는 유전율(εr) = 4.4, 두께(H) 0.8 mm, 크기 33 × 30 mm2인 FR-4기판에 설계하였다.
설계된 안테나 제원은 표 1과 같으며, 패치의 크기는 30.5 × 22 mm2의 면적의 개방된 사각형이다.
4 GHz 대역의 대역폭이 만족하지 못하였다. 이에 PIN 다이오드에 전압 인가 유무를 하였을 때 특성이 나온 W3 = 5.5 mm와 L3 = 12.5 mm를 선택하였다. W3과 L3의 길이가 결과적으로 길이에 영향을 주는 파라미터이므로 W3과 L3의 길이 변화가 제안된 안테나의 5 GHz 대역에 영향을 미치고 있다고 판단된다.
데이터처리
본 논문에서는 WLAN 시스템에 적용 가능한 이중대역 안테나를 설계, 제작 및 측정을 하였다. 최적화된 수치를 얻기 위해 두 개의 구조 길이, 접지 면과 Gap의 길이에 대한 시뮬레이션을 진행하였으며 제안된 안테나의 동작원리를 확인하기 위해 표면전류분포를 3D 툴로 사용하여 확인하였다. 최적화된 수치를 얻은 후 제안된 안테나를 상용 기판인 FR-4에 제작하고 네트워크 분석기를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
G = 0.7 mm를 하였을 때 WLAN에 필요 없는 3 GHz 대역에서도 공진 되는 것을 볼 수 있었고, G = 1.3 mm일 때 대역폭이 가장 우수하였으나 2.4 GHz의 대역에 만족하지 못하였다. G = 1.
4 GHz의 대역에 만족하지 못하였다. G = 1.0 mm를 선택한 이유는 그림 3(b)에서 보는 바와 같이 PIN 다이오드에 전압을 인가시켰을 때 2 GHz 대역과 5 GHz 모두 대역이 만족하였기 때문에 G = 1.0 mm를 선택하였고, 본 논문에서 요구하는 대역인 WLAN 주파수대역에서 충분한 VSWR 특성을 얻었다.
VSWR 2:1 기준으로 그림 5(a)에서 보는 바와 같이 2 GHz 대역에서는 크게 차이가 없었다. PIN 다이오드를 ON 시켰을 때 공진 주파수 특성과 반사손실 특성이 큰 변화가 있음을 확인하였다. 그림 5(b)에서 보는 바와 같이 2 GHz 부분에서는 H1 = 17.
5 mm를 선택하였다. W3과 L3의 길이가 결과적으로 길이에 영향을 주는 파라미터이므로 W3과 L3의 길이 변화가 제안된 안테나의 5 GHz 대역에 영향을 미치고 있다고 판단된다.
의 길이 변화에 따른 시뮬레이션 결과 그림 4(a)는 PIN 다이오드에 전압을 인가하지 않았을 때 그래프이다. 그림에서 보는 것과 같이 2.4 GHz 대역에서 공진 주파수 특성은 길이가 짧아질수록 공진주파수가 고주파로 이동하였고, VSWR 특성은 큰 변함이 없었다. PIN 다이오드에 전압을 인가하였을 때 W3 = 6.
최적화된 수치를 얻은 후 제안된 안테나를 상용 기판인 FR-4에 제작하고 네트워크 분석기를 이용하여 측정하였다. 반사손실 측정 결과 WLAN 대역(2.4 ~ 2.484 GHz, 5.2 ~ 5.875 GHz)을 만족시켰다. 측정 결과 VSWR 2:1 기준으로 WLAN 이중대역에서 각각 330 MHz(2,380 ~ 2,710 MHz), 1,050 MHz(4,900 ~ 5,950 MHz)의 대역폭을 얻었다.
측정 결과 VSWR 2:1 기준으로 WLAN 이중대역에서 각각 330 MHz(2,380 ~ 2,710 MHz), 1,050 MHz(4,900 ~ 5,950 MHz)의 대역폭을 얻었다. 방사패턴 이득은 PIN 다이오드를 OFF 시켰을 때 2.4 GHz 대역에서 최대이득은 3.8 ~ 4.6 dBi 그리고 평균 이득은 -3.05 ~ -3.33 dBi 값을 얻었고 PIN 다이오드를 ON 시켰을 때 2.4 GHz와 5 GHz 대역에서 최대이득은 4.37 ~ 5.08 dBi, 2.04 ~ 3.47 dBi 그리고 평균 이득은 -2.14 ~ -2.16, -3.27 ~ -4.77 dBi 값을 얻었다.
그림에서 알 수 있듯이 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 약간의 오차가 있으나 두 값이 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인 할 수 있다. 측정 결과 PIN 다이오드를 OFF 시켰을 때 VSWR 2:1 기준으로 2.4 GHz 대역에서 330 MHz(2,380 ~ 2,710 MHz)의 대역폭을 얻었으며, 5 GHz 대역에서는 1,050 MHz(4,900 ~ 5,950 MHz)의 대역폭을 얻어 WLAN 대역에서 요구하는 대역폭(2.4 ~ 2.484 GHz, 5.15 ~ 5.875 GHz)을 만족하고 있음을 확인하였다.
875 GHz)을 만족시켰다. 측정 결과 VSWR 2:1 기준으로 WLAN 이중대역에서 각각 330 MHz(2,380 ~ 2,710 MHz), 1,050 MHz(4,900 ~ 5,950 MHz)의 대역폭을 얻었다. 방사패턴 이득은 PIN 다이오드를 OFF 시켰을 때 2.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마이크로스트립패치 안테나의 장점은 무엇인가?
마이크로스트립패치 안테나는 두께가 얇고 제작이 간편하다는 장점을 가지고 있다[6, 7]. 특히 구조상 PIN 다이오드나 커패시터와 같은 집중 정수소자와 능동소자를 삽입하여 공진 주파수, 임피던스, 편파와 패턴의 가변이 쉽다. 때문에 재구성 안테나 제작에 많이 사용된다[8, 9].
WLAN의 장점은 무엇인가?
825 GHz로 정의되어 있다[3-5]. WLAN은 기존의 유선 LAN의 기능을 포함하면서 네트워크 구축 시 케이블의 연결이 필요 없다는 장점을 포함하고 있다. 이러한 장점은 무선 LAN을 보다 편리하고 자유롭게 사용하게 하여 그 응용 범위를 확장시키고 있다.
제안된 마이크로스트립패치 안테나는 어떻게 설계되는가?
본 논문에서는 WLAN 대역에서 동작하는 오픈된 사각 모양의 마이크로스트립패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 단일 공진 또는 다중 공진 주파수를 가변하여 유효 대역폭을 가지고 있으며 WLAN대역(2.4 - 2.484, 5.15 - 5.35, 5.25-5.825 GHz)을 만족하는 마이크로 스트립 선로를 갖는 평면형 모노폴 구조로 설계된다. 안테나는 FR-4 기판에 제작되었고 두께는 0.
참고문헌 (9)
M. Kim, Propulsion trend of 4th Generation Mobile Communication Systems and View of Wibro, Hana Fimancial Group Inc, vol. 230, no. 10, pp. 44-53, 2009.
G. Kumar and K. P. Ray, Broadband Microstrip Antennas. Artech House Publishers, USA, 2003.
S. W. Lee and N. Kim. "Design and Fabrication of the Antenna for Wibro and WLAN Communications Using CPWG Structure," The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 19, no. 10, pp. 1086-1095, Oct. 2008
S.Y. Kang, W. J. Lee, and H. D. Park, "Design and fabrication of wideband U-sloted Bow-Tie microstrip antenna for 5.25GHz band wireless LAN," J. KICS, vol. 29, no. 2A, pp. 195-201, Nov. 2003.
L. Setian, Practical Communication Antennas with Wireless Applications, Prentice Hall PTR, 1998
I. F. Chen, and C. M. Chiang, "Multi-folded tapered monopole antenna for wide band mobile handset applications," Electron. Letters, vol. 40, no. 10, pp. 577-578, May 2004.
J. Yoon, "Design of Circular Ring Antenna with Half-Circular Strip for WLAN/WiMAX Applications," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 4, pp. 417-424, Apr. 2014.
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