[논문]1.8GHz 대역용 배열 구조 안테나 연구

박용욱

doi:10.13067/jkiecs.2016.11.10.929

1.8GHz 대역용 배열 구조 안테나 연구
Study on the Array type antenna of 1.8GHz 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.11 no.10, 2016년, pp.929 - 934

초록
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본 논문에서는 1.8 GHz 대역의 배열 안테나를 연구하였다. 선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식을 채택하였고 특성 평가를 위해 안테나 제작 및 특성을 측정하였다. 각 선로방식의 안테나에 대한 주파수와 반사손실에 관한 파라미터 특성을 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 통해 분석하고 이것을 이용하여 안테나를 설계하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 1.8GHz LTE 대역에서 사용 가능한 $1{\times}2$ 배열 안테나를 설계하고, 설계된 안테나를 유전율 4.4, 두께 0.8mm인 FR4-epoxy 기판을 사용 하여 포토리소그래피 방법으로 안테나를 제작하였다. 제작된 안테나는 최종적으로 회로망 분석기(Network Analyzer)를 통해 안테나 특성을 분석하였다. 측정된 안테나의 주파수 특성은 시뮬레이션 결과와 잘 일치하여 본 연구의 타당성을 확인 할 수 있었다. 제작된 $1{\times}2$ 배열 안테나는 중심주파수 1.82 GHz, 입력반사손실 -30.5 dB, 임피던스 $49.6{\Omega}$의 결과 값을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we studied the design and fabrication of array antenna at around 1.8 GHz band. To improve of frequency properties of antenna, single feed microstrip patch antenna was simulated by HFSS(High Frequency Structure Simulator). A $1{\times}2$ array antenna of 1.8 GHz for LTE band was designed and fabricated by photolithography on an FR4 substrate (dielectric constant of 4.4 and thickness of 0.8 mm). The fabricated antenna was analyzed by network analyzer. The measured results agree well with the simulations, which confirmed the validity of this study. The fabricated $1{\times}2$ array antenna showed a center frequency, the minimum return loss and impedance were 1.82GHz, -30.5dB, and $49.6{\Omega}$ respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

8 GHz 이다. 따라서 본 논문에서는 주파수 대역의 변화를 쉽게 제어할 수 있는 장점을 가지는 이중 T구조 안테나를 채택하였으며 급전방법은 마이크로스트립 방식을 선택하여 LTE 통신을 위한 1.8 GHz 대역 안테나 특성을 연구하였다[1-4]. 또한 배열 안테나를 설계하기 위해 T접합 전력분배기로 설계 하였고 지향성을 추구할 수 있는 1×2 대칭형 배열구조 안테나의 특성에 대해 연구하였다[5-10].
본 논문에서는 LTE 통신을 위한 1.8GHz 대역의 1×2 배열 안테나를 연구하였다.

제안 방법

각각의 복사소자에 전력을 일정하게 분배하기 위해서 λ/4 변환기를 이용한 T-정합 전력분배기를 도입했다.
8GHz 대역의 1×2 배열 안테나를 연구하였다. 급전방법은 마이크로스트립 방식을 선택하였고 또한 배열 안테나를 설계하기 위해 T접합 전력분배기도 특성을 분석하였다.
또한 배열 안테나를 설계하기 위해 T접합 전력분배기로 설계 하였고 지향성을 추구할 수 있는 1×2 대칭형 배열구조 안테나의 특성에 대해 연구하였다[5-10].
최근 스마트폰 사용자수가 3000만명에 이르러 대용량 트래픽을 유발하는 모바일 기기의 보급이 급속도로 확산되고 있다. 비약적으로 늘어난 모바일 트래픽의 급격한 증가를 수용하기 위해 LTE 보급을 시작하였다. LTE란 Long Term Evolution의 약자로 요약하자면 HSDPA(고속하향패킷접속)보다 12배 이상 빠른 고속 무선데이터 패킷통신 규격을 가리키며 3G와 4G의 중간에 해당하는 기술이라 하여 3.
실험은 HFSS(: High Frequency Struct ure Simulator)를 활용, 안테나를 설계 및 시뮬레이션을 통해 3차원적으로 안테나 구조를 해석하였다. 설계 목표 값과 일치하는 결과 값이 나오게 된다면, Negative PR을 활용한 포토리소그래피 방법을 활용하여 실제 안테나를 제작하였다. 최종적으로 제작된 안테나의 주파수 특성을 회로망 분석기(Network Analyzer, Anritsu MS4623B)를 통해 평가 및 분석하였다.
실험은 HFSS 시뮬레이션을 활용하였으며, 그림 4에서 정의한 파라미터 중에서 임피던스 정합에 관련된 W_p 파라미터를 제외한 나머지 T-정합의 높이, 급전선의 길이 및 스터브 소자 간격 파라미터들은 설계파라미터를 기준으로 2 mm 또는 0.5 mm 단위씩 증가 및 감소를 통하여 안테나의 주파수 변화 특성을 연구하였다.
안테나 연구는 이론을 바탕으로 각 설계 목표 값을 달성하기 위해 그림 3과 같이 실험을 진행하였다. 실험은 HFSS(: High Frequency Struct ure Simulator)를 활용, 안테나를 설계 및 시뮬레이션을 통해 3차원적으로 안테나 구조를 해석하였다. 설계 목표 값과 일치하는 결과 값이 나오게 된다면, Negative PR을 활용한 포토리소그래피 방법을 활용하여 실제 안테나를 제작하였다.
하지만 방사패턴이 비교적 넓어 지향성이 낮기 때문에 장거리 통신으로서의 안테나 역할에는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 제안된 것이 단일 안테나의 복사소자를 증가시켜 고지향성을 얻는 배열안테나 이고, 이때 다수의 복사소자에 동일한 전력을 공급하기 위해서 전력분배기를 활용한다[4-5].
최적 단일 안테나의 설계 파라미터와 앞에 열거한 마이크로스트립 안테나 이론을 참조하여 1×2 안테나의 설계 파라미터를 결정하였다.

데이터처리

설계 목표 값과 일치하는 결과 값이 나오게 된다면, Negative PR을 활용한 포토리소그래피 방법을 활용하여 실제 안테나를 제작하였다. 최종적으로 제작된 안테나의 주파수 특성을 회로망 분석기(Network Analyzer, Anritsu MS4623B)를 통해 평가 및 분석하였다. 시뮬레이션 결과 값을 통해 실제 제작한 결과가 설계 목표 값을 달성하였을 경우에는 가정과 일치하므로 연구를 마치게 된다.

성능/효과

단일 안테나의 시뮬레이션 결과와 비교하면 반사손실에서 개선된 결과를 보였다. 이는 고지향성을 얻을 수 있는 배열 방식을 사용함으로써 얻어지는 균등한 전력에 의한 것으로 평가된다.
6Ω의 값을 얻을 수 있었다. 설계목표와 비교하여 중심 주파수가 +0.04 MHz 의 차이가 났지만 반사손실과 임피던스에서 설계목표에 만족한 결과를 보였다.
시뮬레이션에 대한 결과 값은 중심주파수 1.86 GHz 를 기준으로, 입력반사손실 -21.3 dB, 대역폭 31 MHz, 임피던스 48.3Ω 의 결과를 얻을수 있었다.
실제 제작한 1×2 배열 안테나의 주파수 특성은 중심주파수 1.82 GHz를 기준으로 입력반사 손실 –30.5 dB, 대역폭 23 MHz, 임피던스 49.6Ω의 값을 얻을 수 있었다.
실제 제작한 배열 안테나의 주파수 특성은 중심주파수 1.82 GHz를 기준으로 입력반사손실 –30.5 dB, 대역폭 23 MHz, 임피던스 49.6Ω의 값을 얻을 수 있었다.
그림 7은 Pw를 2 mm 단위로 증가, 감소시킨 안테나의 특성 변화를 보여주고 있다. 주파수 특성은 Pw를 2 mm 단위로 증가 시킬 때마다 그림 7과 같이 입력반사손실이 증가하는 경향을 보였다. 이는 Pw와 입력반사손실의 관계가 비례하다는 것을 확인 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로스트립 배열 안테나란 무엇인가?	마이크로스트립 배열 안테나는 단일안테나의 복사소자를 배열하여 각 소자의 여진 전류 위상을 조절하고 안테나를 특정 방향, 동일 위상으로 하여 합성된 주빔을 형성하는 안테나를 의미한다. 일반적으로 마이크로스트립 단일 안테나의 경우 원하는 주파수 대역의 설계가 가능하다.
	마이크로스트립 단일 안테나의 한계는 무엇인가?	일반적으로 마이크로스트립 단일 안테나의 경우 원하는 주파수 대역의 설계가 가능하다. 하지만 방사패턴이 비교적 넓어 지향성이 낮기 때문에 장거리 통신으로서의 안테나 역할에는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 제안된 것이 단일 안테나의 복사소자를 증가시켜 고지향성을 얻는 배열안테나 이고, 이때 다수의 복사소자에 동일한 전력을 공급하기 위해서 전력분배기를 활용한다[4-5].
	배열안테나는 무엇을 위해 전력분배기를 활용하는가?	하지만 방사패턴이 비교적 넓어 지향성이 낮기 때문에 장거리 통신으로서의 안테나 역할에는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 제안된 것이 단일 안테나의 복사소자를 증가시켜 고지향성을 얻는 배열안테나 이고, 이때 다수의 복사소자에 동일한 전력을 공급하기 위해서 전력분배기를 활용한다[4-5].

참고문헌 (10)

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Y. Yoshimura, "A microstripline slot antenna," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 20, no. 11, Nov. 1972, pp. 760-762.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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