본 논문에서는 변형된 밸런과 두 개의 도파기를 이용하여 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)의 대역폭과 이득을 향상시키는 방법에 관하여 연구하였다. 제안된 DDQYA 안테나는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나, 접지 반사기, 두 개의 도파기로 구성된다. 대역폭을 늘리기 위해 변형된 밸런을 사용하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 개의 도파기를 추가하였다. 첫 번째 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 1.60-2.90 GHz 대역에서 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다. 최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.57-3.00 GHz이고, 1.60-2.90 GHz 대역에서 이득이 7.1-7.8 dBi로 7 dBi 이상을 유지하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 변형된 밸런과 두 개의 도파기를 이용하여 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)의 대역폭과 이득을 향상시키는 방법에 관하여 연구하였다. 제안된 DDQYA 안테나는 두 개의 서로 다른 길이의 스트립 다이폴 안테나, 접지 반사기, 두 개의 도파기로 구성된다. 대역폭을 늘리기 위해 변형된 밸런을 사용하였고, 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 개의 도파기를 추가하였다. 첫 번째 도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 1.60-2.90 GHz 대역에서 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다. 최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.57-3.00 GHz이고, 1.60-2.90 GHz 대역에서 이득이 7.1-7.8 dBi로 7 dBi 이상을 유지하는 것을 확인하였다.
In this paper, the bandwidth and gain enhancement of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) using a modified balun and two directors is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths, a ground reflector, which are connected through a coplanar strip line, and two...
In this paper, the bandwidth and gain enhancement of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) using a modified balun and two directors is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths, a ground reflector, which are connected through a coplanar strip line, and two directors. The modified balun is used to increase the bandwidth, whereas two directors are appended to the DDQYA to enhance the gain in the middle and high frequency band. The effects of the length and width of the first director on the antenna performance are analyzed, and final design parameters to obtain a gain over 7 dBi at 1.60-2.90 GHz band are obtained. A prototype of the proposed DDQYA is fabricated on an FR4 substrate, and the experimental results show that the antenna has a frequency band of 1.57-3.00 GHz for a VSWR < 2, and measured gain ranges 7.1-7.8 dBi at 1.60-2.90 GHz band.
In this paper, the bandwidth and gain enhancement of a double-dipole quasi-Yagi antenna (DDQYA) using a modified balun and two directors is studied. The proposed DDQYA consists of two strip dipoles with different lengths, a ground reflector, which are connected through a coplanar strip line, and two directors. The modified balun is used to increase the bandwidth, whereas two directors are appended to the DDQYA to enhance the gain in the middle and high frequency band. The effects of the length and width of the first director on the antenna performance are analyzed, and final design parameters to obtain a gain over 7 dBi at 1.60-2.90 GHz band are obtained. A prototype of the proposed DDQYA is fabricated on an FR4 substrate, and the experimental results show that the antenna has a frequency band of 1.57-3.00 GHz for a VSWR < 2, and measured gain ranges 7.1-7.8 dBi at 1.60-2.90 GHz band.
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문제 정의
본 논문에서는 변형된 밸런과 두 개의 도파기를 이용하여 이득이 7dBi 이상인 DDQYA의 대역폭을 향상시키는 방법에 관하여 연구하였다.
본 논문에서는 이득이 7dBi 이상인 DDQYA의 대역폭을 향상시키는 방법에 관하여 연구하였다.
제안 방법
대역폭을 늘리기 위해 변형된 밸런을 사용하였고, 중간 및 고주파수대역에서 이득을 높이기 위해 두 개의 도파기를 추가하였다.
따라서 이들 설계 변수의 변화에 대한 제안된 DDQYA 특성의 영향을 조사하였다.
먼저, 대역폭을 늘리기 위해 변형된 밸런을 사용하였고[8], 중간 및 고주파수 대역에서 이득을 높이기 위해 두 개의 직사각형 도파기를 추가하였다.
상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다.
중간 및 고주파수대역에서 이득을 높이기 위해 두 개의 도파기를 추가하여 설계하였다.
최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 1.6 mm) 상에 제작하여 특성을 확인하였다.
제안된 DDQYA의 특성에 영향을 미치는 주요 설계 변수는 첫 번째 도파기의 길이와 폭인 ld1과 wd1, 그리고 첫 번째 도파기와 두 번째 다이폴 사이의 거리 ds1이다.
대상 데이터
최종 설계된 DDQYA를 FR4 기판(∊r = 4.4, 두께 = 1.6 mm, loss tangent = 0.025)을 이용하여 제작하였다.
데이터처리
그림 10은 1.6 GHz, 2.2 GHz, 2.9 GHz에서 제안된 DDQYA의 E-면(xy-면)과 H-면(yz-면) 복사 패턴에 대한 측정 결과를 비교하였다.
성능/효과
도파기의 길이와 폭에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하여 1.60—2.90 GHz 대역에서 7 dBi이상의 이득을 얻기 위한 최종 설계 변수를 얻었다.
제안된 안테나는 기존의 내장형 밸런을 사용하였을 때에 비해 임피던스 대역폭과 이득이 7dBi 이상인 대역폭이 모두 증가하 였다.
2.7 GHz 이하의 주파수 대역에서는 이득이 증가한다.
VSWR < 2인 주파수 대역이 1.70—2.80 GHz(49%)이고 1.70— 2.60 GHz 대역에서 5.5—6.3 dBi의 안정된 이득을 얻을 수 있었다.
최종 설계된 DDQYA 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역은 1.57— 3.00 GHz(62.6%)이고, 1.60—2.90 GHz 대역에서 이득이 7.1—7.8 dBi로 7 dBi 이상을 유지하여 원하는 주파수 대역과 이득을 만족함을 확인하였다.
후속연구
제안된 안테나는 PCS, IMT2000, LTE, LTE-A, WLAN, WiMAX 등의 다양한 이동통신과 무선통신 서비스를 지원하는 기지국 안테나 혹은 소출력 중계기용 안테나에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DDQYA는 다이폴 투사기가 어떻게 연결되어 있는가?
광대역 지향성 평면 안테나 중에서 평면 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)는 간단한 구조, 넓은 대역, 안정된 이득, 높은 전후방비, 적은 교차 편파 레벨, 제작의 용이성 등의 여러 가지 장점으로 인해 기지국 안테나와 광대역 위상 배열 안테나 등의 분야에 많이 사용되어 왔다[3, 4]. DDQYA는 기존의 평면 준-야기 안테나(quasi-Yagi antenna)에서 하나의 다이폴 투사기(driver)가 사용되었던 것에 반해 두 개의 길이가 다른 다이폴 투사기가 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있다. 따라서 두 다이폴의 길이와 간격을 조절하여 광대역 혹은 이중대역 특성을 얻을 수 있어 설계의 자유도가 높은 장점이 있다.
평면 이중 다이폴 준-야기 안테나의 장점은?
광대역 지향성 평면 안테나 중에서 평면 이중 다이폴 준-야기 안테나(double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)는 간단한 구조, 넓은 대역, 안정된 이득, 높은 전후방비, 적은 교차 편파 레벨, 제작의 용이성 등의 여러 가지 장점으로 인해 기지국 안테나와 광대역 위상 배열 안테나 등의 분야에 많이 사용되어 왔다[3, 4]. DDQYA는 기존의 평면 준-야기 안테나(quasi-Yagi antenna)에서 하나의 다이폴 투사기(driver)가 사용되었던 것에 반해 두 개의 길이가 다른 다이폴 투사기가 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있다.
DDQYA의 장점은?
DDQYA는 기존의 평면 준-야기 안테나(quasi-Yagi antenna)에서 하나의 다이폴 투사기(driver)가 사용되었던 것에 반해 두 개의 길이가 다른 다이폴 투사기가 전송선로를 통해 직렬로 연결되어 있다. 따라서 두 다이폴의 길이와 간격을 조절하여 광대역 혹은 이중대역 특성을 얻을 수 있어 설계의 자유도가 높은 장점이 있다. 두 개의 다이폴 소자는 절단된 접지면 반사기 (ground reflector)와 직렬로 연결되어 있으며, 고주파수대역의 대역폭과 이득을 향상시키기 위해 도파기 (director)를 추가할 수 있다.
참고문헌 (8)
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J. Yeo and J. I. Lee, "Broadband series-fed two dipole array antenna with an integrated balun for mobile communication applications," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 54, no. 9, pp. 2166-2168, Sep. 2012.
J. Yeo and J. I. Lee, "Bandwidth and gain enhancement of a series-fed two-dipole array antenna using nearby parasitic director," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 11, pp. 2782-2787, Nov. 2013.
J. Yeo and J. I. Lee, "Design of double-dipole quasi-Yagi antenna with 7 dBi gain," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no. 2, pp. 245-252, Feb. 2016.
J. Yeo, J. I. Lee, and W. S. Baek, "Bandwidth enhancement of double-dipole quasi-Yagi antenna using modified microstrip-to-coplanar strip line balun," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no. 3, pp. 457-463, Mar. 2016.
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