본 논문에서는 DGS (Defected Ground Structure)를 적용한 WLAN/WiMAX 시스템에 적용 가능한 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 마이크로스트립 급전을 바탕으로 두 개의 선로와 DGS를 갖도록 구성하여 삼중대역 특성을 갖도록 설계하였다. 두 개의 선로 그리고 세 개의 슬릿의 위치 및 길이와 DGS 위치와 길이를 적절한 조정하여 본 논문에서 요구되는 특성을 얻기 위한 최적화 수치를 얻었다. 제안된 안테나는 $34mm(W_1){\times}34mm(L_1){\times}1.6mm(t)$의 비유전율 4.4인 FR-4유전체 기판 위에 $17.0mm(W_6){\times}30.75mm(L_3+L_4+L_9)$의 크기로 제작되었다. 제작 및 측정결과로부터 -10 dB 임피던스대역폭을 기준으로 360 MHz (2.335~2.695 GHz), 645 MHz (3.37~4.015 GHz) 그리고 1,770 MHz (5.14~6.91 GHz)의 대역폭을 얻었다. 또한 제안된 안테나는 요구되는 삼중대역에서 측정된 이득과 방사패턴의 얻었다.
본 논문에서는 DGS (Defected Ground Structure)를 적용한 WLAN/WiMAX 시스템에 적용 가능한 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 마이크로스트립 급전을 바탕으로 두 개의 선로와 DGS를 갖도록 구성하여 삼중대역 특성을 갖도록 설계하였다. 두 개의 선로 그리고 세 개의 슬릿의 위치 및 길이와 DGS 위치와 길이를 적절한 조정하여 본 논문에서 요구되는 특성을 얻기 위한 최적화 수치를 얻었다. 제안된 안테나는 $34mm(W_1){\times}34mm(L_1){\times}1.6mm(t)$의 비유전율 4.4인 FR-4 유전체 기판 위에 $17.0mm(W_6){\times}30.75mm(L_3+L_4+L_9)$의 크기로 제작되었다. 제작 및 측정결과로부터 -10 dB 임피던스 대역폭을 기준으로 360 MHz (2.335~2.695 GHz), 645 MHz (3.37~4.015 GHz) 그리고 1,770 MHz (5.14~6.91 GHz)의 대역폭을 얻었다. 또한 제안된 안테나는 요구되는 삼중대역에서 측정된 이득과 방사패턴의 얻었다.
In this paper, a microstrip-fed triple-band monopole antenna with DGS (Defected Ground Structure) for WLAN/WiMAX applications was proposed. The proposed antenna is based on a microstrip-fed structure, and composed of two strip lines and DGS structure and then designed in order to get triple band cha...
In this paper, a microstrip-fed triple-band monopole antenna with DGS (Defected Ground Structure) for WLAN/WiMAX applications was proposed. The proposed antenna is based on a microstrip-fed structure, and composed of two strip lines and DGS structure and then designed in order to get triple band characteristics. We carried out simulation about parameters. Adjusted the position and length of the two strips and three slits, we get the optimized parameters. The proposed antenna is fabricated on an FR-4 substrate of which the dielectric constant is 4.4, and its overall size is $34mm(W_1){\times}34mm(L_1){\times}1.6mm(t)$, and its proposed antenna size is $17.0mm(W_6){\times}30.75mm(L_3+L_4+L_9)$. From the fabricated and measured results, return loss of the proposed antenna satisfied return loss -10dB bandwidth 360 MHz (2.335~2.695 GHz), 645 MHz (3.37~4.015 GHz) and 1,770 MHz (5.14~6.91 GHz). And measured results of gain and radiation patterns characteristics displayed for operating bands.
In this paper, a microstrip-fed triple-band monopole antenna with DGS (Defected Ground Structure) for WLAN/WiMAX applications was proposed. The proposed antenna is based on a microstrip-fed structure, and composed of two strip lines and DGS structure and then designed in order to get triple band characteristics. We carried out simulation about parameters. Adjusted the position and length of the two strips and three slits, we get the optimized parameters. The proposed antenna is fabricated on an FR-4 substrate of which the dielectric constant is 4.4, and its overall size is $34mm(W_1){\times}34mm(L_1){\times}1.6mm(t)$, and its proposed antenna size is $17.0mm(W_6){\times}30.75mm(L_3+L_4+L_9)$. From the fabricated and measured results, return loss of the proposed antenna satisfied return loss -10dB bandwidth 360 MHz (2.335~2.695 GHz), 645 MHz (3.37~4.015 GHz) and 1,770 MHz (5.14~6.91 GHz). And measured results of gain and radiation patterns characteristics displayed for operating bands.
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문제 정의
본 논문에서는 DGS (Defected Ground Structure)를 적용한 삼중대역 안테나를 제안하였다. 상용 툴을 사용하여 최적화된 모델을 얻었으며 관련된 수치를 각 파라메타에 대한 시뮬레이션을 진행하여 얻었다.
본 논문에서는 두 개의 선로과 접지면에 세 개의 슬릿을 설계하여 삼중대역 특성을 갖는 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나의 특성에 중요한 영향을 미치는 파라메타, 특히 슬릿들에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과를 도태로 최적화된 수치를 얻었다.
제안 방법
두개의 스트립 구조는 각각 스트립 1 (W8×L7+W4×L6)+W5×L5)과 스트립 2 (W7×L7)로 구성하였으며 접지면에 슬릿 1 (W1×L4, 21.0 mm× 6.75 mm), 슬릿 2 (W3×L3, 4.0 mm× 3.0 mm), 그리고 슬릿 3 (W10×L8, 3.0 mm× 7.0 mm)을 삽입하여 삼중대역 특성을 얻었다.
제안된 안테나의 특성에 중요한 영향을 미치는 파라메타, 특히 슬릿들에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과를 도태로 최적화된 수치를 얻었다. 또한 제안된 안테나의 표면 전류 밀도를 분석하여 동작원리를 확인하였다. 시뮬레이션 반사손실 결과로부터 얻어진 최적화된 수치로 제안된 안테나를 제작하고 네트워크분석기를 이용하여 반사손실 특성을 측정하였다.
본 논문에서는 DGS (Defected Ground Structure)를 적용한 삼중대역 안테나를 제안하였다. 상용 툴을 사용하여 최적화된 모델을 얻었으며 관련된 수치를 각 파라메타에 대한 시뮬레이션을 진행하여 얻었다. 제안된 안테나의 표면 전류분포를 분석하여 안테나의 동작 원리를 확인하였으며 시뮬레이션 결과, 제안된 안테나는 반사손실 -10dB를 기준으로 요구되는 삼중대역을 만족하고 있음을 확인하였으며 이러한 결과를 바탕으로 FR-4 유전체 기판 위에 제안된 안테나를 제작되었다.
전체 시뮬레이션 과정은 3D 설계가 가능한 Ansoft사의 HFSS (High Frequency Structural Simulator)를 이용하여 최적의 임피던스 특성 변화 및 최적의 방사특성을 설계하였다.
제안된 안테나는 그림 1과 같은 구조로 설계하였다. 제안된 안테나는 마이크로스트립 급전 구조를 갖고 두개의 스트립 라인을 갖도록 설계하였으며 접지면에 일정한 패턴을 설계하여 요구되는 WLAN/ WiMAX 주파수 대역과 대역폭을 만족하도록 설계하였다. 설계사양은 안테나로 동작하기 위해 반사손실이 –10dB 이하의 특성을 얻어야 하며 요구되는 WLAN (2.
제안된 최적화 수치를 사용하여 제안된 안테나를 제작하고 측정하였다. 그림 8은 실제 최적화된 수치로 제작된 안테나이다.
제안된 안테나의 표면 전류분포를 분석하여 안테나의 동작 원리를 확인하였으며 시뮬레이션 결과, 제안된 안테나는 반사손실 -10dB를 기준으로 요구되는 삼중대역을 만족하고 있음을 확인하였으며 이러한 결과를 바탕으로 FR-4 유전체 기판 위에 제안된 안테나를 제작되었다. 제작 후 제안된 안테나의 반사손실, 방사패턴, 전류분포, 이득에 대한 측정 결과를 얻었다.
그림 8은 실제 최적화된 수치로 제작된 안테나이다. 제작된 안테나는 회로망 분석기(Network Analyzer, Anritsu MS4623B)를 이용하여 반사손실을 측정하였으며 방사패턴은 성남에 위치한 이노링크 무반사실에서 측정하였다. 그림 9은 제안된 안테나의 반사손실 특성에 대한 시뮬레이션 결과와 실제 제작 후 측정한 결과를 비교하여 나타내었다.
대상 데이터
설계된 안테나 기판의 크기는 21.0 mm(W1) × 36.0mm(L1) 이고 유전율(ϵr) = 4.4, 두께 1.0 mm인 FR-4 기판 위에 설계되었으며, 안테나의 크기는 17.5 mm(W6) × 30.75 mm(L3×L4×L9)을 갖도록 설계하였다.
데이터처리
또한 제안된 안테나의 표면 전류 밀도를 분석하여 동작원리를 확인하였다. 시뮬레이션 반사손실 결과로부터 얻어진 최적화된 수치로 제안된 안테나를 제작하고 네트워크분석기를 이용하여 반사손실 특성을 측정하였다. 반사손실측정 결과, -10dB를 기준으로 2.
성능/효과
그림 3은 그림 2에서 제안된 안테나 설계과정 중 각 단계별 반사손실 특성을 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯이 그림 2 (a)모델에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과, 5 GHz 근처에서 공진되며 협대역 특성이 나타남을 확인하였다. 또한 그림 2 (b)모델에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과는 이중대역 특성을 얻을 수 있었으며 삽입된 DGS구조의 영향 때문인 것으로 판단된다.
그러나 본 논문에서 요구되는 삼중대역 특성을 얻지 못했다. 그리고 그림 2(c)모델에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과, 제안된 안테나는 삼중대역 특성을 얻었다. 시뮬레이션 결과, 2.
첫 번째와 두 번째 시뮬레이션 결과는 그림 2에서 설명하였으며 셋 번째 시뮬레이션 결과는 슬릿 1과 슬릿 2의 DGS를 적용한 결과를 나타내고 있다. 2.4 GHz 대역의 반사손실 특성은 큰 변화가 없었으며 3.5 GHz 대역에서는 요구되는 WiMAX 대역을 만족시키지 못했다. 또한 5 GHz 대역의 반사손실 특성은 개선되어야 할 필요성이 있는 것으로 판단된다.
W5의 길이는 스트립 1의 길이를 나타내고 있다. 두 개의 선로 중 가장 긴 선로이므로 2.4 GHz 대역에 큰 영향을 끼칠 것으로 판단되었으나 시뮬레이션 결과에서 보듯이 2.4 GHz 대역에서 반사손실 특성에 변화가 없었다. 이러한 결과는 W5의 길이변화 보다는 DGS에 의한 영향이 더 큰 것으로 판단된다.
W6의 길이는 스트립 2의 길이를 나타내고 있다. 두 개의 선로 중 짧은 선로 이므로 5 GHz 대역에 큰 영향을 끼칠 것으로 판단되었으나 시뮬레이션 결과에서 보듯이 5 GHz 대역의 반사손실 특성에 변화가 없었으며 오히려 3.5 GHz 대역에 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 W6의 길이 변화가 DGS에 의해 낮은 주파수 대역에 영향을 끼치는 것으로 판단된다.
이러한 결과는 W6의 길이 변화가 DGS에 의해 낮은 주파수 대역에 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 W6의 길이는 3.5 GHz 대역과 5 GHz 대역의 충분한 대역폭을 확보하기 위해서 17.5 mm로 설정하는 것이 타당하다고 판단하였다.
4 GHz 대역에 더 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 또한 3.43 GHz 주파수에서는 5 GHz 대역에 큰 영향을 미칠 것으로 예측한 스트립 2의 길이보다 슬릿 3의 위쪽 영역에 강한 전류밀도 분포가 존재하고 있음을 확인하였다. 주파수가 5.
5 GHz 대역에서는 요구되는 WiMAX 대역을 만족시키지 못했다. 또한 5 GHz 대역에서도 하위 밴드에서 욕구되는 대역폭을 만족하지 못하고 있음을 확인하였다.
반사손실측정 결과, –10dB를 기준으로 2.4/2.5 GHz 대역에서는 360 MHz (2.335∼2.695 GHz), 3.5 GHz 대역에서는 645 MHz (3.37∼4.015 GHz), 그리고 5.0 GHz 대역에서는 1,770 MHz (5.14∼6.91 GHz)의 대역폭을 얻었으며 요구되는 WLAN/ WiMAX 대역을 만족하는 것을 확인하였다.
반사손실측정 결과, -10dB를 기준으로 2.4/2.5 GHz 대역에서는 360 MHz (2.335∼2.695 GHz), 3.5 GHz 대역에서는 645 MHz (3.37∼4.015 GHz), 그리고 5.0 GHz 대역에서는 1,770 MHz (5.14∼6.91 GHz)의 대역폭을 얻어 요구되는 WLAN/ WiMAX 대역을 만족하고 있음을 확인하였다.
91 GHz)의 대역폭을 얻어 요구되는 WLAN/ WiMAX 대역을 만족하고 있음을 확인하였다. 방사패턴은 3D 방사패턴을 제시하였으며 전체적으로 전방향성 특성을 나타내고 있고 2.4 GHz 대역에서 최대 5.40 dBi, 3.5 GHz 대역에서 최대 7.55 dBi, 5.0 GHz에서 최대 4.90 dBi를 얻었다.
그림 2(c)는 논문에서 요구되는 대역과 대역폭을 얻기 위해서 슬릿 1, 슬릿 2, 그리고 슬릿 3의 DGS를 삽입한 형태를 나타내고 있다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 요구되는 대역과 대역폭을 만족하고 있음을 확인하였다. 제안된 안테나의 최적화된 수치는 표 1에 나타내었다.
시뮬레이션 결과, 2.5 GHz 대역에서는 450 MHz (2.38∼2.755 GHz), 3.5 GHz 대역에서는 450 MHz (3.28∼3.82 GHz), 그리고 5 GHz 대역에서는 450 MHz (4.92∼6.535 GHz)의 대역폭을 얻었으며 요구되는 WLAN/WiMAX 대역을 만족하는 것을 확인하였다.
59 GHz 주파수에서는 가장 긴 스트립 라인과 슬릿 3의 접지면 위쪽 부분에 강한 전류밀도가 분포하고 있음을 확인하였다. 이 결과로부터 스트립 1의 길이보다는 슬릿 3의 길이와 넓이가 오히려 2.4 GHz 대역에 더 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 또한 3.
70 GHz 에서는 분기되는 급전선로 오른쪽 하단 영역과 접지면의 상단영역에서 강한 전류 분포가 존재하고 있음을 확인하였다. 이러한 결과로부터 그림 6의 결과에서 보듯이 접지면의 DGS가 제안된 안테나의 특성에 강한 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다.
7 GHz 주파수에서방사 패턴을 표시하였다. 제안된 안테나의 방사패턴은 3D 패턴을 제시하였으며 동작대역에서 전체적으로 전방향성 특성을 나타내고 있다. 그림 14는 측정한 안테나의 이득을 나타내었다.
본 논문에서는 두 개의 선로과 접지면에 세 개의 슬릿을 설계하여 삼중대역 특성을 갖는 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나의 특성에 중요한 영향을 미치는 파라메타, 특히 슬릿들에 대한 시뮬레이션 반사손실 결과를 도태로 최적화된 수치를 얻었다. 또한 제안된 안테나의 표면 전류 밀도를 분석하여 동작원리를 확인하였다.
상용 툴을 사용하여 최적화된 모델을 얻었으며 관련된 수치를 각 파라메타에 대한 시뮬레이션을 진행하여 얻었다. 제안된 안테나의 표면 전류분포를 분석하여 안테나의 동작 원리를 확인하였으며 시뮬레이션 결과, 제안된 안테나는 반사손실 -10dB를 기준으로 요구되는 삼중대역을 만족하고 있음을 확인하였으며 이러한 결과를 바탕으로 FR-4 유전체 기판 위에 제안된 안테나를 제작되었다. 제작 후 제안된 안테나의 반사손실, 방사패턴, 전류분포, 이득에 대한 측정 결과를 얻었다.
43 GHz 주파수에서는 5 GHz 대역에 큰 영향을 미칠 것으로 예측한 스트립 2의 길이보다 슬릿 3의 위쪽 영역에 강한 전류밀도 분포가 존재하고 있음을 확인하였다. 주파수가 5.70 GHz 에서는 분기되는 급전선로 오른쪽 하단 영역과 접지면의 상단영역에서 강한 전류 분포가 존재하고 있음을 확인하였다. 이러한 결과로부터 그림 6의 결과에서 보듯이 접지면의 DGS가 제안된 안테나의 특성에 강한 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다.
후속연구
향후 이동통신은 여러 네트워크가 융합되어 다양하고 효율적인, 특성화된 서비스를 제공하는 방향으로 진화될 예정이다. 따라서 고정형 시스템인 WLAN와 WiAMAX는 각각 시스템의 장점을 공유하고 단점을 보완하는 방향에서 발전해 나갈 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
와이맥스는 무엇인가?
한편 와이맥스(WiMAX, World Interoperability for Microwave Access)는 고정형 시스템으로서 무선 시스템을 이용하여 광, 케이블, xDSL 링크와 같은 유선망과 비교해 더 적은 비용으로 넓은 지역을 서비스하기 위해 정의되었다. 휴대 인터넷의 기술 표준을 목표로 미국의 인텔사가 개발한 IEEE 802.
와이맥스의 전송 거리와 최대 속도는 얼마인가?
16d 규격의 무선 통신 기술이다. 이 네트워크 기술은 사용 반경이 좁다는 와이파이의 단점을 보완한 기술로, 이론적으로 장애물이 없는 지역에서는 전송 거리가 약 45km에 도달하며. 전송 속도는 최대 75Mbps로 알려져 있다. 할당된 주파수는 2.
WiFi 기술의 특징은 무엇인가?
무선 랜 (Wireless LAN)으로도 불리는 WiFi 기술은 1997년 IEEE 802.11 전송규격에 출간된 이후 지속적인 보완과 개정작업을 통해 그 규격이 발전되어 스마트폰, 테블릿, 노트북 등 개인 휴대 단말기기를 위한 데이터 네트워크의 필수적인 구성요소가 되었으며 전 세계적으로 가장 성공적으로 정착되고 활성화된 네트워크가 되었다. WiFi는 초기 802.
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