[논문]2×2 배열 구조 안테나 특성 연구

박용욱

doi:10.13067/jkiecs.2017.12.4.549

초록
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본 논문에서는 5GHz 대역의 $2{\times}2$ 배열 안테나를 연구하였다. 선로 방식으로는 마이크로 스트립 방식을 채택하였고 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 $2{\times}2$ 마이크로스트립 배열 안테나를 설계하고, 유전율 4.4, 두께 1.6mm인 FR4-epoxy 기판을 사용 하여 포토리소그래피 방법으로 안테나를 제작하였다. 제작된 $2{\times}2$ 배열 안테나는 중심 주파수 5.3GHz, 입력반사손실 -24dB, 대역폭 390MHz 의 동작특성을 보였다.

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In this paper, we studied the design and fabrication of $2{\times}2$ microstrip array antenna at around 5 GHz band.. To improve of frequency properties of antenna, feed microstrip patch antenna was simulated by HFSS(High Frequency Structure Simulator). A $2{\times}2$ array ante...

In this paper, we studied the design and fabrication of $2{\times}2$ microstrip array antenna at around 5 GHz band.. To improve of frequency properties of antenna, feed microstrip patch antenna was simulated by HFSS(High Frequency Structure Simulator). A $2{\times}2$ array antenna was designed and fabricated by photolithograph on an FR4 substrate (dielectric constant of 4.4 and thickness of 1.6 mm). The fabricated $2{\times}2$ array antenna showed a center frequency, the minimum return loss and bandwidth were 5.3 GHz, -24dB, and 390MHz, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 T-슬롯 대비 좁은 대역폭의 단점을 개선할 수 있는 U-슬롯을 채택하여 5GHz 대역의 2×2 마이크로스트립 배열 안테나를 연구하였다. 2×2 구조의 마이크로스트립 안테나 동작 특성 연구를 하기 위하여 기존에 연구되었던 단일 안테나와 1x2 안테나의 최적화 연구를 기반으로 다양한 배열을 갖는 2x2 마이크로스트립 안테나의 특성을 연구하였다.

제안 방법

본 논문에서는 5GHz 대역의 2x2 마이크로스트립배열 안테나를 연구하였다. 연구를 위해서 기존 연구된 단일 안테나와 1x2 안테나의 최적화 연구을 수행하였으며, 2x2 배열방식의 마이크로스트립 배열 안테나를 5.2GHz의 중심주파수를 기준으로 설계목표에 근거하여 제작하였다. 최적의 구조를 갖는 2×2 마이크로스트립 안테나의 동작특성은 중심주파수 5.
2×2 구조의 마이크로스트립 안테나 동작 특성 연구를 하기 위하여 기존에 연구되었던 단일 안테나와 1x2 안테나의 최적화 연구를 기반으로 다양한 배열을 갖는 2x2 마이크로스트립 안테나의 특성을 연구하였다. 최적의 동작특성을 갖는 2×2 마이크로스트립 배열 안테나를 개발하기 위하여 다양한 구조를 갖는 안테나를 설계 제작하여 동작특성을 비교 분석하였다[8-11].

대상 데이터

본 논문에서는 그림 1과 구조를 같는 병렬 급전 배열방식을 이용하여 2×2 마이크로스트립 배열 안테나 특성을 연구하였다. 병렬 방식은 입력단에서 모든 패치로 도달하는 라인의 길이가 같기 때문에 주파수 변화에 대한 위상의 변화.

데이터처리

안테나 연구는 이론을 바탕으로 각 설계 목표 값을 달성하기 위해 그림 2와 같은 실험을 진행하였다. 실험은 HFSS(High Frequency Structure 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.
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)를 통해 평가 및 특성을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 값을 통해 실제 제작한 결과가 설계 목표 값을 달성하였을 경우에는 안테난 설계를 마치게 된다.

성능/효과

시뮬레이션 결과 값을 바탕으로 실제 제작한 2×2 마이크로스트립 안테나의 결과 값은 그림 13에서 확인 할 수 있듯이 중심주파수 5.3GHz를 기준으로 입력 반사손실 –24.dB, 대역폭 390MHz 의 동작특성을 보였다. 입력반사손실에서 만족스럽지 못한 결과가 나타난 이유는 남아있는 이중대역과 50Ω의 임피던스 정합으로 인한 파워부족으로 인하여 발생된 것으로 예상된다.

후속연구

dB, 대역폭 390MHz 의 동작특성을 보였다. 추후 보완연구를 통하여 좀 더 동작특성이 개선된 2x2 마이크로스트립 배열 안테나의 개발할 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트폰 사용자수는 어떻게 되고 있는가?	최근 스마트폰 사용자수가 3000만 명에 도달하여 대용량 트래픽을 유발하는 모바일 기기의 보급이 급속도로 확산되고 있다. 또한 인터넷은 이동성 및 확장성에 발맞춰 유선인터넷에서 무선인터넷으로의 변화가 나타났다.
	인터넷은 이동성 및 확장성에 맞춰 변화한 것은?	최근 스마트폰 사용자수가 3000만 명에 도달하여 대용량 트래픽을 유발하는 모바일 기기의 보급이 급속도로 확산되고 있다. 또한 인터넷은 이동성 및 확장성에 발맞춰 유선인터넷에서 무선인터넷으로의 변화가 나타났다. 무선인터넷을 위한 2.
	무선인터넷에 있어 중요한 요소는?	무선인터넷에 있어서 가장 핵심이 되는 요소는 안테나 기술이다. 그중에서도 이동성과 확장성 등의 효율적인 요건을 가장 만족할 수 있는 안테나를 찾아야 하는 것이 관건이 되고 있다. 이와 같은 요구조건 중에서 가장 주목을 받은 것이 마이크로스트립 안테나이다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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W. Cao, Y. Xiang, B. Zahng, A. Liu, T. Yu, and D. Guo, "A Low Cost Compact Patch Antenna With Beam Steering Based on CSRR-Loaded Ground," IEEE Antenna Wireless Propagation Letters, vol. 10, no. 1, 2011, pp. 1520-1523.

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G. Kim, "Design of slotted waveguide antenna with slot depth variation," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 4, 2013, pp. 535-540.

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M. Nikolic, A. Djordjevic, and A. Nehorai, "Microstrip Antennas With Suppressed Radiation in Horizontal Directions and Reduced Coupling," IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. 53, no. 11, 2005, pp. 3469-3476.

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