[논문]실내 디지털 TV용 CPW-급전 광대역 루프 안테나

여준호; 이종익

doi:10.6109/jkiice.2017.21.8.1492

실내 디지털 TV용 CPW-급전 광대역 루프 안테나
CPW-fed Wideband Loop Antenna for Indoor Digital TV Applications 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.21 no.8, 2017년, pp.1492 - 1497

여준호 (School of Computer and Communication Engineering) , 이종익 (Division of Mechatronics Engineering, Dongseo University)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 동일면 도파관(CPW; coplanar waveguide)으로 급전된 실내 디지털 TV(DTV)용 광대역 루프 안테나의 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 루프 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입된 형태이다. CPW 급전선로는 DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 설계되었으며, 중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 개선하기 위한 슬롯이 접지면에 추가되었다. 원형 섹터 사이의 간격과 접지면 슬롯의 위치와 크기 변화에 따른 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 최적화된 안테나를 FR4 기판에 제작하고 특성을 실험한 결과, 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave) < 2인 대역이 463-1,280 MHz으로 DTV 대역(470-806 MHz)에서 동작하는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a design method for a CPW-fed wideband loop antenna for indoor digital TV applications is studied. The proposed loop antenna consists of a square loop and two circular sectors which connect the loop with central feed points, and the CPW feed line is inserted in the lower circular sector. The CPW feed line is designed to match with the 75 ohm port impedance for DTV applications, and the ground slots are etched in order to improve the impedance matching in the middle frequency region. The effects of the gap between the circular sectors and the location and dimension of the ground slots on the input reflection coefficient and gain characteristics are examined to obtain the optimal design parameters. The optimized antenna is fabricated on FR4 substrate, and the experiment results show that it operates in the frequency band of 463-1,280 MHz for a VSWR < 2, which assures the operation in the DTV band.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 CPW로 급전된 실내 DTV용 광대역 루프 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 루프 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입되었다.
본 논문에서는 실내 DTV용 CPW-급전 광대역 루프 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입되었다.
이다. 이들 설계 변수가 반사계수와 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 이들 설계 변수에 따른 특성 변화를 분석하였다. 이 때, 안테나의 반사계수는 75옴을 기준으로 계산하였다.

제안 방법

제안된 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입되었다. CPW 급전선로는 DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 설계되었다. 중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 개선하기 위한 슬롯이 접지면에 대칭적으로 추가되었다.
아래쪽 원형 섹터에는 CPW 급전선로가 삽입되었고 중앙 급전점에서 CPW 급전선로의 중심선이 위쪽 원형 섹터와 연결되었다. 루프의 길이를 증가시켜 좀 더 낮은 주파수에서 동작하도록 하기 위해 정사각형 루프와 원형 섹터들이 만나는네 군데 모서리에 슬릿을 추가하였다. 사각형 루프의 길이와 폭은 각각 L과 W이고 선폭은 w₁이다.
제안된 CPW 급전 구조는 기존의 동축케이블 급전에 비해 급전 케이블을 납땜하여 연결할 필요가 없고 임피던스 정합을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다. 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다. 최종 설계된 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판(비유전율 4.
이다. 아래쪽 원형 섹터에 삽입된 CPW 급전선로의 신호선의 폭은 w_f이고 신호선과 접지면 사이의 간격은 g_f이며, 입력 임피던스 75 옴과 정합되도록 설계하였다. 중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 위해 CPW 급전선로의 접지면에 대칭적으로 추가된 슬롯의 길이와 폭은 각각 l_gs와 w_gs이다.
제안된 광대역 정사각형 루프 안테나의 특성에 영향을 미치는 주요 설계 변수는 원형 섹터 사이의 간격 g₁, 접지면 슬롯이 아래쪽 원형 섹터의 급전점쪽 끝에서 떨어진 거리 l₁, 접지면 슬롯의 폭 w_gs이다. 이들 설계 변수가 반사계수와 이득과 같은 안테나 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 이들 설계 변수에 따른 특성 변화를 분석하였다.
본 논문에서는 CPW로 급전된 실내 DTV용 광대역 루프 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 루프 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입되었다. CPW 급전선로는 DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 설계되었으며, 중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 개선하기 위한 슬롯이 접지면에 대칭적으로 추가되었다.
본 논문에서는 실내 DTV용 CPW-급전 광대역 루프 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입되었다. CPW 급전선로는 DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 설계되었다.
상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다. 최종 설계된 이중 대역 슬롯 안테나를 FR4 기판(비유전율 4.4, 두께 0.8mm) 상에 제작하여 특성을 확인하였다.

대상 데이터

상용으로 판매하는 원형 루프안테나는 크기가 255 mm × 240 mm이며 임피던스 정합을 위한 밸런이 급전부에 추가되어 13 mm의 두께를 가진다[7].
기판의 길이와 폭은 루프 안테나와 동일하며, 기판의 두께는 d이다. 안테나는 FR4 기판(비유전율 = 4.4, 두께 = 0.8 mm, 손실 탄젠트 = 0.025)에 설계하였다. 제안된 DTV용 광대역 정사각형 루프 안테나의 최적화된 설계 변수들이 표 1에 나타나 있다.
제작된 안테나의 크기는 210 mm(L) × 210 mm(W)이다.

데이터처리

제작된 안테나의 크기는 210 mm(L) × 210 mm(W)이다. 제작된 안테나의 입력 반사계수는 네트워크분석기(Agilent사 N5230A)를 이용하여 측정하였고, 결과는 그림 6에 나타나 있다. 측정 결과에 의하면 VSWR < 2인 대역이 463—1,280 MHz로 시뮬레이션(458—1,274 MHz이)보다 조금 높은 주파수로 이동하였다.

성능/효과

5 dBi로서 시뮬레이션 결과와 유사하다. 제안된 CPW 급전 광대역 루프 안테나의 임피던스 대역폭은 동축 케이블로 급전하였을 때 보다 조금 증가하였고 이득은 저주파수 대역에서 조금 감소하였다.
중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 개선하기 위한 슬롯이 접지면에 대칭적으로 추가되었다. 제안된 CPW 급전 구조는 기존의 동축케이블 급전에 비해 급전 케이블을 납땜하여 연결할 필요가 없고 임피던스 정합을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다. 상용 툴인 CST사의 Microwave Studio (MWS)를 이용하여 안테나의 특성을 시뮬레이션하고 설계 변수를 최적화하였다.
최종 설계된 루프 안테나를 FR4 기판 상에 제작하고 특성을 실험한 결과 VSWR < 2 인 대역이 463—1,280 MHz로 DTV 대역에서 동작하는 것을 확인하였고 방사 패턴도 시뮬레이션 결과와 잘 일치함을 확인하였다.
측정 결과에 의하면 VSWR < 2인 대역이 463—1,280 MHz로 시뮬레이션(458—1,274 MHz이)보다 조금 높은 주파수로 이동하였다.

후속연구

5 dBi로 측정되었다. 제안된 안테나는 CPW급전을 사용하여 안테나와 동일면에 증폭기를 포함한 RF회로를 함께 설계할 수 있으며, 필름형으로 제작하여 건물이나 자동차 창문 부착형 DTV용 안테나에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서 CPW 급전선로는 어떤식으로 설계되었는가?	제안된 루프 안테나는 정사각형 루프와 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성되며, 아래쪽 원형섹터에 CPW 급전선로가 삽입된 형태이다. CPW 급전선로는 DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 설계되었으며, 중간 주파수 대역에서 임피던스 정합을 개선하기 위한 슬롯이 접지면에 추가되었다. 원형 섹터 사이의 간격과 접지면 슬롯의 위치와 크기 변화에 따른 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다.
	실내 DTV용 안테나 중 원형 루프안테나의 크기와 두께는 어떻게 되는가?	준-야기 안테나와 대수 주기 다이폴 안테나는 지향성을 가져 이득은 높으나 송신 방향으로 안테나의 위치를 조정해야 하며[4,5], 무지향성인 다이폴 안테나와 루프 안테나는 이득이 낮다[6-8]. 상용으로 판매하는 원형 루프안테나는 크기가 255 mm × 240 mm이며 임피던스 정합을 위한 밸런이 급전부에 추가되어 13 mm의 두께를 가진다[7]. 최근 얇은 정사각형 루프에 중앙 급전점을 연결하는 두 개의 원형 섹터로 구성된 안테나가 제안되었으나 동축케이블로 급전되어 아래쪽 원형 섹터에 납땜으로 고정을 해야 하는 불편이 있다[8].
	전 세계적으로 할당된 지상파 DTV용 주파수 대역은 몇 MHz 인가?	전 세계적으로 할당된 지상파 DTV용 주파수 대역은 470—806 MHz이며 주파수 범위가 넓다. 따라서 이에 적합한 수신 안테나는 전 대역을 수신하기 위해 광대역 특성을 가져야한다 전자파신호의 편파는 대부분 대지면에 대해 수평편파를 사용한다[2].

참고문헌 (8)

UHD Korea [Internet]. Available: http://uhdkorea.org/?page_id31123.
A. Punchihewa, "Tutorial on digital terrestrial television broadcasting," Proceedings of 5th International Conference on Information and Automation for Sustainability (ICIAFs), pp. 58-63, Dec. 2010.
O. T. C. Chen and C. Y. Tsai, "CPW-fed wideband printed dipole antenna for digital TV applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 59, no. 12, pp. 4826-4830, Dec. 2011.

상세보기
J. I. Lee, J. Yeo, and Y. K. Cho, "Broadband compact quasi-Yagi antenna for indoor digital TV," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 12, pp. 2859-2863, Dec. 2013.

상세보기
SPECTRUM PRODUCT. LP49 [Internet]. Available: http://www.spectrum.co.kr/shop/product10.php?c11&c21&productp.
J. I. Lee, J. Yeo, and J. T. Park, "Design of broadband planar dipole antenna for indoor digital TV reception," Journal of Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 18, no. 3, pp. 497-502, Mar. 2014.

원문보기 상세보기
SPECTRUM PRODUCT. K-Vesta [Internet]. Available: http://www.spectrum.co.kr/shop/product10.php?c11&c21&productp.
J. Yeo and J. I. Lee, "Wideband square loop antenna with circular sectors for digital TV," Journal of Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no. 10, pp. 1845-1851, Oct. 2016.

원문보기 상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증