[논문]이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나 설계 및 구현

양운근; 남태현

doi:10.7471/ikeee.2018.22.2.413

이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나 설계 및 구현
Design and Implementation of UWB Antenna with Dual Band Rejection Characteristics 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.2, 2018년, pp.413 - 419

양운근 (Dept. of Electronics Engineering, Incheon National University) , 남태현 (Dept. of Electronics Engineering, Incheon National University)

초록
AI-Helper

이중 대역저지 특성을 가지는 UWB(Ultra Wide Band) 안테나를 설계 및 구현하였다. 슬롯을 포함한 평면 방사패치, 스트립선로 양쪽의 기생소자와 아랫면의 접지면으로 제안된 안테나가 구성되어있다. 평면 방사 패치 내에 있는 슬롯과 기생소자가 각각 해당 대역을 저지한다. 슬롯은 WiMAX(World interoperability for Microwave Access, 3.30~3.70 GHz) 대역을, 기생소자는 X-Band(7.25~8.395 GHz) 대역을 저지하는데 각각 기여한다. 제안된 안테나의 설계하고 성능을 평가하는데 Ansoft의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)가 사용되었다. 전산모의실험결과는 저지 대역인 3.30~3.86 GHz, 7.21~8.39 GHz를 제외한 구간에서 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)는 2.0 이하를 보였다. 구현된 안테나의 VSWR 측정 결과는 저지 대역인 3.25~3.71 GHz, 7.25~8.46 GHz를 제외한 3.10~10.60 GHz 구간에서 VSWR 값이 2.0 이하로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

An UWB(Ultra Wide Band) antenna with band rejection characteristics is designed and implemented. A planar radiation patch with slot, parasitic elements on both sides of strip and ground plane on back side consist the proposed antenna. The slot in the radiation patch and parasitic elements contribute corresponding bands rejection characteristics. The slot contributes for WiMAX(World interoperability for Microwave Access, 3.30~3.70 GHz) band rejection and parasitic elements contribute for X-Band(7.25~8.395 GHz) rejection. Ansoft's HFSS(High Frequency Structure Simulator) was used to design the proposed antenna and performance simulations. Simulation result showed VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) less than 2.0 for UWB band except for dual rejection bands of 3.30~3.86 GHz and 7.21~8.39 GHz. And VSWR measurement result for the implemented antenna shows less than 2.0 for 3.10~10.60 GHz band except dual rejection bands of 3.25~3.71 GHz and 7.25~8.46 GHz.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

참고문헌[5]의 경우 WLAN과 X-Band 대역을 저지하였는데 2개의 슬롯을 적용하였다. 본 논문에서는 WiMAX와 X-Band 대역 저지하기 위하여 하나의 슬롯과 기생소자를 사용하여 안테나를 구현한다[5-12].
본 논문에서는 이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나를 설계 및 구현, 평가한다. 대역저지 특성을 가지기 위해 방사 패치에 슬롯을 넣고 기생소자를 UWB 안테나의 스트립선로 양옆에 추가하여 전체적인 대역저지 특성을 구현한다.

제안 방법

58 GHz 대역이 저지 대역으로 측정되었다. 구현된 안테나는 특성을 맞추기 위해 일부 정밀 튜닝하였다.
본 논문에서는 이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나를 설계 및 구현, 평가한다. 대역저지 특성을 가지기 위해 방사 패치에 슬롯을 넣고 기생소자를 UWB 안테나의 스트립선로 양옆에 추가하여 전체적인 대역저지 특성을 구현한다. 또한 방사 패치내의 슬롯 반지름 사이즈인 R1과 R2, 기생소자와 스트립선로의 간격인 W2의 크기를 변화시키면서 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)의 특성 변화를 알아본다.
대역저지 특성을 가지기 위해 방사 패치에 슬롯을 넣고 기생소자를 UWB 안테나의 스트립선로 양옆에 추가하여 전체적인 대역저지 특성을 구현한다. 또한 방사 패치내의 슬롯 반지름 사이즈인 R1과 R2, 기생소자와 스트립선로의 간격인 W2의 크기를 변화시키면서 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)의 특성 변화를 알아본다. 제안하는 안테나는 초광대역 특성을 보이면서, WiMAX대역과 X-Band 대역에서 저지됨을 보인다.
본 논문에서는 이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나를 설계 및 구현, 평가 하였다.
제안된 안테나는 50Ω SMA 커넥터를 이용하여 급전하였다.
제안된 안테나는 WiMAX와 X-Band 대역을 저지하도록 설계되었으며, VSWR에 대한 전산모의 실험 결과는 VSWR 2.0을 기준으로 3.30∼3.86 GHz 그리고 7.21∼8.39 GHz 대역을 저지시켰다.

대상 데이터

6mm (t)의 크기로서 평면에 구현하였다. 사용한 기판은 FR4로서 비유 전율이 4.4이다.
제안된 안테나는 25mm (W) x 35mm (L) x 1.6mm (t)의 크기로서 평면에 구현하였다.

이론/모형

그림 2에서 구현된 이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나를 보였다. 제안된 안테나의 설계 및 성능 평가에는 Ansoft의 HFSS(High Frequency Structure Simulator)가 사용되었다.

성능/효과

57이었다. 각각 저지 대역이 다르므로 일률적인 비교는 어려우나 본 논문에서 구현된 안테나의 WiMAX 대역에서의 VSWR 최고값이 7.68로서 기존 논문의 WLAN 경우보다 1.12 높은 값을 보였다. 참고문헌 [5]와 같은 저지 대역인 X-Band 의 경우 최고 VSWR 값은 0.
구현된 안테나의 측정 결과는 3.25∼3.71 GHz 와 7.25∼8.46 GHz에서 이중 대역저지가 되는 것을 확인하였다.
논문에서는 이중 대역저지 특성을 가지는 UWB 안테나를 설계 및 구현, 평가 하였다. 대역저지 특성은 평면 방사 패치 내에 슬롯과 스트립선로 양쪽의 기생소자로써 구현되며, 슬롯과 기생소자는 각각 해당 저지 대역인 WiMAX 대역과 X-Band 대역을 저지함을 볼 수 있었다. 구현된 안테나의 측정 결과는 3.
30이다. 동일편파 방사패턴 측정결과를 보면 수평면에서 전방향으로 거의 동일한 특성을 보였다.
50 GHz에서의 동일편파와 교차편파 방사패턴이다. 동일편파 방사패턴에 대한 측정 결과를 보면 수평면에서 전방향으로 거의 동일한 특성을 보였다. 구현된 안테나의 측정시 거치 조건은 참고문헌[5]에서와 같이 하였다.
전산모의실험과 같이 안테나의 기본구조의 변경없이 슬롯과 기생소자만을 이용하여 UWB대역 내에 존재하는 WiMAX와 X-Band 대역을 저지할 수 있다. 본 논문에서는 R1=5.5mm, R2=3.5mm일 때 WiMAX 대역과 W2=0.3mm일 때, X-Band대역을 저지하는 특성을 얻을 수 있었다.
안테나의 최대 이득 값 측정치는 3.10∼10.60 GHz에서 –4.83∼5.34 dBi 로 나타났다.
27 dBi이다. 이 결과로 제안된 안테나가 이중 대역저지를 효율적으로 수행하는 것을 알 수 있다.
70 GHz에서 안테나 표면에 흐르는 전류 분포도를 보인다. 제안된 안테나 경우 평면 방사 패치에 있는 슬롯과 스트립선로 양쪽에 기생소자를 이용하여 대역저지가 되는 것을 확인 할 수 있다. 그림 3의 VSWR 그래프와 그림 5의 전류 분포도는 밀접한 관계가 있다.
제안된 안테나의 VSWR 값에 대한 전산모의실험 결과는 저지 대역을 제외한 UWB 대역에서 2.0 (S11=-10dB) 이하로 나타났다.
제안하는 안테나는 초광대역 특성을 보이면서, WiMAX대역과 X-Band 대역에서 저지됨을 보인다.
측정된 안테나에서는 3.25∼3.71 GHz 그리고 7.25 ∼8.46 GHz 대역이 저지됨을 보였다.
46 GHz 대역이 저지됨을 보였다. 측정된 안테나의 저지 대역에서 가장 높은 VSWR 값은 WiMAX 대역의 3.50 GHz에서 7.68, X-Band 대역의 7.92 GHz에서 5.30이다. 참고문헌 [5]의 경우 2개의 슬롯을 이용하여 WLAN, X-Band 대역인 5.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UWB 시스템의 특징은 무엇인가?	2002년 FCC의 결정 이후, 전 세계적으로 UWB 시스템의 신뢰성을 향상하는데 필요한 다양한 시스템과 부품들을 설계하기 위한 연구들이 시작되었으며 그중 하나가 UWB 안테나이다[3]. UWB 시스템은 근거리 고속 통신 시스템에서 큰 이점을 가지고 있으므로 연구자들의 관심을 얻었다. 그 외에도 광대역, 낮은 스펨트럼 밀도, 낮은 프로파일 그리고 높은 방사 효율과 같은 장점들이 있다[4].
	WiMAX와 같은 기존의 시스템들이 일으키는 문제는 무엇인가?	025∼8.40 GHz) 같은 시스템들은 UWB 무선통신 시스템에 전파 간섭(EMI, Electromagnetic Interference) 문제를 일으킨다[4-6].
	UWB 안테나의 간섭 문제를 해결하기 위한 비용을 낮추는 방법으로 무엇이 있는가?	UWB 안테나의 간섭 문제를 해결하기 위해 대역저지 필터를 추가 할 수 있지만 비싸지는 단점이 있다. 그래서 패치나 접지에 H-모양, U-모양 그리고 C-모양 같은 다양한 형태의 슬롯, 에칭라인에 슬롯이나 CRSS(Complementary Split Ring Resonator), SRR(Split Ring Resonator), 저지 대역 주파수에 해당하는 λ/2 또는 λ/4의 길이의 기생소자를 추가해주는 등 다양한 대역저지 특성을 얻기 위한 방법들이 제시되었다. 참고문헌[5]의 경우 WLAN과 X-Band 대역을 저지하였는데 2개의 슬롯을 적용하였다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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Ajeet Pratap Singh, Rajesh Khanna and Hardeep Singh, "UWB Antenna with Dual Notched Band for WiMAX and WLAN Applications," Microwave Opt. Technol. Lett, vol.59, no.4, 2017. DOI:10.1002/mop.30388
R. Boopathi Rani and S.K. Pandey, "A CPW-Fed Circular Patch Antenna Inspired by Reduced Ground Plane and CSRR Slot for UWB Applications with Noych Band," Microwave Opt. Technol. Lett, vol.59, no.4, Apr. 2017. DOI:10.1002/mop.30386

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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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