[논문]5세대 이동통신 및 WLAN 대역저지 특성을 갖는 UWB 안테나 설계 및 구현

양운근; 남태현

doi:10.12673/jant.2018.22.4.336

5세대 이동통신 및 WLAN 대역저지 특성을 갖는 UWB 안테나 설계 및 구현
Design and Implementation of UWB Antenna with 5G Mobile Communication and WLAN Bands Rejection Characteristics 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.22 no.4 = no.91, 2018년, pp.336 - 341

초록
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본논문에서는 5세대 이동통신 및 WLAN 대역저지 특성을 갖는 UWB (ultra wideband) 안테나를 설계 및 구현하였다. 제안된 안테나는 두 개의 슬롯을 갖는 평면 방사 패치와 스트립선로 양쪽의 기생소자와 뒷면 접지면으로 구성되어 있다. 위쪽의 n-모양의 슬롯은 5세대 이동통신 대역(3.42~3.70 GHz)을 저지하고, 아래쪽의 n-모양의 슬롯은 WLAN (wireless local area network) 대역(5.15~5.825 GHz)을 저지하는데 기여한다. 그리고 UWB 대역 (3.10~10.60 GHz)에서 저지 대역을 제외한 전대역에서의 전압정재파비(VSWR; voltage standing wave ratio)를 2.0 이하로 만족시키기 위해 기생소자를 사용하였다. 안테나의 설계 및 전산모의실험에는 Ansoft사의 HFSS (high frequency structure simulator)를 사용하였다. 안테나의 전산모의실험결과 UWB 대역에서 3.36~3.71 GHz, 5.13~5.92 GHz 대역을 저지하며, 구현된 안테나의 측정 결과 3.40~3.72 GHz, 5.08~5.88 GHz 대역을 저지함을 보였다. 전산모의실험과 구현된 안테나의 측정 결과, 저지 대역을 제외한 UWB 전 대역에서 VSWR 값이 2.0 이하를 만족하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we designed and implemented an ultra wideband (UWB) antenna with 5G mobile communication and WLAN bands rejection characteristics. The proposed antenna consists of a planar radiation patch with two slots, parasitic elements on both sides of the strip line and ground plane on back side. The upper n-type slot contributes for 5G mobile communication band (3.42~3.70 GHz) rejection and the lower n-type slot contributes for wireless local area network (WLAN) band (5.15~5.825 GHz) rejection. Parasitic elements were used in order to satisfy the voltage standing wave ratio (VSWR) less than or equal to 2.0 for UWB band (3.10~10.60 GHz) except two rejection bands. The Ansoft's high frequency structure simulator (HFSS) was used for antenna design and simulations. The simulated antenna showed dual rejection bands of 3.36~3.71 GHz and 5.13 ~ 5.92 GHz in UWB band, and measured result for the implemented antenna showed dual rejection bands of 3.40~3.72 GHz and 5.08~5.858 GHz. Simulated and measured VSWRs are less than or equal to 2.0 for all UWB band except dual rejection bands.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 5세대 이동통신 및 WLAN 대역저지 특성을 갖는UWB 안테나를 설계 및 구현하였다. UWB 안테나의 대역저지 특성은 평면 방사 패치 내에 두 개의 n-모양의 슬롯을 이용하여 구현되었으며, 두 개의 슬롯은 각각 5세대 이동통신과WLAN 대역을 저지하는 것을 볼 수 있었다.
본 논문에서는 최근 주파수 대역 경매가 완료된 5세대 이동통신과 WLAN 대역저지 특성을 갖는 UWB 안테나를 설계 및 구현, 평가한다. 대역저지 특성을 가지기 위해 평면 방사 패치에 두 개의 n모양 슬롯을 이용한다.

제안 방법

그림 6은 5세대 이동통신 및 WLAN 대역을 저지하는 안테나의 평면 방사 패치내 슬롯 L1 길이의 변화에 따른 VSWR 특성 변화를 보여준다. 5세대 이동통신 대역을 저지하는 슬롯의 L1의 길이에 1 mm씩 변화를 주면서 전산모의실험으로 VSWR을 관찰하였다. L1의 길이가 길어질수록 저지대역 주파수는 내려가는 것을 볼 수 있다.
0 이하를 만족하지 않는 것을 볼 수있다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 기생소자를 추가하여 희망하는 저지 대역 이외에서 모두 2.0 이하가 되도록 하였다. 전산모의실험에는 Ansoft 사의 HFSS (high frequencystructure simulator)를 이용하였다.
92 GHz 대역을 저지됨을 보였다. 측정된 안테나는 구현된 안테나에서 5세대 이동통신 대역을 맞추기 위해 미세 튜닝을 실시하였다. 5세대 이동통신의 사용 대역은 3.

대상 데이터

크기는 25 mm (W)x 35 mm (L) 이고 비유전율이 4.4, 두께가 1.6 mm인 FR4 기판표면 위에 실장되었으며, 50Ω SMA 커넥터로 급전하였다.

이론/모형

0 이하가 되도록 하였다. 전산모의실험에는 Ansoft 사의 HFSS (high frequencystructure simulator)를 이용하였다.

성능/효과

본 논문에서는 5세대 이동통신 및 WLAN 대역저지 특성을 갖는UWB 안테나를 설계 및 구현하였다. UWB 안테나의 대역저지 특성은 평면 방사 패치 내에 두 개의 n-모양의 슬롯을 이용하여 구현되었으며, 두 개의 슬롯은 각각 5세대 이동통신과WLAN 대역을 저지하는 것을 볼 수 있었다.
0 이하의 성능을 보였다. 각 저지 대역에서 가장 큰VSWR 값은 각각 3.60 GHz에서 5.86, 5.32 GHz에서 4.68이다. 측정된 안테나의 최대 이득 값은 각 저지대역에서 가장 큰 VSWR 값을 보인 3.
구현된 안테나의 측정결과는VSWR 2.0을 기준으로3.40∼3.72 GHz 와 5.08∼5.88 GHz에서 대역저지가 되는 것을 확인하였으며, 저지 대역을 제외한 전체 UWB 주파수 대역에서VSWR 2.0 이하의 성능을 보였다.
그림 5는 그림 4 (a)와 그림 4 (b)의 안테나를 전산모의실험한 결과이다. 사각형모양의 기생소자를 스트립선로 양쪽에 부가하면 필요로 하는 대역의 VSWR 값이 2.0 이하로 되는 것을 확인할 수 있다.
62dBi로서 제작된 안테나에서 각 저지 대역의 최대 VSWR 값에서 최대 이득값이 작게 나온 것을 볼 수 있다. 이 결과로서 제안된 안테나가 효율적으로 해당 대역을 저지하고 있음을 알 수 있다.
전산모의실험과 측정된 안테나의 VSWR 값은 UWB대역인 3.10∼10.60 GHz에서, 저지 대역을 제외한 구간에서 2.0 이하의 결과를 보였다.
제안된 안테나는 5세대 이동통신 및 WLAN으로부터의 간섭을 효율적으로 감소시키는 것을 보였다. 따라서 앞으로UWB 서비스에 적용 가능할 것으로 기대된다.
제안된 안테나는 5세대 이동통신과 WLAN 대역을 저지하도록 설계되었으며, 전산모의 실험된 안테나의 VSWR특성은 VSWR 2.0을 기준으로 3.36∼3.71 GHz 그리고 5.13∼5.92 GHz 대역을 저지됨을 보였다.
00 GHz에서 H-cut (Theta=90°), E1-cut(Phi=0°),E2-cut(Phi=90°) 상태에서의 동일편파와 교차편파에 대한 방사패턴을 보여주고 있다. 측정된 동일편파 방사패턴은 수평면에서 거의 전방향성특성을 보였다.
68이다. 측정된 안테나의 최대 이득 값은 각 저지대역에서 가장 큰 VSWR 값을 보인 3.60 GHz에서 –2.04 dBi 그리고 5.30GHz에서 –0.62 dBi 로서 적합한 대역저지 기능을 보여주고 있다.

후속연구

제안된 안테나는 5세대 이동통신 및 WLAN으로부터의 간섭을 효율적으로 감소시키는 것을 보였다. 따라서 앞으로UWB 서비스에 적용 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UWB (ultra wideband) 근거리 통신 기술의 장점은 무엇인가?	1~10.6 GHz에 대하여 상업 표준을 발표한 이후, 넓은 임피던스 대역폭, 무지향성 방사패턴, 100 Mbps 이상의 전송속도, 제조용이성 그리고 다중경로에 강한 이유로 무선통신, 거리측정, 레이더, 이미징 시스템 등의 많은 분야에 응용되고 있다[1], [2]. UWB 시스템은 값이 비싸지 않고 전방향성 방사 패턴뿐만 아니라 넓은 대역폭을 갖는 소형 안테나를 필요로 한다.
	UWB 시스템의 예상되는 문제는 무엇인가?	그러나 UWB 주파수 대역 내에서 동작하는 5세대 이동통신(3.42~3.70 GHz), WLAN (wireless local area network, 5.15∼5.825 GHz) 그리고 X-Band (7.25∼8.395 GHz) 등과 같은 기존의 무선통신 시스템들과의 심각한 전자기 간섭 (EMI;electromagnetic interference)을 일으킬 수 있다. 이러한 원하지 않는 기존의 시스템 신호로부터 간섭을 피하기 위한 기술로는 대역저지 필터를 사용하는 방법이 있지만 크기, 복잡성 그리고 비용증가 등의 문제가 발생한다.
	UWB 시스템에서 기존의 무선통신 시스템들과의 전자기 간섭을 방지하기 위해 어떤 방법이 제안되고 있는가?	이러한 원하지 않는 기존의 시스템 신호로부터 간섭을 피하기 위한 기술로는 대역저지 필터를 사용하는 방법이 있지만 크기, 복잡성 그리고 비용증가 등의 문제가 발생한다. 따라서 안테나 자체에서 C-모양, T-모양, n-모양, U-모양과 같은 각종 형태의 슬롯을 사용하거나, 스트립, 기생소자, SIR (stepped impedance resonator), SRR (split ring resonator) 등을 이용하는 여러 가지대역저지 방법이 제안되고 있다[5]-[12].

참고문헌 (12)

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B. Azarm, J. Nourinia, C. Ghobadi, and M. Karamirad, "Ultra-wideband small slot antenna with WLAN band-notched function," in Proceeding of the 4th International Conference on KBEI, Tehran: Iran, Dec. 2017.
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W. G. Yang, T. H. Nam, J. S. Yu, and H. O. Oh, “Design and implementation of UWB antenna with band rejection characteristics,” Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 22, No. 1, pp. 31-36, Feb. 2018.
W. G. Yang and T. H. Nam, “Design and implementation of UWB antenna with dual band rejection characteristics,” Journal of Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers, Vol. 22, No. 2, pp. 413-419, Jun. 2018.
A. Alhegazl, Z. Zakaria, N. A. Shairi, A. Salleh, and S. Ahmed, “Compact UWB filtering-antenna with controllable WLAN band rejection using defected microstrip structure,” Radioengineering, Vol. 27, No. 1, pp. 110-117, Apr. 2018.

상세보기
D. Yadav, M. P. Abegaonkar, and S. K. Koul, "A novel frequency reconfigurable monopole antenna with switchable characteristics between band-notched UWB and WLAN applications," Progress In Electromagnetics Reserch C, Vol. 77, pp. 145-153, 2017.

상세보기
D. Sarkar, K. V. Srivastava, and K. Saurav, "Compact microstrip-fed triple band-notched UWB monopole antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 13, pp. 396-399, 2014.

상세보기
J. Y. Siddiqui, C. Saha, and Y. M. M. Antar, “Compact SRR loaded UWB circular monopole antenna with frequency notch characteristics,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 62, No. 8, pp. 4015-4020, Aug. 2014.

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P. Gao, L. Xiong, J. Dai, S. He, and Y. Zheng, "Compact printed wide-slot UWB antenna with 3.5/5.5-GHz dual band-notched characteristics," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 12, pp. 983-958, Aug. 2013.

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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].

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