해양 초고속 통신망 시스템을 위한 WLAN(Wireless Local Area Network) / UWB(Ultra Wide Band)용 안테나 설계 및 제작 Design and Fabrication of WLAN / UWB Antenna for Marine High Speed Communication Network System원문보기
본 논문에서는 안테나의 소형화, 이득 및 방사패턴을 개선한 초고속 통신망 시스템을 효과적으로 사용하기 위해 3.3 [GHz], 5 [GHz] 대역에서 동작하는 WLAN/UWB 통신용 안테나를 설계 및 제작을 하였다. 대역폭의 개선을 위해 마이크로스트립 패치 안테나를 선택하였고 각 단계마다 이론적인 근거에 의한 수식을 이용하여 슬롯의 폭, 길이, 전송선로의 폭 등을 계산하였다. 설계된 안테나의 시뮬레이션 결과 반사손실이 3.3 [GHz]에서 -14.053 [dB]이고 5 [GHz]에서 -13.118 [dB]의 값을 보여주었다. 이득은 3.3 [GHz]에서 2.479 [dBi]의 값과 5[GHz]에서 3.317[dBi]의 수치를 보여주었다. 또한 3D 설계가 가능한 CSTMicrowave Studio 2014 프로그램을 이용하여 최적화 한 후, 이를 바탕으로 제작한 안테나의 특성을 측정하여 성능을 확인하는 방법으로 연구를 진행하였다. 최근 다양하고 발전이 계속 이루어지고 있는 무선 기술인 WLAN과 해당 기술 이용자의 수요 증가에 따른 기술의 주파수 대역도 역시 증가하고 있는 추세의 통신 기술인 UWB을 초고속 무선 통신 시스템으로 사용하는 데 있어 불편함 없도록 해당 이용자를 위한 원활한 통신이 가능할 것으로 보인다.
본 논문에서는 안테나의 소형화, 이득 및 방사패턴을 개선한 초고속 통신망 시스템을 효과적으로 사용하기 위해 3.3 [GHz], 5 [GHz] 대역에서 동작하는 WLAN/UWB 통신용 안테나를 설계 및 제작을 하였다. 대역폭의 개선을 위해 마이크로스트립 패치 안테나를 선택하였고 각 단계마다 이론적인 근거에 의한 수식을 이용하여 슬롯의 폭, 길이, 전송선로의 폭 등을 계산하였다. 설계된 안테나의 시뮬레이션 결과 반사손실이 3.3 [GHz]에서 -14.053 [dB]이고 5 [GHz]에서 -13.118 [dB]의 값을 보여주었다. 이득은 3.3 [GHz]에서 2.479 [dBi]의 값과 5[GHz]에서 3.317[dBi]의 수치를 보여주었다. 또한 3D 설계가 가능한 CST Microwave Studio 2014 프로그램을 이용하여 최적화 한 후, 이를 바탕으로 제작한 안테나의 특성을 측정하여 성능을 확인하는 방법으로 연구를 진행하였다. 최근 다양하고 발전이 계속 이루어지고 있는 무선 기술인 WLAN과 해당 기술 이용자의 수요 증가에 따른 기술의 주파수 대역도 역시 증가하고 있는 추세의 통신 기술인 UWB을 초고속 무선 통신 시스템으로 사용하는 데 있어 불편함 없도록 해당 이용자를 위한 원활한 통신이 가능할 것으로 보인다.
In this paper, we designed and fabricated WLAN / UWB communication antennas operating at 3.3 [GHz] and 5 [GHz] bands in order to effectively use the high-speed communication network system that improved antenna miniaturization, gain and radiation pattern. Microstrip patch antennas were chosen to imp...
In this paper, we designed and fabricated WLAN / UWB communication antennas operating at 3.3 [GHz] and 5 [GHz] bands in order to effectively use the high-speed communication network system that improved antenna miniaturization, gain and radiation pattern. Microstrip patch antennas were chosen to improve the bandwidth. The slot width, length, and transmission line width were calculated using the theoretical formula for each step. Simulation results show that the return loss is -14.053 [dB] at 3.3 [GHz] and -13.118 [dB] at 5 [GHz]. The gain showed a value of 2.479 [dBi] at 3.3 [GHz] and a value of 3.317 [dBi] at 5 [GHz]. After optimizing it with the CST Microwave Studio 2014 program, which can be 3D-designed, Based on these results, we investigated the performance of antennas by measuring their characteristics. In recent years, WLAN, which is a variety of wireless technologies that are continuously developing, and UWB, which is a communication technology which is increasing in frequency band due to an increase in demand of the technology users, is used for a high speed wireless communication system. Communication seems to be possible.
In this paper, we designed and fabricated WLAN / UWB communication antennas operating at 3.3 [GHz] and 5 [GHz] bands in order to effectively use the high-speed communication network system that improved antenna miniaturization, gain and radiation pattern. Microstrip patch antennas were chosen to improve the bandwidth. The slot width, length, and transmission line width were calculated using the theoretical formula for each step. Simulation results show that the return loss is -14.053 [dB] at 3.3 [GHz] and -13.118 [dB] at 5 [GHz]. The gain showed a value of 2.479 [dBi] at 3.3 [GHz] and a value of 3.317 [dBi] at 5 [GHz]. After optimizing it with the CST Microwave Studio 2014 program, which can be 3D-designed, Based on these results, we investigated the performance of antennas by measuring their characteristics. In recent years, WLAN, which is a variety of wireless technologies that are continuously developing, and UWB, which is a communication technology which is increasing in frequency band due to an increase in demand of the technology users, is used for a high speed wireless communication system. Communication seems to be possible.
Table 3과 같이 측정 결과 안테나의 주파수 대역은 시뮬레이션 결과 값과 3.02 비슷한 것을 확인할 수 있었고 각 주파수 대역의 이득은 시뮬레이션 값보다 낮게 나타났지만 안테나로서 주파수가 -10 [dB] 이하이며 이득이 양수의 값을 나타내고 있어 안테나로서 사용이 가능하다. 오차 원인을 분석한 결과 전송선로와 제작 상에 있어서 PCB 기판에서 오차와 도체 손실, 급전부의 SMA 커넥터 손실의 영향으로 분석할 수 있었다.
02 비슷한 것을 확인할 수 있었고 각 주파수 대역의 이득은 시뮬레이션 값보다 낮게 나타났지만 안테나로서 주파수가 -10 [dB] 이하이며 이득이 양수의 값을 나타내고 있어 안테나로서 사용이 가능하다. 오차 원인을 분석한 결과 전송선로와 제작 상에 있어서 PCB 기판에서 오차와 도체 손실, 급전부의 SMA 커넥터 손실의 영향으로 분석할 수 있었다.
이중대역을 동시에 사용할 수 있도록 하여 크기와 두께를 최소화하고 변수 또한 적게 하여 제작비용을 절감하였다.
본 논문에서는 WLAN와 UWB 통신을 위한 마이크로스트립 패치 이중대역 안테나를 설계하였다. 제안된 안테나는 간단한 구조와 적은 변수들을 가지고 있고, 입력대비 반사손실로서 3.3 GHz와 5 GHz에서만 -10 dB(WSWR2:1) 이하로 떨어지며 이득 또한 3.3 GHz일 때 2.479 dBi, 5 GHz일 때 3.317 dBi로 WLAN와 UWB 통신용으로 사용할 수 있다는 결과를 볼 수 있다. 3D 설계가 가능한 CST Micro Studio 2014 Program을 사용하였다.
후속연구
따라서 본 논문에서 제작된 안테나는 동작주파수 대역에서 반사손실이나 삽입손실, 지향성이 설계하고자 하는 목표에 만족함으로써 WLAN/UWB용 통신 시스템에 적용 및 활용 가능할 것으로 보이며, 하나의 안테나로 고속통신이 가능하고 해당 이용자의 필요에 의한 비용의 절감 효과를 가져 올 것으로 기대된다. 그리고 최근 다양하고 발전이 계속 이루어지고 있는 무선 기술인 WLAN과 해당 기술 이용자의 수요 증가에 따른 기술의 주파수 대역 역시 증가하고 있는 추세의 통신 기술 UWB을 초고속 무선 통신 시스템으로 사용하는 데 있어 불편함 없도록 해당 이용자를 위한 원활한 통신이 가능할 것으로 기대된다.
3D 설계가 가능한 CST Micro Studio 2014 Program을 사용하였다. 따라서 본 논문에서 제작된 안테나는 동작주파수 대역에서 반사손실이나 삽입손실, 지향성이 설계하고자 하는 목표에 만족함으로써 WLAN/UWB용 통신 시스템에 적용 및 활용 가능할 것으로 보이며, 하나의 안테나로 고속통신이 가능하고 해당 이용자의 필요에 의한 비용의 절감 효과를 가져 올 것으로 기대된다. 그리고 최근 다양하고 발전이 계속 이루어지고 있는 무선 기술인 WLAN과 해당 기술 이용자의 수요 증가에 따른 기술의 주파수 대역 역시 증가하고 있는 추세의 통신 기술 UWB을 초고속 무선 통신 시스템으로 사용하는 데 있어 불편함 없도록 해당 이용자를 위한 원활한 통신이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
UWB 시스템의 특징은?
, 2003). 회로 구조가 간단하여 가격이 저렴하고 기존의 기기나 다른 무선통신기술에 비해 1/5배 정도의 전력으로 동작할 수 있어 홈 네트워크 내에서 많이 쓰이고 있다(Park et al., 2005).
무선랜이 발달하는 이유는?
무선통신량의 증가와 더불어 무선통신의 급격한 발전으로 인해 음성뿐만이 아닌 다양한 형태의 데이터, 동영상 서비스가 시간과 장소에 제한 없이 사용자가 소형의 통신장비를 이용하여 무선으로 기간통신망에 자유롭게 접속 할 수 있는 장점 때문에 무선랜이 발달하고 있다(Garg et al., 2003).
무선랜의 응용 범위를 확장시키게 한 장점은?
무선 LAN(Local Area Network)은 사무실이나 기타 이동 무선 환경에서 네트워크의 재구축이 용이하다는 장점으로 인해 높은 선호도를 보이고 있으며 기존의 유선 LAN의 기능을 포함하면서 네트워크 구축 시 케이블의 연결이 필요 없다는 장점을 지니고 있다(Gutton et al., 1995).
참고문헌 (12)
Garg, R., P. Blartia, Inder Bahl and A. Ittipiboon(2003), Microstrip Antenna Design Handbook, Atrech House, pp. 2-3.
Gutton, H. and G. Baissiont(1995), Flat Aerial for Ultra High Frequencies, French Patent, pp. 103-113.
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Kang, H. Y., J. H. Ko, U. J. Kim, H. S. Lee and G. Y. Cho(2003), Design of rectangular plate monopole antenna for ultra wide band, Microwave and Radio Communication Conference, Vol. 26, No. 1, pp. 653-656.
Kim, P. G.(2004), A Study on the Design and Fabrication of 2x1 Array Antenna for Broadband Wireless LAN Using Laminated Structure, Master's thesis, pp. 38-40.
Lee, H. R., I. G. Kim, J. K. Yug, H. G. Bang(2003), Broadband Characteristics of Wide Flat Slow Antenna, Journal of the Korea Electromagnetic Engineering Society, Vol. 14, No. 3, pp. 260-277.
Mark, C. L., H. Wonf and K. M. Luk(2005), high-gain and wide-band single-layer patch antenna for wireless communications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 54, No. 1, pp. 33-40.
Munson, R. E.(1974), Conformal Microstrip Antenna and Microstrip Phased Arrays, IEEE Trans. Antennas & Propagation, Vol. AP-22, pp. 74-78.
Park S. K., J. K. Lee, Y. C. Jeong, J. H. Yun and C. D. Kim(2005), Group delay adjuster using resonance circuit with varactor diode, IEEE Trans. Antennas propag., Vol. 4, p. 4.
Richards, W. F., Y. T. Lo and D. D. Harrison(1981), An Improved Theory of Microstrip Antenna with Applications, IEEE Trans. Antennas Propagat, Vol. AP-29, No. 1, pp. 38-46.
Zenobio, D. D. and E. Russo(1991), Measurements of frequency dependent variations of amplitude and group delay in digital radio links, IEEE Trans. Antennas propag., Vol. 15-18, pp. 669-672.
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