[논문]V-모양 접지면을 가지는 소형 이중 대역 이중 다이폴 준-야기 안테나

여준호; 이종익

doi:10.12673/jant.2018.22.5.436

초록
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본 논문에서는 V-형 접지면을 갖고 2.45 GHz와 5 GHz 무선 랜 주파수 대역을 포함하는 이중 대역에서 동작하는 소형 이중 다이폴 준-야기 안테나의 설계 방법에 대하여 연구하였다. 먼저 2.45 GHz 대역에서 동작하는 준-야기 안테나를 설계한 후, 기존의 스트립 접지면 대신 V-모양 접지면을 사용하여 안테나의 길이를 줄여 소형화하였다. 5 GHz 대역 동작을 위해 2.45 GHz 대역 준-야기 안테나의 다이폴 투사기 위에 두 번째 다이폴을 연결하고 도파기를 추가하였다. 제안된 설계 방법을 이용하여 2.45 GHz 대역과 4.57-7.11 GHz 대역에서 동작하는 이중 대역 안테나를 FR4 기판 상에 $40mm{\times}55mm$ 크기로 제작하였다. 실험 결과, 전압정재 파비가 2 이하인 대역이 2.33-2.75 GHz과 4.38-7.15 GHz으로 원하는 이중대역에서 동작하는 것을 확인하였다. 측정된 이득은 두 대역에서 4 dBi 이상을 유지하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a design method for a compact double dipole quasi-Yagi antenna with a V-shaped ground plane operating in dual bands including 2.45 GHz and 5 GHz wireless LAN frequency bands is studied. First, a quasi-Yagi antenna operating in the 2.45 GHz band is designed, and a V-shaped ground plane...

In this paper, a design method for a compact double dipole quasi-Yagi antenna with a V-shaped ground plane operating in dual bands including 2.45 GHz and 5 GHz wireless LAN frequency bands is studied. First, a quasi-Yagi antenna operating in the 2.45 GHz band is designed, and a V-shaped ground plane is used instead of a conventional strip ground plane to reduce the length of the antenna. A second dipole is connected to the dipole driver of the quasi-Yagi antenna for 2.45 GHz band and a director is appended for 5 GHz band operation. A prototype of the proposed dual-band antenna operating at 2.45 GHz WLAN band and 4.57-7.11 GHz band is fabricated on an FR4 substrate with a dimension of 40 mm by 55 mm. Fabricated antenna shows frequency bands of 2.33-2.75 GHz and 4.38-7.5 GHz for a voltage standing wave ratio less than 2. Measured gain remains more than 4 dBi in both bands.

주제어

표/그림 (8)

그림 그림 1. 제안된 소형 이중 대역 DDQYA 구조 Fig. 1. Geometry of proposed compact dual-band DDQYA.
그림 그림 2. 제안된 소형 이중 대역 DDQYA의 설계 과정 Fig. 2. Design procedure for proposed compact dual-band DDQYA.
그림 그림 3. 그림 2의 안테나 성능 비교: (a) 입력 반사계수, (b) 이득 Fig. 3. Comparison of performances for antennas in Fig. 2: (a) input reflection coefficient and (b) gain.
그림 그림 4. 그림 2의 안테나 복사패턴 비교: (a) 첫 번째 대역, (b) 두 번째 대역 Fig. 4. Radiation pattern comparison for antennas in Fig. 2: (a) first band and (b) second band.
그림 그림 5. 제안된 이중 대역 DDQYA의 표면 전류 분포: (a) 2.45 GHz, (b) 5.5 GHz Fig. 5. Surface current distributions of proposed dual-band DDQYA: (a) 2.45 GHz and (b) 5.5 GHz.
그림 그림 6. 제작된 안테나의 사진 Fig. 6. Photograph of fabricated antenna.
그림 그림 7. 제작된 안테나의 성능: (a) 입력 반사계수, (b) 이득 Fig. 7. Performance of fabricated antenna: (a) input reflection coefficient and (b) gain.
그림 그림 8. 제작된 안테나의 복사패턴: (a) 2.45 GHz, (b) 5 GHz, (c) 6 GHz, (d) 7 GHz Fig. 8. Radiation patterns of fabricated antenna: (a) 2.45 GHz, (b) 5 GHz, (c) 6 GHz, and (d) 7 GHz.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 V-모양 접지면을 이용하여 2.45 GHz와 5GHz 무선 랜 주파수 대역을 포함하는 이중 대역에서 동작하는 소형 DDQYA를 설계하였다. 내장형 밸런으로 급전되고 2.

제안 방법

다음으로 5 GHz 대역 동작을 위해 QYA의 다이폴 위에 두 번째 다이폴을 전송선로로 연결하고 도파기도 추가하였다. CST사의 Microwave Studio를 사용하여 안테나 설계 변수의 변화에 따른 특성 변화를 분석하였고, 이를 통해 2.45 GHz 대역과 4.57—7.11 GHz 대역에서 4 dBi 이상의 이득을 가지는 이중 대역 DDQYA를 설계하였다.
45 GHz 대역에서동작하는QYA를 설계한 후, 기존의 스트립 접지면을 V-모양으로 변형하여 길이를 축소하였다. 다음으로 5 GHz 대역 동작을 위해 QYA의 다이폴 위에 두 번째 다이폴을 전송선로로 연결하고 도파기도 추가하였다. CST사의 Microwave Studio를 사용하여 안테나 설계 변수의 변화에 따른 특성 변화를 분석하였고, 이를 통해 2.
45 GHz 및 5 GHz 무선 랜 대역을 포함하는 이중 대역에서 동작하는 소형 DDQYA에 대한 설계 방법을 연구하였다. 먼저 일반적인 스트립 반사기와 다이폴로 구성된 2.45 GHz 대역 QYA를 설계한 후, 스트립 접지면을 V-모양 접지면으로 변형하여 길이를 축소하였다. 다음으로 5 GHz 대역동작을 위해 QYA의 다이폴 위에 전송선로로 연결된 두 번째 다이폴을 추가하여 DDQYA를 설계하였다.

대상 데이터

제안된 소형 이중 대역 DDQYA을 FR4 기판(ε_r = 4.4, 두께 = 1.6 mm, 손실 탄젠트 = 0.025)을 이용하여 그림 6과 같이 제작하였다.

데이터처리

제작된 안테나의 입력 반사계수와 이득 특성을 그림 7에 비교하였다. 입력 반사계수 측정을 위해 Agilent사의 N5230A 회로망 분석기를 사용하였고, 이득은 전파무반사실에서 +y축 방향으로 측정하였다.

성능/효과

제작된 안테나의 특성을 실험한 결과, VSWR < 2인 주파수 대역이2.33—2.75 GHz와 4.38—7.15 GHz이고, 이득은첫 번째 대역에서 4.0—5.0 dBi이고, 두 번째 대역에서는 4.0—5.2 dBi으로 두 대역에서 4 dBi 이상을 유지하였다.

후속연구

제안된 소형 이중 대역 DDQYA는 2.45 GHz 및 5 GHz 무선랜 대역 AP (access point)용 지향성 안테나나 이중 대역 기지국 혹은 중계기 안테나로 사용될 수 있을것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다중 대역 기지국 및 중계기 안테나 설계 기술이 필요한 이유는 무엇인가?	최근 4차 산업혁명에서 구현하고자 하는 초연결 사회의 핵심기술로서 사물 인터넷과 5세대 이동통신 관련기술 및 서비스가 급속히 발전하고 있으며, 사용자의 편의성으로 인해 스마트폰과 같은 모바일 스마트 기기를 이용한 데이터 사용량이 급격하게 증가하고 있다[1]. 증가하는 데이터 사용량을 수용하기 위해서는 기존에 사용하는 주파수 대역 외의 추가적인 주파수 확보가 필요하며, 이에 따라 여러 주파수 대역의 신호를 송수신 할수 있는 다중 대역 기지국 및 중계기 안테나 설계 기술이 필요하다[2].
	이중 다이폴 준-야기 안테나는 어떻게 단일 광대역 혹은 이중 대역 주파수특성을 얻을 수 있는가?	이중 다이폴 준-야기 안테나 (double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)는 단일 광대역 혹은 이중 대역 설계의 용이성, 안정된 이득, 높은 전후방비 등의 여러 가지 장점으로 인해 기지국용이나 중계기용 지향성 안테나로 사용되고 있다[3]. DDQYA는 반사기(reflector)와 두 개의 길이가 다른 다이폴 투사기(driver)가 전송선로를 통해 연결되며 두 다이폴의 길이와 전송선로의 길이를 조절하여 단일 광대역 혹은 이중 대역 주파수특성을 얻을수있다.
	이중 다이폴 준-야기 안테나의 장점은 무엇인가?	이중 다이폴 준-야기 안테나 (double-dipole quasi-Yagi antenna; DDQYA)는 단일 광대역 혹은 이중 대역 설계의 용이성, 안정된 이득, 높은 전후방비 등의 여러 가지 장점으로 인해 기지국용이나 중계기용 지향성 안테나로 사용되고 있다[3]. DDQYA는 반사기(reflector)와 두 개의 길이가 다른 다이폴 투사기(driver)가 전송선로를 통해 연결되며 두 다이폴의 길이와 전송선로의 길이를 조절하여 단일 광대역 혹은 이중 대역 주파수특성을 얻을수있다.

참고문헌 (10)

Ericsson Mobility Report-June 2018 [Internet]. Available: https://www.ericsson.com/assets/local/mobility-report/documents/2018/ericsson-mobility-report-june-2018.pdf.
Y. Cui, R. Li, and P. Wang, “A novel broadband planar antenna for 2G/3G/LTE base stations,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 61, No. 5, pp. 2767-2774, May 2013.

상세보기
F. Tefiku and C. A. Grimes, “Design of broad-band and dual-band antennas comprised of series-fed printed-strip dipole pairs,” IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 48, No. 6, pp. 895-900, Jun. 2000.

상세보기
D.-C. Chang, C.-B. Chang, and J.-C. Liu, “Modified planar quasi-Yagi antenna for WLAN dual-band operations,” Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 46, No. 5, pp. 443-446, Jul. 2005.

상세보기
P. Lindberg, E. Ojefors, Z. Barna, A. Thornell-Pers, and A. Rydberg, “Dual wideband printed dipole antenna with integrated balun,” IET Microwaves, Antennas and Propagation, Vol. 1, No. 3, pp. 707-711, Jun. 2007.

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X. Li, L. Yang, S. X. Gong, and Y. J. Yang, "Dual-band and wideband design of a printed dipole antenna integrated with dual-band balun," Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 6, pp. 165-174, 2009.

상세보기
J. M. Steyn, J. W. Odendaal, and J. Joubert, “Double dipole antenna for dual-band wireless local area networks applications,” Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 51, No. 9, pp. 2034-2038, Sep. 2009.

상세보기
S. X. Ta, I. Park, and C. Dao-Ngoc, “A hybrid of T-dipole and quasi-Yagi antenna for dual-band WLAN access point,” REV Journal on Electronics and Communications, Vol. 2, No. 1-2, pp. 63-67, Jan.-Jun. 2012.
D. Ye, Y. Li, Z. Liang, and Y. Long, "A dual-band printed end-fire antenna with DSPSL feeding," International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2016, pp. 1-5, 2016,
C. A. Balanis, Antenna Theory - Analysis and Design, 3rd ed. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2005.

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