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자연모사 기반 광대역 새싹 안테나 설계
Design of a Nature-inspired Wideband Sprout-leaf Antenna 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.24 no.2, 2020년, pp.536 - 542  

우동식 (Dept. of Aviation Information & Communications Engineering, Kyungwoon University) ,  배성현 (Dept. of Aviation Information & Communications Engineering, Kyungwoon University)

초록
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본 논문에서는 광대역 지향성 방사패턴을 가지는 자연에서 영감을 얻은 새싹 모양 안테나를 제안한다. 모션감지 센서 응용을 위해 넓은 빔폭을 가지는 새싹 모양의 기울어진 방사체를 설계하였다. 확장된 잘려진 접지면을 반사기로 작용하도록 하여 지향성 방사패턴을 가지도록 하였다. 평형 방사체를 급전하기 위하여 우수한 진폭 및 위상 평형도를 가지는 광대역 발룬을 활용하였다. 제안된 안테나는 8.5에서 14.5 GHz의 넓은 주파수 대역폭과 넓은 빔폭을 가졌으며, 방사 효율은 90% 정도이었다. 측정된 이득은 4에서 5dBi이며, 전후방비는 10~20dB이었다. 제안된 안테나는 광대역 넓은 빔폭과 지향성 방사패턴을 요구하는 이미징 센서, 위상 배열 시스템 및 레이더 등에 활용될 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a nature-inspired wideband sprout-leaf shaped antenna with end-fire radiation pattern. A sprout-leaf shape angled-radiator was designed for wide beamwidth radiation patterns for motion detection sensors. An extended and truncated ground plane was used as a reflector for end-fire ...

주제어

#nature-inspired   #sprout-leaf   #wideband antenna   #coplanar stripline   #balun  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 새싹에서 영감을 얻어 설계한 자연모사기술 기반 소형 광대역 새싹 안테나를 제안하였다. 기울어진 타원으로 새싹 모양의 방사체를 설계하였고, 잘린 접지면을 반사기로 활용하여 안테나 크기를 줄이고, 후방방사를 억제하여 지향성을 가지도록 하였다.
  • 본 논문에서는 새싹의 잎(sprout-leaf) 형상에서 영감을 얻어 설계한 새싹 모양의 방사체를 가지는 광대역 새싹 안테나를 제안하고 그 특성을 분석하였다. 새싹 모양의 방사체는 넓은 빔 폭을 가지도록 설계하기 위하여 각도에 따른 빔 폭 및 방사특성을 해석하여 최적의 기울어진 각도를 선정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자연모사기술은 무엇인가? 최근 부각되고 있는 자연모사기술(Nature-Inspired Technology)은 자연에 존재하는 여러 현상 그리고 살아있는 생명체의 구조, 원리 및 메커니즘으로부터 영감(inspiration)을 얻어 이것을 공학적으로 응용하는 기술을 말하는 것으로 생태모방(biomimicry), 생체모방 공학(biomimetics), 바이오닉스(bionics), 바이오그노시스(biognosis), 바이오 창조공학(bionical creativity engineering) 등과 같은 단어와 함께 사용되고 있다. 이러한 자연모사기술을 다양한 응용분야에 적용하여 성능의 개선이나 새로운 접근을 통한 창의적 응용기술이 지속적으로 보고되고 있다[1].
고정 또는 모바일 무선통신 응용으로 가장 널리 사용되는 안테나는? 한편, 무선통신 시스템의 빠른 발전으로 기지국이나 휴대용 단말기, 사물인터넷(internet of things), 5G 등에 사용되는 안테나는 소형, 경량, 다른 시스템과의 통합, 다중 대역 및 광대역 동작 등과 같은 점점 더 엄격한 기준이 요구되고 있다[2]. 평면형 마이크로스트립 안테나(MSA)는 이러한 요구 조건에 부합하는 매력적인 특성을 가져 고정(fixted) 또는 모바일(mobile) 무선통신 응용으로 가장 널리 사용되고 있다[3-4].
자연모사 안테나의 장단점은 무엇인가? 웨어러블프렉탈(fractal) 안테나, 쟈스민(jasmine) 꽃이나 은행잎 모양의 UWB 모노폴 안테나, 대역저지 특성을 가지는 튤립 안테나, 광대역 특성을 위한 castor 잎모양의 self-complementary 안테나, 단풍(maple) 및 holly 잎 모양의 안테나, 장미 잎 모양 안테나 등 다양한 안테나들이 보고되었다[5-10]. 그러나 이러한 안테나들은 대부분 모노폴 안테나와 유사하여, 넓은 빔 폭과 광대역 특성을 가지지만 안테나 이득이 낮아 지향성 방사 패턴이 필요한 레이더나 이미징 시스템 및 위상배열 시스템 등에는 적합하지 않다.
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참고문헌 (14)

  1. S. D Kim, S. E Hwang, W. D Kim, H. E Im, "Wisdom derived from nature, Nature Inspired Technology of Natural Simulation Technology," Korea Evaluation Institute Of Industrial Technology PD Issue Report., vol.2012, no.4, 2012. 

  2. K.-L. Wong, Compact and broadband microstrip antennas, John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, 2002. 

  3. G. Kumar and K. P. Ray, Broadband microstrip antennas, Artech House, Boston, Mass, USA, 2003. 

  4. In-Gon Lee, Ic-Pyo Hong, "Design of Planar Microstrip Antenna at UHF ISM band for the Safety Communication of Life at Sea," Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers, Vol.16, No.1, pp.62-68, 2012. 

  5. J. A. Flint, "A biomimetic antenna in the shape of a bat's ear," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. vol.5 no.1, pp.145-147, 2006. DOI: 10.1109/LAWP.2006.873940 

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  6. Nader Behdad, Mudar A. Al-Joumayly and Meng Li, "Biologically inspired electrically small antenna arrays with enhanced directional sensitivity," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.10, pp.361-364, 2011. DOI: 10.1109/LAWP.2011.2146223 

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  7. E. E. C. Oliveira, P. H. da F. Silva, A. L. P. S. Campos, S. G. Silva, "Overall size antenna reduction using fractal elements," Microwave Opt. Technol. Lett., vol.51, no.3, pp.671-675, 2009. DOI: 10.1002/mop.24171 

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  8. Sudipta Chattopadhyay, Trends in Research on Microstrip Antennas, Intech, 2017. 

  9. O. M. H. Ahmed and A. R. Sebak, "A novel maple-leaf shaped UWB antenna with a 5.0-6.0 GHz band-notch characteristic," Progress In Electromagnetics Research C, vol.11, pp.39-49, 2009. DOI: 10.2528/PIERC09091107 

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  10. Lotfi-Neyestanak A. A., "Ultra wideband rose leaf microstrip patch antenna," Progress in Electromagnetics Research, vol.86, pp.155-168, 2008. DOI: 10.2528/PIER08090201 

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  11. H. K. Kan, R. B. Waterhouse, A. M. Abbosh, and M. E. Bialkowski, "Simple broadband planar CPW-fed quasi-Yagi antenna," Antenna and Wireless Propagation Letter, pp.18-20, 2007. DOI: 10.1109/LAWP.2006.890751 

  12. D. S. Woo, Y. G. Kim, K. W. Kim and Y. K. Cho, "Design of quasi-Yagi antennas using an ultra-wideband balun," Microwave Opt. Technol. Lett., vol.50, no.8, pp.2068-2071, 2008. DOI: 10.1002/mop.23563 

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  13. Y. Qian and T. Itoh, "A broadband uniplanar microstrip-to-CPS transition," Asia Pacific Microwave Conf. Dig., pp.609-612, 1997. DOI: 10.1109/APMC.1997.654615 

  14. D. S. Woo, Y.-K. Cho, and K. W. Kim, "Balance analysis of microstrip-to-CPS baluns and its effects on broadband antenna performance," International Journal of Antennas and Propagation, vol.2013, p.9, 2013. DOI: 10.1155/2013/651040 

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