[논문]육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나에 대한 연구

장대순; 강상원

doi:10.7236/jiibc.2022.22.1.121

육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나에 대한 연구
A Study on Fractal Monopole Antenna with Hexagonal Symmetrical Pattern 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.22 no.1, 2022년, pp.121 - 126

장대순 (서일대학교 정보통신공학과) , 강상원 (서일대학교 정보통신공학과)

초록
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본 연구는 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조를 단순화하여 육각형 대칭 패턴을 가지면서 모노폴 형태로 구현한 안테나에 대한 것이다. 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조를 단순화하여 소형화했을 뿐 아니라 성능 개선을 모색하기 위해 복사기 구조를 육각형 대칭 패턴으로 구현했다. 기판 유전체의 비유전율은 4.7이며, 미앤더 형태로 대칭 구조를 갖는 총 선로길이는 59 mm이다. 안테나의 크기는 10 mm × 10 mm × 0.8 mm이고, 선폭은 0.4 mm이다. 안테나 측정 지그의 크기는 64 mm × 21 mm × 1 mm이다. 공진주파수는 1.57 GHz 이고, 주파수 범위는 1.51 ~ 1.615 GHz이다. 주파수대역폭은 105 MHz이다. 안테나 이득은 YZ-plane의 측정이득은 2.32 dBi 이고, XZ-plane의 경우 -1.03 dBi를 얻었다. 결과적으로 육각형 대칭 패턴 프랙탈 구조를 이용하여 안테나 소형화를 이루었으며, 복사기 구조 변화로 안테나 성능 개선이 용이함을 확인했다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is about an antenna implemented in the form of a monopole having a hexagonal symmetric pattern by simplifying the modified Hilbert curve fractal monopole structure. The modified Hilbert curve fractal monopole structure was simplified and miniaturized, and the radiator was implemented in a hexagonal symmetrical pattern to improve performance. The dielectric constant of substrate is 4.7, and the total line length with a meander-shaped symmetrical structure is 59 mm. The size of the antenna is 10 mm × 10 mm × 0.8 mm, and the line width is 0.4 mm. The size of the antenna measuring jig is 64 mm × 21 mm × 1 mm. The resonant frequency is 1.57 GHz, and the frequency range is 1.51 to 1.615 GHz. The frequency bandwidth is 105 MHz. As for the antenna gain, the measurement gain of the YZ-plane was 2.32 dBi, and that of the XZ-plane was -1.03 dBi. As a result, we confirmed that antenna miniaturization is possible using a hexagonal symmetric pattern fractal structure. In addition, we confirmed that the antenna performance can be easily improved by changing the structure of the radiator.

주제어

표/그림 (10)

$그림 1. 힐버트 커브 프랙탈 다이폴 Fig. 1. Hilbert curve fractal dipole$ 그림 그림 1. 힐버트 커브 프랙탈 다이폴 Fig. 1. Hilbert curve fractal dipole
$그림 2. 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조 Fig. 2. Modified Hilbert curve fractal monopole structure$ 그림 그림 2. 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조 Fig. 2. Modified Hilbert curve fractal monopole structure
$그림 3. 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나의 단면도 Fig. 3. Top view of hexagonal symmetry pattern fractal monopole$ 그림 그림 3. 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나의 단면도 Fig. 3. Top view of hexagonal symmetry pattern fractal monopole
$그림 4. 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나의 반사손실 Fig. 4. Return loss of hexagonal symmetry pattern fractal monopole$ 그림 그림 4. 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 안테나의 반사손실 Fig. 4. Return loss of hexagonal symmetry pattern fractal monopole
그림 그림 5. 제작한 안테나 사진 Fig. 5. Photograph of fabricated antenna
그림 그림 6. 반사손실의 시뮬레이션값과 측정값의 비교 FIg. 6. Comparison of simulated and measured return loss
그림 그림 7. 복사패턴 Fig. 7. Radiation pattern
그림 그림 8. 변형된 힐버트 커브와 육각형 패턴의 반사 손실 측정 결과 비교 Fig. 8. Comparison of return loss measurement result of modified Hilbert curve and hexagonal pattern antenna
표 표 1. 안테나 구조에 따른 공진주파수와 대역폭 비교 Table 1. Comparison of the resonant frequency and bandwidth for antenna structure
표 표 2. 복사기의 길이와 저항값 비교 Table 2. Comparison of the length and resistor value of the radiator

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조를 단순화하여 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 구조로 소형화하고 안테나 중심에 육각형 형태로 복사기를 구현한 안테나를 제안했다. 모노폴 형태로 구현된 안테나의 총 선로길이는 59 mm이며, 안테나의 저항값은 변형된 힐버트 커브 모노폴 프랙탈 구조보다 0.

대상 데이터

급전패드는 1.95 mm × 1.95 mm 이며, 안테나 기판은 비유전율이 4.7인 FR4이다
표 1에서 두 안테나의 공진주파수와 대역폭 비교를 확인할 수 있다. 시뮬레이션 공진주파수는 1.575 GHz이고, 대역폭은 변형된 힐버트 커브 구조, 육각형 대칭 패턴이 동일한 150 MHz이다.
안테나 제작은 비유전율이 4.7인 FR4 유전체 기판을 사용하였다. 안테나의 크기는 10 mm × 10 mm × 0.
제작된 구조에서 측정한 공진주파수는 1.57 GHz 이고, 주파수 범위는 1.51 ∼ 1.615 GHz이다

데이터처리

8 mm이다. 제작한 안테나의 반사손실을 측정하기 위해서 에질런트사의 E5071C Vector Network Analyzer를 이용했다. 그림 6에서 반사손실의 시뮬레이션 값과 측정값의 비교를 볼 수 있다.

성능/효과

주파수대역폭은 105 MHz 이다. 따라서 시뮬레이션 결과와 측정결과를 보면 공진주파수 차이는 없었으며, 주파수대역폭 차이는 45 MHz로 나타났다. 그림 7의 (a)와 (b)에서 제안한 안테나 YZ-plane과 XZ-plane 상에서의 이득을 나타내었다.
본 연구에서는 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 구조를 단순화하여 육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴 구조로 소형화하고 안테나 중심에 육각형 형태로 복사기를 구현한 안테나를 제안했다. 모노폴 형태로 구현된 안테나의 총 선로길이는 59 mm이며, 안테나의 저항값은 변형된 힐버트 커브 모노폴 프랙탈 구조보다 0.93배 작은 1.02 인 것을 확인했다. 따라서 제안한 구조는 기준이 되는 안테나보다 훨씬 단순하며 제작이 용이하고 다양한 복사기 변형을 통해 성능개선이 가능하다.
안테나 복사기 구조의 저항 값을 비교하여 보면 변형된 힐버트 커브 모노폴 프랙탈 안테나의 저항 값은 1.1 Ω이며, 육각형 대칭 패턴 프랙탈 안테나의 저항 값은 1.02 Ω임을 확인하였다
주파수대역폭은 105 MHz이다. 안테나 이득은 YZ-plane의 측정이득은 2.32 dBi 이고, XZ-plane 의 측정이득은 –1.03 dBi 값을 얻었다.
안테나 측정 결과 공진주파수는 1.57 GHz이고, 주파수 범위는 1.51 ∼ 1.615 GHz이다
표 2에서 안테나 복사기 길이와 저항 값을 비교하였다. 안테나의 총 선로길이와 저항 값을 비교해 보면 변형된 힐버트 커브 프랙탈 모노폴 안테나의 총 선로길이는 96 mm이고, 육각형 대칭 프랙탈 구조의 총 선로길이는 59 mm로 나타났다. 안테나 복사기 구조의 저항 값을 비교하여 보면 변형된 힐버트 커브 모노폴 프랙탈 안테나의 저항 값은 1.
안테나의 크기는 10 mm × 10 mm × 0.8 mm이고, 선폭은 0.4 mm이다
육각형 대칭 패턴 프랙탈 모노폴의 YZ-plane 상에서의 최대이득은 2.32 dBi이고, XZ-plane의 경우 최대이득은 –1.03 dBi의 결과를 얻었다
02 Ω임을 확인하였다. 제안한 안테나인 육각형 모양 GPS 안테나 안테나의 저항이 변형된 힐버트 커브 모노폴 프랙탈 안테나에 비해 0.93배 작은 저항을 갖는 것을 확인하였다.
615 GHz이다. 주파수대역폭은 105 MHz 이다. 따라서 시뮬레이션 결과와 측정결과를 보면 공진주파수 차이는 없었으며, 주파수대역폭 차이는 45 MHz로 나타났다.

후속연구

02 인 것을 확인했다. 따라서 제안한 구조는 기준이 되는 안테나보다 훨씬 단순하며 제작이 용이하고 다양한 복사기 변형을 통해 성능개선이 가능하다.
향후 안테나의 구조를 더 단순화하며 안테나의 크기를 소형화하여 다른 주파수 대역에서도 손쉽게 안테나를 구현할 수 있도록 연구하고자 한다.

참고문헌 (8)

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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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