[논문]Design and Fabrication of Dual Linear Polarization Antenna for mmWave Application using FR-4 Substrate

Choi, Tea-Il; Yoon, Joong-Han

doi:10.9708/jksci.2022.27.03.071

Design and Fabrication of Dual Linear Polarization Antenna for mmWave Application using FR-4 Substrate 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.27 no.3, 2022년, pp.71 - 77

Choi, Tea-Il (Dept. of Health Administration, Kwangju Women's University) , Yoon, Joong-Han (Dept. of Electronic and Electronics Eng., Silla University)

초록
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본 논문에서는 mmWave 대역에서 이중 직선편파 특성을 갖는 1×2 배열안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 두 개의 마이크로스트립 선로 급전구조를 갖도록 하였으며 유전율은 4.3이고 두께가 0.4 mm인 RF-4 유전체 기판위에 설계되었다. 제안된 1×2 배열안테나의 패치안테나 크기는 각각 2.33 mm×2.33 mm이며 전체 기판의 크기는 13.0 mm×6.90 mm이다. 제작 및 측정결과, 급전 위치가 포트 1일 때 1.13 GHz (28.52~29.65 GHz) 그리고 급전위치가 포트 2일 때 1.08 GHz (28.45~29.53 GHz) 임피던스 대역폭을 얻었다. 급전위치가 포트가 1일 때 편파분리도는 수직편파의 경우, 7.68 dBi에서 16.90 dBi 범위의 수평편파의 경우, 7.46 dBi에서 15.97 dBi 범위의 측정값을 얻었다. 급전위치가 포트 2일 때 편파분리도는 수직편파의 경우, 8.59 dBi에서 13.72 dBi 범위의 수평편파의 경우, 03 dBi에서 14.0 dBi 범위의 측정값을 각각 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose 1×2 array antenna with dual linear polarization characteristics for mmWave band operation. The proposed antenna is designed two microstirp feeding structure and FR-4 substrate, which is thickness 0.4 mm, and the dielectric constant is 4.3. The size of 1×2 array antenna is 2.33 mm×2.33 mm, and total size of array antenna is 13.0 mm×6.90 mm. From the fabrication and measurement results, bandwidths of 1.13 GHz (28.52~29.65 GHz) for port 1 and 1.08 GHz (28.45~29.53 GHz) for port 2 were obtained based on the impedance bandwidth. Cross polarization ratios are obtained from 7.68 dBi to 16.90 dBi in case of vertical polarization, and from 7.46 dBi to 15.97 dBi in case of horizontal polarization for input port 1, respectively. Also, cross polarization ratios are obtained from 8.59 dBi to 13.72 dBi in case of vertical polarization and from 9.03 dB to 14.0 dB in case of horizontal polarization for input port 2, respectively.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Simulation reflection loss of the proposed antenna
그림 Fig. 2. Simulation reflection loss of the proposed antenna
그림 Fig. 3. Simulated 3-D radiation pattern in 28.1 GHz when feeding point is port 1
그림 Fig. 4. Simulated 3-D radiation pattern in 28.1 GHz when feeding point is port 2
그림 Fig. 5. Simulated 2-D radiation pattern when feeding point is port 1
그림 Fig. 6. Simulated 2-D radiation pattern when feeding point is port 2
그림 Fig. 7. Prototype of the proposed 1✕2 array antenna
그림 Fig. 8. Measured return loss results of the 1✕2 array antenna
그림 Fig. 9. Measured 2-D co-pol. radiation patterns when feeding point is port 1 at the 1✕2 array antenna(Pol.-V)
그림 Fig. 10. Measured 2-D radiation patterns when feeding point is port 1 at the 1✕2 array antenna(Pol.-V)
그림 Fig. 11. Measured 2-D co-pol. radiation patterns when feeding point is port 1 at the 1✕2 array antenna(Pol.-H)
그림 Fig. 12. Measured 2-D cross-pol. radiation patterns when feeding point is port 1 at the 1✕2 array antenna(Pol.-H)
그림 Fig. 13. Measured 2-D co-pol. radiation patterns when feeding point is port 2 at the 1✕2 array antenna(Pol.-V)
그림 Fig. 14. Measured 2-D cross-pol. radiation patterns when feeding point is port 2 at the 1✕2 array antenna(Pol.-V)
그림 Fig. 15. Measured 2-D co-pol. radiation patterns when feeding point is port 2 at the 1✕2 array antenna(Pol.-H)
그림 Fig. 16. Measured 2-D cross-pol. radiation patterns when feeding point is port 2 at the 1✕2 array antenna(Pol.-H)
표 Table 1. Measured characteristics of co-pol. and cross-pol at the 1✕2 array antenna (a) when feeding point is 1, (b) when feeding point is 2

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 28 GHz 대역 5G 무선 시스템에 적합한 이중 직선편파 특성을 갖는 단일 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나의 이중 선형편파 특성을 얻기 위해서 이중 급전 구조로 설계하였으며 단일 및 1✕2 배열안테나에 적용하였다.
본 논문에서는 mmWave 대역에서 이중 직선편파 특성을 갖는 1✕2 배열안테나를 설계 및 제작하였다. 두 개의 급전 구조를 갖도록 설정하였다.

제안 방법

두 개의 급전 구조를 갖도록 설정하였다. 상용 툴인 CST를 사용하여 유전율 4.3, 두께 0.4 mm인 RF-4 상용 기판에 제안된 안테나를 설계하였으며 최적화된 결과로부터 설계된 안테나를 제작, 측정하였다. 측정결과, 한편 1✕2 배열안테나의 측정결과, -10 dB 반사손실을 기준으로 급전위치를 포트 1로 설정했을 때 1.
일반적인 안테나 특성인 반사손실(-10dB 임피던스 대역폭 기준), 방사패턴, 최대이득을 얻기 위한 CST 상용 툴을 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 이러한 결과를 바탕으로 비유전율 4.3의 FR-4 상용 유전체 기판 위에 제안된 단일 및 배열 안테나를 제작하였다. 제작 결과로부터, 제안된 안테나의 일반적인 특성 그리고 이중 선형 편파 특성 결과를 나타내었다.
제안된 안테나의 이중 선형편파 특성을 얻기 위해서 이중 급전 구조로 설계하였으며 단일 및 1✕2 배열안테나에 적용하였다. 일반적인 안테나 특성인 반사손실(-10dB 임피던스 대역폭 기준), 방사패턴, 최대이득을 얻기 위한 CST 상용 툴을 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 이러한 결과를 바탕으로 비유전율 4.
본 논문에서는 28 GHz 대역 5G 무선 시스템에 적합한 이중 직선편파 특성을 갖는 단일 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나의 이중 선형편파 특성을 얻기 위해서 이중 급전 구조로 설계하였으며 단일 및 1✕2 배열안테나에 적용하였다. 일반적인 안테나 특성인 반사손실(-10dB 임피던스 대역폭 기준), 방사패턴, 최대이득을 얻기 위한 CST 상용 툴을 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다.

대상 데이터

단일 패치 안테나의 크기는 2.38 mm✕2.38 mm이며 전체 기판의 크기는 4.74 mm✕4.74 mm이다. 단일 안테나를 설계한 후 이를 확장하여 1✕2 배열안테나 설계를 진행하였다.
향후 설계를 진행할 예정인 1✕4 배열 혹은 1✕ 8 배열안테나 설계에 바탕이 되고자 하였다. 설계된 1✕2 배열안테나의 크기는 2.33 mm✕2.33 mm이며 전체 기판의 크기는 13.0 mm✕6.90 mm이다. 제안된 설계 사양으로는 28 GHz 대역에서 최대이득을 갖도록 설계하였다.

성능/효과

97 dBi 사이 값을 얻었다. 또한 급전 위치가 포트 2일 때 편파 분리도는 수직편파의 경우, 8.59 dBi에서 13.72 dBi 범위의 측정값을 얻었으며 수평편파의 경우, 9.03 dBi에서 14.00 dBi 범위의 측정값을 얻었으며 얻었다. 이 연구는 향후 mmWave 5G 통신 시스템 구축 시 대용량 고속 데이터전송을 위한 방안의 하나로서 제안될 수 있을 것이다.
85 dB 이 하의값을 얻었다. 또한 급전위치가 포트가 1일 때 편파 분리도는 수직편파의 경우, 7.68 dBi에서 16.90 dBi 범위의 측정값을 얻었으며 수평편파의 경우, 7.46 dBi에서 15.97 dBi 사이 값을 얻었다. 또한 급전 위치가 포트 2일 때 편파 분리도는 수직편파의 경우, 8.
또한 급전위치를 포트 2로 설정했을 때 1.08 GHz (28.45〜29.53 GHz)의 대역폭을 얻었으며 29.1 GHz에서 –39.04 dB의 반사손실 특성(S22)을 얻었다
표 1는 급전위치가 각각 포트 1과 포트 2일 때 측정된 동일편파의 최대값과 교차편파의 최대값을 나타내었다. 측정 결과로부터, 급전위치가 포트가 1일 때 수직편파의 경우, 편파분리도는 7.68 dBi에서 16.90 dBi 범위의 측정값을 얻었으며 수평편파의 경우, 편파분리도는 7.46 dBi에서 15.97 dBi 사이 값을 얻었다. 급전위치가 포트 2일 때 수직편파의 경우, 편파분리도는 8.
측정결과, 한편 1✕2 배열안테나의 측정결과, -10 dB 반사손실을 기준으로 급전위치를 포트 1로 설정했을 때 1.13 GHz (28.52〜29.65 GHz) 대역폭을 얻었으며 29.1 GHz에서 –29.17 dB의 반사손실 특성 (S11)을 얻었다

후속연구

00 dBi 범위의 측정값을 얻었으며 얻었다. 이 연구는 향후 mmWave 5G 통신 시스템 구축 시 대용량 고속 데이터전송을 위한 방안의 하나로서 제안될 수 있을 것이다.

참고문헌 (14)

J. Park, and B. Kim "Trends and Technical Requirements for 5G Mobile Communication Systems," The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences Vol.10, No.11, pp. 1257-1264, Nov. 2015, DOI : 10.13067/JKIECS.2015.10.11.1257

원문보기 상세보기
G. Kang, H. Lee, S. Park, W. Kang, and B. Kwon, "Current trends of 5G wireless technology," The TTA Journal, Vol. 163, pp. 51-57, Jan. 2016.
H. Kim, "Understanding of 5G service implementation technology," The Korean Institute of Broadcast and Media Magazine, Vol. 24, No. 3, pp. 10-22, July, 2017.
D. Min, Y. Shin, and J. Ahn, "Research on the trend in private 5G introduction I a foreign country," Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 35, No. 5, pp. 139-150, May 2020. DOI : https://doi.org/10.22648/ETRI.2020.J.350513

원문보기 상세보기
5G Americas white paper, "Advanced antenna systems for 5G," Technical report, Aug. 2019.
S. Lee, Y. Y. Yun, J. Park, M. Chu, Y. Kim, J. Choi, and W. Hong, "Current trends of 5G antenna," Journal of Korea Institute of Electromagnetic Engineering and Science Magazine, Vol. 29, No. 2, pp. 3-15, Mar, 2018.
I. Yoon, X. Yan, S. Kim, Y. Jo, and H. Park, "A study on the improvement of MIMO antenna isolation for mobile applications," Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 10, No. 9, pp. 987-992, Sep. 2015. DOI: 10.13067/JKIECS.2015.10.9.987

원문보기 상세보기
S. Naqvi, N. Hussain, A. Iqbal, M. Rahman, M. Forsat, S. Mirjava, and Y. Amin, "Integrated LTE and millimeter-wave 5G MIMO antenna system for 4G/5G wireless terminals," Sensor, Vol. 20, No. 14, 3926, July 2020. DOI: 10.3390/s20143926

상세보기
S. Hadi, and Z. Guifu, "Low cross polarization high isolation microstrip patch antenna array for multi-mission application," IEEE Access, vol. 7, pp. 5026-5033, 2019. DOI:10.1109/ACCESS.2018.2889599

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S. Kim, and J. Choi, "Array antenna with linear and circular polarization characteristics for 28GHz Band 5G mobile handset applications," Journal of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 31, No. 1, pp. 215-220, Jan. 2020. DOI: 10.5515/KJKIEES.2020.31.1.33

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E. Lim and S. Pyo, "Orthogonal-polarized dual-band switchable microstrip antenna using PIN diodes loaded H-shape slot," J. of Korea Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 27, No. 3, pp. 156-162, Feb. 2016. DOI: 10.5515/KJKIEES.2016.27.2.156

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J. Lee, T. Oh, J. Ha, and Y. Lee, "Design of dual-polarization antenna with high cross-polarization discrimination," Journal of the Korean Institute of Information, Electronics, Telecommunications and Technology Science, Vol. 10, No. 3, pp. 199-205, Mar. 2017. DOI: 10.17661/JKIIECT.2017.10.3.199

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J. Kim, H. Ryu, M. Chae, J. Kim, B. Park, and Y. Park, "Design and fabrication of a dual linear polarization sinuous antenna with improved cross polarization isolation," Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 22, No. 2, pp. 123-132, Apr. 2018. DOI: 10.12673/JANT.2018.22.2.123

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J. Kim and Y. Sung, "Dual-Band microstrip patch antenna with switchable orthogonal linear polarization," Journal of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 18, No. 4, pp. 215-220, Oct. 2018. DOI: 10.26866/JEES.2018.18.4.215

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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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