[논문]T자형 급전선과 스파이럴구조를 이용한 이중대역 소형패치 안테나 설계에 관한 연구

이윤민; 신진섭

doi:10.7236/jiibc.2022.22.4.35

초록
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본 논문은 전자제품의 PCB 기판 외곽에 위치시켜 ISM 대역에서 무선통신이 가능하도록 하는 안테나를 제안하였다. PCB에서는 부품의 간섭 또는 디자인에 방해가 되지 않도록 소형화하기 위해 T자형 OPEN - STUB 급전선을 설계하였다. T자형 스터브 급전선과 스파이럴 구조를 이용하여 각각 2.4GHz, 5.8GHz 대역에서 안테나의 특성을 확인하였다. 실험을 위하여 안테나 크기는 가로 5mm × 세로 6.5mm의 크기로 하였으며 PCB두께는 1.2T로 하여 제작하였다. 제작된 안테나의 실험 측정결과 2.4GHz, 5.8GHz에서 -10dB 이상의 반사손실을 얻을 수 있었다. 또한 E-plane에서 이득은 -4.45dBi로 나타났으며, H-plane에서 이득은 -1.05dBi 나타났다. 따라서 여기서 제안된 무선통신용 소형안테나에서 우수한 성능을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes an antenna that is located outside the PCB substrate of an electronic product to enable wireless communication in the ISM band. The PCB designed the T-shaped OPEN-STUB power supply line to be miniaturized so that it does not interfere with parts or interfere with design. The char...

This paper proposes an antenna that is located outside the PCB substrate of an electronic product to enable wireless communication in the ISM band. The PCB designed the T-shaped OPEN-STUB power supply line to be miniaturized so that it does not interfere with parts or interfere with design. The characteristics of the antenna were confirmed in the 2.4GHz and 5.8GHz bands using a T-shaped stub feeder and a spiral structure. The size of the antenna is 5mm in width × 6.5mm in length, and the thickness of the PCB is 1.2T. As a result of measurement of the manufactured antenna, it was possible to obtain a return loss of -10dB or more at 2.4GHz and 5.8GHz. In the E-plane, the gain was -4.45 dBi, and in the H-plane, the gain was -1.05 dBi. Therefore, the proposed small antenna for wireless communication showed excellent performance.

주제어

표/그림 (12)

그림 그림 1. 제안한 안테나 구조 Fig. 1. The proposed antenna structure
그림 그림 2. T자형 급전선 변화의 반사손실 Fig. 2. Return loss of T-shaped feeder variation
표 표 1. 제안된 안테나 파라미터 Table 1. The parameter of proposed antenna
그림 그림 3. 스파이럴 구조 S1 변화의 반사손실 Fig. 3. Return loss of spiral structure S1 variation
그림 그림 4. 스파이럴 구조 S2 변화의 반사손실 Fig. 4. Return loss of spiral structure S2 variation
그림 그림 5. 스파이럴 구조 S3 변화의 반사손실 Fig. 5. Return loss of spiral structure S3 variation
그림 그림 6. 스파이럴 구조 S4 변화의 반사손실 Fig. 6. Return loss of spiral structure S4 variation
그림 그림 7. 스파이럴 구조 S5 변화의 반사손실 Fig. 7. Return loss of spiral structure S5 variation
그림 그림 8. 제작된 안테나 사진 Fig. 8. Photograph of fabricated antenna
그림 그림 9. 측정된 안테나의 반사손실 Fig. 9. Return loss of measured antenna
그림 그림 10. 안테나의 복사패턴 Fig. 10. The radiation patterns of the antenna
그림 그림 11. 안테나의 3D 복사패턴 Fig. 11. The 3D radiation patterns of the antenna

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 전자제품의 PCB에서 부품의 간섭 또는 디자인에 방해가 되지 않도록 소형화하기 위해 T자형 OPEN - STUB 급전선을 설계하였으며, 이중대역 특성을 갖는 2차 공진 주파수를 위한 스파이럴 구조를 연구하였다.

제안 방법

그림 11은 안테나의 3D 복사 패턴을 나타낸 그림이다. 2.4GHz, 5.8GHz ISM 대역을 사용할 수 있는 소형안테나를 제안하고 최적화하여 제작하였다. 제작된 안테나는 스파이럴 기하학적인 구조로 구현하였으며 측정하여 확인할 수 있었다.
8GHz 이중대역 안테나를 제안하고 최적 구조를 갖도 ☓ 록 하였다. 안테나는 5mm 6.5mm 크기로 FR-4 기판에 제작하였으며 안테나의 특성을 확인하기 위해 Network Analyer를 이용하여 그림 9와 같이 측정하였다. 그림 10에서 제작된 안테나 의 복사패턴을 측정하여 나타내었으며 성능이 우수한 실험결과를 알 수 있었다.
이를 위하여 T자형 급전선과 스파이럴 구조를 이용한 소형패치 안테나를 설계하여 ISM 대역 2.4GHz, 5.8GHz 이중대역 안테나를 제안하고 최적 구조를 갖도 ☓ 록 하였다. 안테나는 5mm 6.

대상 데이터

2mm 이다. IoT 제품 PCB의 외곽에 안테나의 전체 크기는 가로 5mm, 세로 6.5mm의 공간에 설계하였다. 제품에 간섭을 최소화 하기위해 간격을 0.
그림 1은 제안한 안테나 구조를 나타낸 그림이다. 기본 구조는 T정합 스터브 형태의 구조의 안테나이다. 사용된 PCB기반은 비유전율이 4.
기본 구조는 T정합 스터브 형태의 구조의 안테나이다. 사용된 PCB기반은 비유전율이 4.4인 FR-4를 사용하였고, 두께는 1.2mm 이다. IoT 제품 PCB의 외곽에 안테나의 전체 크기는 가로 5mm, 세로 6.
그림 8은 제작된 안테나 사진이다. 안테나는 가로 ☓ 5mm 세로 6.5mm 크기의 설계하여 제작하였다.

성능/효과

5mm 크기로 FR-4 기판에 제작하였으며 안테나의 특성을 확인하기 위해 Network Analyer를 이용하여 그림 9와 같이 측정하였다. 그림 10에서 제작된 안테나 의 복사패턴을 측정하여 나타내었으며 성능이 우수한 실험결과를 알 수 있었다.
T자형 급전선 길이 변화에 따라 반사손실 값이 -1dB에서 -30dB까지 변화를 나타내고 있다. 급전선 폭은 0.4mm이고 갭은 0.2mm로 설계해야할 안테나 공간을 최대한 크기를 확보되고, 길이가 길어질수록 5.8GHz 에서 공진주파수가 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
8GHz의 공진주파수가 확연히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 스파이럴 구조를 이용하여 ISM 주파수 대역인 2.4GHz, 5.8GHz 주파수 대역에서 사용 할 수 있도록 안테나 설계가 가능 할 것으로 판단된다.

후속연구

따라서 여기서 제안한 소형안테나는 IoT 무선통신 시스템과 WLAN 무선통신 시스템 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (8)

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Joonyoung Lee, ShinHo Kim, SeaBom Lee, HyeonJin Choi, and JaiJin Jung, "A Study on the Necessity and Consyruction Plan of the Internet of Things Platform for Smart Agriculture", Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 17, No. 11, pp. 1313-1324, Nov. 2014.. DOI:https://doi.org/10.9717/kmms.2014.17.11.1313

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Jaeruen Shim, "A Study on the MultipleResonance Characteristics of Crossed PlanarMonopole Antenna by L-Shaped Slit", Journalof the Korea Institute of Information andCommunication Engineering , Vol. 13, No. 1,Jan. https://doi.org/10.6109/JKIICE.2009.13.1.1

원문보기 상세보기
T. I. Choi, J. G. Kim, and J. H. Yoon, "A Design and Implementation of Dual-band Monopole Antenna with DGS," Journal of the KIECS, pp. 841-848, Vol. 11, No. 9, Sep. 2016.
R. Garg, et. al., Microstrip antenna design handbook. Boston, Artech House, 2001. DOI:https://doi.org/10.13067/JKIECS.2016.11.9.841
S. R. Lee, "LPWA 920 MHz Antenna for Subminiature IoT Sensors," in The 12th International Conference on Future Information & Communication Engineering, Sapporo: Japan, pp. 195-197, June, 2019. DOI:https://doi.org/10.12673/jant.2020.24.6.593

원문보기 상세보기
Yun-Min Lee and Jae-Choon Lee, "A study on Folded Monopole Antenna for wireless HDMI Dongle Applications," The Journal of The Institute of Institute of Internet, Broadcasting and Communication VOL. 15, No. 4, pp.211-215. Aug. 31, 2015. DOI:10.7236/JIIBC.2015.15.4.211

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Jae-Choon Lee, Yun-Min Lee "A Study on Folded Monopole Antenna with Spiral Shape for Wireless DVI Dongle Applications", ISSN 1229-800X The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 65P, No. 1, pp. 72-75, 2016. DOI:https://doi.org/10.5370/KIEEP.2016.65.1.072

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