Design of UHF Band Microstrip Antenna for Recovering Resonant Frequency and Return Loss Automatically

This paper presents a microstrip antenna which recovers its resonant frequency and impedance shifted automatically by the approach of other objects such as hands. This can be used for telemetry sensor applications in the ultrahigh frequency(UHF) industrial, scientific, and medical(ISM) band. It is the key element that an frequency-reconfigurable antenna could be electrically controlled. This antenna is miniaturized by loading the folded plates at both radiating edges, and varactor diodes are installed between the radiating edges and the ground plane to control the resonant frequency by adjusting the DC bias asymmetrically. Using this voltage-controlled antenna and the micro controller peripheral circuits of reading the returned level, the antenna is designed and fabricated which recovers its resonant frequency and impedance automatically. Designed frequency auto recovering antenna is conformed to be recovered within a few seconds when the resonant frequency and impedance are shifted by the approach of other objects such as hand, metal plate, dielectric and so on.

UHF 대역 공진 주파수 및 반사 손실 오토튜닝 마이크로스트립 안테나 설계

본 논문에서는 손과 같은 물체가 안테나에 접근하였을 때 이탈된 공진 주파수와 임피던스를 자동으로 복원하여 무선기기의 송수신 성능을 항상 최적의 상태로 유지하도록 할 수 있는 UHF 특정 소출력 무선주파수 대역(425 MHz)의 소형 마이크로스트립 안테나를 설계, 제작하였다. 반파장 마이크로스트립 방사체의 양쪽 끝단을 접지면 쪽으로 폴딩하여 소형화하고, 역시 방사체와 접지면 사이에 바랙터 다이오드에 의한 캐패시턴스를 장하한 다음, 각각 역바이어스 전압 조절에 의한 용량을 비대칭적으로 변화시킴으로써, -30 dB 이하의 일률적인 반사 손실을 유지하면서 395 MHz에서 455 MHz까지 연속적인 공진 주파수 조절이 가능한 전압 제어 안테나를 설계하였다. RF 모듈로부터 시험 신호를 안테나에 송출하여, 부정합에 의해 안테나로부터 되돌아 온 반사 신호 레벨을 RSS(Receive Signal Strength) 검출 회로와 오프셋 증폭기를 통하여 마이크로콘트롤러에 입력하고, 그 레벨이 최소가 되도록 안테나의 바이어스 전압을 자동 조절하는 펌웨어를 설계, 시스템을 완성하여 시험한 결과, 손, 금속판, 유전체 등의 물체를 접근시켰을 때 틀어졌던 안테나의 특성이 수 초 이내에 완전하게 복원됨을 확인하였다.