새로운 형태의 RER(Radio Frequency IDentification) 리더용 안테나 구조를 제안하였다. 기존의 RFB 리더용 안테나는 단일 루프 안테나를 사용한다. 리더용 단일 루프 안테나는 통상 트랜스폰더에 비하여 큰 사이즈를 가지며 이와 같은 경우 루프 안테나의 가운데 부분에는 자계 필드가 약하다. 본 논문에서는 병렬 루프 안테나를 제안하고, 단일 루프 안테나와 직렬 루프 안테나 그리고 병렬 루프 안테나를 전산모의실험 및 측정하였다. 전산모의실험 결과 안테나의 중앙부분에서 단일 루프 안테나의 경우 약 0.40A/m, 로 가장 낮은 수치를 보였고, 직렬 급전 다중 루프 안테나의 경우 약 0.68A/m 로 단일 루프 안테나에 비해 약간 높은 수치를 보였으며, 병렬 급전 다중 루프 안테나의 경우 약 1.98A/m 로 단일 루프 안테나와 직렬 급전 다중 루프 안테나에 비해 상당히 높은 자계 필드를 보였다. 구현한 각각의 안테나에 저항을 직렬로 연결하여 20Vp-p의 입력 전압을 인가하고, 무선인식 카드의 경우와 유사하게 비교하기 위해 넓이가 $79mm{\time}48mm$ 인 측정용 태고에 유도된 전압을 각 안테나의 중앙부분에서 거리를 증가시키면서 측정하였다. 본 논문에서 제안하는 병렬 급전 다중 루프 안테나는 안테나의 중앙부분에서 유도전압이 약 4.04V 로서 단일 루프 안테나의 약 0.76V, 직렬 급전 다중 루프 안테나의 약 1.45V 보다 높은 유도 전압을 보였다. 실험결과에서 볼 수 있듯이 제안된 병렬급전 다중 루프 안테나는 유도되는 전압이 상대적으로 높아 가독거리가 증가 될 수 있다.
본 연구는 다중주파수에 공진하는 안테나에 관한 것으로서, 유전체기판 상에 루프안테나용 동박패턴을 복합적으로 폴딩하여 기본주파수 이외 고 차주파수를 동시에 공진하는 안테나에 관한 것이다. 복합폴딩기법을 통하여 안테나 면적을 줄이는 동시에 폴딩된 루프들의 상호결합 현상을 이용하여 고차모드 공진을 야기하여 다중주파수에 공진이 되게 하는 특징을 가지고 있다. 기본공진주파수를 공진하는 루프안테나의 크기를 줄이기 위하여 루프안테나의 패턴에 폴딩을 수차례 가하여 면적을 줄이면서, 폴딩 루프사이의 결합계수를 조절하여 면적이 좁은 유전체기판 상에 다중주파수를 공진하는 안테나를 제작할 수가 있게 되었다. 실제작에서 크기 $30mm{\times}9mm$ 이하의 사이즈에, 두께 20um 이하의 박막의 유전체기판에 CDMA850 휴대폰대역 및 GPS, DCS, PCS, WCDMA 등의 주파수에 동시에 공진하는 안테나를 구현하여 게인 0dBi 이상 방사효율 50% 이상의 안테나를 구현할 수가 있어, 복수개의 주파수를 사용하는 스마트폰이나 소형 멀티미디어단말기에 유용하게 사용할 수가 있다.
본 연구는 위상제어형 루프안테나에 관한 것으로서, 유전체기판 상에 에칭기법이나 프린트기법으로 루프안테나용 동박패턴을 제작함에 있어, 루프에서 발생하는 전자계가 서로 보완위상이 되게 배치하여, 인접하는 루프패턴 간에서 방사되는 전자계가 서로 충돌하지 않게 방사되는 위상제어형 루프코일 배치에 관한 것이다. 이 방법으로 인접하는 각 루프코일이 서로 보완위상으로 배치되어 전자계가 원만하게 방사되어, 방사 손실이 없고 방사 효율이 뛰어나게 된다. 또한 복수 개의 각 루프코일의 길이를 서로 달리함으로 인해, 각 루프코일의 길이가 달라짐에 따라 공진주파수가 달라지고, 이러한 공진점이 다른 루프코일을 밀결합 시킴으로 인해 공진주파수 대역을 넓게 할 수 있고, 원하는 대역만큼 조절할 수가 있게 된다. 이로 인하여 크기 20mm$\times$20mm 이하의 사이즈에, 두께 0.4mm 이하의 박막의 유전체기판에 CDMA850 휴대폰대역 및 PCS, WCDMA 등의 안테나를 구현하여 게인 0dBi 이상 방사효율 60% 이상의 안테나를 구현할 수가 있다.
차량 탑재 FM 수신용 전 방향성 루프 안테나를 개발하였다. 2개의 수직 루프를 90도 교차하고, 1개의 수평 루프와 결합함으로써 전 방향 특성을 가질 수 있다. 또한 수직 및 수평편파 모두를 박기 때문에 도심 등 주위 환경변화에 따른 편파 다이버시티 현상도 제거한 수 있다. 10cm 직경의 19회 감긴 각 루프를 정합시키고 증폭하여, 90도 이상기와 함께 결합한 안테나를 개발하였다. FM 대역인 88-108MHz 대역에서 측정된 반사특성 및 패턴은 이론치와 잘 맞고 있으며, 기존 whip안테나 보다 평균 4dB 향상된 수신전력 특성을 보이고 있다.
본 논문에서는 DTV용 광대역 정사각형 루프 안테나에 대한 설계 방법에 대하여 연구하였다. 제안된 루프 안테나는 정사각형 루프 안테나와 중앙 급전점을 연결하는 원형 섹터가 결합된 형태이다. 안테나의 크기를 소형화하기 위해 원형 루프 대신에 사각형 루프를 사용하였다. DTV응용을 위해 75옴 포트 임피던스와 정합하도록 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하였다. 원형 섹터 사이의 간격과 정사각형 루프의 길이 변화에 따른 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 최적화된 안테나를 FR4 기판에 제작하고 특성을 실험한 결과, 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave) < 2인 대역이 468-1,268 MHz으로 DTV 대역(470-806 MHz)에서 동작하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 UWB용 소형 안테나를 설계하기 위해 폭이 넓은 안테나의 슬롯면내에 구형 루프를 추가하고 이중급전 방법을 사용한 슬롯루프 안테나를 제안하였다. 이 안테나는 3개의 기하학적인 공진 구조에 의해 다중 공진 모드를 발생시키는 새로운 구조이며, 각각의 공진 주파수에 따른 임피던스 정합은 이중 급진점의 오프셋 길이를 변화하여 얻을 수 있다. 제작된 안테나는 중심 주파수가 6.755 ㎓이며, 슬롯의 크기는 12.5mm${\times}$50mm이고 슬롯 내의 구형 루프의 크기는 10.5mm${\times}$27.5mm이다. 실험 결과 슬롯루프 안테나의 비대역폭은 VSWR 2:1 기준으로 63.21 %로 측정되었으며 이는 이론 값과 5% 범위 이내에서 일치하였다. 또한 안테나의 최대 이득은 7.42 ㏈i로 측정되었다.
본 논문에서는 UHF 대역($908.5{\sim}914$ MHz)에 사용되는 RFID 태그용 소형 안테나를 원형 루프 안테나로 설계 및 제작하였다. 원형 루프 구조를 미앤더 라인 구조로 변형시킴으로써 원형 루프 안테나의 소형화를 가능하게 하였다. 2단 미앤더 라인 구조를 이용한 소형 원형 루프 안테나의 경우, 안테나 직경이 40 mm로 일반 원형 루프 안테나에 비해 83%의 크기 축소율을 얻었으며, $S_{11}$, -11.9 dB, -10 dB 대역폭 12 MHz(1.3%), 최대 이득 -1.18 dBd의 특성을 얻었다. 또한 알루미늄으로 코팅된 과자 봉지와 같은 평면형 도체에 부착 가능하도록 태그 안테나를 2단 미앤더 라인 구조를 이용하여 반파장 원형 루프 안테나에 적용시킨 반파장 소형 원형 루프 안테나를 고안, 제작하였다. 이 안테나는 접지면을 제외하고 92.1%의 크기 축소율을 얻었으며, $S_{11}$ -16.5 dB, -10 dB 대역폭 48MHz(5%), 최대 이득 -0.58 dBd의 특성을 얻었다. 방사 패턴은 z-y면에서 무지향성 패턴 특성을 나타내었다. 이로써 본 논문에서 제안된 미앤더 라인 구조의 원형 루프 안테나가 RFID 태그 안테나의 소형화에 적합함을 확인하였다.
본 논문에서는 UWB 대역에서 동작하는 광대역 루프 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 광대역 루프안테나의 구조는 초광대역 특성을 얻기 위하여 원형 루프 안테나에 원형 섹터가 추가되었다. 원형섹터는 50 오옴 급전선과 정합시키기 위하여 기존의 삼각형 섹터 대신에 사용하였다. 원형 섹터 사이의 간격과 원형 루프의 반지름 변화에 따른 입력 반사계수와 이득 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 최적화된 인쇄형 광대역 루프 안테나를 FR4 기판 상에 $41mm{\times}41mm$ 크기로 제작하였다. 실험 결과, 제안된 안테나는 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave) < 2.25인 대역이 3.1-11.0 GHz으로 UWB 대역에서 동작하는 것을 확인하였다. 측정된 이득은 UWB 대역에서 1.3-5.3 dBi이다.
본 논문에서는 CPW(Coplanar waveguide) 급전되는 평면 루프 슬롯을 2.45 GHz 대역 Wi-Fi용으로 소형화 설계하는 방법에 대해 연구하였다. 제안된 구조는 직사각형 형태의 CPW 급전 루프 슬롯 안테나를 기본형으로 하여 내부 패치에 슬롯을 좌우 대칭으로 여러 개 수직 방향으로 배치한 안테나이며, FR4 기판의 한 면에 인쇄된다. 여러 가지 파라미터 값들이 안테나의 특성에 미치는 영향을 관찰하고 기존 루프 슬롯 안테나를 소형화하는 방법에 대해 연구하였다. FR4 기판에 $80mm{\times}50mm$ 크기로 2.45 GHz 대역용으로 설계된 안테나의 특성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다.
본 논문에서는 지난 호 브랜치 루프안테나 BLA(Branch Loop Antenna)에 이어 휴대 단말기용 연장 루프안테나를 설계한다. 사각형 루프에 연장 루프를 추가한 ELA(Extended Loop Antenna)를 소개하고, 휴대 단말기에 적용될 수 있음을 보인다. 연장 루프 소자를 사각형 루프안테나 상단 및 좌우양단에 추가하고, 길이를 조절하여 낮은 공진 주파수를 얻는다. 연장 루프에 의한 다중 공진을 얻고, 접속위치와 길이로부터 원하는 대역을 얻는다. 설계한 ELA를 구현한 후 측정으로부터, CDMA/GSM의 낮은 주파수 대역에서 평균이득 -3.0~-1.46dBi 및 50.15~71.41% 효율의 양호한 특성을 얻었고, DCS/USPCS/WCDMA의 높은 주파수 대역에서는 평균이득 -8.28~-1.7dBi 및 14.87~67.68% 효율을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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