본 논문에서는 다구찌 기법을 사용하여 최적설계 한 중심 주파수가 920MHz인 휴대용 RFID 리더안테나를 제안한다. 제안한 안테나는 모서리가 절단되고 정사각형 마이크로스트립 패치에 네 변으로부터 슬롯을 갖는 구조이다. 이러한 슬롯구조는 마이크로스트립 패치안테나를 소형화 시킬 수 있으며, 슬롯이 없는 구조에 비해서 약 18%의 안테나 크기 감소가 가능함을 실험을 통해 확인 하였다. 슬롯의 구조를 갖게 되는 소형의 안테나는 복잡한 설계변수에 따라 변화하므로 최적의 안테나 설계를 위해서는 해석 및 시험단계에 수많은 반복이 요구된다. 본 연구에서는 해석 및 실험 횟수를 최소화할 수 있는 실험계획법인 다구찌법의 직교배열 표를 도입하여 설계할 때의 주요 요소들의 민감도 해석을 수행하고 그 영향성을 분석하여 해석결과를 바탕으로 설계반복을 최소화 하면서 최적의 구조를 갖는 안테나를 설계 하였으며 유전율이 4.4이고, 두께가 3.2mm 인 Epoxy 1.6T의 기판상에 제작한 안테나 특성에 대한 실험 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 위상 배열 시스템에서 활용 가능한 $4{\times}8$ 이중 편파 기판 집적 도파관(SIW: Substrate Integrated Waveguide) 슬롯 배열 안테나를 제안한다. 제안된 배열 안테나는 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나로 구성 되어 이중 편파가 가능하며, 수직 편파 안테나는 기존의 기판 집적 도파관을 이용하여 가로 슬롯 선형 안테나를 배열하였으며, 수평 편파 안테나는 half mode 기판 집적 도파관(HMSIW: Half Mode Substrate Integrated Waveguide)을 사용하여 세로 슬롯 선형 안테나를 배열하였다.
본 논문에서는 휴대용 UHF대역 RFID 시스템을 위한 선형 테이퍼드 슬롯 정류 안테나를 제안하였다. 제안한 정류 안테나는 별도의 유전체 기판을 사용하지 않기 때문에, 얇은 금속 두께로 평판형 안테나를 구현하였다. 정류 안테나는 입력 RF전력을 출력 DC전압으로 전환하는 정류회로는 2개의 쇼트기 다이오드를 이용한 배전압회로를 이용하였으며, 선형 테이퍼드 슬롯 안테나에 집적하여 정류 안테나를 설계하였다. 배전압 정류회로와 선형 테이퍼드 슬롯 안테나의 임피던스 공액정합을 위하여, 테이퍼드 슬롯의 각도와 안테나 급전선의 길이의 조절을 통해 source-pull 방법을 이용하였다. 제안한 안테나 시제품은 자유공간 무선환경실험 환경에서 RF-DC전환 실험과 원거리장 안테나 방사패턴 측정실험을 통해 회로 및 방사 특성을 검증하였다. 최종 제안한 안테나는 중심주파수 915 MHz 기준으로 0.23-파장(75 mm)와 0.18-파장(60 mm) 크기로 소형화하였다.
원편파용 마이크로스트립 안테나 소자들은 많은 형태가 있는데, 이것은 훌륭한 단위 방사기로 사용되었다. 원편파용 안테나의 이점은 송$.$수신시스템 사이에 엄격한 설정을 요구하지 않기 때문에 원편파용 프린트 안테나는 많은 위성과 이동무선시스템에 자주 사용되었다. 원편팍용 마이크로스트립 안테나의 3 dB 축비와 임피던스의 광대역을 실현하기 위해서 복잡한 급전구조와 3층의 패치 소자가 연구되었다. 본 논문은 원편파용 광대역 마이크로스트립 크로스 슬롯 어레이 안테나의 설계를 나타낸다. 제안한 안테나는 급전부인 마이크로스트립 라인과 원편파 발생을 위한 방사부인 크로스 슬롯으로 구성되어 있다. 광대역을 위해서 3충 구조가 고려되었고, 크로스 슬롯은 급전선과 전자기적 결합을 한다. 1소자 크로스 슬롯 안테나의 최적 파라미터가 모멘트 법에 의해 해석 및 설계되었다. 이러한 파라미터들은 방사소자들 사이의 상호결함을 고려한 어레이 안테나 설계에도 적용되었다. 제안한 안테나의 우현편파와 좌현편파는 비대칭 크로스 슬롯 구조와 슬롯 위치에 의해 쉽게 제어된다. 1소자와 15소자 크로스 슬롯 안테나에서 1 dB 이하의 축비와 안테나의 광대역 특성을 얻었다.
본 논문에서는 무선 인터넷 사업 및 초고속 정보통신 인프라 구축과 관련하여 WRC-2003에서 새롭게 분배하기로 결정된 5GHz대역(5.135~5.35GHz, 5.47~5.725GHz)과 기존의 ISM 대역(5.75~5.85GHz)에 동시에 사용할 수 있는 스트립 라인 급전을 이용한 슬롯 안테나를 설계하였다. 무선통신 시스템의 박형화를 위하여 평면 내장형으로 설계하였으며 안테나의 크기는 5.04$\times$12.55$\times$2.0[mm]이며 FR-4($\varepsilon$$_{r}$=4.6)를 substrate로 사용하였다. 중심주파수 5.749GHz를 중심으로 10㏈ 기준대역폭 28.54%(4.929~6.561GHz)fmf 갖는다. 안테나의 이들은 약 4.2㏈i이다.
본 논문에서는 새로운 구조의 CPW 급전 광대역 슬롯 안테나를 제안하였다. 안테나의 슬롯 구조를 비대칭 곡선형 테이퍼 형태로 구현하여 다중 공진 모드를 형성시킴으로써 임피던스 대역폭을 확장시키는 효과를 가져왔다. 제안된 안테나의 측정된 임피던스 대역폭(VSWR$\leq$2)은 약 13:1(2.0 GHz∼25.9 GHz)을 나타내었다. 이는 기존의 CPW 급전 슬롯 안테나의 임피던스 대역폭을 크게 개선한 것이며 모의실험 및 측정된 반사손실과 복사 패턴을 표현하였다.
기본적인 단층형 마이크로스트립 패치 안테나 위에 새로운 패치를 두고 그 패치에 코흐 곡선과 같은 프랙탈(fractal) 구조의 슬롯(slot)을 추가하였다. 이러한 구조는 주파수 선택적 평면(FSS, Frequency Selective Surface)의 영향으로 마이크로스트립 패치 안테나의 이득 향상과 더불어 광대역화 기법으로 활용될 수 있다. 향후, 다양한 프랙탈 모양의 슬롯에 의한 주파수 선택적 평면(FSS)의 구조를 변형하여 프랙탈 구조적 변화에 따른 마이크로스트립 안테나의 특성 변화에 대한 연구가 필요하다.
본 논문에서는 5㎓ 대역에서 동작하는 다중 V-슬롯 모양의 마이크로스트립 안테나를 설계하고 제작하였다. 단일 U-슬롯 모양 위에 두 개의 작은 역 U-슬롯 모양을 갖도록 하였으며 접지면과 기판사이에 공기층을 삽입하여 충분한 대역을 얻고자 하였다. 여러 파라메타, 큰 U 슬롯모양 가로 길이, 세로 길이, 너비, 위치 그리고 두 개의 역 U 슬롯 모양 간격, 급전 위치 그리고 공기갭의 두께를 최적화시킨 후에 다중 U-슬롯 모양의 마이크로스트립 안테나가 제작되었으며 제작된 안테나의 측정결과는 다음과 같다. VSWR<2.0에서 20.4%의 대역폭과 5.5㏈i의 이득과 방사패턴을 얻었다.
본 논문에서는 원형 편파(CP)용 단일급전 정삼각 마이크로스트립 안테나(ETMA)를 설계하고 실험적으로 연구하였다. 이 안테나는 정삼각 마이크로스트립 패치에 하나의 좁은 슬롯이나 길이가 다른 교차 슬롯을 넣어 동축 급전위치를 적절하게 조정하여 쉽게 우선회 원형편파(RHCP) 와 좌선회 원형편파(LHCP)를 얻는다. 삼각 마이크로스트립 패치 안테나의 크기는 주어진 주파수에서 전통적인 직사각형이나 원형 패치 보다 작다. 두께 60 mils 인 유전체 기판에 수평으로 좁은 슬롯이 인쇄된 단일급전 정삼각 마이크로스트립 패치 안테나와, 같은 유전체 기판에 길이가 다른 교차 슬롯이 인쇄된 정삼각 마이크로스트립 패치 안테나가 있다. 안테나의 방사 특성은 앙상불(Ver.5.0) 소프트웨어로 계산하여 실험결과와 비교하였다. 그 결과 보통 원형편파 설계와 비교해서 약 $17%{\sim}2l%$의 안테나 크기가 감소하였다.
무선인터넷의 수요가 급증하게 되면서 현재 사용하고 있는 2.4 및 5GHz 통신 대역은 포화상태에 도달하여 성능과 속도가 저하되고 있다. 따라서 본 논문에서는 향후 사용 가능한 10GHz 대역의 슬롯 패치 안테나 동작 특성을 설계 변수인 폭(W)과 길이(L), sL, sW, feed L, feed W를 변화시키며 HFSS(: High Frequency Structure Simulator)를 통해 분석하고 이를 바탕으로 설계된 안테나를 유전율 4.4의 FR-4 기판을 사용하여 슬롯 패치 안테나를 제작하였다. 제작된 안테나는 Network Analyzer를 이용하여 제작된 슬롯 패치 안테나의 주파수 동작 특성을 분석하였다. 제작된 슬롯 패치 안테나는 각각 중심주파수 10.23GHz, 반사손실 -32dB, -10dB 대역폭 420MHz으로 우수한 동작 특성을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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