본 논문에서는 S-대역에서 동작하는 구형 마이크로스트립 패치 안테나의 인셋 급전 구조에 대해 연구하였다. 인셋 급전 구조에서 인셋의 길이와 폭의 변화에 따른 안테나의 반사손실 특성을 조사하였고, 결과로부터 최적 인셋 급전 안테나를 설계하고, 이득 및 복사패턴을 구하였다. 2.3 GHz에서 최적화된 안테나의 패치 크기는 $45.0mm{\times}40.9mm$, 인셋의 길이는 14 mm, 인셋의 폭은 1 mm이다. 그리고 유전율이 2.5, 두께가 0.787 mm인 기판을 사용하였으며, HFSS를 이용하여 시뮬레이션을 하였다. 인셋 급전 안테나를 제작하여 반사손실을 측정한 결과, 2.3025 GHz에서 -21.11 dB로 이론 결과와 일치함을 알 수 있었다.
최근 전 세계적으로 ITC 기술을 이용한 항만 물류 분야의 경쟁력이 심화되는 추세를 보이고 있으며 현재 우리나라도 국가 전략적 차원에서 생산성 향상 및 서비스의 개선을 통한 고부가 가치를 획득하기 위한 u-Port(항만 물류) 사업이 진행 중이다. u-Port 사업에서 주된 기술 요소로 RFID/USN 기술이 사용되는데, 이 기술은 금속 환경에서의 태그 인식률이 좋지 않고, 인식거리가 짧다는 문제점들을 이유로 센서 노드들의 추가적인 배치를 통하여 관리를 하고 있다. 그러나 이러한 방법은 오차 범위가 크고 시스템 구축 초기비용 및 유지보수 비용이 많이 들어 U-Port용 시스템 구축에 여러 가지 문제점을 초래하고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 본 논문에서는 금속 태그 제작에 사용되는 급전의 문제점을 개선하고, 주변 환경 요소인 금속 물질로 인한 영향을 줄여 태그를 금속 물체에 부착 할 경우에도 장거리 인식율을 높일 수 있도록 인셋 급전을 적용한 산업용 RFID 적층형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 인셋 급전은 기존의 유도결합 급전을 이용한 구조와는 다르게 방사체와 급전선이 서로 분리되어 있지 않은 것이 가장 큰 특징이다. 이런 특징의 구조는 낮은 안테나 높이와 태그 칩에 임피던스 정합이 가능한 형태를 생산할 수 있게 해준다. 그러나 무조건 태그 안테나의 높이를 줄이면 안테나의 임피던스는 접지면과 방사체 사이의 기생 캐패시턴스가 증가하여 임피던스 정합의 어려움이 발생할 수 있으므로 단락 구조를 급전에 적용시켜 안테나의 임피던스를 인덕티브하게 만드는 방법을 이용하여 태그 안테나 설계 시 단점을 최소화하고 장점을 극대화 시켰다[1][2]. 이러한 기술적 요소들을 적용하여 본 논문에서는 마이크로스트립 패치 안테나를 변형된 형태로 설계하였고, 부착되는 금속물질의 영향을 줄이기 위해 인셋 급전을 이용하였으며, 안테나의 구성을 단일 층이 아닌 멀티층, 즉 방사체와 접지면 사이에 금속판을 삽입하여 특성저하를 감소시켰다.
본 논문에서는 S밴드(2-4 GHz)와 C밴드(4-8 GHz)에서 사용가능한 비동심원 복사구조와 저임피던스 급전구조를 갖는 광대역 원형 링슬롯 안테나를 제안하였다. 본 안테나는 유전율 4.3, 두께 1mm의 기판을 대상으로 해석되었다. 재안된 안테나의 계산된 임피던스 대역폭은 122%(S$_{11}$$\leq$-10 dB)이므로 기존의 원형 링슬롯 안테나보다 훨씬 광대역이다. 또한 주요 설계변수들을 변화시켰을 때 변경되는 안테나의 특성을 연구함으로써 최적화설계에 도움이 되도록 하였다.
본 논문에서는 S밴드(24 GHz)와 C밴드(4-8 GHz)에서 사용가능한 비동심원 복사구조와 저 임피던스 급전구조를 갖는 소형 광대역 원형 링슬롯 안테나를 제안하였다. 본 안테나는 유전율 4.3, 두께 1mm의 기판을 대상으로 해석되었다. 제안된 안테나의 측정된 임피던스 대역폭은 $118%(S_{11}{\leq}-10dB)$이므로 기존의 원형 링슬롯 안테나보다 훨씬 광대역이다. 또한 주요 설계변수들을 변화시켰을 때 변경되는 안테나의 특성을 연구함으로써 최적화설계에 도움이 되도록 하였다.
본 논문에서는 포크 모양의 급전 구조를 갖는 변형된 마름모 슬롯 UWB(Ultra Wide Band) 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 초광대역 특성을 얻기 위해서 마름모 형태의 슬롯 구조와 포크 모양의 급전 구조로 설계하였다. 변형된 마름모 구조는 기존 마름모 구조에서 상단과 하단 영역이 제거하여 설계하였다. 제안된 안테나는 $34mm(W_1){\times}34mm(L_1){\times}1mm(t)$의 유전율 4.4인 FR-4 유전체 기판 위에 설계되었으며 전체 슬롯 크기는 $30mm(W_2){\times}16.75mm(L_3+L_4)$을 갖도록 설계하였다. 각 파라메타에 대한 시뮬레이션을 진행하여 최적화 수치를 얻었다. 제작 및 측정 결과로부터 제안된 안테나의 반사손실 특성은 3.1 ~ 10.6 GHz UWB 대역에서 -10dB 이하의 값을 갖으며 또한 측정된 이득과 방사패턴 특성 결과를 얻었다.
본 논문에서는 포크 모양의 급전 구조를 갖는 변형된 마름모 슬롯 UWB(Ultra Wide Band) 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 마름모 형태의 슬롯 구조로부터 UWB 통신에 적합한 초광대역 특성(3.1~10.6 GHz)을 갖도록 상단과 하단 영역이 제거된 변형된 마름모 구조를 갖도록 설계하였으며 급전구조는 광대역 특성을 갖는 방법으로서 포크 모양의 구조를 사용하였다. 제안된 안테나는 $34mm(W1){\times}34mm(L1){\times}1mm(t)$의 유전율 4.4인 FR-4 유전체 기판 크기에 $30mm(W2){\times}16.75mm(L3+L4)$ 슬롯 크기를 갖도록 설계되었다. 최적화 과정을 거친 후, 제안된 안테나는 제작 및 측정되었다. 측정결과, 제안된 안테나의 반사손실 특성은 3.1 ~ 10.6 GHz 대역에서 -10dB를 기준을 만족하였으며 동작대역에서 측정된 이득과 방사패턴 특성 결과를 얻었다.
본 논문에서는 프로브로 급전되는 단일 원형 마이크로스트립 안테나 위에 게이돔과 같은 또 다른 유전체가 씌어져 있는 구조에 대해서 모멘트 법을 이용하여 해석을 하였다. 급전 구조의 정확한 해석을 위하여 어태치먼트 모드를 이용하여 패치와 급전겅에서의 전류의 연속성을 보장해 줌으로써, 급전점에서 급격히 변하는 전류성분들을 표현할 수 있었다. 해석된 결과는 실험을 통하여 검증되었고, 서로 잘 일치하고 있음을 확인할수 있었다.
본 논문에서 60 ㎓ 대역용 도파관 급전 radial line slot array (RLSA) 안테나를 설계, 제작하였다. Ewald합 기법과 Shanks 변환을 이용한 효율적인 수치해석으로 RLSA 설계에 필수적인 슬롯을 통한 결합 특성을 계산하였고, 또한 기존의 급전 방식과는 달리 구형 도파관-radial line 변화구조를 이용한 구형 도파관 급전 구조를 사용하였다. 직경 10cm의 크기로 제작된 원형 안테나의 측정 결과 60 ㎓에서 31 ㏈i 의 이득과 38%의 효율을 나타내었다.
본 논문에서는 전력증폭기를 슬롯이 적재된 삼각형 마이크로스트립 패치 안테나와 동일 평면의 기판에 집적화하여 전력증폭기 출력단의 제 3 고조파 튜닝을 안테나가 수행함으로써 전력효율을 향상시키는 효과에 대해 고찰하였다. 또한 실제 집적화에 따른 송\ulcorner수신 신호의 분리 문제를 위해 이중공진 특성을 이용한 inset 마이크로스트립 급전과 coax 급전의 이중급전 방식을 사용하였고, 이에 따라 두 ports 사이에 높은 격리 특성을 갖도록 능동 집적 안테나를 설계하였다. 선형성을 증대시키기 위해 제 3 고조파 튜닝 효과를 갖도록 안테나에 슬롯을 적재시켜 제 3 고조파에서 방사를 억제 구조를 갖게 함으로써 고조파 튜닝회로를 축소시킨 능동 집적 안테나를 설계, 제작하여 측정한 결과, B급 전력증폭기와 안테나를 각각 제작하여 결합한 형태보다 약 5%의 전력 효율 개선 효과를 얻을 수 있었다. 그리고 능동 집적 안테나의 큰 문제점이었던 송\ulcorner수신 분리에 대하여서도, IMT-2000 주파수 대역의 수신 port에서 송신 주파수의 신호를 -35dB 이하로 격리시키는 특성을 나타냄을 관찰할 수 있었다.
본 논문에서는 휴대 단말기의 PIFA 내장형 안테나를 설계하기 위한 최적의 급전 위치를 결정하는 방법을 나타내었다. 안테나 방사체와 접지간의 전계 크기가 클수록 방사 전력이 크게 되어 결국 이득이 증가하는 원리를 이용하였다. PIFA 내장형 안테나의 급전 위치는 슬릿 형상 및 캐리어의 물질과 구조 등과 함께 안테나 이득을 결정하는 중요한 요인이다. 본 연구에서는 급전 위치에 따라 전계 강도가 최적 급전 위치 때보다 $2{\sim}10dB$ 감소함을 보였다. Ansoft사의 HFSS 시뮬레이션을 사용하여 삼성 휴대폰에 적용된 2 모델에 대해 시뮬레이션 하였고, 모델별 최적의 급전 위치를 구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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