본 연구는 광대역 성능을 가진 두 개의 Crossed Planar 모노폴 안테나를 통해 특정 대역에서 이중공진 특성을 가지도록 하는 안테나 설계에 관한 기초 연구로 현재까지 ISM 대역인 2.45GHz/5.8GHz에서 이중대역 특성을 확인하였다. 향후 본 연구에서 제안한 안테나의 실제 제작과 성능 측정 등을 통해 초고속 무선 통신 환경에 적용하기 위한 후속 연구가 필요하다.
본 논문에서는 근접물체에 둔감하도록 평면 안테나의 송신단과 수신단 사이의 분리도를 개선하는 회로구조를 제안하였으며 5.8GHz ISM 대역에서 생체신호를 검출하는 도플러 레이다 센서에 적용하였다. 방사패치를 중심으로 2개의 3dB $90^{\circ}$ 전력분배기 들을 송신경로와 수신경로에 배치하여 평형회로 구조를 구성하였다. 이는 안테나에 근접된 물체가 있어도 높은 송수신 분리도 및 우수한 입출력 반사계수를 제공한다. 제안된 회로구조에 대한 이론 전개와 시뮬레이션을 통해 타당성을 확인하였고 제작된 시제품을 측정하여 입증하였다. 인체가 2mm까지 접근하여도 ISM대역에 걸쳐 송신단과 수신단에서 16dB 이상의 반사손실과 최소 30dB 이상의 분리도가 측정되었다.
본 논문에서는 선형 모노폴 안테나에 십자형 평면 모노폴 안테나를 결합하여 이중대역 특성을 얻도록 하는 새로운 구조의 안테나를 제안하였다. 대상 주파수 대역으로 ISM 2.45GHz/5.8GHz을 선정하였다. 본 논문에서 제안하는 안테나 구조의 특징은 광대역 특성을 가지는 십자형 평면 모노폴 안테나에 이중대역 특성을 가지면서 무지향성의 방사패턴을 가지도록 하는 Slit을 둔 것이다. 제안한 안테나는 $36mm{\times}5.4mm{\times}5.4mm$ 정도로 컴팩트한 크기이다. 시뮬레이션 결과 -10dB 반사계수를 기준으로 하는 대역폭은 2.45GHz에서 150MHz와 5.8GHz에서 1.43GHz를 가진다. 결론적으로 본 논문에서 제안하는 안테나 구조는 다양한 주파수 대역에서 이중대역 특성을 가지는 안테나 설계에 적용할 수 있다.
본 연구는 특정 안테나의 구조 변경을 통해 원하는 주파수 대역에서 이중대역 특성이 가능하도록 하는 안테나 구조 설계에 관한 연구이다. 대상 안테나는 광대역 특성을 가지는 십자형 평판 모노폴 안테나이고, 목표 주파수 대역은 ISM 2.45GHz/5.8GHz 이다. 이를 위해 몸체 안테나인 십자형 평판 모노폴 안테나에 추가적인 안테나 소자를 부가한 후 안테나의 길이와 모양을 임의대로 변경하기 위한 조정변수를 설정하여 목표 값에 접근하도록 다양한 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 결과 ISM 2.45GHz/5.8GHz에서 기준 이상의 대역폭과 이득을 얻을 수 있었다. 본 연구에서 시도한 안테나 구조 변경을 위한 조정변수의 도입은 이중대역(다중대역) 특성을 가지는 안테나 개발시 하나의 유용한 사례가 될 수 있다.
본 논문에서는 5.8Ghz ISM대역 평행 결합선로 대역통과 여파기를 설계 제작하였다. 긴본적인 설계는 저역통과 여파기에서 대역통과 여파기로 변환한 후, 직 병렬 공진기를 이용한 설계와 J-인버터를 이용해 평행 결합선로 대역통과 여파기를 구현하였다. 2개의 공진 주파수를 실제로 구현하기 어렵기 때문에 하나의 공진기만을 사용하기 위해 인버터를 사용하였다. 또한 실제적인 마이크로스트립 라인의 layout크기를 결정하기 위해 우수 기수 모드 임피던스를 해석하고 근사식을 통해 스트립라인의 치수를 결정하였다. 이런 과정을 토대로 5.8GHz ISM밴드용 평행 결합선로 대역통과 여파기를 설계, 제작하였다.
시간영역 유한차분법을 이용하여 2.4 GHz와 5.8 GHz외 ISM 대역을 위한 이중대역 마이크로스트립 안테나를 설계한다. 2개의 구형 패치가 겹쳐진 십자형 패치를 안테나의 방사소자로 제안하고 급전 방식은 개구 결합을 이용한다. 안테나 설계를 위해 개구와 스터브 길이 변화에 따른 입력 임피던스의 변화를 살펴보고, 방사소자의 길이와 폭 변화에 따른 중심 주파수와 -10 dB대역폭을 고찰한다 반사손실에 대한 계산 결과를 IE3D의 해석 결과 및 측정 결과와 비교하여 잘 일치함을 확인하고, 주파수 2.43 GHz와 5.79 GHz에서 안테나의 방사패턴을 측정하여 -3 dB 빔폭, 전후방비 및 최대 이득을 제시한다.
본 논문에서는 트랜지스터를 이용해서 이득을 갖는 능동 대역 통과 필터, 부성저항 특성을 갖는 능동 공진기를 이용한 능동 공진 발진기를 설계 제작하였다. 제안된 능동 공진 발진기는 ISM 대역의 국부 발진기로 사용 가능하도록 5.5GHz의 발진주파수를 갖도록 설계하였다. 설계된 능동 공진 발진기는 유전율 3.38, 유전체 두께 0.508mm, 금속 두께 0.018mm인 기판 위에 구현하였다. 이득을 갖는 능동 대역 통과 필터를 이용한 능동 공진 발진기는 5.6GHz의 발진주파수와 -2Bm의 출력과 100kHz 옵셋에서의 위상잡음 특성은 -81dBc/Hz이다. 부성저항 특성을 갖는 능동 공진기를 이용한 능동 공진 발진기는 5.8GHZ의 발진주파수와- 4dBm의 출력과 100kHz 옵셋에서의 위상잡음 특성은 -91dBc/Hz이다.
본 논문에서는 5.8GHz ISM 대역(5.725GHz~5.825GHz)의 저가 3차원 빔 조향을 위한 단일급전 마이크로스트립 기생 배열 안테나를 설계 및 제작하였다. 안테나는 단일 급전 능동소자와 가변 리액턴스 부하를 갖는 4개의 기생소자로 구성된다. 제작된 안테나의 빔 조향 범위는 가변 리액턴스 부하의 조절에 의해 방위각 ${\Phi}=0^{\circ}$, ${\Phi}=45^{\circ}$, ${\Phi}=90^{\circ}$, ${\Phi}=135^{\circ}$에서 ${\pm}28^{\circ}$의 3차원 빔 조향을 이룰 수 있었다. 빔 조향 범위 내에서 안테나의 최대이득은 7.23dBi~9.36dBi를 가지고, -10dB 이하 반사손실대역폭은 빔 조향각도에 상관없이 항상 5.8GHz ISM 대역을 포함하였다.
본 논문에서는 슬롯 안테나 구조를 변형하여 ISM용 마이크로스트립 슬롯 안테나를 제안했다. 제안된 안테나는 기존의 슬롯 안테나 급전 구조에 변형된 급전선로를 이용하여 이중대역에서 공진주파수가 나타나도록 설계 제작하였다. 설계된 안테나는 2.45 GHz, 5 GHz의 중심 주파수에서 각각 8.23%, 4.8%의 대역폭을 갖고, 변형된 급전선로의 길이변화에 따라 대역폭과 공진주파수가 변화하였다. 또한, 제작된 안테나의 방사 패턴 특성은 각각 주파수에서 E면과 H면의 특성이 비교적 양호하게 측정되었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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