본 논문에서는 테라헤르츠 대역에서 동작하는 새로운 구조의 Yagi-Uda 안테나를 설계하였다. 제안한 Yagi-Uda 안테나는 안테나의 driver를 반 파장 다이폴이 아닌 전 파장 다이폴을 사용함으로써 공진주파수에서 $2000{\Omega}$ 정도의 높은 입력 저항을 얻을 수 있었다. 바이어스 선에 Photonic Bandgap 구조를 적용하여 바이어스 선로로의 전류누설을 최소화 하였고, 안테나를 얇은 기판에 설계함으로써 기판의 비유전율로 인한 안테나의 임피던스 저하를 막고 Yagi-Uda 안테나 고유의 단방향 지향적인 복사특성을 나타나게 하였다. 따라서 제안한 Yagi-Uda 안테나는 포토믹서와의 임피던스 부정합 문제를 개선하여 테라헤르츠파의 출력을 증가 시킬 수 있을 것이라 예상한다.
본 논문에서는 4×2 미앤더라인 배열 구조를 이용하여 8 dBi 이득을 유지하는 광대역 이중 다이폴 준-야기 안테나에 대하여 연구하였다. 4×2 미앤더라인 배열 구조는 미앤더라인 도체 모양의 단위 셀로 구성되며, 이중 다이폴 준-야기 안테나의 두 번째 다이폴 안테나 위에 배치하였다. 일반적으로 많이 사용하는 여러 개의 스트립 도파기를 사용한 경우와 동일한 크기의 FR4 기판에 설계하였고, 입력 반사 계수와 이득 특성을 비교하였다. 비교 결과, 기존의 다중 스트립 도파기를 사용하였을 때 보다 주파수 대역폭이 6.3% 증가하였고, 이득이 8dBi 이상인 주파수 대역폭은 10.1% 증가하고 평균 이득도 조금 증가하였다. 제작된 안테나의 전압 정재파비 (VSWR; voltage standing wave ratio)가 2 이하인 대역은 1.548-2.846 GHz (59.1%)이고, 1.6-2.8 GHz 대역에서 이득이 8 dBi 이상으로 측정되었다.
본 논문에서는 미앤더라인 배열 구조를 이용한 이중 다이폴 준-야기 안테나의 이득 향상에 대하여 연구하였다. 미앤더라인 도체 모양의 단위 셀로 구성된 4×1 미앤더라인 배열 구조를 이중 다이폴 준-야기 안테나의 두 번째 다이폴 안테나 위에 배치하였다. 기존의 스트립 도파기를 사용하였을 때와 성능을 비교하기 위해 1.70 -2.70 GHz 대역에서 이득이 7 dBi 이상을 가지도록 설계하였다. 비교 결과, 제안한 미앤더라인 배열 구조를 사용하였을 때가 평균 이득이 더 크게 나타났다. 제안된 미앤더라인 배열 구조를 이용한 이중 다이폴 준-야기 안테나를 FR4 기판 상에 제작하여 특성을 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 실험 결과, 전압 정재파비(voltage standing wave ratio; VSWR)가 2 이하인 대역은 1.55-2.82 GHz이고, 이득이 7 dBi 이상인 주파수 대역은 1.54-2.83 GHz으로 측정되었다. 기존 스트립 도파기를 사용하였을 때 보다 이득이 7 dBi 이상인 주파수 대역폭이 증가하고 평균 이득도 조금 증가하였다.
본 논문에서는 CPS 급전 방식의 광대역 Yagi-Uda 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 CPS 급전 선로를 사용하여 기존에 설계된 Yagi-Uda 안테나들에 비하여 간단한 급전 구조를 가지며 기판에 접지면이 필요 없기 때문에 reflector의 설계를 자유로이 할 수 있다. 정합 선로를 설계하기 위하여 선폭이 두꺼운 선로와 선폭이 얇은 선로 사이에 테이퍼된 선로를 삽입하여 최적의 CPS 급전 선로 구조를 설계하였다. 제안한 Yagi-Uda 안테나는 -10 dB 반사 손실을 기준으로 $3.9{\sim}5.9$ GHz의 대역폭을 가지고 대역폭 내에서 $6.5{\sim}8$ dBi의 이득을 가진다. 중심 주파수인 4.9 GHz에서 이득은 7.4 dBi 이고, 반전력 빔폭은 x-z 평면에서 $98^{\circ}$, x-y 평면에서 $73^{\circ}$이다.
In this paper, we proposed a broadband planar Yagi-Uda dipole antenna with dual tapered balance and unblance (balun) by CPW-fed to CPS. This antenna consisted of driver, three directors, dual tapered balun and CPS-fed to CPS. The fed structure of CPW-fed to CPS had a benefit points much simpler than other planar Yagi-Uda antennas and provided design more flexibility in arranging the reflector. The proposed antenna is introduced dual tapered balun to improve the impedance matching. It balun is inserted between the CPW-ground and the CPS. The proposed antenna is exhibited the bandwidth of 4.78 GHz (1.94~6.72 GHz) (S11 < -10 dB) and the gain of 4.9~7.2 dBi within that bandwidth. This antenna will applicate wireless communication.
본 논문에서는 Quasi Yagi 효과를 갖는 다이폴 안테나와 CPS 구조의 공진기를 이용한 정류회로를 이용하여 5.8 GHz에서 무선전력 전송이 가능한 렉테나를 설계하였다. CPW 급전 구조를 이용하여 CPW의 접지 면을 다이폴의 반사기로 사용하여 야기 우다 안테나와 비슷한 구조로 기존의 다이폴 안테나보다 이득을 높이는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 CPS 구조의 공진기를 이용하여 2차 고조파가 제거된 정류회로를 설계하였다. 그 결과 본 논문에서 제안한 렉테나는 부하저항이 1.4 $k{\Omega}$에서 61% 의 RF-to-DC Power 최대 변환 효율을 얻었다.
본 논문은 wireless LAN 주파수 대역 (5725∼5825 MHz)에서의 다차원패턴기술(Photonic Band Gap : PBG)을 이용한 Yagi-Uda 안테나와 결합하여 광대역 마이크로스트립 패치 안테나를 구현하였으며, PBG Cell을 이용한 안테나와 이용하지 않은 안테나를 비교 분석하였다. PBG 구조를 적용한 안테나에서의 대역폭이 약 30 MHz 정도 더 넓게 나왔으며, 안테나의 이득 또한 1dB정도 더 높게 나왔는데 이는 Ground 면에 2차원적인 다차원 패턴 구조를 적용하여 안테나 표면을 따라 전파하는 전자파의 전송이 억제되도록 표면파의 발생을 효과적으로 차단했기 때문으로 분석된다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제18권3호
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pp.162-166
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2020
The present paper presents an array antenna of a microstrip patch for 5G applications. Four rectangular microstrip patch elements are arranged in parallel and series to form an array antenna. Two insets are made on both sides of each patch element to achieve a wide frequency bandwidth of 23.97-31.60 GHz. To attain a high gain and wider bandwidth, the microstrip patch antenna is fed using series and corporate feeding networks. Further, three director elements on top of the top-most patch elements, and one reflector element at the open end of each patch element, are added. The addition of the Yagi elements improved the overall gain and acquired a higher radiation efficiency throughout the operating frequency bandwidth, with the array antenna achieving a maximum peak gain of 8.7 dB. The proposed antenna is built on a low-loss and low-cost substrate of FR4-eproxy. The proposed antenna design with a simple structure is suitable for Internet of Things and 5G applications.
본 논문에서는 2 mW/$cm^2$ 이하의 낮은 입력 전력 밀도에서 동작하는 2.45 GHz 렉테나를 제안하였다. 제안된 렉테나는 다이오드 2개를 사용하는 배전압 구조의 정류부와 다이오드에서 발생하는 2차 하모닉의 재 방사를 억압하기 위한 인쇄형 야기 안테나 구조를 사용하여 설계하였다. 인쇄형 야기 안테나는 2.45 GHz에서 약 5 dB의 이득을 가지며, 안테나를 통해 입력된 전력이 $0{\sim}14\;dBm$일 때 렉테나의 변환 효율은 $32{\sim}42%$으로 측정되었다. 개발된 렉테나는 저전력 소자의 전원 공급에 활용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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