본 논문은 개구면 결합 공진기 급전 마이크로스트립 패치 안테나에 대하여 간결하면서도 정확한 등가회로 모델을 추출하기 위한 일반적인 전자기 이론을 제안하였다. 그리고 등가회로는 이상적인 트랜스, 어드미턴스, 그리고 전송선으로 구성된다. 관련소자들의 값은 복소전력 개념, Fourier 변환, Fourier 급수, 그리고 spectral-domain immittance-approach를 적용하여 계산된다. 본 논문에서는 이 방법을 이용하여 안테나의 입력 임피던스를 구하고, 기존 논문에서 발표된 계산값, 그리고 측정값들과 비교하였다. 기존의 연구 결과와의 정확한 일치는 본 논문이 제안한 등가회로 모델의 간결성과 정확성을 입증해 준다.
본 논문에서는 WLL 대역(RX: 2.3~2.33GHz, TX:2.37~2.4GHz)에서 동작하는 dual port 구조의 중계기용 개구 결합 마이크로스트림 패치 안테나를 설계 및 제작하였다. 급전면과 패치면 사이에는 비유전율이 4.7인 FR-4 에폭시 기판을 사용하였고 대역폭 향상과 이득 특성을 고려하여 개구 결합 구조 방식을 이용하였다. 그리고 각각의 layer에는 air gap을 두어 대역폭을 확장하였고 패치 상단에는 보호체로써 radome을 두었다. 1 포트는 송.수신용이고 2 포트는 수신용인 안테나는 각각 T-junction과 λ$_{g}$ /4 정합기를 이용하여 7$\times$2 배열 안테나로 설계하였다. 기능적 측면에서 독립인 2개의 안테나는 공간 다이버시티를 이용하면서 동일 평면상에 존재하도록 하기 위해 안테나 사이에 슬랏을 두고 패치면과 $90^{\circ}$단일 급전함으로써 두 포트간에 -40dB 이하의 우수한 격리도를 얻었다. 또한 슬랏을 패치와 안테나 사이에 배치함으로써 반사손실을 감소시키는 결과를 얻었다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제10권3호
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pp.150-157
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2010
We proposed a $4{\times}8$ array antenna with aperture-coupled patch antenna elements. The antenna was designed for 60 GHz operation and fabrication on the low-temperature cofired ceramic(LTCC) substrate($\varepsilon_r$=5.8). The feedline with the stub was designed to enhance the radiating element bandwidth and the transition characteristics between the waveguide (WG) and microstrip line(MSL). Through the optimization of the antenna and feedline geometry, the antenna gain and the performance of the 10 dB bandwidth were 20.2 dBi and 13 % up, respectively. The measured results agreed with the simulated ones.
본 논문에서는 마이크로스트립 안테나의 대역폭을 개선하기 위하여 개구 결합된 U-슬롯 마이크로스트립 안테나를 설계하였다. 개구 결합을 이용하여 마이크로스트립 급전선로와 복사소자인 마이크로스트립 패치를 결합하였다. 이 결합구조는 급전선로가 복사소자로 동작되는 의사복사를 제거할 수 있는 장점이 있으며 복사면과 급전면이 분리되어 패치와 급전선로를 독립적으로 설계할 수 있는 구조이다. 또한 U-슬롯 구조의 공진 특성과 패치 자체의 공진 특성을 동시에 이용하여 광대역 특성을 가지도록 U-슬롯을 갖는 안테나를 설계하였다. 설계 제작된 안테나로부터 궤환손실, VSMR, 복사패턴 및 이득을 측정하였다. 그 결과 안테나의 임피던스 대역폭(VSWR$\leq$2)은 2.35GHz에서 6.4%로 나타났고, 안테나의 평균이득은 5.3dBi로 나타났다.
개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나(aperture coupled microstrip patch antenna; ACMPA)를 단위 소자로 가지는 H-평면 5소자 선형 배열 안테나의 기판 크기 변화가 방사 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 단일 ACMPA 와 ACMPA를 단위 안테나로 가지는 H-평면 5소자 선형 배열 안테나의 전방방사 이득이 최대가 되는 패치 중심에서 E 평면 방향의 기판 가장자리까지의 길이($d_E$)와 H 평면 방향의 기판 가장자리까지의 길이($d_H$)는 서로 같음을 볼 수 있었다. 또한 선형 배열 안테나와 단일 ACMPA의 전방방사 이득이 최소가 되는 $d_E$ 와 $d_H$도 거의 같음을 볼 수 있었다. H-평면 선형 배열 안테나의 기판 크기에 따른 전방방사 이득의 변화는 $d_E$에 의해서 큰 영향을 받음을 볼 수 있었다. H-평면 선형 배열 안테나의 방사 이득이 최적화된 기판 크기는 선형 배열 안테나를 구성하는 단위 안테나의 전방방사 이득이 최적화된 기판 크기로부터 도출할 수 있음을 볼 수 있었다.
개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나(aperture coupled microstrip patch antenna; ACMPA)의 급전 기판의 유전상수와 두께가 안테나 대역폭과 방사특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 급전 기판의 두께가 같은 여러 가지 유전상수의 급전기판을 가지는 ACMPA의 최적화된 반사손실 대역폭은 방사특성의 저하 없이 급전기판의 유전상수가 감소할수록 대역폭이 증가한다. MMIC(monolithic microwave integrated circuit)와 집적화가 가능한 높은 유전상수(${\epsilon}_r=10$)를 가지는 급전 기판을 사용한 ACMPA의 최적화된 반사손실 대역폭은 방사특성의 저하 없이 급전 기판의 두께가 감소할수록 대역폭이 증가한다. 따라서 ACMPA는 MMIC와 집적화하기에 좋은 구조를 가진 패치 안테나이다.
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.
마이크로 스트립을 이용하여 셀룰러(824-894 MHz) 이통통신용 송수신 안테나를 설계 및 제작하였다. 이때 넓은 대역폭을 얻기 위하여 개구면 결합형(aperture-coupled) 안테나를 설계하였으며 사용된 기판은 2층의 FR-4 ($\varepsilon$$_{r}$ =4.7) 기판과 공기층을 합한 3단으로 이루어져 있다. 안테나 특성파악을 위한 스트립의 전류분포와 슬롯의 자류분포 해석은 전송선로 모델법을 적용하였고 제작된 안테나는 VSWR 1.5:1 이하의 높은 복사 특성을 얻으므로써 좁은 공간에서 편리하게 설치하여 쓸 수 있는 우수한 안테나임을 확인하였다.
In this paper, aperture coupled microstrip antenna which has a larger bandwidth was designed using genetic algorithms. The genetic algorithms encodes each parameters which are the width, length of patch and the width, length of slot, into binary sequences, called a gen. Genetic algorithms searches a optimal gen to design a larger bandwidth. Simulation results are compared with Pozar's results.
개구면 결합 공진기 급전 마이크로스트립 패치 안테나의 단순하고도 정확한 등가 회로를 추출한다. 이 등가회로는 이상적인 트랜스포머, 어드미턴스 소자, 그리고 전송선으로 구성되고 각 소자 값들은 가역 정리와 스펙트럼 영역 이미턴스 방법에 기반한 복소 전력 개념으로부터 구할 수 있다. 기 게재된 논문의 연구 결과를 이용하여 제안한 등가회로의 타당성을 검증한 후 이중 대역 안테나를 유전 알고리즘과 Holder-Mead 방법을 통한 이종 진화적 최적화 방법으로 설계하였다. 설계 목표치에 적합한 결과를 도출하였고, 이 결과는 이종 진화적 최적화 방법이 설계에 매우 효율직임을 확인해 준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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