커패시터 구조를 급전 루프에 삽입한 광대역 PIFA 안테나 설계

김승우(Seungwoo Kim),박상규(Sang-Gyu Park),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.10

본 논문에서는 PIFA의 급전점과 단락점을 둘러싸는 급전 루프 내부에 커패시터 구조를 삽입하는 새로운 타입의 4중 대역(GSM900/DCS/PCS/W-CDMA) PIFA 설계를 제안한다. 커패시터의 삽입을 통해서 병렬 공진점인 2.01 ㎓에서의 반사 계수 ?2.73 ㏈를 ?6.26 ㏈로 낮추는 효과를 얻을 수 있었다. 병렬 공진에서의 좋지 못한 방사 특성을 개선시킴으로써 고차 대역(DCS/PCS/W-CDMA)에서의 광대역 특성을 나타내었다. This paper proposes a new type of PIFA with a capacitor structure inserted into the feeding loop. It operates in GSM900, DCS, PCS, and W-CDMA frequency bands. By inserting the capacitor, it shows the effect of lowering the return loss from ?2.73 ㏈ to ?6.26 ㏈ at the parallel frequency, 2.01 ㎓. The improvement of the poor radiation property near the parallel resonance frequency leads to a broadband operation in the upper band, DCS, PCS, and W-CDMA.

휴대 단말기 그라운드 방사 안테나(GradiANT: Ground Radiation Antenna) 기술 소개

김지훈(Jihoon Kim),문성진(Sungjin Moon),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.11

최근 휴대 단말기 안테나의 소형화와 고성능화에 대한 요구가 증대되고 있다. 단말기의 그라운드는 좋은 방사체로, 이를 활용한 휴대 단말기 그라운드 방사 안테나는 안테나의 소형화 및 고성능화를 동시에 만족시킬 수 있기 때문에, 많은 관심을 받고 있다. 그라운드 방사 안테나는 단말기 그라운드의 특성 모드를 제어하고, 이를 안테나와 결합하여 그라운드를 방사체로 활용하기 때문에 그 방사 성능이 우수하다. 본 논문에서는 그라운드의 특성 모드 이론에 대해 설명하고, 이를 활용한 그라운드 방사 안테나의 다양한 적용 예시를 단일 대역, 광대역 및 이중 대역 그라운드 방사 안테나로 나누어 소개하고자 한다. Ground radiation antenna in mobile devices is becoming an issue for satisfying both miniaturization and high performance. Ground radiation antenna controls the characteristic mode of the ground plane and couples this mode with the ground radiation antenna, thereby having good radiation performance. In this paper, the characteristic mode theory and applications of ground radiation antenna will be introduced. The operating mechanism of single band, wideband and dual-band ground radiation antennas are studied.

후면 그라운드를 이용한 휴대단말 Wi-Fi 칩 안테나 설계

오세원(Saewon Oh),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.5

본 논문에서는 휴대단말기의 Wi-Fi 대역에서 동작하는 소형 칩 안테나를 설계하였다. 제안된 안테나의 소형화를 위해 칩 안테나 하단에 후면 그라운드를 갖도록 설계하였다. 제안된 안테나는 S자 모양 대칭형으로 유전율이 3.5인 LCP(Liquid Crystal Polymer) 위에 설계되었으며, 칩 안테나의 전체 크기는 6.0 mm×2.5 mm×1.2 mm를 갖는다. 제작된 안테나는 VSWR=3 이하 기준 300 MHz(fractional bandwidth: 12.2 %, 2.3~2.6 GHz)의 임피던스 대역폭과 peak gain은 1.42 dBi의 특성을 나타냈다. 안테나 설계는 CST Microwave Studio 상용 프로그램을 사용하여 최적화한 후, 설계된 안테나를 제작하고, 네트워크 분석기와 무반향실을 이용하여 측정하였다. In this paper, a new small chip antenna for Wi-Fi application of the mobile handset is proposed. To miniaturize the chip antenna, the proposed antenna is designed to have the backside ground. The proposed antenna has S-shaped structure, which is designed on the LCP(Liquid Crystal Polymer) with εr =3.5. The size of the proposed antenna is 6.0 mm×2.5 mm×1.2 mm. The measured impedance bandwidth under a voltage standing wave ratio (VSWR) of 2 was 300 MHz(fractional bandwidth: 12.2 % 2.3~2.6 GHz), and peak gain is 1.42 dBi. The proposed antenna was designed using CST Microwave Studio commercial software tool. And the fabricated antenna is measured using a network analyzer and in anechoic chamber.

그라운드 모드의 공진을 이용한 광대역 격리도를 가지는 스마트 안경용 소형 MIMO 안테나

유종인(Jongin Ryu),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.10

본 논문에서는 스마트 안경에서 사용가능한 2.4 GHz 무선 근거리 통신망(WLAN) 대역용 소형 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나 설계 및 구현에 대한 제안을 하였다. MIMO 안테나 시스템을 소형화하기 위해서, 안테나의 그라운드면을 방사체로서 사용하였으며, T 자형의 접지면을 제안하고 있다. 광대역 격리를 특성을 확보하기 위해, 이중 공진이 그라운드 모드에서 형성되도록 한다. 하나의 공진은 T 자형 접지에 의해 생성되고, 두 번째 공진은 두 개의 급전선 사이에 슬롯과 커패시터를 추가하여 만들어진다. 구현된 안테나의 측정 결과, 반사 계수 특성은 -5.1 dB보다 작지만, 얻는 격리 특성은 −20 dB 미만이다. 다이버시티 성능은 측정된 2차원 방사 패턴을 사용하여 평가하였고, 목표 대역(2.4~2.5 GHz)에서 측정된 ECC(envelope correlation coefficients) 값은 0.1 미만이다. In this letter, a compact multiple-input multiple-output(MIMO) antenna design for a 2.4 GHz wireless local area network(WLAN) band is proposed for use in smart glasses. To miniaturize the MIMO antenna system, a ground plane is employed within the antenna and a T-shaped ground is proposed. To achieve wideband isolation, dual resonance is formed by the ground mode. One resonance is created by the T-shaped ground and the second resonance is created by adding a slot and a capacitor between the two feed lines. The measurements show that the reflection coefficient characteristic was less than -5.1 dB, whereas the isolation obtained was less than -20 dB. The diversity performance was evaluated using the measured two-dimensional radiation patterns, and the envelope correlation coefficient(ECC) values achieved in the target band(2.4~2.5 GHz) were less than 0.1.

Chain Matrix를 이용한 Twisted Cable의 EMP(Electromagnetic Pulse) 결합 해석

조제훈(Jeahoon Cho),이진호(Jinho Lee),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.7

본 논문은 다중 도체 전송선 해석법과 chain matrix 알고리즘을 이용하여 twisted cable과 같은 비균일 전송선의 EMP 결합을 해석하였다. 전송선의 EMP 결합 해석을 위해 BLT(Baum-Liu-Tesche) 해석법이 널리 사용되고 있으나, twisted cable과 같은 비균일 전송선에 기존의 BLT 해석법을 바로 적용하기는 어렵다. Twisted cable과 같은 비균일 전송선을 해석하기 위해 수많은 작은 길이의 균일 전송선으로 나누어 모델링하였으며, 전체 비균일 전송선의 결합 특성은 각각의 균일 전송선의 EMP 결합 분석을 통해 최종적인 전송선의 결합 특성을 구함으로써 가능해진다. 이러한 비균일 전송선 EMP 결합 해석 기법을 검증하기 위해 균일 전송선에 대하여 기존의 BLT 해석 결과와 비교하였으며, 제시된 비균일 전송선 EMP 결합 해석 기법을 지표면 위에 놓여 있는 twisted cable에 적용하여 대기 중의 핵폭발에 의한 HEMP(High altitude Electromagnetic Pulse)와 같은 매우 강한 펄스가 입사되었을 때, 전송선에 연결된 부하에 유기되는 전류(또는 전압) 응답을 분석하였다. In this paper, we analyzed the EMP coupling for the nonuniform transmission lines, such as twisted cables, using the chain matrix algorithm and the multi-conductor analysis. The BLT method is widely used for the EMP coupling analysis of the transmission line, however, it is difficult to apply to the nonuniform transmission lines. In order to analyze the EMP coupling of nonuniform transmission lines, the whole nonuniform transmission line is divided into incremental uniform line sections of the finite numbers, and the coupling in each small sections is now summed up to get the EMP coupling effect of the entire nonuniform transmission line. To verify the proposed EMP coupling analysis method, the result of the EMP coupling simulation is compared with the solution of BLT equations for a uniform transmission line case. The proposed method is applied to the twisted cable over ground in case of being illuminated by the HEMP in order to analyze the EMP coupling.

정확하고 효율적인 인체 FDTD 분산 모델링

하상규(Sang-Gyu Ha),조제훈(Jeahoon Cho),김형동(Hyeongdong Kim),최재훈(Jaehoon Choi),정경영(Kyung-Young Jung) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.1

본 논문에서는 인체의 전자파 해석을 위해 유한 차분 시간 영역법(FDTD: Finite-Difference Time-Domain)에 적합한 분산 모델링을 제안한다. 주파수에 따라 전기적 특성이 변하는 인체의 분산 특성을 정확하고 효율적으로 모델링을 하기 위해 상대 유전율을 2차 복소수 분수 함수식(QCRF: Quadratic Complex Rational Function)으로 표현하였다. WLSM(Weight Least Square Method) 기반의 복소수 커브 피팅법을 적용하여 인체 조직에 대한 QCRF 계수들을 추출하였으며, QCRF 분산 모델을 FDTD에 적용하는 방법을 논의하였다. 본 논문에서 제안한 QCRF 기반의 인체 분산 모델이 Gabriel의 측정 데이터와 일치하며, FDTD 적용시 Cole-Cole 분산 모델보다 계산 효율이 뛰어남을 확인하였다. 단일 주파수와 광대역 주파수 신호를 입력원으로 한 모의 실험을 통하여 QCRF 기반의 FDTD 분산 알고리즘의 검증 및 분석을 마무리하였다. We propose a dispersive finite-difference time domain(FDTD) algorithm suitable for the electromagnetic analysis of the human body. In this work, the dispersion relation of the human body is modeled by a quadratic complex rational function(QCRF), which leads to an accurate and efficient FDTD algorithm. Coefficients(involved in QCRF) for various human tissues are extracted by applying a weighted least square method(WLSM), referred to as the complex-curve fitting technique. We also presents the FDTD formulation for the QCRF-based dispersive model in detail. The QCRFbased dispersive model is significantly accurate and its FDTD implementation is more efficient than the counterpart of the Cole-Cole model. Numerical examples are used to show the validity of the proposed FDTD algorithm.

그라운드 안테나의 커패시터의 위치에 따른 방사 성능 변화 분석

박범기(Bumki Park),류양(Yang Liu),최형철(Hyengchul Choi),김형훈(Hyung-Hoon Kim),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.4

그라운드 안테나는 그라운드의 두 지점을 잇는 스트립에 커패시터를 넣어 설계가 된다. 본 논문에서는 이 커패시터의 실장 위치가 변할 때 안테나의 방사 성능의 변화가 발생하게 되는 이유에 대해 분석한다. 커패시터 위치를 변화시키며 그라운드 안테나의 표면 전류 분포를 관찰함으로써 커패시터의 위치가 대역폭 및 안테나 효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 본 논문에서 사용된 그라운드 안테나는 Wi-Fi 대역에서 동작하도록 설계되었으며, 스트립의 끝 쪽에 커패시터를 위치할 경우 Wi-Fi 대역(2.4~2.5 GHz)에서 -10 dB 기준 7.2 %의 넓은 상대 대역폭과 66 %의 높은 안테나 평균 효율을 얻을 수 있음을 확인하였다. A ground radiation antenna is designed using a capacitor connected between two ground points by a strip line. This paper analyzes the variations of radiation performance when changing the capacitor position. The surface current distribution of the ground antenna was investigated as the capacitor position is changed, in order to demonstrate the effects on the impedance bandwidth and antenna efficiency. Our antenna is for the Wi-Fi application. It is verified that the capacitor at the end of the strip line provides a wide impedance bandwidth(7.2 % at the 2.45 GHz frequency) and good antenna efficiency(measured as 66 % averaged over the overall Wi-Fi frequency band).

그라운드 방사체를 활용한 고효율의 소형 안테나

최형철(Hyengcheul Choi),이형진(Hyungjin Lee),박범기(Bumki Park),장진혁(Jinhyuk Jang),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.2

본 논문은 안테나 구조 없이 리액티브 소자 만을 이용하여 단말기 그라운드를 방사체로 활용하는 방법을 소개한다. 안테나의 특성은 블루투스 대역에서 동일 그라운드 면적(40×20 ㎟)을 가지는 미앤더 IFA와 비교하여 분석하였다. 시뮬레이션 및 측정을 통해 캐패시터 소자 만을 이용한 안테나가 가장 높은 방사 효율을 나타내는 것으로 판명되었다. 이는 안테나의 인덕턴스가 높을수록 그라운드의 방사 저항이 감소하고, 캐패시터의 손실 저항이 인덕터 또는 IFA보다 낮기 때문이다. 높은 방사 효율에도 불구하고 제안하는 안테나의 면적(5×2.5 ㎟)은 IFA의 면적(12×2.5 ㎟)의 반 이하이다. This paper introduces the method to utilize a terminal ground as a radiator only using reactive components without an antenna structure. Characteristics of the proposed antenna is compared with that of the meander IFA on the same ground plane(40×20 ㎟) for the bluetooth band. From simulation and measurement data, it is found that the proposed antenna using only capacitors provides the highest radiation efficiency. This is because of that the higher inductance reduces radiation resistance of a ground and the capacitor has a lower loss resistance comparing to that of the IFA or the inductor. In spite of the high radiation efficiency, the area (5×2.5 ㎟) of the proposed antenna is less than half of the area (12×2.5 ㎟) of the IFA.

집중 소자를 사용한 이중 대역 루프형 그라운드 안테나 설계

이형진(Hyungjin Lee),류양(Yang Liu),이재석(Jaeseok Lee),김형훈(Hyung-Hoon Kim),김형동(Hyeongdong Kim) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.5

본 논문에서는 집중 소자로 임피던스 대역폭과 공진 주파수 컨트롤이 가능한 이중 대역 루프형 그라운드 안테나를 제안한다. 제안된 안테나의 이중 대역 특성은 기존의 루프형 그라운드 안테나의 형태에 추가적인 공진루프 급전 구조를 삽입하여 구현하였다. 적절한 캐패시터와 인덕터를 사용하여 2.45 GHz와 5.5 GHz 대역에서 VSWR<3에서 각각 85 MHz와 725 MHz의 임피던스 대역폭을 만족시켰으며, 시뮬레이션과 측정 결과를 통하여 그 타당성을 입증하였다. 제안된 안테나의 면적은 10×5 mm<SUP>2</SUP>로 작은 크기를 갖고 있을 뿐만 아니라, 구현하고자 한 이중 대역에서 좋은 방사 패턴과 안테나 효율을 나타내었다. This paper presents a dual band loop-type ground antenna using lumped-elements that control the impedance bandwidth and resonant frequency. The dual-band operation of the proposed antenna is realized by inserting an additional resonated loop feed structure into the reference ground antenna. As the proper value of the capacitor and the inductor are chosen, the impedance bandwidth of our antenna with voltage standing wave ratio(VSWR) equal to 3 is 85 MHz and 725 MHz at the 2.45 and 5.5 GHz frequency band, respectively. Its validity is demonstrated via both the computed and measured results. Good antenna patterns and efficiencies are achieved at the dual frequency bands, as well as the physically small antenna element size(10×5 mm<SUP>2</SUP>).

FDTD 방법을 이용한 간단한 건물 구조의 광대역 차폐 효과에 관한 연구

조제훈(Jeahoon Cho),하상규(Sang-Gyu Ha),박성민(Sungmin Park),추광욱(Kwanguk Chu),주세훈(Saehoon Ju),김형동(Hyeongdong Kim),정경영(Kyung-Young Jung) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.7

본 논문은 유한 차분 시간 영역(FDTD: Finite-Difference Time-Domain)법을 이용하여 간단한 건물 구조의 광대역 복사성 펄스 결합에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 건물을 콘크리트와 유리로 구성하였으며, 각 물질의 전기적 특성을 수치적으로 모델링하였다. 본 논문에서는 본 연구팀에서 개발한 분산 FDTD 알고리즘을 이용하여 건물의 전자파 특성 해석을 수행하고, 건물 구조에 따른 차폐 효과를 50 MHz~1 GHz 대역에서 분석하였다. We perform a wideband radiated pulse coupling analysis of simple building structures using the finite-deference time-domain(FDTD) method. Toward this purpose, the building structures composed of concrete and window materials are assumed and we numerically model the electrical properties of each material. In this work, we apply a dispersive FDTD algorithm for the electromagnetic analysis of building structures and investigate their shielding effectiveness in the frequency range of 50 MHz to 1 GHz.