Perturbation 효과를 이용한 원형 마이크로스트립 안테나의 소형화

류미라,허정,우종명,Ryu Mi-Ra,Hur Jung,Woo Jong-Myung 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.7

In this paper, a 3D structure skimmer-shaped circular microstrip antenna is designed, the ends of whose both sides are made as DC(Depressed Carving part) applying perturbation effect to reduce the patch size of microstrip antenna operating at design frequency 1.575 GHz. The result shows its return loss, - 10 dB bandwidth, gain, - 3 dB beamwidth E, H-plane are -26.59 dB, 65 MHz(4.13 %), 4.66 dBd, $79^{\circ},\;87^{\circ}$ respectively. The diameter of the antenna is 85 mm, which is 12.4 % reduced compared to the size(97 mm) of general microstrip patch antenna. Therefore its area reduction is 23.2 %. Furthermore, a linear and circular polarized baseball-shaped circular microstrip antenna is designed to minimize the patch size of the antenna. This structure of antenna operating at the design frequency 1.575 GHz is applied with the optimum RC(Raised Carving part) & DC ratio and an asymptotic line angle. In case of linear polarized baseball-shaped circular microstrip antenna, the patch size of the antenna is 74 mm, which is 41.8 % area reduction compared to general microstrip patch antenna. In case of circular polarized baseball-shaped circular microstrip antenna, the diameter of patch is 82 mm, which is 28.5 % area reduction compare to general microstrip patch antenna linear polarized. We have verified that the perturbation effect can be applied to minimize the circular microstrip antenna. 본 논문에서는 설계 주파수인 1.575 GHz 에서 동작하는 마이크로스트립 안테나의 패치 크기 ( 공진 길이 )를 줄이기 위하여 패치의 양단 끝부분을 음각으로 구성하여 perturbation 효과를 적용한 3 차원 구조의 모자형 원형 마이크로스트립 안테나를 고안 및 설계하였다. 그 결과 반사 손실 - 26.59 dB, -10 dB 대역폭 65 MHz(4.13 %), 이득 4.66 dBd, - 3 dB 빔폭 E, H-면 각각 $79^{\circ},\;87^{\circ}$의 특성을 나타내었으며, 안테나 직경은 85 mm로 평면형의 97 mm에 비해 12 mm(12.4 %) 단축되어 23.2 %의 면적 축소율을 얻었다. 또한 패치의 크기를 더욱 소형화시키기 위하여 최적화시킨 양각 대 음각의 비와 점근선 각도를 조정하여 설계 주파수에서 동작하는 선형 편파 및 원형 편파 야구공형 원형 마이크로스트립 안테나를 설계 및 제작하였다. 선형 편파의 경우, 패치 직경은 74 mm로 평면형에 비해 41.8 %의 면적 축소율을 얻었으며, 원편파의 경우, 패치 직경이 82 mm로 평면형 선형 편파에 비해 28.5 %의 면적 축소율을 얻었다. 이로써 원형 마이크로스트립 안테나의 소형화에 perturbation 효과 적용이 유효함을 확인하였다.

초소형 드론 탑재용 GPS 대역 마이크로스트립 안테나의 소형화

김완기,우종명 한국ITS학회 2022 한국ITS학회논문지 Vol.21 No.3

In this study, a miniaturized GPS band(   : 1.575 GHz) antenna that can be mounted on a small drone is proposed. The miniaturization was designed by applying the perturbation method based on the λ/4 microstrip antenna and lengthening the current path at the edge of the patch. The miniaturized antenna was fabricatred such that it could be attached to the surface of styrofoam( ε r=1.06, t=10 mm) having a size of 10 mm × 9 mm × 10 mm (0.05 λ × 0.05 λ × 0.05 λ). The thickness and length of the feeding line and the spacing between short stubs were adjusted for impedance matching.   was found to be –18.8 dB at the center frequency of the fabricated antenna, 1.575 GHz. The radiation pattern measurement results show that the maximum gain of  is 1.87 dBi in 0 directions in the xz-plane, and that Eθ is an omnidirectional characteristic with an average gain of –1.7 dBi in the yz-plane. It was found that the antenna can be used as an ultra-small microstrip antenna, which can be mounted on a small dron for GPS, and is capable of preserving a reduction ratio of 98.8% as compared to a λ/2 microstrip patch antenna. 본 논문에서는 초소형 드론에 탑재가 가능하도록 소형화한 GPS 대역(   대역 중심 주파수: 1.575 GHz) 안테나를 제안하였다. 소형화는 λ/4 마이크로스트립 안테나를 기저로 섭동법을적용시키고, 패치 가장자리의 전류 길이를 길게 하는 개념으로 실현시켰다. 제안된 안테나는10 mm × 9 mm × 10 mm(0.05 λ × 0.05 λ × 0.05 λ) 크기의 스티로폼( ε r=1.06, 두께=10 mm) 표면에 장착 가능한 인쇄형으로 제작하였다. 임피던스 매칭을 위해 급전 선로의 두께 및 길이, 단락 스터브 간의 간격을 조절하였으며, 그 결과, 제작된 안테나는 중심주파수 1.575 GHz에서 은 -38.6 dB를 얻었으며, 방사 패턴 측정 결과, 0° 방향에서 xz-plane의  성분 이득 1.87 dBi, yz-plane의 Eθ 성분 이득 –1.7 dBi의 특성을 얻었다. 결과적으로, λ/2 마이크로스트립 패치안테나와 비교하여 98.8 %의 체적 축소율을 확보함으로써, 초소형 드론에 탑재가 가능한 GPS 안테나로써 활용이 가능함을 제시하였다.

소형화된 반원형-슬롯 UWB 안테나의 설계

장준원(Joon Won Jang),최경(Kyoung Choi),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.3

본 논문은 원형 슬롯 UWB 안테나를 소형화한 반원모양의 UWB 안테나를 설계하였다. 전자기장 분석을 통해, 기존의 원형 슬롯 UWB 안테나는 슬롯 방사체에서 TEn 모드에 기초한 일련의 방사 극점(radiation poles)을 가지고 있으며, 완전자계벽의 성질을 갖는 대칭축이 존재한다는 것을 확인하였다. 이를 이용하여 소형화된 반원형 슬롯 UWB 안테나를 설계하고, 광대역 안테나 특성이 유지되는 것을 확인하였다. RF-60A(t=0.64 ㎜, εr=6.15, tanδ=0.0025)의 기판으로 제작하여 측정한 결과, 기존의 원형 슬롯 UWB 안테나의 이득은 -2.7~3.1 dBi이고, 소형화된 안테나는 -2.1~4.3 dBi의 이득을 가지며, 두 안테나 모두 비슷한 방사 패턴을 보였다. This paper proposes a miniaturized half-circular-slot UWB antenna. Using an analysis of the field patterns, we show that the original circular-slot UWB antenna operates on a series of multi-pole radiation based on TEn modes, and a perfect magnetic wall exists along an axis of symmetry on the antenna. Using the perfect magnetic wall we designed and fabricated the miniaturized UWB antenna on RF-60A substrate with t=0.64 ㎜, εr=6.15 and tanδ=0.0025, which not only has the half size of the original but also maintains UWB characteristics. The measured gain of the miniaturized antenna is -2.12~4.3 dBi, which is comparable with the gain, -2.7~3.1 dBi, of the original circular-slot UWB antenna. The radiation pattern is also similar to that of the original antenna.

Mulit Element를 이용한 PIFA 구조의 Intenna에 관한 연구

임요한,장기훈,윤영중,김용진,김영일,윤익재,Lim, Yo-Han,Chang, Ki-Hun,Yoon, Young-Joong,Kim, Yong-Jin,Kim, Young-Eil,Yoon, Ick-Jae 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.7

본 논문에서는 휴대폰용 내장형 PIFA 형태를 바탕으로 안테나 면을 4개의 element로 나눔으로써 넓은 대역폭과 향상된 이득 특성을 갖는 multi element 안테나를 제안하였으며, CDMA 대역인 $824{\sim}896MHz$와 RFID 대역인 $908.5{\sim}914MHz$를 동시에 만족하도록 설계하였다. 제안된 안테나의 크기는 $35{\times}15{\times}5mm^3$로 S사 A 모델의 케이스를 바탕으로 설계되었으며, 각 element를 안테나 안쪽으로 접어 넣음으로써 안테나의 소형화를 이루었다. 안테나의 광대역 및 향상된 이득 특성을 얻기 위해 안테나의 면을 4개의 element로 나누었다. 그 결과 전류의 패스가 길어지고 나뉘어짐에 따라, 안테나의 중심 주파수가 낮아지고 대역폭이 넓어지는 특성을 보였다. 또한, 안테나를 여러 개의 element로 나눔으로써 좀 더 고른 전류 분포를 갖게 되어 안테나의 효율이 향상되고 이득 값이 향상되는 특성을 가질 수 있었다. 좀 더 고른 전류 분포를 유도하여 안테나의 효율을 향상시키기 위해 전류가 각 element로 직접 전달되도록 급전 점에 변화를 주었다. 그 결과, 안테나의 이득 값이 더욱 향상되었으며, 급전 구조에 변화를 주면서 element를 4개로 설계하여 그 특성을 고찰한 결과, 가장 높은 이득 값을 보임을 확인하였다. 안테나의 이득 값을 유지한 상태로 소형화하기 위해 전류 방향을 고려하여 안테나의 각 element를 안테나의 앞면은 아래쪽으로 양 옆면은 안테나의 안쪽으로 접어 넣었다. 또한, 급전 위치를 조절하여 안테나의 공진 길이를 늘리기 위해 급전 점의 위치를 접지면의 윗부분에 배치하였다. 케이스를 고려하지 않은 상태로 원하는 안테나 특성을 얻었다고 하더라도, 케이스에 부착되면 주파수가 이동되고 원하는 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 저하되기 때문에 휴대폰 케이스에 부착 시 $150{\sim}200MHz$의 주파수 이동이 발생함을 확인한 후에 1.08 GHz에 공진 주파수가 나타나도록 설계하였으며, 공진 주파수에서의 측정된 최대 이득 값은 3.1 dBi를 나타내었다. 케이스를 고려하여 측정한 경우, VSWR<2 기준 임피던스 대역폭은 $0.824{\sim}0.936GHz$로 110 MHz의 대역폭을 갖고 CDMA 대역과 RFID 대역을 동시에 만족할 수 있음을 나타내었다. 측정된 이득 값은 최소 -3.4 dBi에서 최대 -0.5 dBi를 나타내었고, 무지향성 패턴을 보임을 확인하였다. In this thesis, the Multi element antenna with wideband and enhanced gain characteristic is proposed to operate at both frequency range from 824 MHz to 896 11Hz for the CDMA and frequency range from 908.5 MHz to 914 MHz for the RFID band. The proposed antenna has tile size of $35{\times}15{\times}5mm^3$ in order to put it in the A model of S company and each element of the proposed antenna is folded to obtain the minimum size. To obtain the antenna with wideband and high gain characteristic, the radiator of the antenna is divided into 4 elements. As a result, bandwidth of the proposed antenna become broader and lower center frequency is appeared due to increased and lengthened current path. Moreover, the enhanced gain characteristic is verified because divided element structure that induct uniform current distribution can get increased antenna efficiency. To attain more uniform current distribution, modified structure of the feeding point that can deliver currents directly is designed. The antenna that alters the feeding structure has higher gain value. Each element is folded to increase the current paths considering the current directions to attain the miniaturization of the antenna. To measure the handset antenna, the handset case must be considered. Even though antenna is designed for predicted characteristic, the resonance frequency is shifted and antenna gain is deteriorated at predicted frequency while antenna is set in the handset case. 1.08 GHz of the resonant frequency is determined after frequency shift from 150 MHz to 200 MHz is confirmed and the maximum gain is measured as 3.1 dBi while antenna is not set in the handset. In case handset case is considered, the experimental results show that the impedance bandwidth for VSWR<2 is from 0.824 GHz to 0.936 GHz(110 MHz). This result appears that the proposed antenna can cover both CDMA and RFID band at once. The measured gain is from -3.4 dBi to -0.5 dBi and it has omni-directional pattern practically.

폴디드 구조를 이용한 마이크로스트립 안테나의 소형화

허희무,장연정,우종명,Heo Hee-Moo,Jang Yon-Jeong,Woo Jong-Myung 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.5

본 논문에서는 GPS 중심 주파수 1.575 GHz에서 마이크로스트립 안테나의 공진 길이 방향 양끝을 접거나 또는 네 방향 끝을 패치 아래로 모두 접어들이는 방법으로 선형 편파와 원형 편파 마이크로스트립 안테나의 소형화시키는 방법을 제시하고 설계, 제작하였다. 먼저 선형 편파의 경우, 마이크로스트립 안테나를 수직으로 내린 구조로써 안테나의 가시 길이를 $31.7\%(\varepsilon_r=1.06)$ 단축시켰으며, 이러한 접혀진 상태의 안테나를 다시 한번 안테나의 중심방향으로 접어 넣는 구조로 선형 편파 마이크로스트립 안테나를 구현하였다 그 결과 안테나의 가시 길이 단축율은 $73.6\%$이었으며 이득 5.12 dBd를 얻었다 -10 dB bandwidth는 $64MHz(4\%)$이고, E-plane과 H-plane의 HPBW는 각각 $151^{\circ},\;79.2^{\circ}$이었다. 또한 원형 편파의 경우, 네 방향 모두 선형 편파 안테나의 폴디드 구조를 적용시켰으며 접혀 넣어진 밑면의 면적 활용도를 높이기 위해 삼각형 구조로 설계하였다. 이때 안테나의 가시 면적 축소율은 $72.5\%$이었으며, 이득은 3.96 dBd이었다. -10 dB bandwidth는 $84 MHz(5.3\%)$, E-plane과 H-plane의 HPBW는 각각 $80.6^{\circ}$과 $82.1^{\circ}$이었다 이 결과들로부터, 선형 편파와 원형 편파의 폴디드 마이크로스트립 안테나가 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 특성을 유지하면서 소형화되었기 때문에 본 논문에서 제안된 구조가 소형화에 적합함을 확인할 수 있었다. In this paper, the miniaturized the linear polarization and the circular polarization microstrip antennas, which are the two ends in the resonance length direction or all the four-ends were folded are designed and fabricated at the resonant frequency of 1.575 GHz(fur GPS system). For the linear polarization microstrip antenna, the antenna was bent. downward so that the visible length(=L) was reduced by $31.7\%(\varepsilon_r=1.06)$. The folded antenna was folded toward the center of the antenna once again. In this case, the visible length reduction rate, gain, -10 dB bandwidth, E-plane and H-plane HPBW were $73.9\%$, 5.12 dBd, $64MHz(4\%),\;151^{\circ}\;and\;79.2^{\circ}$, respectively. For the circular polarization microstrip antenna, the folded structure of the linear polarization antenna was applied to all the few directions. For the most efficiency the folded bottom surfaces were designed in a triangular shape. In this case, the visible area reduction rate, gain, -10 dB bandwidth, and HPBW in horizontal polarization of the z-x plane and the z-y plane were $71.5\%,\;3.96dBd,\;84MHz(5.3\%),\;80.6^{\circ}\;and\;82.1^{\circ}$, respectively. Therefore, we have confirmed that the folded structure is suitable fer the miniaturization of the microstrip antenna.

대수주기 다이폴 배열 안테나의 소형화 연구

함형준(Hyung-Jun Ham),유홍균(Hong-Kyun Ryu),박범준(Beom-Jun Park),박영주(Young-Ju Park),이규송(Kyu-Song Lee),우종명(Jong-Myoung Woo) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.7

본 논문에서는 VHF 및 UHF 대역에서 사용되는 LPDA(Log-Periodic Dipole Array) 안테나를 소형화 하는 연구를 하였다. LPDA 안테나를 소형화하기 위해, 본 연구에서는 LPDA 안테나의 저주파 대역 방사 소자를 급전 부분의 전류 상쇄 효과가 적은 삼각형 미앤더 구조로 변형시켰다. 삼각형 미앤더 구조는 이등변 삼각형 미앤더 구조와 직각 삼각형 미앤더 구조를 제안하였으며, 두 가지 미앤더 구조를 적용하여 LPDA 안테나를 소형화 하였다. 또한, 소형화된 LPDA 안테나에 대해서 시뮬레이션과 측정 결과를 비교하였다. 그 결과, 이등변 삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나와 직각삼각형 미앤더 구조 적용 LPDA 안테나는 기본형 LPDA 안테나에 비해서 각각 60.5 %, 72.4 %로 소형화되었다. 따라서 제안된 삼각형 미앤더 구조가 LPDA 안테나의 소형화에 적합함을 확인할 수 있었다. In this paper, we studied miniaturization of LPDA(Log-Periodic Dipole Array) antenna used for VHF and UHF bands. To miniaturize the LPDA antenna, in this study, the radiation elements in a low frequency were changed into a triangular meander structure which has small current cancelation effect at feed part. For the triangular meander structure, an isosceles triangular and right triangular meander structures were proposed and the LPDA antennas were miniaturized by using the two meander structures. Also, the simulated and measured results were compared for the two miniaturized LPDA antennas. As a result, the isosceles triangular meander and right angle triangular meander structure applied LPDA antennas were reduced up to 60.5 % and 72.4 % compared a basic LPDA antenna, respectively. Consequently, we confirmed that the triangular meander structure is suitable for miniaturization of a LPDA antenna.

보우-타이 모노폴 UWB 안테나의 소형화 및 대역 저지 특성

최형석(Hyung-Seok Choi),최경(Kyoung Choi),황희용(Hee-Yong Hwang) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.3

본 논문에서는 대역 저지 특성을 갖는 소형화된 보우-타이 모노폴 UWB 안테나를 제안하였다. 기존의 보우-타이 모노폴 안테나에 완전 자계벽(PMW) 조건을 적용하여 안테나의 물리적 크기를 소형화하였다. 임피던스 정합을 위해 접지면의 굴곡각을 조절하였고, 테이퍼 형태의 급전 선로를 적용하였으며, 패치면의 모서리를 잘라 내었다. UWB 대역 내에 존재하는 타 대역의 간섭을 저지하기 위해 패치면에 λ/4 슬롯 공진기를 삽입하였다. 제작된 안테나는 비유전율 6.15를 갖는 Taconic RF60-A 기판을 사용하였다. 제안된 안테나의 크기는 30.0×39.7 mm²로 기존 보우-타이 모노폴 안테나의 약 45%가 줄어들었다. UWB 전체 대역에서 -10 dB 이하의 반사 손실 특성과 5 GHz WLAN 대역의 저지 특성을 나타내었다. -1~5 dBi의 최대 이득 및 1.0 ns 이내의 군지연 변화 특성과 x-y평면의 방사 패턴에서 지향성을 나타냈다. In this paper, a miniaturized bow-tie monopole UWB antenna with band rejection characteristic is proposed. To miniaturize the proposed antenna, a perfect magnetic wall(PMW) condition is applied to primitive bow-tie monopole antenna. An uneven ground patch, a tapered feeding structure and a edge-chopped main patch are adapted for impedance matching. A quater-lambda slot resonator is inserted at main patch to prevent interference in UWB band from another band. The proposed antenna is fabricated on Taconic RF60-A substrate with relative permittivity of 6.15. The size of the proposed antenna is 30.0×39.7 mm2, which is only 45 % of the conventional bow-tie monopole antenna. The proposed antenna covers full UWB band with return losses less than ?10 dB and has band stop characteristic in 5 GHz WLAN band. The maximum gains are within -1.0 ~5.0 dBi, the group delay variations are within 1.0 ns and the radiation patterns show directivity characteristics in x-y plane.

선박 통신용 HF 휩 안테나의 소형화

박동국 ( Dong Kook Park ),양규식 ( Gyu Sik Yang ),정기룡 ( Gi Ryong Jeong ),김정창 ( Jeong Chang Kim ),정성훈 ( Sung Hun Jung ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.1

본 논문에서는 선박 통신용 HF 휩 안테나의 소형화 방법을 제안한다. HF 휩 안테나의 크기를 줄이기 위해 선형 휩 안테나의 끝 부분을 헬리컬 형태로 변형하였다. 상용 휩 안테나에 비해 60% 정도의 크기를 갖는 휩 안테나를 설계하였고, 상용의 휩 안테나와 변형된 휩 안테나를 사용한 통신실험을 수행하였다. 실험을 통해 제안하는 휩 안테나가 선박 통신용 상용 휩 안테나를 대체할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we present the size reduction method of HF whip antenna for ship communication. To reduce the size of the HF whip, the end part of linear whip is modified to helical type. We designed the whip antenna with 60% size of the commercial whip antenna and carried out communication experiments using the commercial and the designed whip antennas. From the experimental results, we found that the proposed whip antenna can replace the commercial whip antenna for ship communication.

Design and Characterization of Miniaturized Printed Antenna for UWB Communication Systems

Hussain Niamat,Syed Naheel Raza Rizv,Awan Wahaj Abbas 대한전기학회 2021 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.16 No.2

An electrically small ultra-wideband antenna for modern compact devices is presented in this paper. The antenna is constructed using a low-cost FR4 substrate, where etching slot and stub loading techniques are utilized to achieve miniaturization. The antenna comprises of simple geometrical structure with an overall size of 0.13 λ o × 0.19 λ o × 0.02 λ o ( λ o is the free-space wavelength at 3.5 GHz). A sample prototype was fabricated and tested to validate various performance parameters of the antenna. The antenna has measured 10 dB impedance bandwidth ranging from 3.55–12.16 GHz with a stable gain having a maximum value of 4.52 dBi. The performance comparison with state-of-the-art works shows that the proposed antenna off ers the advantages of miniaturized size, simple geometry along with competitive bandwidth and stable radiation characteristics.

누설전자파 측정을 위한 초광대역 로그주기 안테나의 소형화

최동훈(Dong-Hoon Choi),김태형(Tae-Hyung Kim),문준호(Jun-Ho Moon),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.10

본 논문에서는 안전한 전파 환경의 구현과 전자파적합성(Electromagnetic Compatibility: EMC) 문제를 해결하기 위한 초광대역 로그주기 다이폴 안테나의 소형화를 연구하였다. 또한 고주파 대역에서 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 안테나에 발룬(balun)을 부착하여 차동 모드인 안테나와 단일 모드인 동축 케이블의 동작을 안정화 하였다. 제안한 안테나의 소형화와 대역을 증가시키기 위해 4 GHz 이하의 공진 주파수 대역에는 fat 다이폴 구조를 사용했으며, 4 GHz 초과의 공진 주파수 대역에서는 일반적인 다이폴 형태를 사용하였다. 제안한 안테나의 대역폭은 0.6~8.0 GHz이고, 비 대역폭이 12.3 : 1이다. 측정된 최대 이득은 5.7~9.1 dBi을 나타내며, 반 전력 빔폭은 29.4°~100.2°인 지향성 안테나이다. In this paper, to implement the electromagnetic wave environment and solve electromagnetic compatibility(EMC) problem, miniaturization of ultra-wide band log periodic dipole antenna for measurement was investigated. In addition, in oder to improve the signalto-noise ratio in high frequency band, balun was connected to the antenna to stabilize the operation of the differential mode antenna and the single mode coaxial cable. To minimize the total size and to increase bandwidth of the antenna, a fat dipole structure was used for the resonance frequency band below 4 GHz and a general dipole shape was used for that above 4 GHz. The bandwidth of the proposed antenna was represented from 0.6 GHz to 8.0 GHz with a ratio bandwidth of 12.3 : 1. Measured peak gain varies from 5.7 dBi to 9.1 dBi, and a half power beamwidth was presented from 29.4° to 100.2° in operating range.