UHF 대역 수동형 RFID 태그 안테나 설계

조치현,추호성,박익모,김영길,Cho Chihyun,Choo Hosung,Park Ikmo,Kim Youngkil 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.9

본 논문에서는 수식적 방법을 통하여 수동 RFID 태그 안테나의 동작 원리를 설명하였고, 유도 결합 방식을 이용하여 커패시티브한 태그 칩을 부가적인 정합 회로 없이 장착할 수 있는 UH F대역 초소형 수동 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 단일 평면 구조 형태로 PET 기판에 손쉽게 인쇄할 수 있어 생산비 절감을 통한 대량 생산이 용이하며, Pareto 유전자 알고리즘과 IE3D 시뮬레이션 툴로 최적화하여 안테나의 크기를 kr=0.27($2 cm^2$)까지 소형화하였다. 최적화 한 RFID 태그 안테나의 성능을 검증하기 위하여 몇 개의 표본 안테나를 제작하고 반사 손실, 복사 효율, 복사 패턴 등을 측정하였다. 상용 태그 칩과 고정형 리더 시스템을 이용하여 제작된 태그 안테나의 인식 거리를 측정하였고, 약 $1{\~}3 m$의 인식 거리를 가지는 것을 확인하였다. In this paper, we examined the operating principle of a passive tag antenna for RFID system in UHF band. Based on the study, we proposed a novel RFID tag antenna which adopts the inductively coupled feeding structure to match antenna impedance to a capacitively loaded commercial tag chip. The proposed tag antenna consists of microstrip lines on a thin PET substrate for low-cost fabrication. The detail structure of the tag antenna were optimized using a full electromagnetic wave simulator of IE3D in conjunction with a Pareto genetic algorithm and the size of the tag antenna can be reduced up to kr=0.27($2 cm^2$). We built some sample antennas and measured the antenna characteristics such as a return loss, an efficiency, and radiation patterns. The readable range of the tag antenna with a commercial RFID system showed about 1 to 3 m.

Pareto 유전자 알고리즘을 이용한 초소형 유도결합 안테나 설계

조치현,추호성,박익모,김영길,Cho Chihyun,Choo Hosung,Park Ikmo,Kim Youngkil 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.1

본 논문에서는 NEC 코드와 Pareto 유전자 알고리즘 최적화 기법을 이용하여 초소형 유도결합 안테나를 설계하였다. 최적화된 유도결합 안테나 중 몇 가지 표본을 제작하고 성능을 측정하였다. 일반적으로 안테나의 크기가 작아질수록 입력 저항, 대역폭 및 효율이 감소하는데 비하여 제안된 방법으로 설계된 유도결합 안테나는 다른 부가적인 정합회로 없이 우수한 성능을 보인다. 간단한 회로 모델을 도입하여 제안된 유도결합 안테나의 동작원리를 설명하였고, Duroid 기판 위에 평면 구조로 제작하여 RFID 태그 안테나로써 성능을 입증하였다. In this paper, we explore the inductively coupled concept and propose a class of electrically small planar antennas. The antennas are optimized using NEC in conjunction with a Pareto GA. These antennas show good efficiency and bandwidth performance without any additional matching network. Several optimized designs are fabricated and measured. We explain the operating principle of these antennas using a simple lumped element circuit model. The proposed antennas are translated as printed lines on Duroid for RFID tag antennas.

다중의 단락핀을 가지는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 모노폴 안테나의 특성 연구

정종호,문영민,추호성,박익모,Jung Jong-Ho,Moon Youngmin,Choo Hosung,Park Ikmo 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.12

본 논문에서는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 디스크-로디드 모노폴 안테나의 사각 디스크에 연결된 단락핀의 수와 배열 간격 등의 변화에 따른 안테나 특성을 연구하고 각각의 단락핀 수에 따른 최적화된 안테나를 설계하였다. 전자기적 결합 급전 소형 모노폴 안테나는 각각 모노폴로 동작하는 단락된 사각 디스크의 공진과 사각 스파이럴 스트립 급전 선로의 공진이 전자기적으로 결합하여 넓은 대역폭을 가지게 된다. 안테나에서 사각 디스크의 단락핀의 수와 배열 간격은 디스크의 캐패시턴스에 영향을 주게 되어 공진주파수는 1.90 GHz에서 2.556 GHz까지 이동하며 이에 따라서 안테나의 전기적 크기와 대역폭에도 영향을 미치게 된다. 사각 디스크에 단락핀이 3개 연결되었을 때 안테나는 2.556 GHz의 중심 주파수에서 전기적 부피가 $0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0$ 이하로써 소형의 크기를 가지며 $26.8\%$의 넓은 대역폭을 가진다. This paper presents the characteristics of the electromagnetically coupled small broadband disk-loaded monopole antenna with multiple shorting pins. The electromagnetically coupled monopole antenna can achieve broad bandwidth by controlling resonant frequency of the rectangular disk-loaded monopole and a probe with the spiral strip line monopole. The number and arrangement of the shorting pin affect the capacitance of the disk. The variation of the capacitance changes resonant frequency of the antenna, and therefore, its electrical sizes and frequency bandwidth are also affected. The antenna with three shorting pins has a volume of $0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0$ in electrical length and the frequency bandwidth of $26.8\%\;for\;VSWR\leq2$ with the center frequency at 2.556 GHz.

수직 접지면을 가지는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 모노폴 안테나의 설계

김명범,정종호,추호성,박익모,Kim Myung-Bum,Jung Jong-Ho,Choo Hosung,Park Ikmo 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.6

본 논문에서는 수직한 접지 면에 연결된 단락된 사각 디스크와 폴디드 스트립 선로 급전을 전자기적으로 결합한 소형 광대역 디스크-로디드 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 단락된 사각 디스크 아래에 폴디드 스트립 선로를 위치시킴으로써 소형$(0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0)$으로 구현할 수 있으며, 단락된 사각 디스크의 공진과 사각 폴디드 스트립 선로 급전의 공진을 결합함으로써 중심 주파수 2.313 GHz에서 $VSWR\leq2$를 기준으로 약 $37.6\%$의 넓은 대역폭을 이룰 수 있다. 또한 수직한 접지면에 의한 복사 패턴의 왜곡 현상을 개선하기 위하여 접지면에 직사각형의 슬릿을 삽입함으로써 후방 복사를 3 dBi 이상 감소시켰다. 설계한 안테나는 일반적인 모노폴 안테나와 유사한 전방향성의 복사 패턴을 보이며 이득은 대역폭 내에서 약 2.6 dBi의 값을 가진다. This paper presents a folded stripline-fed small broadband disk-loaded monopole antenna with vertical ground plane. The bandwidth of the proposed antenna can be enhanced by electromagnetic coupling between the shorted rectangular disk and the probe with folded strip line. The measured impedance bandwidth of the proposed antenna is $37.6\%$ for $VSWR\leq2$ with the center frequency at 2.313 GHz and has the physical dimensions of only $11mm\times11mm\times11mm$ which corresponds to the electrical length of $0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0$. For improving the radiation pattern characteristics, rectangular slits are inserted in the vertical ground plane. Rectangular slits affect the currents distribution on the ground plane, so that the antenna radiation in the direction of the ground plane is reduced more than 3 dBi. Gain of the antenna is approximately 2.6 dBi within the bandwidth.

UHF 대역 CP 스파이럴 RFID 리더 안테나 설계

이주용(Chuyong Lee),추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park),한원근(Wone Keun Han) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.5

본 논문에서는 스파이럴 구조를 이용하여 UHF 대역에서 원형 편파 특성을 가지는 RFID 리더 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 FR-4 기판에 스트립 라인으로 인쇄되어 대량 생산이 용이한 평면 구조이며, UHF RFID 주파수 대역폭(860~960 ㎒)을 만족시킬 수 있도록 설계하였다. 또한, 본체를 스파이럴 구조로 제작하여 원형 편파 특성이 광대역(860~960 ㎒)에서 일어날 수 있도록 하였으며, 급전 부분은 0.25 λ 정합기를 사용하여 임피던스 정합이 이루어지도록 하였다. 제안된 안테나는 복사 이득과 복사 패턴의 조절이 용이하고, 크기가 소형화되었음에도 불구하고 광대역에서 임피던스 정합 및 원형 편파 특성을 유지할 수 있다. 측정 결과, 제작된 안테나는 반사 손실 대역폭 13 %, 원형 편파 대역폭 23 %의 특성을 가지고, 동작 주파수 대역에서 약 6.5 ㏈i의 복사 이득을 가져, RFID 리더 안테나로 활용할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose a novel structure of a spiral antenna with a CP characteristic for RFID reader in UHF band. Since the proposed antenna can be built by printing on a FR-4 substrate, it is appropriate for low-cost massproduction. The antenna is designed to operate in UHF band of 860~960 ㎒. The CP bandwidth is increased enough to cover an overall UHF RFID band by using a spiral structure for the antenna arm. The matching bandwidth is broadened by using a quarter-wave transformer between the feed and the antenna body. The proposed antenna has advantages of its easy gain and pattern control with a small antenna size. The measured antenna performance shows the matching bandwidth of 13%, the CP bandwidth of 23 %, and the gain of 6.5 ㏈i. This verifies that the proposed antenna is appropriate for RFID antennas in UHF band.

FSS 구조를 이용한 Cavity-Backed 고이득 이중 대역 마이크로스트립 안테나 설계

김병철(Byoungchul Kim),추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 Frequency Selective Surface(FSS)를 이용하여 IEEE 802.11a/b 대역에서 11 ㏈i 이상의 이득과 유사한 모양의 복사 패턴을 가지며 동작하는 cavity-backed 이중 대역 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 안테나의 크기는 71.5×42.0×6.6 ㎣이고, FSS의 크기는 120.0×120.02 ㎟, 그리고 cavity를 포함한 접지면의 크기는 150.0×145.0 ㎟이다. 안테나는 동축 케이블을 이용하여 급전하였으며, 안테나와 FSS는 비유전율이 3.38인 RO4003 기판 위에 설계하였다. 전산 모의 실험 결과, VSWR<2 기준으로 2.369∼2.517 ㎓와 5.608∼5.833 ㎓ 의 대역폭을 가지며, 각 대역의 중심 주파수에서의 이득은 11.23 ㏈i와 12.60 ㏈i이다. In this paper, a cavity-backed high gain dual band microstrip antenna with Frequency Selective Surface space(FSS) for WLAN is proposed. The proposed antenna that operates in IEEE 802.11a/b bands with similar radiation pattern and gain is fabricated on RO4003 substrate with a dielectric constant of 3.38. The size of the antenna is 71.5×42.0×6.6 ㎣, and the FSS size is 120.0×120.02 ㎟. The ground plane size including cavity is 150.0×145.0 ㎟. The antenna is fed by coaxial cable. The simulated bandwidths of the antenna are 2.369∼2.517 ㎓ and 5.608∼5.833 ㎓ for VSWR<2. The gains are 11.23 ㏈i and 12.60 ㏈i, respectively, for the lower and upper bands.

항공기용 내장형 온-글래스 안테나 설계

강우준(Woojoon Kang),추호성(Hosung Choo),김영기(Younggi KIim),강호원(Howon Kang) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.12

본 논문에서는 FM 라디오 송수신을 위한 항공기용 글래스 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 광대역 주파수 특성을 얻기 위해 다중 루프 구조를 채택하였으며 탑승자의 시야확보를 극대화하기 위해 창틀 구조를 모사한 안테나 형상을 선택하였다. 세부적인 설계 변수는 Pareto 유전자 알고리즘을 이용하여 최적화하였으며 설계된 글래스 안테나를 실제 한국형 기동헬기조종석 측면 유리에 인쇄한 후 성능을 측정하였다. 측정결과 FM 주파수 대역에서 63.3%의 반전력 대역폭과, 전면방향(bore-sight direction)에서 평균 ?12.98 dBi의 수직편파 복사이득을 보였다. In this paper, we propose an aircraft on-glass antenna for FM radio reception. To obtain broad matching bandwidth, we employed a multiple loop as the basic antenna structure, and the shape of the loops mimics the frame of a window in order to ensure pilots’ field of view as large as possible. The detailed design parameters of the multi-loop structure were determined using a Pareto genetic algorithm with a full wave EM simulation tool. The optimized on-glass antenna was built and installed on a Korean utility helicopter (KUH). The measurement results showed a half power matching bandwidth of about 63.3 %, average vertical bore-sight gain of about -12.98 dBi in the FM band.

열린 도파관을 이용한 배열안테나의 전자파 해석 등가 모델링 기법

이동은(Dongeun Lee),변강일(Gangil Byun),추호성(Hosung Choo) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.6

본 논문에서는 대형 구조체에 장착된 안테나의 효율적인 성능예측을 위하여, 열린 도파관을 이용한 배열안테나 해석 등가 모델링 기법을 제안하였다. 등가 모델을 구현하기 위하여 우선 배열 안테나의 개별 소자를 열린 도파관 형상으로 설계하였으며, 도파관의 깊이, 도파관의 개구면 넓이, 그라운드의 크기를 조절하여 원하는 개별 소자의 방사패턴의 도출이 가능하도록 하였다. 개발된 개별 소자를 두 가지 타입의 배열안테나의 등가 모델링에 적용하였다. 등가모델을 이용하여 도출된 안테나의 성능을 원본 안테나의 해석 성능과 비교하였으며, 최대이득은 0.2 dB, 반전력 빔폭은 1° 이내의 오차를 보여, 등가모델을 이용한 원본 안테나의 성능 모사가 가능함을 확인하였다. 또한, 제안된 등가모델을 간단한 항공기 형상에 장착하여 전자파 해석을 수행하였으며, 원본 안테나를 탑재한 해석 결과와 비교하였고, 그 결과 시뮬레이션 필요 해석 자원 및 해석 시간이 60 % 이상 감소하는 것을 확인하였다. In this paper, we propose an equivalent model of array antennas that use open-ended waveguides for effective EM simulation. We first investigate an individual element that consists of an open-ended waveguide and square ground plane. The waveguide length, aperture size, and ground size of the individual element are adjusted to give a similar radiation pattern to that of the individual element of the original antenna. We then apply the designed equivalent model to two different types of array antennas, such as a microstrip patch array and a waveguide array antenna. Comparison of the simulation results using the equivalent model with the results obtained with the original antenna reveals a difference in gain of less than 0.2 dB and a difference in half power beam width(HPBW) of less than 1°. The designed equivalent model is then mounted on a simple aircraft, and the simulation results are again compared to results from the original antenna. We find a 60 % reduction in simulation resources and time when compared with the original antenna model.

수직 접지면을 가지는 4중 대역용 이중 스파이럴 라인 로디드 모노폴 안테나

김병철(Byoungchul Kim),Truong Khang Nguyen,추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.8

본 논문에서는 수직 접지면을 가지는 4중 대역용 이중 스파이럴 라인 로디드 모노폴 안테나를 제안한다. 안테나의 크기는 38×12×7 ㎣이고, 접지면의 크기는 40×92 ㎟이다. 측정된 안테나의 대역폭은 VSWR≤2를 기준으로 첫 번째 대역과 두 번째 대역에서 각각 11.7 %와 24.8 %이며, Cellular(0.824~0.894 ㎓), PCS(1.750~1.870 ㎓), UMTS(1.920~2.170 ㎓) 그리고 IMT-2000(1.885~2.200 ㎓) 대역을 동시에 수용한다. 측정된 안테나의 최대 이득은 Cellular, PCS, UMTS, IMT-2000 대역의 중심 주파수에서 -0.99 ㏈i, 4.07 ㏈i, 2.72 ㏈i와 4.33 ㏈i이다. In this paper, we propose a dual-spiral line loaded monopole antenna having a vertical ground plane for quadband applications. The antenna occupies a volume of 38×12×7 ㎣ with a 40×92 ㎟ ground plane. The measured impedance bandwidths of the antenna based on VSWR≤2 are approximately of 11.7 % and 24.8 % in the first and second frequency band, respectively. The operating frequency can simultaneously cover Cellular(0.824~0.894 ㎓), PCS(1.750~1.870 ㎒), UMTS(1.920~2.170 ㎒), and IMT-2000(1.885~2.200 ㎓) bands. The maximum gains of the antenna are -0.99 ㏈i, 4.07 ㏈i, 2.72 ㏈i, and 4.33 ㏈i at the center frequencies of the Cellular, PCS, UMTS, and IMT-2000 bands, respectively. Good radiation patterns are experimentally obtained.

재구성 정합 회로를 이용한 평판형 이중 모드 안테나 설계

김윤건(Yoon Geon Kim),계영철(Youngchul Kay),추호성(Hosung Choo) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.12

본 논문에서는 RF 스위치 역할을 하는 핀-다이오드를 이용하여 정합 회로의 형상을 변경하는 새로운 형태의 재구성 안테나를 제안하였다. 개발된 안테나는 HSDPA 대역(2.1~2.2 ㎓), WiBro?WiFi 대역(2.3~2.5 ㎓)에서 Mode 1과 Mode 2의 두 가지 모드로 동작할 수 있도록 하였으며, polyarcylate 기판의 양면을 이용하여 제작 및 측정을 하였다. 측정 결과, Mode 1과 Mode 2의 동작 주파수에서 547 ㎒(S11<?3 ㏈, 2.035~2.582 ㎓), 600 ㎒(S11<?3 ㏈, 2.2~2.8 ㎓)의 대역폭을 보였으며, 각각 ?4.4 ㏈i, ?4.5 ㏈i의 x-y 평면 평균 수직 복사 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel reconfigurable antenna that can change the electrical shape of the matching network using RF switches of PIN diodes. The designed antenna operates at two different modes that are Mode 1 (HSDPA band, 2.1~2.2 ㎓) and Mode 2(WiBro?WiFi band, 2.3~2.5 ㎓). The antenna is built on both sides of a polyarcylate substrate. The measured reflection coefficient shows a matching bandwidth of 547 ㎒(S11<?3 ㏈, 2.035~2.582 ㎓) for Mode 1 and 600 ㎒(S11<?3 ㏈, 2.2~2.8 ㎓) for Mode 2, and it shows average vertical gains of ?4.4 ㏈i and ?4.5 ㏈i in x-y plane, respectively.