Meander line을 利用한 IMT-2000 端末機用 內臟型 칩안테나에 관한 硏究 = (A) Study on the Internal Chip Antenna for IMT- 2000 Handsets Using Meander Lines

국문 초록 (Abstract)

최근, 이동통신 단말기에 있어서 내장형 칩 안테나는 중요한 논점이 되고 있다. 본 논문에서는, 내장형 칩 안테나에 대한 선행 연구로써, 유전체 공진기 안테나를 연구하였다. 본 논문은 직육면체 모양을 갖는 유전체 공진기 안테나의 공진 주파수, 및 임피던스 대역폭에 대한 이론식, 시뮬레이션 및 측정 결과를 비교 분석하였다. 직육면체 유전체 공진기 안테나의 공진 주파수는 유전체 도파관 모델 (Dielectric Waveguide Model)을 이용하여 추정하였다. 이 모델을 이용하여 유전체 공진기 안테나의 종횡비가 결정되므로써 얻을 수 있는 최저 차수의 공진 주파수와 임피던스 대역폭을 종횡비 변화에 따라 3차원 그래프로 제시하였다. 이 그래프는 임의의 주파수에서 공진하는 유전체 공진기 안테나의 설계시에 유용할 수 있다. 유전체 도파관 모델의 정확도를 검증하기 위해서, 상대 유전율이 37.84와 90인 유전체를 개구결합 급전방식과 동축선로 급전방식으로 급전하였고, 근사식, 시뮬레이션 및 측정결과를 비교하여 최대 8% 이내의 오차를 확인함으로써, 유전체 도파관 모델의 정확도를 검증하였다. 이런한 연구를 기본으로 하여, 본 논문에서는 마이크로스트립 급전방식과 co-planar 급전 방식을 이용한 meander line 칩 안테나를 제안하였다. meander line의 여러 파라미터를 변화시키면서, 그에 대한 영향을 분석하였다. 이러한 분석은 meander line을 이용한 칩 안테나를 설계하는데 있어서 유용한 정보가 될 것이다. 또한, 보다 첨소화될 수 있는 방안을 제시하여, 제안된 칩 안테나를 단말기 내장형으로 사용하는데 유리하게 하였다. 제안된 칩 안테나의 방사패턴은 다이폴 안테나와 유사하고 이득은 1dBi ∼ 2dBi 사이이며, 대역폭은 반사손실 10dB를 기준으로 7 % 이상의 광대역이다. 이와 같이 설계된 칩 안테나를 IMT-2000 단말기에 내장하여, 송수신 대역에서 사용할 수 있도록 설계하였다. 설계된 송신용 안테나는 크기가 11.5×4×1mm이고 임피던스 대역폭은 140MHz (7% : 1.91GHz ∼ 2.05GHz)이다. 설계된 송신용 안테나는 크기가 10.3×4×1mm이고 임피던스 대역폭은 220MHz (10.3% : 2.03GHz ∼ 2.25GHz)이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the internal chip antenna is hot issue for mobile communication handsets.
In this paper, as preceding study about internal chip antenna, the dielectric resonator antenna is studied. The dielectric waveguide model (DWM) is used to analyze the dielectric resonator antenna.
This paper compares the theory (DWM) with the simulation and measurement results for resonant frequency, radiation Q and impedance bandwidths of rectangular dielectric resonator antenna.
On the basis of these theories, the chip antenna that can be put in IMT-2000 handsets is designed. For compact size of antenna, the high permittivity material (=9.8) and meander line conductor are used. The size of transmitting antenna is 11.5×4×1mm and the bandwidth is 140MHz ( 7% : 1.91GHz ∼ 2.05GHz ). The size of receiving antenna is 10.3×4×1mm and bandwidth is 220MHz ( 10.3% : 2.03GHz ∼ 2.25GHz )

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제2장 유전체 공진기 안테나의 기본적 이론 = 3
• 제2-1절 유전체 공진기 안테나의 특성 = 3
• 제2-2절 급전구조 및 공진기 내부의 필드분포 = 4
• 2.2.1. 유전체 공진기 안테나의 급전구조 = 4
• 2.2.2. 유전체 공진기 안테나 내부의 필드분포 = 5
• 제2-3절 유전체 공진기 안테나의 공진주파수와 대역폭 = 9
• 2.3.1. DRA 종횡비 변화에 따른 공진주파수 = 11
• 2.3.2. DRA 종횡비 변화에 따른 방사전력 = 12
• 2.3.3. DRA 종횡비 변화에 따른 축적된 평균 전기에너지 = 13
• 2.3.4. DRA 종횡비 변화에 따른 방사 Q = 14
• 2.3.5. DRA 종횡비 변화에 따른 대역폭 = 16
• 제3장 유전체 도파관 모델(DWM)의 정확도 검증 = 18
• 제3-1절 DWM, 모의실험 및 측정값 비교 = 18
• 제4장 IMT-2000 단말기용 내장형 칩안테나 설계 = 22
• 제4-1절 Meander line 설계 = 22
• 4.1.1. Meander line 칩 안테나의 기본 구조 = 22
• 제4-2절 Meander line 파라미터 분석 = 25
• 제4-3절 첨소화와 광대역화 = 30
• 4.3.1. 반사판을 이용한 Meander line 칩 안테나 = 30
• 4.3.2. 적층의 Meander line을 이용한 칩 안테나 = 31
• 제5장 제작 및 측정 = 34
• 제5-1절 제작된 칩 안테나의 임피던스 대역폭 = 34
• 제5-2절 제작된 칩 안테나의 방사패턴 = 39
• 제5-3절 Mocj-uo 구조에서의 특성변화 = 41
• 제6장 결론 = 43
• 참고문헌 = 45
• ABSTRACT = 47