PCS / UWB 대역의 광대역 안테나 설계

Abstract

본 논문에서는 CPW 급전방식의 사각 방사 패치면에 슬롯(slot)과 슬릿(slit)을 주어 대역폭을 개선하여, 소형화와 광대역을 구현하였다. Korea PCS(1.75 ~ 1.87 GHz)대역에서 UWB(3.1 ~ 10.6 GHz)대역까지 1.75 GHz ~ 10.60 GHz의 주파수 대역을 finite element moment(FEM) 알고리즘(HFSS Ver.10.0)으로 모의실험하고 제작 측정 분석하였다. 세 가지 종류의 안테나 모델을 서로 다른 방법으로 실험하고, 세 번째의 모델은 제작 측정하여 분석하였다. 첫 번째의 실험 모델은 접지면의 변형에 따른 방법으로 주파수 대역 1.55 ~ 10.64 GHz이며 9.90 GHz의 대역폭을 갖는다. 두 번째의 실험 모델은 CPW line의 사각 방사 패치에 스텝(step)과 슬릿(slit)을 주어 광대역을 구현하였으며 주파수 대역은 1.61 ~ 11.30 GHz이며 9.69 GHz의 대역폭을 갖는다. 세 번째의 실험 모델은 두 번째 모델에 슬롯의 위치를 변경하여 주파수 1.69 ~ 10.79 GHz의 대역을 갖으며 대역폭은 9.0 GHz이다. 그리고 주파수 저지 특성을 갖는 UNII rejection을 실험하여 VSWR ≥ 2를 갖는 5.10 ~ 5.94 GHz의 주파수 저지 대역을 구현하였으며, 이때의 전체 주파수대역은 1.70 ~ 10.76 GHz이다. 제작된 안테나 크기는 30 × 20 mm², 재질은 FR4-PCB, 유전율()은 4.4, 높이(h)는 0.8mm이다. network analyzer(300 KHz ~ 8 GHz)로 Ret-urn loss를 측정하고, 무반사실(anechoic chamber)에서 방사패턴(3 GH-z)을 측정하였을 때, 측정 결과는 VSWR ≤ 2에서 주파수 2 ~ 8 GHz 대역의 6.0 GHz의 대역폭과 평균 0.76 dBi의 이득을 갖는다.; In this thesis, CPW monopole antennas were implemented to improve the bandwidth and miniaturization by using slot and slit on the patch. In addition, proposed wideband antennas were analyzed and measured over Korea PCS band (1.75 ~ 1.87 GHz) to UWB band (3.0 ~ 10.60 GHz) Simulation was performed with a Finite Element Moment(FEM) algorithm simulator(HFSS of Ansoft). Herein three kinds of monopole antenna were suggested, and one of them was finally implemented and measured. The first antenna is operating from 1.55 to 10.64 GHz, which antenna was configured with the ground variation. The second antenna modified the monopole antenna to have a wider bandwidth by using step and slit on the CPW-line and operating from 1.61 to 11.30 GHz. The third antenna has a UNII rejection characteristic from 5.10 to 5.94 GHz and also operates from 1.69 GHz to 10.79 GHz, which was implemented with changing the location of slots of the second antenna. The antenna is fabricated with size of 30 × 20 mm². The substrate used is FR4 with relative permittivity of 4.4, and thickness of 0.8 mm. Measurement was performed for the return loss with a Network Analyzer(300 KHz to 8.0 GHz) and the radiation pattern in Anechoic chamber. Finally, The measured antenna resulted in the impedance bandwidth of 6 GHz operating from 2.0 to 8 GHz for VSWR ≤ 2 and the average gain of 0.76 dBi.