Mulit Element를 이용한 PIFA 구조의 Intenna에 관한 연구 = A Study on the Intenna Based on PIFA with Multi Element

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

참고문헌 (Reference)

1 H. G. Booker, "The concept of an angular spectrum of plane waves and its relation to that of polar diagram and aperture distrubution" 11-17, 1950

2 "The Intenna Group"

3 J. -O. Mattsson, "Surface mounted PIFA" 2 : 379-382, 2005

4 M. Shinji, "Small or low profile antennas and radio communication systems" J71-B (J71-B): 1198-1205, 1988

5 K. Fujimoto, "Small Antennas" Research Studies Press Ltd., London and John Wiley & Sons Inc 1987

6 John D. Kraus, "Antennas, ch. 15"

7 Yong-Sun, "A broadband interior antenna of planar monopole type in handsets" 4 : 9-12, 2005