기술공학 - 마이크로 스트립 패치 안테나 제작

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기술공학 - 마이크로 스트립 패치 안테나 제작에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

Hz에서 가장 낮은 반사손실 -12.798dB를 갖는다.
내 제작 안테나길이 L = 3mm , 이론 길이 2.8560mm
프린트에 적은 데이터 상의 중심 주파수 0 = 2.404GHz이며 RL=-15dB.
⑵ 방사패턴
실험 장비가 915MHz와 10GHz 두 개의 신호만을 측정이 가능하므로 제작만 하고 측정을 하지 못했다.
마이크로스트립 패치안테나의의 방사패턴은 루프 안테나와 같이 전계는 다이폴의 자계와 같고, 자계는 다이폴의 전계와 같은 형태.
루프 안테나의 빔폭이 90 이므로 패치 안테나도 이와 비슷하다면 다이폴 빔폭에 비해 크므로 대략 지향성 D< 2.15dBi가 될 것으로 추측가능.
⑶ 입력 임피던스.
입력 임피던스 데이터는 직접 제작한 안테나의 데이터입니다.
중심 주파수0 =2.402GHz ( 박경준의 스펙트럼상 중심 주파수 =2.457GHz)
<표2. 입력 임피던스>
중심 주파수 0 에서 입력 임피던스는
Zant = 62.908 - j15.2525 Ω =0.175∠-42.06 , RL[dB]=-15.14dB
(단, Z0 = 50 Ω 일때)
스펙트럼에서 측정한 데이터 RL= -15dB,
입력 임피던스로 계산한 데이터 RL= -15.14dB
VSWR = 2.0 인 원 안에 들어오는 부분이 임피던스 대역폭이 된다.
⑷반파장 안테나의 특성.
이론 : 28.5mm 제작안테나 길이 변경 : 30mm 시 f=2.402GHz
∴안테나 길이 L ∝ (1 / )
중심 주파수
원하는 주파수
2.4GHz
박경준 주파수
2.45GHz
제작 주파수
2.402GHz
RL[dB] 측정
중심 주파수 2.402GHz에서 최소 RL값 -15.14dB를 갖는다.
박경준 RL 데이터에서 동작 대역폭 : 2435 ~ 2475MHz BW = 40MHz,
퍼센트대역폭 : 1.6%
퍼센트 대역폭을 통해 마이크로스트립 패치 안테나의 -10dB 지점 대역폭이 매우 좁을 것 이라걸 알 수 있다.
방사패턴
마이크로스트립 패치 안테나의 방사패턴은 루프 안테나와 같이 전계는 다이폴의 자계와 같고, 자계는 다이폴의 전계와 같은 형태일 것이라 추측.
<방사패턴 그림 >
이득(지향성)
방사패턴이 루프 안테나와 같다고 가정하면 루프 안테나의 빔폭은 90이다.
다이폴 안테나의 빔폭이론치 78를 기준으로 이득 D<2.15dBi로 예측 할 수 있다.
입력 임피던스
Zant = 62.908 - j15.2525 Ω =0.175∠-42.06 , RL[dB]=-15.14dB
( VSWR 1.5:1 )가 된다.(단, Z0 = 50 Ω 일때)
표2에서 VSWR 2.0인 정재파 원을 통해 90%이상 전력 전달이 되는 입력 임피던스 대역폭을 구 할 수도 있다.
찍힌 점을 보면 반사계수가 작을 수록 입력 임피던스는 정재파비 1인 원을 향해 갈 것이고, 반사계수가 0이라면 스미스차트에 찍힌 입력 임피던스 Zant = 1 Ω일 것이다.
편파
마이크로 스트립 패치 안테나는 원형편파를 갖는다.
송(수)신시 수(송)신기의 안테나가 편파가 다른 원형편파만 아니면 최소1/2 전력을 송수신 할 수 있다.
5. 결론
⑴제작과정의 유의 사항.
그림 1 을 기판 위에 그린다. 그린 그림에 맞추어 구리테이프를 잘라 붙여 안테나 완성.
정합 회로가 되는 Lm 부분의 길이가 중요하다.
설계 이론치 L =2.85cm로하면 주파수가 높게 나오기 때문에 L=4cm로해서 잘라나간다.
스펙트럼 분석기로 2.4GHz가 되게 안테나 길이 L 를 줄여나간다.
⑵제작 안테나
이론
제작
중심주파수
2.4GHz
2.402GHz
FREQUENCY
-
-
BANDWIDTH
-
-
VSWR
<2:1
<2:1
HPBW
90 (루프안테나)
90
IMPEDANCE
50Ω
62.908 - j15.2525 Ω
Er
fr
h(mm)
W(cm)
L(cm)
W0(cm)
Wm(cm)
Lm(cm)
L0(cm)
설계
4.7
2.4GHz
1.6
3.8
3
0.3
0.1
1.7
6.9
<제작 안테나 길이>
⑶ 안테나 길이와 주파수의 관계
길이 L이 줄어들 수록 주파수가 커진다.
W가 변하면 Zant 값이 변하게 된다. 임피던스가 변하면 안테나의 모든 특성이 바뀌게 된다.
⑷RL[dB]
박경준의 RL=-10dB에서 BW=1.6% , 최소 값 : -12.798dB
이를 통해 마이크로 스트립 안테나의 동작 대역폭이 좁고. 전력 전달 율은 90~95%가 최고가 된다.
⑸HPBW
측정 장비가 주파수 지원을 하지 않아 측정을 하지 않았다.
루프 안테나와 같은 방사 패턴을 갖는다. 마이크로스트립 패치안테나의의 방사패턴은 루프 안테나와 같이 전계는 다이폴의 자계와 같고, 자계는 다이폴의 전계와 같은 형태일 것.
루프 안테나 및 다이폴 안테나와의 다른 점은 편파가 선형 편파가 아닌, 원형편파의 형태를 갖는다.
⑹이득 D
실험 한 방사패턴은 감쇠를 주어 측정을 하였기 때문에 정확한 지향성 알 수 없다.
방사패턴이 루프 안테나와 같다고 가정하면 루프 안테나의 빔폭은 90이다.
다이폴 안테나를 기준으로 이득 D<2.15dB로 예측 할 수 있다.
⑺입력임피던스
중심 주파수 2.402GHz에서 최소 RL값 -15.14dB를 갖는다.
표2를 통해 RL[dB]<-20dB, 반사계수가 0 이라면 입력 임피던스 Zant는 스미스 차트에서 VSWR=1 인 중심을 향해 이동 할 것이다.
6. 소감
마이크로스트립 패치 안테나를 설계하는 치수를 구하는 과정이 번거로웠고 중요한 정합 회로 부분이 교수님이 제시하신 치수와 달랐다 보고서를 쓰면서 가장 문제가 됐던 것은 플로피 드스크에 저장이 되었던 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 데이터가 열리지 않아 불가피하게 다른 사람의 데이터를 사용 하였다.
지금 와서 드는 생각인지만 제작당시 패치 안테나의 방사패턴과 편파가 어떻게 되는지 질문을 할 걸 이라는 후회가 든다.
어렴풋이 루프 안테나와 같을 것이라는 생각을 가지고 보고서를 썼는데 확실하지가 않다.
P.s 제출 후 다시 한번 리포트를 검토하고 마이크로 스트립 보고서에 몇 가지를 추가했습니다.
7. 참고 문헌
네이버 백과사전 IT 안테나 교과서 114p 프린트 자료 8p

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