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LTE 13Class(746-787MHz) 대역의 LTE MIMO 안테나 설계

< LTE 13Class(746-787MHz) 대역의 LTE MIMO 안테나 설계>Index1. 서론(1) 국문요약 ………………………………………………………………… 3(2) 설계와 관련된 이론적 배경 및 서론 ……………………… 3~4(3) 설계 제한조건 ………………………………………………………… 4(4) 설계 목표 ……………………………………………………………… 4(5) 설계 일정 및 역할분담 ……………………………………………… 5~6(6) 설계 안테나 전체 구조 ……………………………………………… 72. 본론(1) 첫 번째 구현 안테나 Model [2차 발표] ……………………… 8~9(2) Ground Stub 추가 Model [4차 발표] ……………………… 10~11(3) Suspended Line 추가 Model [5차 발표] ……………………… 12~13(4) Meander of Suspended Line ………………………………… 13~15(5) 추가 Parameter Study Group 지정 ……………………………… 16~23(Group A ; Suspended Line & Meander LineGroup B : Stub )3. 결론(1) 최종 설계 안테나 …………………………………………………… 24~26(2) Vector Network Analyzer(VNA) 결과 ……………………… 26(3) 전파 무반사실 측정 결과 …………………………………………… 27(4) 제작 안테나 사진 및 설계결과 ……………………………………… 28(5) 느낀점 …………………………………………………………………… 28~29(6) 결론 ……………………………………………………………………… 29(7) 참고논문 자료 및 향후 방향 …………………………………………… 30~311. 서론(1) 국문 요약본 설계 보고서는 LTE MIMO(Multi Input Multi Output) 안테나 설계를 제안 하였다. 메인 안테나와 서브안테나는 LTE 13Class(746-787MHz) 대역을 커버하고 기본적으로 역F 협소한 대역폭을 가지는 단점을 가지고 있다.LTE 13Class(746-787MHz) 대역폭을 커버하기 위해서 안테나의 높이(H)를 높이고 정합회로를 이용하고, 낮은 유전율을 갖는 기판을 사용하므로 대역폭 개선이 가능하다. 또한 안테나 폭의 넓이(W)가 증가 할수록 대역폭과 이득이 증가하고 공진주파수가 소폭 낮아진다. 이런 특성을 이용하여 안테나의 모양 및 크기를 변경하면 원하는 주파수 대역에서의 공진과 목표하는 반사손실 값을 구할 수 있다. 본 설계 보고서에서는 시중에서 단말기에 실제 사용되는 안테나 조건들을 최대한 수렴하여 설계 하였는데 시중에서 단말기에 사용되는 메인 안테나가 커버하는 주파수 대역폭은 LTE 대역을 포함하여 CDMA(824-894MHz), GSM(880-960MHz), WCDMA(1920-2170MHz) 등 여러 주파수 대역을 포함해야 하지만 주어진 시간과 과제의 난이도를 생각해서 메인 안테나의 주파수 대역을 LTE 대역으로 축소하여 설계 하였다. 또한 격리도를 개선하기 위해서 그라운드에 slot&slit을 뚫거나, stub를 주는 등의 그라운드를 변형하는 방법을 허용하였다. 원래 그라운드가 디스플레이의 반사판 역할을 하기 때문에 slot&slit을 주게 되면 디스플레이가 제대로 나오지 않게 된다. 하지만 본 보고서에서는 그라운드에서 전류의 흐름에 대한 학술적 내용을 다루고자 slot&slit에 대한 방법을 소개 하였다.(3) 설계 제한조건안테나를 설계함에 있어 핸드폰 Hand Effect가 생기는 오른쪽과 왼쪽에는 안테나를 구현하지 않는다.실제 핸드폰에서 안테나 구현공간은 매우 협소하다. 이를 바탕으로 설계 안테나의 허용범위는 Ground면과 Case 크기를 넘지 않는다.(4) 설계 목표① Main Ant. 와 Sub Ant.의 LTE 13 Class( 746 [Mhz]~ 787 [Mhz])대역 만 족.(Return Loss ?10 [dB] 기준)② Ant. 대역의 Isolation 개선 ( -10 [dB] )③ 두 Ant.의 RadiStub 확대 모습 >◆ 안테나 구조Isolation 개선을 위한 Ground에 Sube를 추가한 Model 이다.전류의 흐름을 Stub로 유도하여 두 Ant.의 Isolation을 개선 시키고자 시도하였다.◆ S-parameterS-parameter? 이전 모델에 비해서 반사손실과 격리도 특성이 급격히 좋아졌다. 이를 보아 stub가 안테나의 특성에 큰 영향을 준다는 것을 확인 할 수 있다.◆ 2D Radiation PatternMain Ant.Sub Ant.전계자계? 2D 방사패턴에서 Stub가 없는 Model과 확연한 차이가 있다. 이러한 이유로 는 스터브가 안테나로 동작함에 따라서 Stub가 없는 안테나에서는 무지향성의 특징인 8자 모양이었던 전계 방사패턴이 Stub에서 방사되는 에너지에 의해 위 패턴과 같이 방사하는 것을 알 수 있다.◆ Model evaluationevaluation listMain Ant.Sub Ant.BandWidthOOResonance FrequencyOOIsolationX (Stub 없을 때 보단 개선)Radiation PatternXX? Stub의 공진을 이용하여 13Class에 만족하는 BandWidth는 얻을 수 있었지 만 Stub의 공진으로 인해 Ant.의 특성에 영향을 주어 목표한 결과에는 도달 하지 못하였다.⑶ Suspended Line 추가 Model [5차 발표 Model]◆ 안테나 구조? 양쪽 Stub 중 밑의 Stub를 없애고 Suspended Line을 급전부 주위에추가하여 전류를 유도하고 Isolation을 개선시키는 방안이다.Stub를 줄여 Ant.의 특성도 유지하면서 Isolation을 시도한 방안이다.전계자계◆ 2D Radiation PatternMain Ant.Sub Ant.? 위의 2D방사패턴을 보면 설계한 안테나가 무지향성임을 알 수 있다.◆ Model evaluationevaluation listMain Ant.Sub Ant.BandWidthXOResonance FrequencyOOIsolat목표대역에서의 Return Loss 값이 나빠진다.Sub Ant. 목표대역에서의 Return Loss 값이 ?10[dB] 이상 되어 Bandwidth가 좁아지고 공진주파수도 저주파수 대역으로 옮겨진다.Isolation의 공진 또한 두 Ant.의 공진과 같이 움직인다.⇒ slot의 추가는 우리가 원하는 결과값이 나오지 않았다.② Meander Line & Suspended Line◆ 안테나 구조? Suspended Line의 가운데 부분(L3)을 잘라서 Meander Line을 넣었다.◆ Origin 결과Main Ant.Sub Ant.Isolation? Suspended Line L3 부분을 각각 10 [mm], 20 [mm] 잘라서 Meander Line을 추가Main Ant. BandWidth나 공진 주파수 변화가 없었다.Sub Ant. Main Ant.와 마찬가지로 BandWidth나 공진 주파수 변화가 없었 다.Isolation도 두 Ant.의 변화가 없었으므로 변화가 없었다.⇒ Suspended Line에 Meander Line을 결합시켜 봤지만 Parameter의 변화 가 일어나지 않았다.< 기대효과 >⒜ Stub로 유도한 전류의 흐름을 이용하여 BandWidth와 Isolation을 개선시킨 다. (단 Radiation Pattern을 보면서 안테나의 무지향적 특성을 유지)? Stub 길이 파라미터 스터디 실시◆ Origin 결과Main Ant.Sub Ant.Isolation? Stub의 길이(Ls)102 [mm]에서 118 [mm]로 점차 늘림Main Ant.의 공진이 우리가 원하는 대역으로 shift 되었다. BandWidth도 만족하는 것을 알 수 있다.Sub Ant. 13Class의 BandWidth를 만족 할 뿐 아니라 100 [Mhz] 이상의BandWidth를 보여준다. 그리고 공진되는 지점도 700 [Mhz]~800 [Mhz]로이상적인 모양으로 Return Loss가 나오는 것을 볼 수 있다.Isolation 또한 두 Ant.의 공진 지810 [MHz]에서의 측정값]Main Ant. 전계Main Ant. 자계Sub Ant. 전계Sub Ant. 자계? 위 그림은 전파 무반사실에서 측정한 전계와 자계를 설계한 안테나의 전게 ,자 계와 비교해 놓은 것이다. 자계의 방사패턴은 설계한 안테나의 패턴과 거의 일 치하는 것을 볼 수 있다. 전계 값 또한 모양이 약간 일그러지고 이득 값이 약 간 작아졌지만 거의 방사패턴의 모양이 거의 흡사한 것을 볼 수 있다.(4) 제작 안테나 사진 및 설계 결과 값◆ 제작된 안테나◆ 최종 설계 결과 값반사손실(MHz)격리도(MHz)목표746-787746-787(-12dB)HFSS 설계 결과PolyamideMain Ant.740 - 800Sub Ant.710 - 810740 - 775최소&최대(-5dB, -37.5dB)Fr4-epoxyMain Ant.730 - 820Sub Ant.705 - 830740 - 785최소&최대(-10dB, -22dB)측정값Main Ant.730 - 820Sub Ant.705 - 830740 - 785최소&최대(-10dB, -22dB)(5) 느낀점이번 전파통신공학 실험 ? 안테나 제작은 힘들었지만 가장 기억에 남을만한 과제가 될 것 같습니다.특히 우리 조는 최근 이슈가 되는 LTE Ant.에 대한 제작을 시도 하였는데 주위에서 어려운 주제라고 말해도 왠지 주제가 이끌려 조원들의 합의 하에 하게 된 주제였습니다. 결론적으로 우리가 목표한 결과를 이루었습니다. 최종 모델엔 Stub만 추가 되었지만 slot도 넣어보고, 2개의 Stub도 넣어보고, Suspended Line / Meander Line 수많은 시도를 하여 격리도 개선에 도전 하였습니다.끝나고 생각해보니 결과도 중요하지만 이러한 과정들을 거치면서 Ant.에 대한 많은 공부가 되었다고 생각합니다.주제가 어려운만큼 그 어떤 조 보다 학교에 오래남아서 HFSS simulation을 해보고 Parameter Study도 하며 하나하나 개선이 될 때에는 기분이 좋았지만, 성과가 없는 날은 허무하기다.

공학/기술| 2015.02.03| 31페이지| 3,000원| 조회(164)

안테나, 방사패턴, MIMO, LTE, 무지향성, 격리도, 13클래스, 역F안테나

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레이져 레이더, 펄스 레이더, CW 레이더 각각의 특징 및 차이점 사례 정리

RAdio Detection And Ranging◆ 레이저의 삼위일체-단색성, 간섭성, 지향성(1) 단색성레이저광선의 중요한 특성 중 하나는 단색성, 즉 단일 파장의 빛을 내보낸다는 것이다. 태양광선을 프리즘에 통과시키면 무지개색의 스펙트럼이 생긴다. 레이저광선은 그 무지개색 중 단 하나의 색깔 빛, 단색광을 내보낸다. 그렇기 때문에 원하는 특정한 물체에만 반응하게 할 수 있다.(2) 간섭성레이저광선의 또 다른 특성은 간섭성이 아주 큰 빛이란 사실이다. 레이저광선은 이웃한 원자들이 서로 긴밀한 관계를 가지고 있어 전체 원자가 일사분란하다. 간섭성이 크다는 뜻. 반면 전등 빛은 원자가 제각각 독자적으로 빛을 내는, 간섭성이 적은 빛이다.(3) 지향성마지막으로 레이저에서 나오는 빛은 지향성이 있다(혹은 직진성이 좋다). 이 때문에 레이저 광선은 퍼지지 않고 가느다란 빛으로도 평행하게 대단히 멀리 나아간다. 직진성이 적은 전등 빛은 쉽게 퍼지기 때문에 전구에서 멀어지면 빛의 세기가 급격히 줄어든다. 반면 레이저광선은 거리가 아무리 멀어도 빛의 세기가 거의 줄어들지 않는다. 이 때문에 거리, 위치 등을 측정하는 장비에서 활용도가 높다. 레이저 거리측정기가 그 예다.◆ 레이더의기본적인 동작 원리송신기에서 보내진 마이크로파 신호가 원거리 표적물에 의해 부분적으로 반사되고, 레이더 측의 고감도 수신기가 이 반사 신호를 검출하여 표적물의 특성을 파악● 표적까지의 거리 : 신호의 왕복 전송 시간으로 계산● 표적의 방향 : 안테나의 방향과 동일● 표적의 방사상의 속도 : 복귀 신호의 도플러 천이(shift) 정보로 계산◆ 레이더의 근본원리전파가 목표물에 부딪쳐서 반사하는 것을 이용하여 그 반사파를 포착하여 목표물의 존재를 알아내는 것이다. 이 때 반사파가 되돌아올 때, 송신(送信)한 전파와 겹쳐서 구별이 곤란하게 되는 것을 방지하기 위하여 고안되고 있는 방식① 전파의 도플러 효과(Doppler effect)를 이용하는 방법,② 송신전파의 주파수를 시간에 따라 변경하는 방법,③ 송신전파로서 매우 짧은 시간 계속되는 전파(펄스파)를 사용하는 방법 등이다.◆ 레이더는 반사하는 전파를 이용하는 방법에 따라 아래와 같이 구분한다① 목표물에서 반사해 온 전파만을 이용하는 1차 레이더(primary radar),② 전파가 부딪친 물체에서 같은 주파수나 다른 주파수의 전파를 자동적으로 재발사하여 그 전파를 이용하는 2차 레이더가 있다.◆ 용도에 따라 구분항해용·항만용·항공용·항공기탑재용·기상용·중계용·사격용 레이더 등이 있는데, 레이더에서 송신하는 마이크로파는 송신 에너지가 초당 약 16만 2000마일의 속도로 전파되는 정속성(定速性)을 이용한다. 전파가 1마일 가는 데는 6.18μs가 걸리며, 1마일을 왕복하는 시간 2×6.18＝12.36μs를 1레이더마일(radar mile)이라 한다.◆ 레이저 레이다란?전자파로서 레이저광을 이용한 레이더. 라이더라고도 한다. 기존의 레이더에 비해 방위 분해능, 거리 분해능 등이 우수하다. 레이저광은 마이크로파에 비해 도플러 효과가 크다는 것을 이용하여 미소한 저속도 목표물의 속도 측정도 하는 레이저 도플러 레이더와 목표 물체의 분자의 라만 시프트(raman-shift)에 의한 송신광과 다른 파장의 수신광을 검출하여 그 파장, 강도 등으로부터 대기의 성분 분석 등을 동시에 실행하는 레이저 라만 레이더 등이 있다.레이저 레이더(Light Detection And Ranging, LIDAR, 라이다)는 레이저 펄스를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 반사체의 위치좌표를 측정하는 레이더 시스템이다. 항공 또는 위성탑재되어 지형측량에 사용되며 스피드건, 자율이동로봇 등에도 활용된다.◆ 레이저 레이더 활용 사례● 스피드 건스피드 건의 감시범위. 레이저 신호는 직진성이 강해 폭이 매우 좁은 빛을 발사하기 때문에 과속하는 차량을 정확하게 겨냥해 속도를 측정할 수 있다.이렇게 적발된 차량은 번호판과 함께 선명하게 찍혀 다시 중앙처리부에 저장, 차적조회시스템을 통해 영상을 출력, 해당 차량의 차주에게 속도위반으로 인한 범칙금 통지서를 발송하게 된다.쉽게 생각해 디지털카메라로 사진을 찍은 뒤 컴퓨터와 연결해 프린트하는 것과 비슷하다고 보면 된다.● 스마트 시티 브레이크 지원 (SCBS)마쓰다는 2012년 2월 13일 저속에서 앞 차량과 충돌하려고 할 때 브레이크와 엔진을 제어하여 충돌을 막아주는 기술을 개발했다고 발표했다. 레이저 레이더로 앞에 있는 차량이나 장해물 등을 탐지한다. 또한 주차장 등에서 발진할 때 잘못해서 가속 폐달을 밟아 충돌하는 것도 막아주는 기능이 들어 있다.시속 4킬로미터~30킬로미터로 주행할 때 차간 거리가 6미터 이하로 줄어들면 제어에 들어간다. 일단 브레이크 패드 간격을 줄여서 정차할 준비를 하고 그래도 브레이크 페달을 밟지 않으면 자동으로 브레이크가 걸린다.자차가 약 4 ~ 30km / h의 속도로 주행하는 동안 프런트 윈도 유리 상단에 장착 된 레이저 센서는 선행 차량이나 장애물 등을 감지하고 충돌의 위험이 높다고 판단 된 경우, 브레이크 놀이 포장하여 드라이버를 사용한 신속한 제동을 가능하게 한다. 그러면 드라이버가 브레이크 페달을 밟는 등의 해결 작업을하지 않은 경우에는 자동 브레이크를 작동시킨다. 선행 차량이나 장애물과의 상대 주행 속도 차이가 30km / h 이하의 경우, 충돌 회피를 지원 혹은 충돌에 의한 피해를 줄일 수 있다.● 미국 무인 자동차이 무인 자동차의 특징은 자동차 등을 깔아 뭉개면서 질주 할 수 있다는 것. 무인 자동차는정찰용 및 전투용으로 사용될 예정인데, 자동차 상단에 위치한 머쉰건 또한 자동으로작동된다.가공할 위력으로 지상 위의 다른 차량을 무자비하게 깔아 뭉개면서 정찰 및 전투 활동을펼칠 수 있는 '크래셔'에는 레이저 레이더 시스템, 컴퓨터 조종 장치 및 카메라가 장착되어있다고 언론은 전했다◆ CW Radar / Pulse Radar●레이더 분류● CW Radar / 도플러 (doppler) 레이더펄스 변조되지 않은 정현파를 송수신하는 레이더를연속파(CW) 레이더라고 하며순수한 정현파로는 거리 측정 능력이 매우 부족하므로 반복하여주파수 변조를 가하는 일이 많은데 이 방식을 이르는 용어를FM-CW 이라 한다.도플러 특성 : 전파가 이동하는 목표물에서 반사되면 되돌아온 신호에는 주파수 전이(shift) 현상이 발생●Pulse Radar송신되는 파형이 펄스이므로 펄스 레이더라 한다.펄스화된 마이크로파 신호의 왕복 시간을 계산하여 표적까지의 거리 측정송신부 블럭도Pulse 형태송신부발진 주파수 fo와 IF 대역의 신호를 단측파대 혼합기로 혼합하여 마이크로파로 천이 Up converting 이라 한다. 마이크로파 펄스 신호는 대전력으로 증폭된 후 안테나를 거쳐 자유공간으로 송신 펄스의 폭은 100msec ~ 50nsec 인데, 짧은 펄스 실수록 거리 해상도는 좋으나, 긴 펄스를 사용하면 수신 처리 후의 신호 대 잡음비가 더 좋아진다.수신부목표물에서 반사되어 오는 신호를 수신하여 이를 증폭하고, 국부 발진기 fo와 혼합하여 IF 신호 획득IF 신호는 증폭과 검파 과정을 거쳐 비디오 증폭기로 증폭된 후 표시기 단자에 입력탐색(search) 레이더인 경우 수평각으로 360º회전함. 그러므로 지시계는 거리와 방위각을 나타내는 극좌표계를 사용 대부분의 현대 레이더는 컴퓨터를 이용하여 신호의 수신, 처리 및 목표물 표시◆ 전투기에서의 펄스 도플러 레이더전투기 레이더는 전파 방식에 따라 크게 CW(Continuous Wave : 연속파) 레이더와 펄스(Pulse)레이더로 구분할 수 있다.

공학/기술| 2013.03.18| 9페이지| 1,000원| 조회(1,424)

레이더, 펄스레이더, 도플러 레이더, CW 레이더, 레이저레이더

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