In this dissertation we are proposed and designed novel ceramic dielectric antennas, printed antennas for Dual-ISM band, a broadband sleeve antenna, and a broadband double-ridged horn antenna. And our antenna measurement system for small antenna is presented.
First of all, broadband and multi-band ceramic dielectric antennas by using material perturbation method and advanced meander line technique are described, respectively. The broadband dielectric antenna using material perturbation method has a wide bandwidth of up to 25 % and omni-directional radiation patterns. This proposed DRA is designed to extend enough the coverage of PCS/IMT-2000.
For the application of Bluetooth and dual-ISM band, novel chip type dielectric antenna are presented and analyzed. This dielectric antenna can be effectively reduced its volume by using the advanced meander line technique. The proposed antenna dimension is 8 mm $\times$ 4 mm $\times$ 1.5 mm and is mounted on the substrate (FR-4, TMM-4) with thickness of 1.0 mm, 1.52 mm, respectively. The operating frequency is in the range of 2350-2570 MHz and 5290-6010 MHz, and the antenna gains have maximally 1.0-2.65 dBi.
Second of all, a compact and novel planar inverted F antenna (PIFA) is proposed and implemented. The proposed printed antenna exhibits good impedance bandwidth as well as radiation performance despite the miniaturized volume of 20 mm $\times$ 23.7 mm $\times$ 0.8 mm (FR-4). The impedance bandwidth with 10 dB return loss is about 150MHz (2380-2530 MHz) for 2.4 GHz band and 1450 MHz (5130-6580 MHz) for 5 GHz band. The measured radiation patterns were approximately omni-directional and yield a gain of 1.0 dBi at 2440 MHz and 3.98 dBi at 5600MHz, respectively.
Third of all, a compact and broadband printed dipole antenna for dual ISM-band applications is introduced. The impedance bandwidth with 10 dB return loss was about 220 MHz (2350-2570 MHz) for 2.4 GHz band and 1360 MHz (4900-6260MHz) for 5 GHz band. The measured radiation patterns were approximately omni-directional and yield a gain of 2.2-3.0 dBi in the 2.4 GHz band and 4.6-5.47 dBi in the S GHz band, respectively. Additionally, the proposed antenna is implemented on a laptop and the performances of the antenna are simultaneously analyzed with the measurement and simulation. As a result, we obtain the useful results such as the radiation gains and the relation between the radiation patterns and the antenna's environment including the ground plane. Therefore, using the useful results obtained from the radiation characteristics shown in this dissertation, it is highly possible to provide the practical design for the internal antenna.
Fourth of all, extensive experiments on a sleeve antenna are performed to investigate the relation between the design parameters and the resonance characteristics of the proposed sleeve antenna. This sleeve antenna provides a wide bandwidth of up to 58.8 % (VSWR＜2.0), and omni-directional radiation patterns. And this antenna is capable of covering existing PCS and IMT-2000 bands. Size reduction of this antenna could be further achieved by filling with dielectric material. The measurements and numerical computations of the proposed antenna is performed and confirmed to operation as a dual band antenna, whose electrical characteristics have an attractive feature as mobile handset and repeater applications.
Finally, we demonstrate the broadband double-ridged horn antenna. The double ridged horn antennas is simulated by using the 3D EM simulator and network analysis. The proposed broadband antenna has 630-6360 MHz and 6-13.7 dBi. In addition, our inexpensive and simple instruments for measuring the radiation patterns of mobile antennas are also presented and the extrapolation method is applied to measure the antenna gain of the standard horn antenna.
본 논문에서는 세라믹 유전체 안테나, Dual-ISM 대역을 위한 프린트형 안테나, 광대역 슬리브 안테나, 광대역 double-ridged 혼 안테나에 대한 모델을 제안하고 그 특성을 살펴보고 있다.
첫 번째로, material perturbation 방법과 개선된 미앤더 라인 기법들을 이용한 광대역 유전체 안테나 모델을 보여준다. Material perturbation 방법을 이용한 유전체 안테나는 25 %의 대역폭과 등방성의 방사특성을 가지며 PCS/IMT-2000 대역에 사용이 가능하도록 설계가 되었다. 다음으로 블루투스와 이중 ISM 대역을 위한 소형 유전체 안테나 모델을 제안하고 그 특성을 분석하였다. 제안한 유전체 안테나는 개선된 미앤더 라인 방법을 사용함으로써 부피를 줄일 수 있었다. 제안한 안테나의 부피는 8 mm $\times$ 4 mm $\times$ 1.5 mm 이며 FR-4 와 TMM-4 substrate 상에 실장되어 있다. 동작주파수는 2350-2570 MHz 와 5290-6010 MHz 이며 1.0-2.65 dBi의 최대 방사이득을 가지고 있다.
두 번째로 소형 역상 F 형 안테나를 제안하고 특성을 소개한다. 제안한 안테나는 부피가 20 mm $\times$ 23.7 mm $\times$ 0.8 mm 임에도 불구하고 방사패턴과 광대역 임피던스 매칭과 양호한 방사패턴을 가진다. 대역폭은 2.4 GHz 대역에서 150 MHz (2380-2530 MHz), 5 GHz 대역에서 1450 MHz (5130-6580 MHz)을 가지며, 1.0에서 3.98 dBi의 최대방사 이득을 보이고 있다.
세 번째로 이중 ISM 대역을 위한 소형 광대역 평판형 다이폴 안테나를 제시하고 있다. 제시한 안테나는 2.4 GHz 대역에서 220 MHz (2350-2570 MHz), 5 GHz 대역에서 1360 MHz (49000-6260 MHz)을 가지며, 저주파 대역에서 2.2-3.0 dBi, 고주파 대역에서 4.6-5.47 dBi의 최대 방사이득을 가진다. 또한, 제안한 소형 광대역 안테나를 실제 상용 노트북에 장착을 하여 그 특성을 실험과 계산을 통하여 확인하고 있다. 그 결과 방사이득에 관한 결과와 안테나 방사패턴과 접지면을 포함한 안테나 동작 환경과의 관계에 대한 매우 유용한 결과를 보여 주고 있다. 따라서 본 논문에서 얻은 결과들을 이용할 경우 앞으로의 내장형 안테나 설계에 많은 도움이 될 것으로 판단된다.
네 번째로 광대역 슬리브 안테나에 대한 광범위한 실험을 통하여 그 특성과 중요한 설계 변수들을 살펴보고 있다. 제안한 슬리브 안테나는 대역폭이 58.8 % 이며 등방성의 방사패턴을 가진다. 또한, 유전체를 사용할 경우 그 부피가 줄어들 것으로 예상되며 이동통신용 안테나와 중계기용으로 적합할 것으로 본다.
마지막으로 광대역 double-ridged 혼 안테나 모델을 제시하고 있다. 제시한 혼 안테나 모델은 3차원 전자계 해석과 2단자 회로망 해석을 사용하여 설계가 되었다. 혼 안테나의 대역폭은 630-6360 MHz이며 6.0-13.7 dBi의 방사이득을 가지고 있음을 실험과 계산을 통하여 확인하였다. 또한, extrapolation method를 사용한 소형 안테나 측정시설과 제어프로그램을 소개하고 있다.
