Due to the development of modern integrated circuit technology and the requirements of the consumers, the sizes and weights of mobile handsets have rapidly been reduced. Antennas are considered to be largest components of integrated wireless systems. Therefore antenna miniaturization is a necessary task in satisfying the demand for the market. In addition to the reduced antenna sizes, mobile phones require multiple frequency bands for cellular applications, PCS and other wireless communications.
Moreover, Wireless communication devices have also become associated with possible health effects surrounding the exposure of humans to electromagnetic radiation. One of the most widely used parameters for the evaluation of exposure is the specific absorption rate (SAR). Having low SAR not only reduces electromagnetic exposure but also increases the efficiency of the antenna systems and therefore the battery life of the communication systems.
In this thesis, three infernal antennas for different bands have been proposed. And we discussed about the cable effects of radiation patterns for exact measurement.
At first, a novel compact shorted patch antenna with the bowtie- type patch and the dual triangle portion to obtain a large bandwidth (790 MHz ~ 970 MHz) is presented. Using shored patches by via holes, size reduction of 95.7 ％ is achieved with comparing to those of the conventional half-wave patch antenna. Moreover, it has 10 dB return loss bandwidth of 20.4 % for GSM and CDMA bands. The maximum measured and simulated radiation gain is 1.54 dBi and 1.9dBi, respectively. This antenna shows not only a compact and a thin profile but also wideband characteristics.
Secondly, the novel compact cable-fed antenna is proposed and designed. And the measured and simulated results are represented. This proposed antenna was printed on FR4 substrate with 1 mm thickness which has relative permittivity 4.6.
To achieve the compact and wide band characteristics, two inductive parasitic on the ground plane and gap capacitance are used. The proposed antenna is covered with multi-bands which are the global system for mobile communication (GSM: 0.88- 0.96 GHz). Digital communication system (DCS: 1 71- 1.88 GHz), the personal communication system (PCS: 1.75- 1.87 GHz) bands.
At third, a compact printed hook-shaped monopole antenna for 2.4/5 GHz WLAN applications is proposed. The designed antenna has a compact size with 26 $\times$ 10 $\times$ 1 $mm^{3}$ in dimension. Simply by loading a hook-shaped conducting strip, multi-band operations can be easily obtained. The impedance bandwidth (VSWR $\lt$ 2) of the proposed antenna is about 170 MHz (2.32 GHz ~ 2.49 GHz) for 2.4 GHz (Bluetooth) bands and 4500 MHz (4.4 GHz ~ 8.9 GHz) for 5 GHz (WLAN) bands Radiation patterns are nearly omnidirectional which is similar to typical monopole antenna. The maximum measured radiation gains are 1.45 dBi at 2.43 GHz and 3.37 dBi at 5.8 GHz, respectively.
Finally, we focused on the accurate measurement of radiation patterns. The radiation characteristics of the handset antenna are greatly affected by the coaxial cables connected to a network analyzer. The feed line cable changes the current flows paths of antenna body and the near field of the antenna. These effects will cause the deviation of the original radiation patterns. Thus this paper investigates the radiation characteristics with and without the feeding cable at 1.9 GHz. Moreover, this paper characterizes the cable effects in conjunction with head phantom.
현재 무선 통신 시장의 성장은 급속하게 이루어지고 있으며, 특히 이동 통신 기기 부분에서 많은 발전을 이루고 있다. 개인 이동 통신 기기는 점차 소형화, 경량화, 다 기능화 되는 추세이며, 이에 따라 단말기 시장 경쟁력을 확보하기 위하여 부품들의 고효율화, 소형화, 저전력화가 필수적이다. 이동 통신 기기 부품 중에서도 안테나의 역할은 통화 품질, 소형화 및 저전력화를 결정하는 매우 중요한 부분으로서 새로운 형태의 이동 통신 형태에 따라 적합한 새로운 안테나 개발이 필수적이다.
이러한 안테나의 개발 과정 가운데, 통신 기기에 돌출 형태로 부탁되어 있는 외장형 안테나로 인한 휴대 시 불편함을 해소하고 새로운 형태의 다양한 디자인을 가능하게 하기 위하여 안테나의 내장형 모델에 대한 시도가 나타나고 있다.
본 논문에서는 각기 다른 주파수 대역에서 사용 가능한 3가지 내장형 안테나 구조를 제안하고, 실험결과를 명시하였다. 또한 흔히 안테나의 far-field 방사 특성 측정 시에 나타나는 연결 cable 에 의한 측정 오차에 대한 고찰을 하였다.
첫번째로 bowtie 형태의 패치와 두 개의 삼각 형태의 패치를 이용한 1 GHz 미만 대역에서의 초소형 안테나 구조를 제안하였다. 제안된 안테나는 VSWR$\lt$2 조건에서 GSM, CDMA 대역을 만족시키며 대역폭 20.4 %(790~ 970 MHz) 에 해당하는 광대역 특성을 가진다. 그리고 일반적인 반파장 패치 안테나와 크기를 비교하였을 때, 95.7 % 크기를 줄이는 효과를 거두었다. 측정된 최대 게인은 각각의 밴드에서 1.54 dBi 와 1.9 dBi 를 나타낸다.
두번째로 coaxial cable 로 feed 를 연결한 패치형태의 내장형 안테나를 제안하였다. 패치 방사기는 모노플 타입과, ground 의 형태를 meander type 으로 구성되어있다. Dual band 를 지원하는 안테나는 GSM 대역과 DCS 대역을 포함한다. 길이가 조금 다른 두개의 meander line 으로 GSM 대역의 공진을 맞추었고, DCS 대역은 harmonic method 를 이용하여 적절한 sub-patch 로 대역을 만족시켰다. 제안된 안테나는 작은 크기에도 불구하고, 비교적 높은 게인과 방사 특성으로 휴대폰 안테나에 적용이 가능하다.
세번째로 제안된 안테나는 갈고리 모양의 monopole 방사기를 통해 2.4/5 GHz WLAN 대역을 만족하는 광대역 안테나이다. 단순히 갈고리 모양의 모노폴 방사기로 광대역을 얻은 점에서 고무적이다. 안테나의 대역폭은 VSWR $\lt$ 2 기준으로 2.4 GHz 대역에서는 170 MHz(2.32 GHz ~ 2.49 GHz) 5 GHz 대역에서는 4500 MHz(4.4 GHz ~ 8.9 GHz)이며, 특히 5 GHz 대역에서는 67.7 % 로 우수한 특성을 나타낸다. 방사 특성 또한 일반적인 모노폴 안테나와 같은 무지향성인 특징을 가진다.
마지막으로 우리는 방사패턴 측정시 발생하는 케이블 효과를 인체 두부가 있을 때와 없을 때의 상황에서 비교 제시하였다. 실험은 단순한 모노폴을 이용하여 진행되었으며, 실험 결과는 케이블이 원형의 방사패턴과 gain 에 상당히 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 그래서 소형 안테나의 정확한 방사 패턴 측정 시에는 케이블이 미칠 수 있는 영향을 충분히 고려되어야 한다.
