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Design and analysis of internal antenna for mobile handsets = 이동통신 단말기용 internal antenna의 설계와 해석
서명 / 저자 Design and analysis of internal antenna for mobile handsets = 이동통신 단말기용 internal antenna의 설계와 해석 / Yong-Sun Shin.
저자명 Shin, Yong-Sun ; 신용선
발행사항 [대전 : 한국정보통신대학교, 2005].
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DM0000555

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문지도서관2층 학위논문

ICU/MS05-68 2005

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초록정보

In Webster's Dictionary, an antenna is defined as 'a usually metallic device (as a rod or wire) form radiating or receiving radio waves.' In other words the antenna is the transitional structure between free-space and n guiding device, and it is used to transport electromagnetic energy from the transmitting source to the antenna, or from the antenna to the receiver. Recently, in the competitive mobile phone market, there are several trends toward antennas: small, multi-function, multiband, broadband, low cost, and so on. The advent of these trends is a real challenge for antenna designers and accordingly mobile antennas integrated into the handsets or internal antennas have become a desirable candidate for them. Internal antennas offer many advantages over the conventional external antennas such as whip and helix ones. They are less prone to damage, compact in total size and aesthetic from the appearance point of view. In general, the antenna performances of mobile handsets are sensitive to the near components because internal antenna is placed on inside of handsets. Therefore, it is essential to obtain the data about material properties which are used to designing antennas, and the antenna design should be taken into account the effect of their surrounding components including shielding case, screws, case, and battery. In this thesis, the material measurement using the kit of Damaskos Inc. is proposed and two internal antennas for multi-band operation of mobile handsets are designed. First of all, the theory and method of measuring material characteristics are introduced. Also, the results which are obtained by using the kit of Damaskos Inc. is presented. Secondly, a triple-band built-in antenna operating at GSM, DCS, and IMT-2000 are proposed. The proposed antenna which is PIFA(Planar Inverted-F Antenna) type structure consists of the double shorting posts, feed post, and the dual crossed C-slot patch radiators. The bandwidth for covering GSM, DCS, and IMT-2000 bands is achieved by adjusting the position and the distance two shorting posts and the width of double crossed C-shape slots. The bandwidths of antenna for VSWR $\lt$ 3 are able to be obtained about 11.5%(880-960 MHz) at GSM bad and 25% (1710-2200 MHz) at DCS and IMT-2000 band. The maximum gains at the frequencies 950 MHz and 1860 MHz are measured about 1.58dBi and 1.3dBi, respectively. These positive antenna gains and triple-bands of the proposed antenna are very attractive features for mobile handset applications. Finally, this paper presents a novel internal antenna of planar monopole type for broadband applications. The proposed antenna fed by a 50$\Omega$ microstrip line covers the DCS (1710-1880 MHz), PCS (1750-1870 MHz), and IMT-2000 (1885-2200 MHz) bands within $s_{11}$$\lt$-10dB. The antenna occupies a compact volume of 20$\times$17$\times$4.7 $mm^{3}$ and it is suitable to be built-in within the housing of a mobile phone. for obtaining broad bandwidth, the metal with a trapezoidal shape is added and tilted 34.7$\deg$ in the feed par which is connected between the microstrip line and antenna. The measured results of the proposed antenna show the impedance bandwidth of 41.1% and the maximum gain of 2.3dBi. In addition, in order to resonate at GSM band in same size, the modified slot is added and it is consequently available to cover at GSM, PCS, and IMT-2000 bands. Finally, the proposed antenna is built in a practical handset in order to investigate the effects of back case and battery on the antenna performances.

안테나를 Webster 사전에서는 무선 전파를 방사하거나 수신하기 위한 봉(rod)이나 선으로 된 금속체의 장치로 정의되어 있다. 즉, 안테나는 자유공간과 전송선로 사이의 전달 구조이며, 송신전력을 안테나로 또는 안테나에서 수신기로 전자파 에너지를 전달하는 데 이용된다. 최근 경쟁이 치열한 단말기 시장에는 소형, 다기능화, 멀티 밴드, 낮은 가격이라는 트렌드(trend)가 존재한다. 이러한 트렌드는 이동통신 단말기의 안테나 디자이너들에게 커다란 도전을 주었으며, 이러한 시점에서 내장형 안테나에 대한 관심은 급속히 증가하고 있다. 내장형 안테나는 기존의 외장형 안테나인 whip 과 helix 안테나에 비해 외부의 충격에 강해서 견고하고, 소형화가 쉽고, 외관상 보기에도 좋다는 장점들을 가지고 있다. 일반적으로 내장형 안테나는 단말기 안에 탑재되기 때문에 안테나의 성능은 주위의 소자와 구조물들에 대해서 민감하게 반응하게 된다. 따라서 안테나 제작시에 사용되는 지지대나 단말기 구조물의 물질 특성에 대한 정확한 자료를 얻는 것은 필수적이다. 그리고 안테나 제작시 안테나의 주변 소자에 대한 영향들을 미리 고려해야만 한다. 본 논문에서는 측정하고자 하는 매질을 동축선에 끼운 다음 매질의 scattering parameter 값을 추출하여 매질의 permittivity, permeability, loss tangent를 측정할 수 있도록 제작된 Damaskos사에서 제공되는 kit을 이용하여 매질의 특성을 측정하는 것에 대하여 소개한다. 또한 multi-band 에서 작동가능한 두개의 내장형 안테나를 제안하였다. 첫번째로 물질의 특성 측정에 관한 이론과 방법을 소개하였고, 측정 kit으로 측정한 결과 그래프를 명시하였다. 두번째로 GSM/DCS/IMT-2000 밴드에서 사용가능한 트리플 밴드의 내장형 안테나가 제안되었다. 제안된 안테는 PIFA 타입으로 패치 방사기는 두개의 shorting post, feed post, 그리고 두 개의 C형 슬랏으로 구성되어 있다. Triple-band 에서 작동할 수 있는 넓은 주파수 대역은 두개의 shorting post 사이의 위치와 거리 그리고 C 형 슬랏의 너비를 변화 시킴으로써 얻을 수 있다. VSWR $\lt$ 3인 조건에서 GSM, DCS, IMT-2000 대역을 지원하는 안테나는 11.5% (880-960 MHz)와 25% (1710-2200 MHz)의 multi-band 특성과 전 방향 방사 패턴을 갖는다. 측정된 최대 게인은 950 MHz 와 1860 MHz 에서 각각 1.58dBi, 1.3dBi를 갖는다. 이러한 결과는 제안된 안테나가 실제 단말기에 적용할 수 있음을 보여준다. 마지막으로 광대역 특성을 가지는 모노폴 타입의 내장형 안테나를 제안하였다. 50$\Omega$ 마이크로스트립 라인으로 연결된 내장형 안테나는 DCS/PCS/IMT-2000 밴드를 지원하며 실제 단말기 안에 탑재할 수 있을 만큼 사이즈가 작다. 광대역 특성을 얻기 위해 마이크로스트립 라인과 연결되는 안테나의 피드 부분을 사다리꼴 모양으로 제작하고 34.7$\deg$로 기울기을 주었다. 제안된 안테나의 bandwidth는 41.1% (VSWR $\t$ 2)로 광대역 특성을 갖고, 측정된 최대 이득은 1800 MHz에서 2.3dBi이다. 또한 안테나에 슬랏을 첨가하여 GSM 대역도 지원할 수 있게 하였다. 다음으로 실제 단말기의 플라스틱 케이스와 배터리가 안테나 성능에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 실제 단말기 내부에 실장하여 실험하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {ICU/MS05-68 2005
형태사항 viii, 64 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 신용선
지도교수의 영문표기 : Seong-Ook Park
지도교수의 한글표기 : 박성욱
학위논문 학위논문(석사) - 한국정보통신대학교 : 공학부,
서지주기 References : p. 58-61
주제 Design and Analysis
internal antenna
PIFA
monopole antenna
broadband
설계와 해석
내장형 안테나
모노폴 안테나
광대역
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