초광대역 평면형 모노폴 안테나를 이용한 능동 안테나 다이플렉서의 설계

Abstract

본 논문은 초광대역 코프래너 급전 모노폴 안테나를 이용한 능동 안테나 다이플렉서 구조를 제안한다. 제안된 다이플렉서 구조는 초고주파 시스템 집적 패키지 기술(RF System on Package: RF-SoP)을 이용한 것으로서 평면형 초광대역 모노폴 안테나와 능동 소자를 직접 연결법에 의해 연결하여 다이플렉서(diplexer)를 형성하는 방식이다. 이는 안테나 회로 성분과 능동 소자의 패키지 회로 성분으로 형성되는 통과 대역을 이용함으로써 별도로 추가된 대역 통과 필터 등의 회로 구조 없이 다이플렉서를 내장하여 구성하는 방식이다. 따라서 입력된 수신 신호의 주파수 대역에 따라 동작 회로가 분리되며, 분리된 수신 신호가 능동 소자의 동작에 의해 증폭되는 능동 안테나 다이플렉서(diplexer)로서 구성된다. FR-4 에폭시 기판 위에서 제작된 능동 안테나 다이플렉서의 특성을 측정한 결과, 2.4 GHz 수신 단자에서는 0.9 dB의 삽입 손실(insertion loss), 1.1 GHz<TEX>(2.0{\sim}3.1\;GHz)$</TEX> 대역폭, 17.0 dB의 수신 신호 증폭 특성을 보여주었으며, 5.8 GHz 수신 단자에서는 0.8 dB의 삽입 손실, 650 MHz<TEX>$(5.25{\sim}5.9\;GHz)$</TEX> 대역폭, 15.0 dB의 수신 신호 증폭 특성을 보여주었다 또한 -10.0 dB 이상의 주파수 분리(isolation) 특성과 -20.0 dB 이상의 고조파 성분(harmonics) 감쇄 특성을 나타내어, 제시된 능동 안테나 다이플렉서 구조가 설계된 동작을 하고 있음을 알 수 있었다. This paper presents active antenna diplexers implemented into an ultra-wideband CPW(Coplanar Waveguide) fed monopole antennas. The proposed active antenna diplexer is designed to direct interconnect the output port of a wideband antenna to the input port of two active(HEMT) devices, where the impedance matching conditions of the proposed active integrated antenna are optimized by adjusting CPW(Coplanar Waveguide) feed line to be the length of 1/20 <TEX>$\lambda_0$</TEX>(@5.8 GHz) in planar type wideband antenna. The measured bandwidth of the active integrated antenna shows the range from 2.0 GHz to 3.1 GHz and from 5.25 GHz to 5.9 GHz. The measured peak gains are 17.0 dB at 2.4 GHz and 15.0 dB at 5.5 GHz.