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반전-F 안테나

Inverted-F antenna
DECT(무선 전화 및 유사 장치에 사용되는 기술) 기지국의 반전 F 안테나

반전-F 안테나는 주로 UHF와 마이크로파 주파수에서 무선 통신에 사용되는 안테나의 일종이다.단극 안테나가 지면과 평행하게 작동하며 한쪽 끝에 접지되어 있다.안테나는 접지된 끝에서 떨어진 중간 지점에서 공급된다.디자인은 단순한 단극에 비해 안테나가 짧고 컴팩트하여 모바일 기기의 케이스 내에 포함시킬 수 있으며, 설계자에 의해 공급 회로에 임피던스가 매칭되어 외부 일치 구성요소가 필요 없이 효율적으로 전력을 방출할 수 있다는 두 가지 장점을 가지고 있다.

이 반전-F 안테나는 1950년대에 처음으로 구부러진 와이어 안테나로 구상되었다.그러나, 그것의 가장 널리 사용되는 용도는 공간 절약 특성을 위한 모바일 무선 장치의 평면 반전 F 안테나(PIFA)이다.PIFA는 다른 부품을 장착하는 데 사용되는 동일한 인쇄 회로 기판의 일부로 인쇄된 RF 구성품을 제조할 수 있는 널리 사용되는 기술인 마이크로스트립 형식을 사용하여 인쇄할 수 있다.

PIFA는 패치 안테나의 변형이다.광대역 또는 멀티밴드 더듬이를 구현하는 많은 변종, 그리고 반전F의 다른 형태들이 존재한다.기법에는 커플링 공명기와 슬롯 추가가 포함된다.

진화와 역사

4차 파장 단극, B 중간 공급 4차 파장 단극, C 역-L 안테나, D 역-F 안테나

반전-F 안테나는 널리 사용되는 4파 단파 안테나의 진화로, 전도성 지상면 위에 수직으로 탑재된 전도성 로드로 구성되며, 그 기저부에서 공급된다.전선 F형 안테나는 1940년대에 발명되었다.[1]이 안테나에서 피드는 베이스가 아닌 안테나 길이를 따라 중간 지점에 연결되며, 안테나의 베이스는 접지면에 연결된다.이렇게 하는 것의 장점은 안테나의 입력 임피던스가 접지된 끝에서 공급되는 지점의 거리에 좌우된다는 것이다.공급점과 지면 사이의 안테나 부분은 본질적으로 단락 스텁으로 작용한다.따라서 설계자는 안테나 요소를 따라 공급 지점의 위치를 설정하여 안테나를 공급 라인 임피던스와 일치시킬 수 있다.

역-L 안테나는 지면 평면에 평행하도록 구부러진 단극 안테나다.그것은 14λ{\displaystyle{\tfrac{1}{4}}\lambda}일중극보다 매우 낮은 임피던스의 불이익, 일반적으로 몇 ohms 즉, 기본에서 먹이는 동안 기본 먹이 14λ{\displaystyle{\tfrac{1}{4}}\lambda}일중극 36.5Ω의 .[2] 임피던스가 빽빽함의 장점과 더 짧은 분량입니다. 에서Verted-F 안테나는 이 두 안테나 모두의 장점을 결합하여 F형처럼 역-L의 콤팩트함과 동시에 공급 회로의 임피던스(흔히 인쇄 회로의 50Ω)를 일치시키는 기능을 가지고 있다.[3]

이 반전 F 안테나는 1958년 로놀드 P. 킹이 이끄는 하버드의 그룹에 의해 처음 제안되었다.[4]킹의 안테나는 와이어 형태였고 원격측정을 위한 미사일에 사용하기 위한 것이었다.[5]

플라나르

A: 인쇄된 반전-F 안테나, B: 고데기 인쇄된 반전-F 안테나: C: 패치 안테나:D: 평면 반전 F 안테나(PIFA)
KeyBoardWithoutGroundPlane.png 지면 미포함 보드 KeyBoardWithGroundPlane.png 지상면 탑재 보드
KeyFeedPin.png 안테나 공급 핀 KeyGroundPin.png 접지 핀

평면 반전-F 안테나(PIFA)는 마이크로스트립에서 구현되는 무선 회로에 사용된다.마이크로스트립 형식은 현대적인 RF 전자제품의 선택 형식이다.필터와 같은 필수 분산 소자 RF 구성품을 구현하는 동시에 인쇄 회로 기판과 동일한 대량 생산 방식이 사용되기 때문에 경제성을 높일 수 있다.

인쇄된 반전-F 안테나는 고전적인 반전-F 형상으로 구현될 수 있으며, 대개 안테나 아래에서 접지 평면이 제거된 회로 기판의 한 쪽에 구현된다.그러나 또 다른 접근방식은 변형 패치 안테나인 단락 패치 안테나다.이 접근방식에서 패치의 한쪽 가장자리 또는 일부 중간 지점은 접지면을 통과하는 핀 또는 비아로 접지된다.이것은 반전 F와 같은 원리로 작용한다; 옆으로 보면 F 형상을 볼 수 있다, 단지 안테나 요소가 수평면에서 매우 넓을 뿐이다.[6]단락 패치 안테나는 방사선 면적이 넓어 박선형보다 대역폭이 넓다.[7]얇은 라인 타입과 마찬가지로, 단락된 패치 안테나는 다른 회로와 동일한 인쇄 회로 기판에 인쇄할 수 있다.그러나, 그것들은 보통 자신의 보드에 인쇄되거나 메인 보드에 고정된 유전체에 인쇄된다.이는 안테나를 정지시킬 수 있고 공기 유전체에 효과적으로 있을 수 있으며, 그렇지 않을 경우 접지면에서 더 큰 거리 또는 사용되는 유전체가 RF 성능에 더 적합한 재료가 되도록 한다.[8]

PIFA라는 용어는 안테나 요소가 지면 아래 넓은 단락 패치 안테나를 위해 많은 저자(예: 산체스-에르난데스[9])에 의해 유보된다.도표에서 지면이 A, B처럼 한쪽으로 향한 얇은 선형 반전F 안테나는 평면형이라 하더라도 IFA라고 불릴 뿐이다.저자는 이러한 유형의 IFA를 인쇄된 반전F 안테나라고 부를 수도 있지만, 단층 패치형(예: Hall 및 Wang)을 위해 여전히 PIFA를 예약할 수도 있다.[10]

단락 패치 안테나의 일반적인 구성은 단락 핀을 단락 핀에 상대적으로 가깝게 공급 핀을 가능한 한 한 한 모서리에 가깝게 배치하는 것이다.이 구성에서 공명 주파수는 대략 다음과 같이 주어진다.

어디에
f는0 공명 주파수다.
w, b는 패치의 폭과 폭이다.
c는 빛의 속도다.
ε은r 기질의 유전 상수다.

이 공식은 안테나가 장치의 케이싱과 같은 근처의 유전체에 영향을 받지 않는 경우에만 유지된다.[11]

부딪힐 수 있는 또 다른 변화는 고밀도 반전 F 안테나(MIFA)이다.안테나를 필요한 전체 길이로 확장하기에 충분한 보드 공간이 없는 경우, 안테나는 설계한 전기 길이를 유지하면서 높이를 낮추기 위해 구부러질 수 있다.[12]이는 고무 오리 안테나에서 볼 수 있는 것처럼 안테나가 소용돌이치는 것과 비교할 수 있다.[13]

반전-F 안테나는 대역폭이 좁다.안테나를 늘리면 더 넓은 대역폭을 얻을 수 있는데, 안테나의 방사선 저항성이 증가한다.또 다른 해결책은 두 개의 더듬이를 가까이 두는 것이다.이것은 결합 공명기가 자체로 두 공명기의 대역폭보다 더 넓은 대역폭을 가지기 때문이다.멀티밴드 더듬이를 생산하는 기법도 대부분 대역폭 확대에 효과적이다.[14]

멀티밴드 더듬이

2.4GHz 및 5.2GHz 대역의[15] 네트워크 인터페이스 컨트롤러를 제공하는 PC 카드 애플리케이션에서 듀얼 밴드로 인쇄된 반전 F 안테나

멀티밴드 안테나의 필요성은 사용되는 주파수대가 종종 다를 수 있는 국가와 네트워크 사이를 돌아다녀야 하는 모바일 기기에서 발생한다.아마도 1997년에 처음 보고된 개념적으로 가장 단순한 디자인은 두 개의 PIFA 패치 더듬이를 다른 하나에 안치하는 것일 것이다.[16]또 다른 기법은 하나 이상의 스퍼 라인을 패치에 삽입하는 것으로, 결합 공명기가 밴드를 넓히는 효과가 있다.다른 기법들은 생성되는 복수의 모드에 의존하여 보다 컴팩트한 설계를 만든다.그 예는 인터디지털 필터와 유사한 패턴인 C-슬롯 패턴과 다이어그램에 각각 C와 D로 표시된 촘촘한 고데기 패턴이다.[17]

멀티밴드 PIFA 설계, A: 내포된 PIFA 패치 안테나, B: 3밴드 안테나를 생성하는 두 개의 스퍼 라인이 있는 PIFA 패치 안테나, C: C-슬롯이 있는 유사한 3밴드 안테나, D: 밀폐된 반전F

적용들

역전-F 안테나는 공간이 프리미엄급인 소형 휴대용 무선기기에 널리 사용된다.여기에는 GSM, Bluetooth, Wi-Fi와 같은 무선 전송을 사용하는 휴대 전화와 태블릿 컴퓨터가 포함된다.[18]평면 반전-F 안테나는 휴대전화 설계에서 가장 많이 사용되는 내장 안테나다.[19]

이 안테나는 차량 텔레매틱스에도 사용된다.차량 제조업체는 스타일 및 공기역학적 이유로 차량의 윤곽선을 따르는 안테나를 사용하는 것을 좋아한다.멀티밴드 PIFA는 휴대 전화, 위성 내비게이션, 자동차 라디오를 위한 안테나 피드를 결합하는 데 사용할 수 있다.[20]

이 안테나는 군사 시험 범위의 원격 측정 응용에 사용되었으며, 여기에는 Inter-Range Instrumentation Group 표준을 지원하는 안테나가 포함된다.[21]

군용 차량에 사용하기 위해 R자 모양의 듀얼밴드 PIFA가 제안되었다.커버할 밴드는 225MHz, 450MHz이다.이 주파수는 900 MHz 및 1.8 GHz의 휴대 전화 GSM 대역과 동일한 비율로, 치수를 적절하게 축소할 경우 설계도 이 애플리케이션에 사용할 수 있다.[22]

참조

  1. ^ 워터하우스 & 노박, 페이지 19
  2. ^ 홀 외, 페이지 197–198
  3. ^ 홀 외, 페이지 197–198
    • 야르만, 페이지 67
  4. ^ 킹, 해리슨 & 덴튼 (1958, 1960)
  5. ^ 페토사, 페이지 62
    • 프라사드 & 킹, 페이지 449, 452
  6. ^ 홀 외, 198-199 페이지
  7. ^ 야르만, 페이지 68
  8. ^ 홀 외, 200 페이지, 209
  9. ^ 산체스-헤르난데스, 16-22페이지
  10. ^ 96 페이지 홀 앤 왕
  11. ^ 홀 외, 페이지 199–200
    • 야르만, 페이지 68-69
  12. ^ 커벨, 페이지 1, 3-4
  13. ^ 코헨, 페이지 43: "나선을 이용하여 고무 오리를 3-D 미더 라인으로 보면, 다른 소형화 시도가 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있다."
  14. ^ 홀 외, 200 페이지
  15. ^ 홀 외, 페이지 221–222
    • 킨루 외, 223-225페이지
  16. ^ 류 외, 페이지 1451
  17. ^ 홀 외, 페이지 203-204
  18. ^ 홀 외, 197 페이지
  19. ^ 야르만, 페이지 67
  20. ^ 홀 외, 222 페이지
  21. ^ 바튼, 2017년
  22. ^ 알리 외, 페이지 29

참고 문헌 목록

  • 알리, M.; 광리 양; 환성 황; 시티론나리트, T, "차량 응용을 위한 R자형 이중 대역 평면 반전-F 안테나 설계 및 분석", IEEE 차량 기술 거래, 제53권, iss. 1, 페이지 29–37, 2004년 1월.
  • Barton, "S-Band Telemetry용 NOsecone Invert-F(IFA)", DTIC, 2017
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  • 홀, 피터 S; 리, E.; 송, C.T. P, "Planar invert-F 안테나", 페이지 197–227, Waterhouse, Rod(ed), 인쇄된 무선 통신 안테나, John Wiley & Sons, 2008 ISBN 0470512253.
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  • Kervel, Fredrik, 868MHz, 915MHz 및 955MHz 반전 F 안테나, 텍사스 인스트루먼트, Design Note DN023 2011년 9월 30일.
  • Kin-Lu Wong, Yen-Yu Chen, Saou-Wen Su, Yen-Liang Kuo, "WLAN 작동을 위한 다양성 이중 대역 평면 반전 F 안테나", 제38권, 제3권, 제223-225권, 2003년 8월 5일.
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  • 산체스-헤르난데스, 데이비드 A, 아르테크 하우스, 2008 ISBN 1596933984 4G 터미널용 멀티밴드 통합 안테나.
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