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Reconfigurable beam steering U-slot patch antenna with high gain for a wireless headset
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Kang, Seonghun Yeom, Insu Jung, Chang Won |
| Copyright Year | 2014 |
| Abstract | This paper presents reconfigurable beam steering patch antenna with high gain for a wireless headset. Because existing antenna for wireless communication in headsets has an omni-directional radiation pattern, it has a deleterious effect in the vicinity of the human head. To reduce this effect, this paper proposed an antenna comprised of a U-slot and manufactured on a FR-4 substrate. The antenna operating at the 2.37-2.5 GHz band used a tapered matching method to match the impedance between the feed part and patch part. To implement the beam steering capability, the antenna used two PIN diodes. Using PIN diodes, the antenna presented three states ( , , and ) in the maximum beam directions of the YZ-plane (, , and , respectively). The peak gains of the antenna in the headset were 4.22-5.15 dBi. The fabricated antenna could communicate efficiently with a wireless headset. Key Word : Beam steering, Patch antenna, Reconfigurable antenna, U-slot, Wireless headset 이 연구는 중소기업청 도약기술개발사업 과제 (No. C0143363)의 지원으로 수행되었음. Corresponding Author : Changwon Jung(Seoul National University of Science and Technology) Tel: +82-10-9969-4078 email: changwoj@snut.ac.kr Received June 3, 2014 Revised July 15, 2014 Accepted September 11, 2014 1. 서론 최근 모바일 기기를 중심으로 전자파가 인체에 미치 는 영향이 문제가 있고 무선 통신기술을 이용한 무선 헤 드셋의 사용자가 지속적으로 증가하고 있다. 본 논문은 빔 스티어링이 가능하고 전자파에 대한 인체 노출 값을 낮춘 지향성 안테나를 제안하였다[1,2]. 안테나분야에서 무선시스템은 신호들의 간섭을 차단하고 수신신호를 향 상시키는 기술들을 사용한다. 적응 배열 안테나는 빔 스 티어링 안테나로 많이 가장 많이 사용하는데 이는 단일 안테나 소자보다 높은 이득을 제공하기 때문이다. 하지 만 이동식 어플리케이션들은 공간이 제한적이기 때문에 적응 배열 안테나는 크기가 크고 그 크기를 줄이기가 쉽 지 않다는 단점이 있다. 그러므로 이에 대한 해결책으로 빔 스티어링이 가능한 단일 안테나 소자의 사용이 필요 하다. 따라서 단일 안테나 소자는 간단하고 작은 크기인 무선 헤드셋용 고이득 재구성 빔 스티어링 U-slot 패치 안테나 5797 (a) (b) [Fig. 1] Beam direction of the proposed antenna. (a) omni-directional antenna (b) reconfigurable beam steering antenna 데다가 방사방향을 쉽게 조작할 수 있다는 장점이 있어 무선 헤드셋용 안테나로 사용하기에 적합하다[3]. 전자파 흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)는 전자기기를 이용할 때 전자파가 인체에 흡수되는 양을 숫자로 표현 한 값이다. SAR는 단위시간당 인체의 단위질량(1kg)에 흡수되는 전자파에너지의 양을 의미하며 단위는 W/kg 이다. SAR측정 대상은공중선전력 20 mW를 초과하고 통상 이용 상태에서 인체로부터 20 cm 이내에 사용하는 휴대용 무선설비들이다[4]. 본 안테나와 연결되는 무선통 신모듈은 20 mW를 넘지 않는 소출력이기 때문에 측정 대상이 되지 않으나 Fig. 1과 같이 빔 방향을 보면 전방 향 무지향성인 기존안테나 (a)는 전자파가 두부에 적은 값이지만 영향을 미치고 지향성을 갖는 빔 스티어링 안 테나 (b)는 빔 방향 두부 바깥쪽으로 향해 있어 전자파가 두부에 미치는 영향이 감소할 것이다. 특히 헤드셋의 경 우 전자파에 민감한 두부와 가까이 위치해 있어 전자파 의 영향을 받기 쉬우므로 헤드셋 내부 안테나의 SAR값 을 줄이는 것이 중요하다. 본 논문에서는 지향성을 가진 빔으로 이 빔을 스티어링하여 통신효율을 향상 시키며, 두부 내/외부 방향으로 지향되는 무지향성 빔에 비해 인 체 두부 바깥방향으로 빔 지향성이 있는 안테나를 사용 함으로써 전자파 인체흡수율(SAR)을 줄일 수 있다. 이로 써 헤드셋을 이용한 무선통신상에서 무 지향성 빔을 사 용한 기존 기술에 비해 고 이득의 다 지향성 빔으로 통신 이 가능하면서도 전자파 인체영향을 줄인 효율적인 무선 통신이 가능하다. 또한 빔 스티어링이 가능한 안테나를 구현하기 위해 패치 안테나 상에 두 개의 RF 스위치(핀 다이오드)를 사용한다. 따라서 빔 스티어링이 가능하여 통신효율을 높이고 인체에 미치는 전자파의 영향을 줄이 는 두 가지 기술을 동시에 구현하고자 본 연구를 하게 되 었다. [Fig. 2] Configuration and dimension of the proposed antenna. |
| Starting Page | 5796 |
| Ending Page | 5800 |
| Page Count | 5 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| DOI | 10.5762/KAIS.2014.15.9.5796 |
| Volume Number | 15 |
| Alternate Webpage(s) | http://jkais99.org/journal/v15no9/SHGSCZ_2014_v15n9_5796/5zny/5zny.pdf |
| Alternate Webpage(s) | https://doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.9.5796 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
