G 중간계획서 LTE 대역을 포함하는 다중대역 안테나 설계 및 구현 전자공학과 7조 조장 이정원

Presentation on theme: "G 중간계획서 LTE 대역을 포함하는 다중대역 안테나 설계 및 구현 전자공학과 7조 조장 이정원"— Presentation transcript:

1 G 중간계획서 LTE 대역을 포함하는 다중대역 안테나 설계 및 구현 전자공학과 7조 조장 200800742 이정원
전자공학과 7조 조장 이정원 조원 현유영 이인지

2 목 차 6. 제한사항 7. 평가기준 8. Hfss 설계 9. 참고문헌 프로젝트 주제 업무 분담 자료 조사 일정 계획 규격

3 LTE 이동 통신 단말기용 다중 대역 내장형 안테나
1. 프로젝트 주제 LTE 이동 통신 단말기용 다중 대역 내장형 안테나 현재 사용 중인 통신사 주파수 대역을 만족하면서 앞으로 사용이 증가하게 될 2.5~2.7GHz 대역을 만족하는 안테나의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 하위대역에서 136MHz (824~960MHz), 상위대역에서 980MHz (1,710~2,690MHz)를 만족 하는 LTE 이동통신 단말기용 다중대역 안테나를 제작 하려고 한다.

4 2. 업무 분담 이 정 원 현 유 영 이 인 지 Leader 규격 및 스펙 산정 평가기준 작성 안테나 설계, 시뮬레이션
이 정 원 규격 및 스펙 산정 평가기준 작성 안테나 설계, 시뮬레이션 현 유 영 안테나 관련 논문 조사 안테나 설계, 시뮬레이션 ppt 제작 이 인 지 안테나 시장 조사 안테나 설계, 시뮬레이션 안테나 제작

5 3. 자료조사(FDD vs TDD) ◈ LTE TDD ◈ LTE FDD
데이터 송수신 시에 업로드와 다운로드에 시간차를 두고 나누어 처리하는 방식. 아주 미세한 시간 차를 두고 업로드와 다운로드를 교대로 처리하는 방식이다. - 장점 : 유연성 트래픽이 몰릴 경우, TDD방식은 업로드에 할당된 시간을 다운로드의 처리에 할당 할 수 있다. 이러한 유연성은 점점 더 증가하게 될 트래픽에 대응함에 있어서 FDD보다 더 우위에 있다고 보여진다. - 단점 : 안정성 다운로드 트래픽이 증가해, 다운로드에 더 많은 시간을 할당하면 업로드 할당이 줄어들어 통화를 하거나 양방향 소통이 원활해야 하는 경우 불편함을 겪을 수 있다. ◈ LTE FDD 데이터를 송수신시 업로드 주파수와 다운로드 주파수를 나누어 사용한다. 국내 이동통신 3사는 모두 이 방식을 취하고 있고, 전 세계 이동통신사의 대부분이 아직 이 방식을 고수하고 있다. - 장점 : 안정성 안정성이 뛰어나, 휴대폰의 본래의 기능인 통화에 있어서는 TDD보다 FDD방식이 더 유리하다고 할 수 있다. - 단점 : 유연성 트래픽이 몰릴 경우, FDD방식은 주파수 대역폭이 나누어져 있기 때문에 업로드 대역폭을 다운로드 쪽에 할당 할 수 없다.

6 Band6은 LTE에 부적합해 사용하지 않으며, Band15,16은 제외되었다.
3. 자료조사(E-UTRA operating bands - FDD) Band6은 LTE에 부적합해 사용하지 않으며, Band15,16은 제외되었다.

7 3. 자료조사(E-UTRA operating bands - FDD)

8 3. 자료조사(E-UTRA operating bands - TDD)

9 주 사용 대역은 볼드로, LTE 글로벌 통용 주파수는 주황색으로 표시
3. 자료조사(통신사 주파수 표) 주 사용 대역은 볼드로, LTE 글로벌 통용 주파수는 주황색으로 표시

10 3. 자료조사(주파수 할당표)

11 3. 자료조사(미래부 보도자료)

12 3. 자료조사(관련기사)

13 LTE band 7 (2,500~2,690 MHz) LTE band 9 (1,749.9~1,879.9 MHz)
3. 자료조사 ◈ 만족하는 대역 *하위대역 LTE band 8 (880~960 MHz) *상위대역 LTE band 1 (1,920~2,170 MHz) LTE band 2 (1,850~1,990 MHz) LTE band 4 (1,710~2,155 MHz) LTE band 7 (2,500~2,690 MHz) LTE band 9 (1,749.9~1,879.9 MHz) LTE band 23 (2,000~2,200 MHz) LTE band 25 (1,850~1,995 MHz) 현재 우리나라에서 사용하는 LTE Band 3, 5와 앞으로 사용하게 될 Band 38을 만족하지 못하므로 해당 대역을 만족시켜서 안테나를 개선하려고 한다.

14 3. 자료조사(스마트폰 사용주파수) 갤럭시 노트 3

15 3. 자료조사(스마트폰 사용주파수) LG G2

16 3. 자료조사(스마트폰 사용주파수) VEGA 시크릿 노트

17 3. 자료조사(스마트폰 사용주파수) i-Phone 5S

18 3. 자료조사(14년 1월 논문)

19 3. 자료조사(14년 1월 논문) ◈ 만족하는 대역 안테나 시제품은 하위대역에서 118MHz(870~988MHz),
*하위대역 LTE band 8 (880~960 MHz) *상위대역 LTE band 1 (1,920~2,170 MHz) LTE band 2 (1,850~1,990 MHz) LTE band 4 (1,710~2,155 MHz) LTE band 7 (2,500~2,690 MHz) LTE band 9 (1,749.9~1,879.9 MHz) LTE band 23 (2,000~2,200 MHz) LTE band 25 (1,850~1,995 MHz) 6dB 안테나 시제품은 하위대역에서 118MHz(870~988MHz), 상위대역에서 1,107MHz(1,650~2,757MHz)를 만족

20 4. 일정계획 2월 3월 4월 5월 6월 1. Tool교육 2. 자료조사 3. 주제 선정 4. 안테나 설계 5. 중간보고
6. 안테나 제작 7. 최종보고

21 주로 사용되는 무선 통신 주파수 대역을 포함하는 안테나 설계
5. 제한사항 주로 사용되는 무선 통신 주파수 대역을 포함하는 안테나 설계 종류 주파수(MHz) Cellular,CDMA 824~894 GSM 880~960 DCS 1710~1880 PCS 1750~1870 K-PCS US-PCS 1850~1990 UMTS, IMT2000 1920~2170 WCDMA Wibro 2300~2390 Bluetooth 2400~2483 WLAN 2400~2483.5 US-WIMAX 2400~2590 사용되는 FR4 기판의 두께는 1.6mm, 안테나 동판의 두께는 0.07mm로 한정한다. FR4 기판의 크기는100x60x1.6mm를 넘지 않도록 한다. 안테나의 크기는12x60x6mm를 넘지 않도록 한다.

22 6. 설계 SPEC PARAMETER SPEC FR4 기판
100x60x1.6 mm (εr =4.4 , tan δ = 0.02) Copper 판 88x60x0.07 mm x 2EA 안테나 크기 12x60x6 mm 만족 대역 824Mhz~960Mhz, 1710Mhz~2690Mhz 만족 LTE Band 1,3,5,7,8,25,38

23 7. 평가기준 내용 기준 점수 총합 안테나 크기 높이 가로 세로 기판 크기 주파수 대역 Band 총 점 (목표 : 80)
1mm 감소 1 2mm 감소 2 가로 세로 3 4mm 감소 4 6mm 감소 5 8mm 감소 6 기판 크기 5mm 감소 10mm 감소 3mm 감소 주파수 대역 Band 기본 무선주파수 만족(제한사항) 50 Band 7 만족 15 Band 38 만족 총 점 (목표 : 80) 100

24 8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) HFSS를 이용한 시뮬레이션

25 LTE band 8 (880~960 MHz)을 만족시키지 못했지만 논문과 거의 일치함을 확인
8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) 하위대역에서 106MHz(903~1,009MHz), 상위대역에서 1,165MHz(1,634~2,799MHz)를 만족 LTE band 8 (880~960 MHz)을 만족시키지 못했지만 논문과 거의 일치함을 확인

26 8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) FR4 기판 사이즈 변경 110x55x1mm 100x60x1.6mm
하위대역에서 90MHz(848~938MHz), 상위대역에서 998MHz(1,735~2,733MHz)를 만족 이득은 증가하였으나 대역폭 감소

27 8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) 0.89Ghz 일 때, 전류분포도

28 8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) 1.71Ghz 일 때, 전류분포도

29 8. Hfss 설계(14년 1월 논문 검증) 2.69Ghz 일 때, 전류분포도

30 8. Hfss 설계(상위대역 설계 변경) 3. 길이 L을 1mm씩 증가시키며 측정 L : 길이 H : 높이
2. 높이 h를 1mm씩 증가 시키며 측정 M : 이동거리 1. 급전점을 이동시켜 시뮬레이션 실행

31 8. Hfss 설계(상위대역 설계 변경) 1. 급전점을 이동시켜 시뮬레이션 실행 ➀➁➂➃ ➀ M=2mm ➁ M=3mm(논문)
논문 급전점 위치를 기준으로 왼쪽으로 이동

32 8. Hfss 설계(상위대역 설계 변경) 2. 높이 h를 1mm씩 증가 시키며 측정 ➀ ➁ ➂ ➀ h=2mm(논문)

33 8. Hfss 설계(상위대역 설계 변경) 3. 길이 L을 1mm씩 증가시키며 측정 ➀ L=22mm ➁ L=23mm(논문)
➀➁➂➃

34 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 왼쪽으로 1mm씩 이동

35 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) ➂➁➀ ➀ M=0mm(논문) ➁ M=1mm ➂ M=2mm

36 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 루프 모형의 크기를 증가시킨다.

37 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) ➂➁➀ ➀ S=0mm(논문) ➁ S=2mm ➂ S=4mm

38 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 하위대역 부분을 늘리기 위하여 모양 및 크기를 변경

39 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 하위대역이 넓어지기는 하였으나, 아직 만족할 만큼의 대역폭은
얻지 못하였고 또한 왼쪽으로 이동한 것을 볼 수 있었다.

40 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경)

41 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 하위대역이 전 설계 모형보다는 조금 더 넓어지기는 하였으나, 마찬가지로 만족할만한
대역폭은 얻지 못했다.

42 8. Hfss 설계(참고 논문) 휴대폰 내장 안테나의 대역폭과 이득 향상을 위한 수직방사체를 가진 안테나 설계

43 8. Hfss 설계(참고 논문) 안테나 방사체를 수직으로 배치함에 따라 방사체의 높이(h)를 여유 있게 구성 할 수 있을 뿐만 아니라 안테나 간 거리(d)를 넓게 구성할 수 있다. 안테나 선로의 폭과 간격을 모두 증가시킬 수 있게 되므로 동일한 공간을 이용하더라도 더 높은 안테나 이득과 더 넓은 대역폭을 얻을 수 있게 된다.

44 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경)

45 하위대역을 거의 만족하였으나 대역폭을 약간 더 넓힐 수 있는 방안이 필요.
8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 하위대역을 거의 만족하였으나 대역폭을 약간 더 넓힐 수 있는 방안이 필요.

46 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경)

47 하위 대역을 만족하였으나 상위 대역의 대역폭이 감소하여 상위 대역에 영향을 미치는 안테나의 수정이 필요
8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 하위 대역을 만족하였으나 상위 대역의 대역폭이 감소하여 상위 대역에 영향을 미치는 안테나의 수정이 필요

48 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경)

49 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 우리가 원하는 저주파 대역을 모두 만족시키는 결과를 볼 수 있었다.

50 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경)

51 모형을 조금 더 간결히 하면서 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.
8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 모형을 조금 더 간결히 하면서 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

52 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 0.89Ghz 일 때, 전류분포도

53 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 1.71Ghz 일 때, 전류분포도

54 8. Hfss 설계(하위대역 설계 변경) 2.69Ghz 일 때, 전류분포도

55 9.참고문헌 ◈ 강창순, “이동통신 이론과 응용”, 청문각(2010)
◈ 3GPP, ”E-UTRA operating bands”, TS V12.2.0, ◈ 홍연택, 백지수, 최재훈, “LTE 시스템을 위한 다중 대역 안테나 설계”, 한국전자파학회 논문지, 25(1), page 19-24, ◈ 미래창조과학부, “미래부, 2.5GHz TDD 주파수 할당계획 확정“, ◈ 이재호, 이경섭, 최득수, “휴대폰 내장 안테나의 대역폭과 이득 향상을 위한 수직 방사체를 가진 안테나 설계“, 한국전자파학회 논문지, 22(9), page ,

56 T Thank you