고속 스위칭 기술의 발전에 따라 고성능 무선 통신 기술에 있어 UWB (Ultra Wide Band)시스템이 많은 관심을 받고 있다. UWB 무선통신 기술은 실내 근거리 통신에서 저전력을 사용하면서 높은 전송률을 제공한다. 이에 따라 다중 대역 또는 UWB 통신에 적합한 시스템 및 안테나의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 UWB 시스템은 기존 시스템인 WLAN (Wireless Local Area Network: 5.15 ~ 5.85GHz), WiMAX (World Interoperability for Microwave Access: 3.4 ~ 3.7GHz), C-band (3.7 ~ 4.2GHz) 시스템들과의 심각한 간섭 문제에 직면해 있다. 따라서 기존의 무선서비스와의 간섭을 피하기 위해 UWB 시스템에서 대역저지 기능을 고려해야 한다.
한편, UWB 시스템의 넓은 대역폭을 이용하여 대용량의 데이터를 전송하는 기술이 이미 개발되었지만, 모바일 기기에서 급격하게 증가하는 멀티미디어의 용량을 수용하고 고속의 데이터 전송과 주파수 대역의 효율적인 이용을 위해 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 안테나 시스템이 요구되고 있다.
본 논문에서는 다중 서비스에서 사용될 수 있는 단말기용 대역저지 UWB 및 대역저지 UWB MIMO 안테나의 설계 및 구현과 기생소자를 이용하여 격리도 개선에 관하여 연구하였다. 격리도 개선의 경우, MIMO 안테나 사이에 위치한 기생소자의 위치와 기생소자의 개수에 따른 격리도의 성능 변화에 대해 연구 하였다. 제안된 논문에서 격리도 값인 S21은 기생소자가 없을 때에는 -13.65dB, 상단에만 존재 할 때에는 -19.37dB, 하단에만 존재 할 때에는 -19.85dB, 모두 존재 할 때에는 -32.24dB를 나타내었고, 기생소자의 위치보다 기생소자의 개수변화가 격리도 향상에 더 많은 영향을 미쳤다.
제안된 대역저지 UWB 안테나의 전산모의실험에는 Ansoft사의 HFSS (High Frequency Structure Simulator)를 사용하였으며, 전산모의실험의 결과를 토대로 제작된 안테나의 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)은 2(S11 < -10dB)를 기준으로 UWB (3.1 ~ 10.6GHz) 대역을 만족하고, WiMAX (World Interoperability for Microwave Access: 3.4 ~ 3.7GHz), C-band (3.7 ~ 4.2GHz), WLAN (Wireless Local Area Network: 5.15 ~ 5.85GHz) 대역을 저지하였다. 제안된 대역저지 UWB 안테나의 전체크기는 24 mm (W) × 36 mm (L) × 1.67mm (H)이며, 24 mm (W) × 11.5 mm (L) 접지판 위에 50Ω SMA 커넥터를 사용하여 급전하였다. 안테나 접지판은 비유전율이 4.4이고 두께가 1.6 mm인 FR4 기판을 사용하였다.
다음으로 기생소자를 적용한 대역저지 UWB MIMO 안테나를 설계하고 구현하였다. 제안된 안테나의 전산모의실험은 Ansoft사의 HFSS를 사용하였으며, 전산모의실험의 결과를 토대로 제작된 안테나의 VSWR은 2(S11 < -10dB)를 기준으로 UWB 대역을 모두 만족하였고, WiMAX, C-band, WLAN대역을 저지 하였다. 제안된 MIMO 안테나의 전체 크기는 54 mm (W) × 36 mm (L) × 1.67mm (H)이며, 24 mm (W) × 11.5 mm (L) 접지판 위에 50Ω SMA 커넥터를 사용하여 급전하였다. 안테나 접지판은 비유전율이 4.4이고 두께가 1.6 mm인 FR4 기판을 사용하였다. 또한 안테나의 격리도를 향상시키기 위해 기생소자를 삽입하였고, 기생소자의 크기는 6 mm (W) x 36 mm (L) x 1.6 mm (H)의 FR4 위에 동박으로 설계되었고, 기생소자는 두 개의 MIMO 안테나 사이의 중심부이다. 제안된 대역저지 UWB MIMO 안테나 S21특성은 전산모의실험 결과를 통해 UWB 대역에서 -15dB 이하를 확보하였다.