[논문]버섯모양 EBG를 이용하여 두 포트 사이의 고립도를 향상시킨 이중대역 이중편파 안테나

이동현; 김재희; 장종훈; 박위상

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본 논문에서는 버섯모양 전자기 밴드 갭 (EBG) 구조를 급전선로 아래에 집적하여 두 포트 사이의 고립도를 향상시킨 이중 대역 이중편파 안테나를 제안하였다. 전송선로 아래에 $2{\times}1$ EBG 단위셀이 집적된 구조의 등가회로 모델을 소개하고, 등가회로로부터 구한 수치해석 결과와 측정을 통한 실험 결과를 분석하였다. 이로부터 집적된 EBG 구조가 우수한 저지대역 특성과 거의 0 dB 가까운 낮은 삽입손실을 갖는 것을 확인하였다. 이 EBG를 안테나의 급전선로 아래 집적하여 고립도가 향상된 이중 대역 이중편파 안테나를 설계하였으며, 두 포트사이의 고립도가 일반적인 이중대역 이중편파 안테나에 비해 20 dB 이상 향상됨을 관찰하였다. 제안된 안테나를 제작 및 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과는 매우 잘 일치한다. 측정된 편파 분리도와 이득은 각각 낮은 대역에서 25 dB, 5.77 dBi, 높은 대역에서 35 dB 7.13 dBi이다.

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A dual-frequency dual-polarization (DFDP) antenna with high isolation between two ports by embedding $2{\times}1$ mushroom-like electromagnetic bandgap (EBG) cells is proposed. The equivalent circuit of a suspended microstrip line over $2{\times}1$ EBG cells is introduced. The ...

A dual-frequency dual-polarization (DFDP) antenna with high isolation between two ports by embedding $2{\times}1$ mushroom-like electromagnetic bandgap (EBG) cells is proposed. The equivalent circuit of a suspended microstrip line over $2{\times}1$ EBG cells is introduced. The numerical analysis from the equivalent circuit and measured results show that the microstrip line with embedded EBG cells has a distinctive and sharp rejection band and provides near 0 dB insertion loss outside the rejection band. By embedding the EBG cells under feedlines of a conventional DFDP antenna, the isolation between two ports of the antenna is enhanced more than 20 dB, as compared to that of a conventional DFDP antenna. The proposed DFDP antenna is fabricated and measured. The simulated and measured results show a good agreement. The measured polarization purity and gain of the antenna are 25 dB and 5.77 dBi at lower band, and 35 dB and 7.13 dBi at higher band, respectively.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 급전선로 아래에 버섯모양의 EBG 셀을 삽입하여 두 포트간 높은 고립도(-48 dB 이상)를 가지는 새로운 DFDP 안테나를 제안하였다. 이 DFDP 안테나를 설계하기 위해 2x1 EBG 셀이 집적된 전송 선로의 등가회로를 제시하고, 제시한 등가회로를 검증하였다.
본 논문에서는 마이크로스트립 급전선로 아래에 2><1 EBG를 집적화시켜 두 포트사이의 고립도를 향상시킨 DFDP 안테나를 제안하였다. EBG가 집적된 전송선로의 등가 회로를 제시하였으며, 이를 검증하였다.

제안 방법

6 GHz (EBG 1)와 7.5 GHz (EBG 2)에 저지대역 특성을 갖는 2x1 EBG가 집적된 마이크로스트립 선로를 설계 및 제작 하였다. 제작한 EBG 구조의 주기간격(a) 은 9 mm, via 반경은 0.
안테나를 제안하였다. EBG가 집적된 전송선로의 등가 회로를 제시하였으며, 이를 검증하였다. 이 전송선로는 저지대역에서 우수한 저지특성(&1 - -50 dB)을 가지며, 저지대역 밖에서는 거의 0 曲의 삽입손실을 가진다.
이 DFDP 안테나를 설계하기 위해 2x1 EBG 셀이 집적된 전송 선로의 등가회로를 제시하고, 제시한 등가회로를 검증하였다. 다른 저지대역을 가지는 두 EBG 구조를 설계 및 측정하였다. 이 EBG 구조를 집적한 제안된 안테나를 제작 및 측정하였으며, 일반적인 DFDP 안테나의 특성과 비교 분석하여 제안된 안테나의 우수한 고립도 향상 정도를 검증하였다.
다른 저지대역을 가지는 두 EBG 구조를 시뮬레이션 및 제작하였으며, 시뮬레이션 및 측정 결과는 매우 잘 일치하였다. 두 포트의 전송선로 아래에 이 EBG 구조를 집적화시켜 두 포트 사이의 고립도를 향상시킨 DFDP 안테나를 설계하였다. 두 포트사이의 고립도가 일반적인 이중대역 이중편파 안테나에 비해 20 dB 이상 향상됨을 시뮬레이션 및 측정 결과를 통해 확인하였다.
포트 1과 포트 2 는 각각 X 방향 과 y 방향 신호를 급전한다. 따라서 두 포트 사이의 고립도를 향상시키기 위해 7.5 GHz에서 저지 대역 특성을 가지고 6 GHz에서 -0.62 曲의 삽입 손실이 나타나는 EBG-2를 포트 1의 급전 선로 아래쪽에 집적하고, 6 G田에서 저지대역특성을 가지고 7.5 GHz 에서 -0.75 dB의 삽입 손실을 갖는 EBG-1 는 포트 2 아래에 집적시켰다. 안테나의 입력 임피던스 매칭을 위해 1/4 파장 트랜스포머를 이용했다.
새로운 DFDP 안테나를 제안하였다. 이 DFDP 안테나를 설계하기 위해 2x1 EBG 셀이 집적된 전송 선로의 등가회로를 제시하고, 제시한 등가회로를 검증하였다. 다른 저지대역을 가지는 두 EBG 구조를 설계 및 측정하였다.

대상 데이터

15 mm 이다. EBG-1의 패치 길이(#)는 7.2 mm이며 EBG-2는 5.67 mm 이다. 전체 EBG 구조의 크기는 6 GHz에서 0.

성능/효과

두 S-파라미터는 매우 잘 일치함을 볼 수 있다. 2개의 단위 셀만으로도 우수한 저지 대역 특성(Si = -50 dB)을 가지며, 저지대역 밖에서는 거의 0 dB의 삽입손실 특성을 가짐을 확인할 수 있다. EBG 셀의 개수가 증가시키면, 저지대역 특성이 더욱 뾰족하게 되어 저지대역과 통과대역의 구분이 더 명확해 진다.
이 전송선로는 저지대역에서 우수한 저지특성(&1 - -50 dB)을 가지며, 저지대역 밖에서는 거의 0 曲의 삽입손실을 가진다. 다른 저지대역을 가지는 두 EBG 구조를 시뮬레이션 및 제작하였으며, 시뮬레이션 및 측정 결과는 매우 잘 일치하였다. 두 포트의 전송선로 아래에 이 EBG 구조를 집적화시켜 두 포트 사이의 고립도를 향상시킨 DFDP 안테나를 설계하였다.
두 포트의 전송선로 아래에 이 EBG 구조를 집적화시켜 두 포트 사이의 고립도를 향상시킨 DFDP 안테나를 설계하였다. 두 포트사이의 고립도가 일반적인 이중대역 이중편파 안테나에 비해 20 dB 이상 향상됨을 시뮬레이션 및 측정 결과를 통해 확인하였다. 측정된 편파 분리도는 6 GHz에서 25 dB, 7.
51 GHz 로 일반적인 DFDP 마이크로스트립 안테나와 유사하다. 반면 포트 1 과 포트 2의 고립도 (%)는 각각 -50 dB와 -48 dB로 기존의 안테나가 가지는 고립도 -30 dB와 -27dB 보다 약 20 dB정도 향상 되었다.
그림 4는 시뮬레이션 및 측정된 EBG-1과 EBG-2 의 을 보여주고 있다. 시뮬레이션 및 측정 결과는 잘 일치하며 EBGT의 삽입 손실은 6 GHz에서 -45 dB 이고, 7.5 GHz에서는 -0.75 dB이다. 반면 EBG-2의 경우, 7.
다른 저지대역을 가지는 두 EBG 구조를 설계 및 측정하였다. 이 EBG 구조를 집적한 제안된 안테나를 제작 및 측정하였으며, 일반적인 DFDP 안테나의 특성과 비교 분석하여 제안된 안테나의 우수한 고립도 향상 정도를 검증하였다.

참고문헌 (6)

Xian-Ling Liang, Shun-Shi Zhong, and Wei Wang, 'Design of a high isolation dual-polarized slot-coupled microstrip antenna,' Microwave & Optical Technology Letters, vol. 47, no. 3, pp. 212-215, Nov. 2005

상세보기
Georgios Ch. Michail and Nikolaos K. Uzunoglu, 'Dual-frequency and dual-polarization multilayer microstrip antenna element,' Microwave & Optical Technology Letters, vol. 42, no. 4, pp. 311-315, Aug. 2004

상세보기
Y. Hao and C. G. Paini, 'Isolation Enhancement of Anisotropic UC-PBG Microstrip Diplexer Antenna,' IEEE Aantennas and Wireless Propagation Letters, vol. 1, no. 1, pp. 135-137 2002

상세보기
Li Yang, Mingyan Fan, Fanglu Chen, Jingzhao She, and Zhenghe Feng, 'A Novel Compact Electromagnetic-Bandgap (EBG) Structure and Its Applications for Microwave Circuits,' IEEE Trans. Microw. Theory Tech, vol. 53, no. 1, pp. 183-190, Jan. 2005

상세보기
D. Sievenpiper, L. Zhang, R. F. J. Broas, N. G. Alexopolous, and E. Yablonovitch, 'High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band,' IEEE Trans. Microw. Theory Tech, vol. 47, no. 11, pp. 2059-2074, Nov. 1999

상세보기
Yasushi Horii, 'A Compact Band Elimination Filter Composed of a Mushroom Resonator Embedded in a Microstrip Line Substrate,' 2005 Asian Pacific Microwave Conference, Vol. 3, Suzhou, China, Dec. 2005

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