[논문]SRR (Split Ring Resonator) 덮개 구조를 갖는 전기적 소형 정사각형 루프 안테나

김용진; 김정한; 이홍민

[국내논문] SRR (Split Ring Resonator) 덮개 구조를 갖는 전기적 소형 정사각형 루프 안테나
Electrically Small Square Loop Antenna with SRR (Split Ring Resonator) Cover Structure 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.45 no.6 = no.372, 2008년, pp.52 - 58

김용진 (경기대학교 전자공학부) , 김정한 (경기대학교 전자공학부) , 이홍민 (경기대학교 전자공학부)

초록
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본 논문에서는 SRR (Split Ring Resonator) 덮개 구조를 갖는 전기적 소형 정사각형 루프 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 Chu의 이론에 의한 결과, ka=0.34로 전기적으로 매우 소형화 되었다. 측정결과, 제안된 안테나의 공진주파수는 906MHz이며 임피던스 대역폭($VSWR{\leq}2$)은 5.8MHz (901.7 - 907.5MHz)를 나타내었다. 안테나구조의 등가회로모델을 적용하여 임피던스 정합과 동작특성의 최적화가 이루어졌고 접지면 환경을 이용하지 않는 안테나 구조를 사용하여 테플론 기판에 설계되었으며 급전부에서의 부가적인 정합 회로망 없이 효율적으로 임피던스 정합이 이루어졌다. 따라서 본 논문에서 제안된 안테나는 좁은 실장환경을 요구하는 무선통신시스템에 적용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, electrically small square loop antenna with SRR (Split Ring Resonator) cover structure is built and tested. The proposed antenna has very small size, ka = 0.34 by Chu limit. The experimental result shows that the resonant frequency and impedance bandwidth($VSWR{\leq}2$) are 906MHz and 5.8MHz (901.7 - 907.5MHz), respectively. The proposed antenna is matched and designed by equivalent circuit model. The proposed antenna is fabricated simple structure without additional matching network and printed on a Teflon substrate without ground plane. Therefore, it has advantages of low cost, small size, and light weight and will be applied to wireless communication systems where small antennas are required.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 상용 소프트웨어인 Ansoft사의 Designer V2.0과 CST 사의 MWS (Micro Wave Studio) 2008®을 사용하여 접지면 환경이 요구되지 않는 900MHz 대역 전기적 소형 루프 안테나를 제안하였다.
소형 안테나 주위에 캐패시턴스 성분 또는 인덕턴스 성분을 갖는 구형 덮개 구조를 적용하면 전체적으로 LC 공진기 형태로 임피던스 정합이 이루어진다. 따라서 본 논문에서는 캐패시턴스 성분의 덮개 구조를 적용하여 간단한 구조로 임피던스 정합을 이룬 전기적 소형 루프 안테나를 제안한다.
본 논문에서는 SRR 덮개 구조를 갖는 정사각형 전기적 소형 루프 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작된 전기적 소형 루프 안테나의 /知 값은 전기적 소형안테나의 기준인 ka < 1보다 매우 작은 034를 얻었다.

제안 방법

제안된 안테나의 설계에 앞서 등가회로를 통하여 안테나를 구성하고 있는 각 소자 값의 변화에 따른 동작 특성의 변화를 확인하였다. 그림 4에 등가회로에서 소자 값의 변화에 따른 안테나 동작 특성의 변화를 나타내었다.
급전시켰다. 전기적 소형 루프 안테나의 인덕턴스 성분과 기판 뒷면에 SRR 구조를 이용하여 얻어진 캐패시턴스 성분을 결합시켜 제안된 안테나가 LC 공진 구조를 이루도록 하였다. 접지면을 사용하지 않는 소형 루프 안테나 구조를 기본 안테나로 사용하였으며, SRR 형태의 덮개 구조로 안테나를 정합시키도록 하였다.
전기적 소형 루프 안테나의 인덕턴스 성분과 기판 뒷면에 SRR 구조를 이용하여 얻어진 캐패시턴스 성분을 결합시켜 제안된 안테나가 LC 공진 구조를 이루도록 하였다. 접지면을 사용하지 않는 소형 루프 안테나 구조를 기본 안테나로 사용하였으며, SRR 형태의 덮개 구조로 안테나를 정합시키도록 하였다.

대상 데이터

소자 값을 나타내었다. 제안된 안테나의 설계 중심주파수는 9HMHz로 하였다. 그림 5에 등가회로로부터 얻어진 안테나의 반사손실 및 입력 임피던스 특성을 나타내었다.
설계변수들의 변화에 따른 제안된 안테나의 특성 변화를 파악하고 안테나 구조를 구체화시키기 위하여 상용 소프트웨어인 CST 사의 MWS 2006을 모의실험에 사용하였다. 그림 6에 SRR의 캐패시터 갭의 간격(g)과 길이(7书)에 따른 반사손실 변화를 나타내었다.
제안된 안테나 제작에는 Taconic사의 두께 6Qmil의비유전율(勺)이 22 인 테플론 기판을 사용하였고 급전선로에 50f2 동축 프로브를 연결하여 직접 급전시켰다. 전기적 소형 루프 안테나의 인덕턴스 성분과 기판 뒷면에 SRR 구조를 이용하여 얻어진 캐패시턴스 성분을 결합시켜 제안된 안테나가 LC 공진 구조를 이루도록 하였다.

성능/효과

0을 사용하였다. 등가회로를 이용한 모의실험 결과 소형 루프에서의 인덕턴스 성분인 丄伝에 의해 임피던스 정합 특성이 결정되고 SRR의 캐패시터 갭에 형성되는 캐패시터스 성분인 分에 의해 제안된 안테나의 동작주파수가 결정됨을 알 수 있다.
나타내었다. 모의실험 결과와 등가회로를 이용하여 계산한 결과는 유사한 특성을 나타내고 있으므로 제안된 안테나의 등가회로는 적합함을 확인하였다.
나타내었다. SRR의 캐패시터 갭에 의한 캐패시턴스 성분과 소형 루프와 SRR에서의 인덕턴스 성분을 확인할 수 있었다. 제안된 안테나는 모의실험 결과 911MHz에서 최대이득 L58dB, 최대방사 효율 57.
SRR의 캐패시터 갭에 의한 캐패시턴스 성분과 소형 루프와 SRR에서의 인덕턴스 성분을 확인할 수 있었다. 제안된 안테나는 모의실험 결과 911MHz에서 최대이득 L58dB, 최대방사 효율 57.6%를 보였다.
그림 10에 측정된 안테나의 반사손실 및 입력 임피던스 특성을 나타내었다. 측정결과 공진주파수는 906MH丑이고 임피던스 대역폭(侄坯7?£ 2)은 5.8MHz (901.7 -9075MHz)를 나타내었다. 그림 11에 제작된 안테나의 방사 패턴을 나타내었다.
그림 11에 제작된 안테나의 방사 패턴을 나타내었다. 일반적인 전기적 소형 안테나와 유사한 준 등방성의 방사 패턴을 보였고 906MHz에서 최대이득 -0, 59dBi, 최대방사 효율 4285%를 얻었다. 모의실험 결과에 비해 공진주파수가 5MHz 하향되었고 이득은 2.
일반적인 전기적 소형 안테나와 유사한 준 등방성의 방사 패턴을 보였고 906MHz에서 최대이득 -0, 59dBi, 최대방사 효율 4285%를 얻었다. 모의실험 결과에 비해 공진주파수가 5MHz 하향되었고 이득은 2.17dBi, 방사 효율은 1475% 감소하였다. 이는 공정상에서의 오차 및 측정 시 급전 부에서의 손실로 사료된다.
제작된 전기적 소형 루프 안테나의 /知 값은 전기적 소형안테나의 기준인 ka < 1보다 매우 작은 034를 얻었다. 제안된 안테나의 공진주파수는 906MH也이고 임피던스 대역폭(傷0X2)은 5.8MHz (901.7 - 907.5MHz)을 얻었다. 제안된 안테나의 방사 패턴을 측정한 결과 일반적인 전기적 소형안테나와 유사한 준 등방성의 방사 패턴을 나타내었고 안테나의 등가회로 모델이 제시되어졌다.
5MHz)을 얻었다. 제안된 안테나의 방사 패턴을 측정한 결과 일반적인 전기적 소형안테나와 유사한 준 등방성의 방사 패턴을 나타내었고 안테나의 등가회로 모델이 제시되어졌다. 기존의 전기적 소형안테나의 단점인 안테나 정합 문제를 SRR 덮개 구조를 사용하여 해결함으로서, 접지면 환경을 요구하지 않는 안테나 시스템에 제안된 안테나 구조가 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
캐패시터 갭의 간격과 길이의 변화가 안테나의 공진주파수 변화의 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 캐패시턴스 성분이 증감함에 따라 공진주파수가 하향됨을 알 수 있다.

후속연구

제안된 안테나의 방사 패턴을 측정한 결과 일반적인 전기적 소형안테나와 유사한 준 등방성의 방사 패턴을 나타내었고 안테나의 등가회로 모델이 제시되어졌다. 기존의 전기적 소형안테나의 단점인 안테나 정합 문제를 SRR 덮개 구조를 사용하여 해결함으로서, 접지면 환경을 요구하지 않는 안테나 시스템에 제안된 안테나 구조가 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

H. A. Wheeler, "Fundamentals limitations of small antennas", Proc. IRE, vol. 35, pp. 1479-1484, Dec. 1947
L. J. Chu, "Physical limitations of omnidirectional antennas", J. Appl. Phys., vol. 19, pp. 1163-1175, Dec. 1948

상세보기
R. C. Hansen, Electrically small, superconductive, and superconducting antennas, Wiley Inter-Science, 2006
R. W. Ziolkowski and A. Erentok, "Metamaterial-based efficient electrically small antennas", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 54, pp. 2113-2130, Jul. 2006

상세보기
R. W. Ziolkowski, "Metamaterial-based antennas : research and developments", IEICE TRANS. ELECTRON., vol. E89-C, pp. 1267-1275, Sep. 2006

상세보기
A. Erentok and R. W. Ziolkowski, "Two- dimensional efficient metamaterial-inspired electrically-small antenna", Microwave Opt Tech Lett., vol. 49, pp. 1669-1673, Nov. 2006

상세보기
김호용, 김중관, 김정한, 김용진, 이홍민, "메타물질 구조 기반 전기적 소형 모노폴 안테나의 설계", 전자파학회 추계학술발표대회, vol. 30, pp. 577-580, 2007년
CST STUDIO $SUITE^{TM}$ 2008 MWS (Micro Wave Studio), CST Corporation

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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