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문제 정의
- 기판 크기가 방사 특성에 미치는 효과를 알아보기 위하여 논문 [기에서 설계된 기판 두께에 따른 패치 안테나를 제작하여 여러가지 정사각형 기판의 크기를 가지는 패치 안테나의 방사 특성을 살펴보았다. 정사각형 기판의 한 변의 길이를 0.
- 본 논문에서는 2 장에서 동작 주파수가 5 GHz 인 여러 가지 기판 두께를 가지는 사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성을 여러가지 크기를 가지는 정사각형 기판에 대하여 HFSS를 사용하여 전산 모의한 결과와 제작하여 특성을 측정한 결과를 보고한다. 전산 모의한 결과와 측정 결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다 3 장에서는 여러가지 두께를 가지는 기판에서 기판 크기를 변화시키며 측정한 방사패턴 특성 결과를 비교 검토한다.
제안 방법
- 4가지 기판 크기에 대하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하여 측정한 전방방사 이득의 변화폭은 기판 두께가 1.6 mm 일 때 전방방사 이득은 1.01 dBi 부 터 3.86 dBi 까지 변화하였고 기판 두께가 08 mm 일 때 전방방사 이득은 2.62 dBi 부터 4.29 dBi 까지 변화하였으며 기판 두께가 3.2 mm 일 때 전방방사 이득은 -3.10 dBi 부터 4.56 dBi 까지 변화하였다. 전방방사 이득 변화폭은 4가지 기판 크기에서 기판 두께가 0.
- 그림 5. 기판 두께가 0.8 mm 일 때 4가지 기판 크기에 따른 패치 안테나의 전산모의한 반사손실과 측정된 반사손실 비교. (a) 0.
- 그림 8. 기판 두께가 3.2 mm 일 때 4가지 기판 크기에 따른 패치 안테나의 전산모의한 반샤손실과측정된 반사손실 비교. (a) 0.
- 05 mm 에 위치한다. 기판 두께가 방사특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 기판 두께가 각각 0.8 mm 와 3, 2 mm 일 때 마이크로 스트립 패치 안테나를 설계하였다. 기판 두께가 0.
- 유한한 정사각형 기판의 크기가 사각형 패치 안테나의 방사 특성에 미치는 영향을 연구하기 위하여 여러 가지 크기를 가진 정사각형 기판에 사각형 패치 안테나를 제작하고 측정한 결과를 전산모의한 결과와 비교하였다. 전산모의한 방사패턴 특성의 결과와 측정한 방사 패턴 특성의 결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다.
- 정사각형 기판의 한 변의 길이를 0.4 Ao 에서 3.0 Ao 까지 0.2 Ao 간격으로 변화시켜가며 전산모의한 전방방사와 후방방사 이득을 살펴보았다. 패치 안테나를 제작하기 위하여 선택된 정사각형 기판의 크기는 다음과 같은 4 가지이다.
- 그림 6. 패치 안테나의 기판 두께가 0.8 mm 이고 4 가지 기판의 크기를 가질 때 공진 주파수에서 전산 모의하고 측정한 E-평면과 H-평면의 방사 패턴. (a) 0.
- 그림 3. 패치 안테나의 기판 두께가 1.6 mm 이고 4 가지 기판의 크기를 가질 때 공진 주파수에서 전산 모의하고 측정한 E-평면과 H-평면의 방사 패턴. (a) 0.
- 그림 9. 패치 안테나의 기판 두께가 3.2 mm 이고 4 가지 기판의 크기를 가질 때 공진 주파수에서 전산 모의하고 측정한 E-평면과 H-평면의 방사 패턴. (a) 0.
대상 데이터
- 동작 주파수가 5 G田 인 口-이크로스트립 패치 안테나의 기판 크기에 따른 방사 특성을 살펴보기 위하여 기판의 크기는 한 변의 길이가 Ao (공기 중에서의 파장, 60 mm)인 정사각형 기판을 기준으로 하였다. 기판 두께가 1.
- 기, 전방 방사의 이득이 최소가 되는 기판 크기와 전방 방사의 이득이 다시 큰 값을 가지는 기판 크기이다. 본 논문에서 전산모의와 제작에 사용된 기판은 Taconic 사의 CER-10 으로 유전상수(臨가 10이고 loss tangent 는 0.0035 이다. 급전 방식은 프로브 급전 방식을 사용하였다.
이론/모형
- 0035 이다. 급전 방식은 프로브 급전 방식을 사용하였다.
성능/효과
- 6 mm, 와 32 mm 일 때 각각 0=1°, 6 =-2。, 와 6=43° 로서 기판 두께가 증가할수록 증가함을 볼 수 있다. 기판 두께가 증가할수록 표면파의 크기가 증가하여 전방방사가 최대가 되는 각도의 변화도 큼을 볼 수 있었다.
- 기판의 크기가 증가함에 따라 최대 방사가 발생하는 방향이 바뀌어 전방방사 이득이 거의 주기적으로 변함을 볼 수 있었다. 기판 두께가 증가할수록 표면파의 발생이 증가하여 공기와 기판의 경계면에서 회절되는 표면파와 패치에서 직접 방사되는 전자파의 간섭이 증가하기 때문에 전방 방사의 이득 변화 폭, 최대 방사가 일어나는 각도의 변화 폭과 방사패턴의 변화가 크게 발생한다.
- 전산모의한 방사패턴 특성의 결과와 측정한 방사 패턴 특성의 결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 기판의 크기가 패치 안테나의 공진 주파수와 대역폭에 미치는 영향은 작으나 방사패턴에 미치는 영향은 매우 큼을 확인하였다.
- 변화보다 작음을 볼 수 있다. 따라서 기판 크기가 증가할수록 E-평면의 방사패턴과 H-평면의 방사 패턴 차이가 증가함을 볼 수 있다.
- 8 서 일 때 전방 방사 크기가 크고 전방방사와 후방방사 차이도 매우 크며 E-평면의 방사패턴과 H-평면의 방사패턴이 비슷함을 볼 수 있다. 또한 기판 크기도 작아 정사각형 기판 위에 제작된 프로브 급전 방식의 사각형 패치 안테나의 정사각형 기판의 크기는 0.8 Ao 근처가 가장 좋음을 볼 수 있었다.
- 56 dBi 까지 변화하였다. 전방방사 이득 변화폭은 4가지 기판 크기에서 기판 두께가 0.8 mm, 1.6 mm, 와 3.2 mm 일 때 각각 1.67 dB, 2.85 dB, 와 7.66 dB 였다. 전산모의 결과와 마찬가지로 기판 두께가 증가할수록 전방방사 이득의 변화 폭이 증가하는 것을 볼 수 있다.
- 전방방사 이득이 가장 작은 기판 크기에서 E-평면에서 최대 방사가 일어나는 각도는 기판 두께가 0.8 mm, 1.6 mm, 와 3.2 mm 일 때 각각 6=31°, 6=33°, 와 0=45° 로서 기판 두께가 증가할수록 증가함을 볼 수 있다. H-평면 에서 최대 방사가 일어나는 각도는 기판 두께가 08 mm, 1.
- 86 dBi 로 크게 발생함을 볼 수 있다. 전산 모의 결과도 50° 방향의 이득이 5.97 dBi 로 전방방사 이득 5.79 dBi 보다 크게 나타났다. 기판의 크기가 커질수록 기판을 따라 진행하는 표면파의 위상 변화가 진행 각도에 따라 크게 달라져 E-평면 방사패턴에 리플들이 많이 발생하는 것을 볼 수 있다.
- 유전 상수가 높고 기판두께가 얇아서 실제 제작한 안테나와 전산모의한 안테나 간의 공진 주파수와 반사손실의 차이가 발생한 것으로 생각된다. 전산모의와 제작하여 측정한 반사손실은 공진 주파수에서 차이가 10 dB 이상 발생하였고 T0 dB 대역폭은 기판크기가 1.6 柚 일 때 측정한 결과가 전산 모의한 결과에 비하여 약 50 % 정도 넓게 나온 경우를 제외하고 전산모의 결과와 측정 결과가 비슷한 것을 볼 수 있다.
- 전산모의한 방사패턴 특성의 결과와 측정한 방사 패턴 특성의 결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 기판의 크기가 패치 안테나의 공진 주파수와 대역폭에 미치는 영향은 작으나 방사패턴에 미치는 영향은 매우 큼을 확인하였다.
- 그 이유는 기판 두께의 증가로 표면파의 발생이 증가하여 공기와 기판의 경계면에서 회절되는 표면파와 패치에서 직접 방사되는 전자파의 간섭이 증가하기 때문이라 생각된다. 측정 결과를 보면 기판의 한 변의 길이가 O.8Ao 일 때 전방 방사가 4.15 dBi 로기판의 크기가 柚 일 때의 전방 방사 3.21 dBi 보다 큼을 볼 수 있다. 기판의 크기가 1.
- 실선과 점선은 각각 전산모의 결과와 측정 결과를 나타낸다. 측정된 공진 주파수는 전산 모의한 공진 주파수보다 약 5~7 % 정도 크게 발생하였지만 측정된 방사패턴과 전산모의한 방사패턴은 잘 일치함을 볼 수 있다. 표 1은 기판 두께가 1.
- 6 入。일 때 공진 주파수에서 전산 모의한 E-평면과 H-평면의 방사패턴과 측정한 방사 패턴을 나타낸다. 측정된 공진 주파수는 전산모의된 공진 주파수보다 약 10 % 정도 크게 발생하였지만 측정된 방사패턴과 전산모의한 방사패턴은 잘 일치함을 볼 수 있다. 표 2는 기판 두께가 0.
- 기판 두께가 증가할수록 표면파의 발생이 증가하여 공기와 기판의 경계면에서 회절되는 표면파와 패치에서 직접 방사되는 전자파의 간섭이 증가하기 때문에 전방 방사의 이득 변화 폭, 최대 방사가 일어나는 각도의 변화 폭과 방사패턴의 변화가 크게 발생한다. 표면파가 주로 길이 방향으로 발생하기 때문에 H-평면 방사패턴 보다 E-평면 방사패턴의 변화가 더 큼을 볼 수 있었다.
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