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EBG 구조를 이용한 마이크로스트립 안테나의 성능 향상에 관한 연구
Study on Performance Enhancement of Microstrip Antenna Using EBG Structure 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.39B no.1, 2014년, pp.44 - 52  

윤성현 (경남정보대학교 정보통신계열)

초록
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본 연구에서는 마이크로스립 패치 안테나접지 면으로 버섯 형태 EBG(Electromagnetic Band Gap)를 사용할 경우의 근거리 장(near field) 원거리 장(far field) 방사 지향성(radiation directivity)의 영향을 연구하였다. 버섯 모양 EBG의 분산 곡선 특성을 이용하여 주어진 버섯모양 EBG의 금지대역(band gap) 2.36-2.85[GHz]를 계산하고, 금지대역 영역에 속하는 주파수로 동작하는 2-층의 버섯 형태 EBG 마이크로스트립 안테나(2.45GHz)를 설계하였다. EBG를 접지 면으로 사용한 마이크로스트립 안테나의 성능향상을 확인하기위하여 PEC(Perfect Elecric Conductor)를 접지 면으로 사용한 동일한 안테나 경우와 성능차이를 비교하였다. EBG를 사용할 경우 유전체와 도체의 경계면에서 발생하는 표면파(Surface Wave)를 효과적으로 억제하여 지향성이 약 2.74dB 정도 향상된 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the influence of the near field, far field and radiation directivity of microstrip patch antenna when is used mushroom EBG(Electromagnetic Band Gap) as ground is investigated. Using characteristic of dispersion diagram of mushroom EBG, we calculated forbidden band(2.36GHz-2.85GHz) giv...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Bluetooth용 안테나의 동작 주파수 2.45[GHz]가 EBG의 Band Gap 주파수 대역폭에 포함되는 EBG 구조물을 설계하여, 접지 면으로 사용한 안테나의 성능 개선 정도를 해석하고자한다. EBG의 금지밴드는 유전율, 도체 패치의 크기 및 간격에 의해서 결정된다.
  • 본 연구에서는 마이크로스트립 패치 안테나를 제작시 접지판을 기존의 금속 접지판을 사용하는 대신에 2-층의 버섯 모양의 EBG를 사용하여 안테나의 성능 향상 정도를 분석하여 향후 안테나 설계 및 제작에 활용 방안을 제시하고자한다.
  • 본 연구에서는 버섯 형태 EBG를 마이크로스트립 안테나에 적용하여 안테나의 성능 개선을 확인하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 금지 대역을 가지는 EBG 구조물을 마이크로스트립 안테나의 접지 면으로 사용할 경우의 안테나의 이득 및 지향성의 성능 개선 정도를 확인하기 위하여, EBG 구조물의 금지 대역 속에 존재 하는 2.45[GHz] Bluetooth 용 구형 마이크로스트립 안테나를 기존의 도체판(PEC)을 접지면으로 사용한 동일한 제원의 마이크로스트립 안테나와 비교하였다.
  • 금지대역의 주파수 신호를 사용할 경우 EBG 표면에 유도된 전류는 흐르지 못하고 표면에 분포된 상태로 존재하므로 그림 6과같이 접지면 후방으로 복사되는 전파가 감소하여 안테나 효율이 좋아진다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 2.45[GHz]에서 동작하는 Bluetooth 용 마이크로스트립 안테나를, 접지 면으로 도체면(PEC)을 사용한 경우와 Mushroom 형태의 EBG를 사용한 경우의 안테나 성능을 비교하여 분석하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EBG 구조의 가장 기본적인 구조는 무엇인가? EBG 구조의 가장 기본적인 구조는 그림 1과 같이 도체 접지 면을 가지는 유전체 위에 사각형 도체 패치를 에칭한 형태인데, Sievenpiper 구조 혹은 버섯(mushroom) 형태 구조라고 한다[3].
EBG 및 HIS를 사용한 안테나가 각광받는 이유는? 금속 도체 판을 안테나의 반사판 및 접지 면으로 사용할 경우, 역 위상의 반사파를 발생시키고, 또한 표면파(Surface wave)를 발생시켜서 안테나의 성능을 저하시킨다. 따라서 안테나를 접지 면에 보다 근접시켜서 높이를 낮추면서도, 다른 소자에 방해를 주지 않고, 보다 소형화를 이루고, 보다 효율적인 안테나 개발을 위하여, 마이크로 파 및 밀리미터 파 영역에서 메타물질(Meta material) 특성을 보이는 EBG(Electromagnetic Band Gap) 및 HIS(High Impedance Surface)를 사용하는 안테나가 각광을 받고 있다[2].
안테나에 사용되는 금속 접지판의 문제점은 무엇인가? 안테나는 이득 및 반사, 차폐 등의 목적으로 다양한 구조의 금속 접지판을 사용하고 있다. 그러나 이러한 금속체는 표면파의 생성으로 인한 측엽의 생성과 이득을 저하시키는 문제점을 가지고 있으며, 또한 안테나의 크기를 크게 하기 때문에 소형화 및 높이가 낮은(low profile) 구조와 평면 정합(conformal) 구조에 장애를 된다.
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참고문헌 (7)

  1. Korea Radio Promotion Association, "A study of appling method of the high impedance surface for performance enhancemen of antenna characteristic," KIEES, Jul. 2007. 

  2. D. R. Smith and N. Kroll, "Negative refractive index in left-handed materials," Physical Review Lett., vol. 85, no. 14, 2000. 

  3. D. Sievenpipper, L. Zhang, R. Broas, N. Alexopoulos, and E. Yablonovitch, "Highimpedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band," IEEE Trans. Microw. Theory and Techniques, vol. 47, no. 11. pp. 2059-2074, Nov. 1999. 

  4. D. Sievenpiper, "High-impedance electromagnetic surfaces," PH.D. dissertation, Dept. elect. Eng. Univ. california at Los Angels, CA, 1999. pp.434-436, Sept. 2004. 

  5. F. Elek and G. V. Eleftheriades, "Dispersion analysis of the shielded sievenpiper structure using multiconductor transmission-line theory," IEEE Microw. and Wireless Components Lett., vol. 14, no. 9, pp. 434-436, Sept. 2004. 

  6. P. Kovacs and T. Urbanec, "Electromagnetic band gap structures: Practical tips and advice for antenna engineers," Radio engineering, vol. 21, no. 1, Apr. 2012. 

  7. R. Shahzad "Characterization of the reflection and dispersion properties of 'Mushroom'- Related Structures and Their Application to Antennas," MS.D, Dept. elect. And Comp Eng. Univ. Toronto, 2012. 

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