[논문]개구면 폭 변화를 이용한 개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭 확장

김재현; 구환모; 김부균

doi:10.5573/ieie.2015.52.1.048

[국내논문] 개구면 폭 변화를 이용한 개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭 확장
The Bandwidth Enhancement of an Aperture Coupled Microstrip Patch Antenna Using Variation of an Aperture Width 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.1, 2015년, pp.48 - 58

김재현 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 구환모 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 김부균 (숭실대학교 정보통신전자공학부)

초록
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MMIC와 집적이 가능한 큰 유전상수를 가지는 급전 기판을 사용하는 개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나(ACMPA)의 개구면 폭을 변화시켜 ACMPA의 대역폭을 확장하는 방법에 대하여 연구하였다. 개구면의 폭이 증가할수록 ACMPA의 패치공진과 개구면 공진 사이의 상호 공진 영역이 증가하여 대역폭이 증가하였다. 일반적인 개구면의 길이와 폭의 비(10:1)을 가지는 ACMPA의 대역폭 20.8 %를 개구면 폭 변화를 이용하여 최대 35.3 %까지 확장하였다. 개구면 폭 증가에 의한 방사특성 저하는 매우 작았다.

Abstract ▼ AI-Helper

The bandwidth enhancement of an aperture coupled microstrip patch antenna(ACMPA) with a high permittivity feed substrate suitable for the integration with MMIC is investigated using variation of an aperture width. As an aperture width increases, the 10 dB return loss bandwidth increases due to the increase of the mutual resonance region between a patch resonance and an aperture resonance. The bandwidth of an ACMPA with extended aperture width is increased up to 35.3 % from 20.8 % of the ACMPA with an aperture of a typical aspect ratio 10:1. The degradation of the radiation characteristics of an ACMPA due to the increase of an aperture width is very small.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 MMIC와 집적이 가능한 유전상수가 10인 급전 기판을 사용한 ACMPA의 대역폭을 개구면폭 변화를 이용하여 급전 기판의 유전상수가 2.2인 ACMPA의 대역폭인 약 35 %로 확장 시키고 개구면의폭 변화가 방사특성에 미치는 영향을 full-wave simulator인 Ansys사의 HFSS를 사용하여 연구한 전산 모의 결과를 보고한다. 본 논문에서 연구한 ACMPA의 패치 형태는 본 연구 결과를 이중 편파를 가지는 안테나 연구에도 사용하기 위하여 정사각형 형태를 가진다.
본 장에서는 Ⅱ장에서 RF module과 집적화를 고려하여 설계한 급전 기판의 유전상수가 10인 ACMPA의 개구면 폭 변화가 ACMPA의 임피던스 특성에 미치는 영향에 대하여 알아본다. 여러 가지 개구면 폭을 가지는 ACMPA에서 직렬 스터브의 길이가 임피던스 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴본다.
본 논문에서는 안테나 기판의 유전상수는 2.2로 동일하고 급전 기판의 유전상수가 다른 두 ACMPA의 대역폭과 방사특성을 비교하였다. 일반적인 개구면의 길이와 폭의 비(10:1)을 가지는 ACMPA에서 MMIC와 집적이 가능한 유전상수가 10인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭과 유전상수가 2.
MMIC와 집적이 가능한 유전상수가 10인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭을 확장시키기 위하여 개구면 폭이 ACMPA의 대역폭에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 일반적인 개구면의 길이와 폭의 비 (10:1)을 가지는 개구면의 폭이 0.

제안 방법

2인 ACMPA의 대역폭인 약 35 %로 확장 시키고 개구면의폭 변화가 방사특성에 미치는 영향을 full-wave simulator인 Ansys사의 HFSS를 사용하여 연구한 전산 모의 결과를 보고한다. 본 논문에서 연구한 ACMPA의 패치 형태는 본 연구 결과를 이중 편파를 가지는 안테나 연구에도 사용하기 위하여 정사각형 형태를 가진다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. 제 Ⅱ장에서는 X-band에서 동작하며 패치 공진과 개구면 공진의 상호 공진을 이용하는 서로 다른 두 가지 유전상수를 가지는 급전 기판을 사용하는 ACMPA를 설계하고 특성을 살펴본다. 제 Ⅲ장에서는 제 Ⅱ장에서 설계한 높은 유전 상수의 급전 기판을 가지는 ACMPA의 개구면 폭 및 직렬 스터브의 길이 변화가 ACMPA의 특성에 미치는 영향에 대하여 알아본다.
안테나 기판은 접지면을 기준으로 상부에 위치하며 급전 기판은 접지면을 기준으로 하부에 위치하도록 설계하였다. 접지면에 식각된 개구면은 길이와 폭이 일반적인 비율(L_ap : W_ap= 10 : 1)을 가지는 직사각형 형태이며 개구면 공진과 패치 공진 사이의 상호공진을 이용하도록 설계하였다. 안테나 기판의 유전상수는 2.
본 장에서는 Ⅱ장에서 RF module과 집적화를 고려하여 설계한 급전 기판의 유전상수가 10인 ACMPA의 개구면 폭 변화가 ACMPA의 임피던스 특성에 미치는 영향에 대하여 알아본다. 여러 가지 개구면 폭을 가지는 ACMPA에서 직렬 스터브의 길이가 임피던스 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴본다.
그림 5는 ACMPA의 개구면 폭 변화에 따른 스미스 차트 상의 임피던스 궤적을 보인다. ACMPA의 개구면의 폭을 제외한 나머지 구조 변수는 모두 고정시킨 후 ACMPA의 임피던스 특성을 살펴보았다. 그림 5(a)는 개구면의 폭이 각각 0.
본 장에서는 Ⅲ장의 결과를 이용하여 여러 가지 개구면 폭에서 최대 대역폭을 가지도록 ACMPA를 설계하고 그 특성에 대해 살펴보았다.

대상 데이터

접지면에 식각된 개구면은 길이와 폭이 일반적인 비율(L_ap : W_ap= 10 : 1)을 가지는 직사각형 형태이며 개구면 공진과 패치 공진 사이의 상호공진을 이용하도록 설계하였다. 안테나 기판의 유전상수는 2.2이고 loss tangent가 0.0009인 Taconic사의 TLY-5를 사용하였으며 안테나 기판의 두께 h₂는 3.18 mm이다. 급전 기판은 서로 다른 유전상수를 가지는 두 가지 기판을 사용하였다.
18 mm이다. 급전 기판은 서로 다른 유전상수를 가지는 두 가지 기판을 사용하였다. 하나는 Taconic사의 TLY-5이고 다른 하나는 MMIC와 집적화를 고려하여 Taconic사의 CER-10을 사용하였다.
급전 기판은 서로 다른 유전상수를 가지는 두 가지 기판을 사용하였다. 하나는 Taconic사의 TLY-5이고 다른 하나는 MMIC와 집적화를 고려하여 Taconic사의 CER-10을 사용하였다. CER-10의 유전상수는 10이고 loss tangent는 0.

성능/효과

(c)의 11 GHz 방사패턴에서는 반대로 급전 기판의 유전상수가 2.2일 때 후방방사 이득이 3.13 dB 더 높은 –14.73 dBi로 나타나는 것을 볼 수 있다.
(c)의 11 GHz 방사패턴의 교차편파 이득은 급전 기판의 유전상수가 10인 경우 –19.59 dBi로 급전 기판의 유전상수가 2.2인 경우 보다 8.3 dB 더 크게 나타났다.
(b)의 10 GHz 에서의 교차편파 이득은 급전 기판의 유전상수가 10인 경우 –17.45 dBi로 급전 기판의 유전상수가 2.2인 경우 보다 13.88 dB 높게 나타났다.
75 dB 였다. 그림 8(b)의 10 GHz에서의 E-평면 방사 패턴에서도 개구면 폭으로 인한 차이가 크지 않았으며 전방방사 이득의 경우 0.27 dB의 차이를 보였고 후방방사 이득의 경우 0.13 dB의 매우 작은 차이를 보였다. 교차편파 이득의 경우 개구면의 폭이 넓은 경우 3.
9 GHz의 H-평면 방사패턴을 나타내는 그림 9(a)의 경우 E-평면에서의 경우와 유사하게 개구면 폭 변화에 따른 방사패턴의 차이는 거의 없었다. 후방방사 이득 차이는 0.1 dB로 매우 작았으며 교차편파 이득의 차이도 0.49 dB로 매우 작게 나타났다. 그림 9(b)는 10 GHz 에서의 H-평면 방사패턴을 나타낸다.
2로 동일하고 급전 기판의 유전상수가 다른 두 ACMPA의 대역폭과 방사특성을 비교하였다. 일반적인 개구면의 길이와 폭의 비(10:1)을 가지는 ACMPA에서 MMIC와 집적이 가능한 유전상수가 10인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭과 유전상수가 2.2인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭은 각각 20.8 %와 36.4 %였다. 유전상수가 2.
4 %였다. 유전상수가 2.2인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭이 유전상수가 10인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭보다 175% 큰 것을 볼 수 있었다.
MMIC와 집적이 가능한 유전상수가 10인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭을 확장시키기 위하여 개구면 폭이 ACMPA의 대역폭에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 일반적인 개구면의 길이와 폭의 비 (10:1)을 가지는 개구면의 폭이 0.56 mm인 ACMPA의 대역폭 20.8 %를 개구면 폭 확장을 이용하여 최대 35.3%까지 증가시켜 유전상수가 2.2인 급전 기판을 사용하는 ACMPA의 대역폭 정도로 확장시킬 수 있음을 보였다.
확장된 개구면 폭(4.16 mm)을 가지는 ACMPA의 대역폭 내의 전방방사 이득은 최대 7.26 dBi에서 최소 6.37 dBi로 나타났으며 일반적인 개구면 폭(0.56 mm)을 가지는 ACMPA의 대역폭 내의 전방방사 이득은 최대 7.44 dBi에서 최소 6.72 dBi로 나타나 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 후방방사 이득은 개구면의 폭이 증가함으로 인하여 E-평면에서 최대 2.
72 dBi로 나타나 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 후방방사 이득은 개구면의 폭이 증가함으로 인하여 E-평면에서 최대 2.05 dB 증가하였고 H평면에서는 최대 11.12 dB 증가하였다. E-평면 교차편파 이득의 경우 개구면 폭 변화의 영향을 받지 않았으나 H-평면 교차편파 이득의 경우 최대 7.
12 dB 증가하였다. E-평면 교차편파 이득의 경우 개구면 폭 변화의 영향을 받지 않았으나 H-평면 교차편파 이득의 경우 최대 7.97 dB 증가하는 것을 볼 수 있었다.
일반적인 개구면 폭(0.56 mm)을 가지는 ACMPA의 임피던스 대역폭(9.06 GHz –11.16 GHz)내에서 개구면 폭 변화에 따른 방사특성을 비교해보면 최대 전방방사 이득은 개구면 폭이 1.56 mm일 때 11.16 GHz에서 7.68 dBi로 나타났으며 최소 전방방사 이득은 개구면 폭이 0.56 mm일 때 9.06 GHz에서 6.72 dBi로 나타났다.

후속연구

MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)로 제작된 RF module에 안테나 소자를 집적시킨 능동 배열 안테나 구조가 차세대 기지국 안테나와 레이더에 사용될 안테나 구조가 될 것으로 예상된다. 따라서 사용 되는 안테나가 RF module의 front end와 집적이 가능해야, 구조가 간단해지고 가격이 저렴해진다^[1].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ACMPA는 어떻게 구성되는가?	그림 1은 ACMPA의 구조도를 나타낸다. ACMPA는 안테나 기판과 급전 기판이 개구면이 포함된 접지면을 기준으로 나누어져 구성된다. 안테나 기판은 접지면을 기준으로 상부에 위치하며 급전 기판은 접지면을 기준으로 하부에 위치하도록 설계하였다.
	개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나의 장점은 무엇인가?	따라서 사용 되는 안테나가 RF module의 front end와 집적이 가능해야, 구조가 간단해지고 가격이 저렴해진다[1]. 개구면 결합 마이크로스트립 패치 안테나(Aperture coupled Microstrip Patch Antenna ; ACMPA)는 안테나 기판과 급전 기판을 각각의 설계 조건에 맞게 서로 다른 유전 상수를 가지는 기판을 사용할 수 있어 RF module의 front-end와 쉽게 집적시킬 수 있다는 장점을 가진다.
	ACMPA의 임피던스 대역폭을 증가시키는 대표적인 방법은 무엇인가?	그 중 대표적인 방법은 다음 2가지 방법이다. 첫째는 방사패치 위에 기생 방사패치를 적층하는 적층 구조를 사용하여 대역폭을 확장시키는 방법이고 둘째는 패치 공진과 개구면 공진 사이의 상호 공진 영역을 사용하여 대역폭을 확장시키는 방법이다[2, 3]. 대부분의 연구에서는 유전상수가 2.

참고문헌 (11)

D. M. Pozar, "Microstrip antenna aperture coupled to a microstripline," Electron. Lett., vol. 21, no. 2, pp. 49-50, Jan., 1985.

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S. D. Targonski, R. B. Waterhouse, and D. M. Pozar, "Design of Wide-Band Aperture-Stacked Patch Microstrip Antennas," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 46, no. 9, pp. 1245-1251, Sep., 1998.

상세보기
F. Croq and D. M. Pozar, "Millimeter wave design of wide-band aperture-coupled stacked microstrip antennas," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 39, no. 12, pp. 1770-1776, Dec., 1991.

상세보기
J. F. Zurcher, "The SSFIP: a global concept for high-performance broadband planar antennas," Electron. Lett., vol. 24, No. 23, 1433-1435, Nov., 1988.

상세보기
F. Croq and A. Papiernik, "Large bandwidth aperture-coupled microstrip antenna," Electron. Lett., vol. 26, No. 16, 1293-1294, Aug., 1990.

상세보기
Y. Lu, H. Wang, and D. G. Fang, "A Novel Wideband Aperture-Coupled Circularly Polarized Stacked Patch Antenna," The 2006 4th Conference on Environmental Electromagnetics, pp. 904-907, Aug., 2006.
S. K. Pavuluri, C. Wang, and A. J. Sangster, "High Efficiency Wideband Aperture-Coupled Stacked Patch Antennas Assembled Using Millimeter Thick Micromachined Polymer Structure," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 58, no. 11, pp. 3616-3621, Nov., 2010.

상세보기
H.-M. Koo, Y.-M. Yoon, and B.-G. Kim, "Bandwidth Enhancement of an Aperture Coupled Microstrip Patch Antenna Using a Shunt Stub," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea-TC, vol. 49, No. 2, pp. 39-49, Feb., 2012.
H.-L. Bak, H.-M. Koo, and B.-G. Kim, "Effects of the Dielectric Constant and Thickness of a Feed Substrate on the Characteristics of an Aperture Coupled Microstrip Patch Antenna," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea-TC, vol. 51, No. 7, pp. 49-59. Jul., 2014.

원문보기 상세보기
P. L. Sullivan and D. H. Schaubert, "Analysis of an Aperture Coupled Microstrip Antenna," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 34, no. 8, pp. 977-984, Aug., 1986.

상세보기
Anthony Lai, K. M. K. H. Leong, T. Itoh, "Infinite Wavelength Resonant Antennas With Monopolar Radiation Pattern Based on Periodic Structures," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 3, pp. 868-876, Mar., 2007.

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