본 논문에서는 평면 위에 소형화된 단위구조의 반복 배열을 통해 입사파의 편파 및 입사각에 대하여 안정적인 주파수 특성을 갖는 대역 저지 동작 주파수 선택적 표면구조(FSS: Frequency Selective Surface)를 설계하였다. 제안된 소형화 FSS 구조는 삼각형의 루프가 반복되는 육각 형태 구조로 2.5 GHz 동작주파수에서 $0.081{\lambda}{\times}0.081{\lambda}$의 단위셀 크기를 가지며, 매우 안정적인 입사각 및 편파 주파수 응답 특성을 갖는다. 또한, 제안구조는 기존 소형화 기법의 단점인 높은 설계 복잡도를 개선하고, 단일 설계 변수의 조정을 통해 2~8 GHz 광대역에서 안정적인 주파수 응답 특성을 갖는 FSS 구조 설계가 가능함을 확인하였다. 제안된 구조의 검증을 위해 2.5 GHz, 5 GHz, 8.2 GHz 대역에서 동작하는 FSS 구조를 각각 설계 및 제작하였고, 측정 결과로부터 계산된 결과와 잘 일치함을 확인하였으며, 넓은 대역에 걸쳐 입사파의 편파와 입사각에 대하여 안정적인 성능을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 평면 위에 소형화된 단위구조의 반복 배열을 통해 입사파의 편파 및 입사각에 대하여 안정적인 주파수 특성을 갖는 대역 저지 동작 주파수 선택적 표면구조(FSS: Frequency Selective Surface)를 설계하였다. 제안된 소형화 FSS 구조는 삼각형의 루프가 반복되는 육각 형태 구조로 2.5 GHz 동작주파수에서 $0.081{\lambda}{\times}0.081{\lambda}$의 단위셀 크기를 가지며, 매우 안정적인 입사각 및 편파 주파수 응답 특성을 갖는다. 또한, 제안구조는 기존 소형화 기법의 단점인 높은 설계 복잡도를 개선하고, 단일 설계 변수의 조정을 통해 2~8 GHz 광대역에서 안정적인 주파수 응답 특성을 갖는 FSS 구조 설계가 가능함을 확인하였다. 제안된 구조의 검증을 위해 2.5 GHz, 5 GHz, 8.2 GHz 대역에서 동작하는 FSS 구조를 각각 설계 및 제작하였고, 측정 결과로부터 계산된 결과와 잘 일치함을 확인하였으며, 넓은 대역에 걸쳐 입사파의 편파와 입사각에 대하여 안정적인 성능을 가짐을 확인하였다.
In this paper, a miniaturized frequency selective surface(FSS) for bandstop operation that provides stability for an angle of incidence and polarization is presented. The proposed miniaturized FSS has the unit cell of hexagonal structure with triangular loops and size of the unit cell is $0.081...
In this paper, a miniaturized frequency selective surface(FSS) for bandstop operation that provides stability for an angle of incidence and polarization is presented. The proposed miniaturized FSS has the unit cell of hexagonal structure with triangular loops and size of the unit cell is $0.081{\lambda}{\times}0.081{\lambda}$ at 2.5 GHz operating frequency, which is very small compared to operating wavelength. In addition, unlike the conventional design, which requires complicated design parameters, the proposed FSS is easily expanded to the desired operating frequency for 2~8 GHz, by controlling the specific design parameters. To validate the simulation results, the FSS structures having different operating frequencies, 2.5 GHz, 5 GHz and 8.2 GHz were designed, fabricated and measured. The comparisons between the simulation and the measured results show good agreement. The proposed miniaturized FSS can provide better frequency stability for different incidence angles and polarizations.
In this paper, a miniaturized frequency selective surface(FSS) for bandstop operation that provides stability for an angle of incidence and polarization is presented. The proposed miniaturized FSS has the unit cell of hexagonal structure with triangular loops and size of the unit cell is $0.081{\lambda}{\times}0.081{\lambda}$ at 2.5 GHz operating frequency, which is very small compared to operating wavelength. In addition, unlike the conventional design, which requires complicated design parameters, the proposed FSS is easily expanded to the desired operating frequency for 2~8 GHz, by controlling the specific design parameters. To validate the simulation results, the FSS structures having different operating frequencies, 2.5 GHz, 5 GHz and 8.2 GHz were designed, fabricated and measured. The comparisons between the simulation and the measured results show good agreement. The proposed miniaturized FSS can provide better frequency stability for different incidence angles and polarizations.
본 논문에서는 단일 평면 위에 삼각형의 루프로 구성된 육각 패턴의 반복 배열을 통해 입사파의 편파(TE, TM)와 입사각(0°, 30°)에 대하여 안정적인 주파수 특성을 갖는 대역 저지 동작 주파수 선택적 표면구조를 설계하였다. 기존 소형화된 FSS 구조의 가장 큰 단점인 설계 복잡도를 개선하였으며, 공진 주파수를 결정하는 주요 설계 변수인 Lout의 조정을 통해 원하는 대역(8.
본 논문에서는 반복된 삼각형 루프구조로 구성된 육각 형태의 패턴을 통하여 안정적인 주파수 응답을 갖는 대역 저지 특성의 소형화된 FSS 구조를 설계하였다. 제안된 구조는 소형화된 전도성 패턴이 얇은 두께를 가진 유전체의 윗면에 배치된 단위구조를 바탕으로 기존 복잡한 패턴을 통한 소형화 기법의 높은 설계 복잡도에 대한 단점을 개선하였다.
제안 방법
제안된 구조는 소형화된 전도성 패턴이 얇은 두께를 가진 유전체의 윗면에 배치된 단위구조를 바탕으로 기존 복잡한 패턴을 통한 소형화 기법의 높은 설계 복잡도에 대한 단점을 개선하였다. 또한, 안정적인 주파수 응답특성이 보장된 구조에 기반하여 간단한 설계 변수의 조정을 통해 원하는 주파수 대역에서 동작하는 FSS 구조의 설계 방법을 제안하고, 서로 다른 대역 2.5 GHz, 5 GHz, 8.2 GHz에서 동작하는 FSS 구조를 설계, 제작 및 측정을 수행하여 제안된 구조를 검증하였다.
본 논문에서는 450 × 450 mm 크기를 가진 FSS 구조를 제작하였다. 제작된 소형화된 FSS 구조의 투과 손실 특성을 측정하기 위해, 두 개의 독립적인 광대역 혼 안테나로부터 송/수신된 전력의 비를 이용한 FSS 투과 특성 측정법인 자유공간 측정법으로 실험을 진행하였다. 제작된 세 가지 대역에 대한 소형화된 FSS 구조의 외형을 그림 6(a)에 나타내었으며, 그림 6(b), (c)에 편파와 입사각의 변화에 따른 측정된 투과 손실 특성을 나타내었다.
대상 데이터
2 mm)에서 동작하는 FSS를 설계하였다. FR4(εr = 4.4, tanδ = 0.02) 기판을 가정하여 설계하였으며, 각각의 구조에 대하여 입사파의 편파 TE, TM과 입사각 0°, 30°에 대한 투과 손실 특성을 분석하고, 그 결과를 그림 5(a), (b)에 나타내었다.
데이터처리
제안된 구조의 안정적인 주파수 응답 특성을 비교 검증하기 위해, 전통적인 단위구조 형태인 원형링 구조와 십자형 루프 구조(four-legged loaded element)를 설계하여, 패턴의 폭 W = 0.15 mm, 패턴 간 간격 G = 0.25 mm 그리고 유전체의 두께(t = 0.2 mm) 및 전기적 특성(εr = 4.4, tanδ = 0.02) 등의 조건을 고정한 뒤, 공진 주파수를 결정하는 각각의 주요 설계 변수 변화에 따른 주파수 응답 안정성을 제안한 구조와 비교하였다. 입사파의 편파와 입사각 변화에 따른 주파수 응답 특성의 안정성을 확인하기 위해, 비교 대상인 원형 링, 십자형 루프 구조 그리고 제안된 구조의 공진 주파수를 결정하는 설계 변수 Dring , Lfour , Lout의 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 입사각 0°, 30°에 대하여 관찰하고, 그 결과를 그림 4(a)～(c)에 각각 나타내었다.
성능/효과
2 GHz에 대하여 동작하는 FSS 구조를 각각 설계 및 제작, 측정하였다. 계산된 결과로부터 편파와 입사각에 따라 변하는 공진 주파수의 편차는 각각 최대 0.025 GHz(0.9 %), 0.018 GHz(0.36 %), 0.024 GHz(0.29 %) 로 매우 안정적인 주파수 응답 특성을 가지며, 측정 결과로부터 공진 주파수는 2.5 GHz, 5.29 GHz, 8.63 GHz, 대역 폭(FBW)은 0.74 GHz(29.6 %), 1.57 GHz(29.7 %), 2.84 GHz(32.9 %)로 계산된 결과와 잘 일치함은 물론 안정적인 주파수 응답특성을 확인하였다.
본 논문에서는 단일 평면 위에 삼각형의 루프로 구성된 육각 패턴의 반복 배열을 통해 입사파의 편파(TE, TM)와 입사각(0°, 30°)에 대하여 안정적인 주파수 특성을 갖는 대역 저지 동작 주파수 선택적 표면구조를 설계하였다. 기존 소형화된 FSS 구조의 가장 큰 단점인 설계 복잡도를 개선하였으며, 공진 주파수를 결정하는 주요 설계 변수인 Lout의 조정을 통해 원하는 대역(8.3～1.9 GHz)에서 쉽게 설계가 가능하다는 것을 확인하였다. 제안된 구조를 검증하기 위해 서로 다른 세 가지 주파수대역 2.
제안된 구조는 앞서의 주파수 응답 안정성에 대한 해석 결과로부터 광대역(1.89～8.27 GHz)에 걸친 안정적인 주파수 응답특성을 가지며, 따라서 원하는 주파수에서 안 정적인 주파수 특성을 가진 소형화된 FSS의 설계가 가능함을 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 본 논문에 서는 검증을 위해 2.
후속연구
제안된 구조는 입사파에 안정적인 주파수 응답특성을 가지며, 원하는 대역에서 쉽게 소형화된 구조를 설계할 수 있다는 장점을 바탕으로 건물 내부의 통신환경 개선을 위한 실내 인접 신호로부터의 간섭제어, 주파수 재사용 등의 무선 스펙트럼 관리 등에 응용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주파수 선택 표면구조에 영향을 미치는 요인은?
단위구조가 동일 간격으로 무한히 배열되는 주기구조의 대표적인 응용 분야인 주파수 선택 표면구조(FSS: Frequency Selective Surface)는 구성하고 있는 단위구조의 기하구조, 배열 주기 및 배치 등으로부터 입사 전자기파의 특정 주파수 대역을 통과 또는 반사시키는 특성을 갖는 전자기 구조이다[1]. 이 전자기 구조의 등가 인덕턴스 및 커패시턴스 성분에 의해 공진 주파수가 결정되며, 단위구조의 도전율, 단위구조를 지지하고 있는 유전체의 유전율 및 두께 그리고 입사파의 입사각 및 편파 등이 FSS 구조의 감쇠 성능 및 대역폭 등을 결정한다. 특정 주파수의 통과 또는 반사시키는 전기적 특성을 이용한 대표적인 연구로는 전파 흡수구조 기술[2], 안테나 이득 향상 기술[3], 간섭 신호 제어 기술[4], RFI(Radio-Frequency Interference) 차폐[5], EMI 차폐 기술[6] 그리고 국방 관련 피탐지 기술[7] 등 다양한 분야에서 연구되고 있다.
주파수 선택 표면구조란?
단위구조가 동일 간격으로 무한히 배열되는 주기구조의 대표적인 응용 분야인 주파수 선택 표면구조(FSS: Frequency Selective Surface)는 구성하고 있는 단위구조의 기하구조, 배열 주기 및 배치 등으로부터 입사 전자기파의 특정 주파수 대역을 통과 또는 반사시키는 특성을 갖는 전자기 구조이다[1]. 이 전자기 구조의 등가 인덕턴스 및 커패시턴스 성분에 의해 공진 주파수가 결정되며, 단위구조의 도전율, 단위구조를 지지하고 있는 유전체의 유전율 및 두께 그리고 입사파의 입사각 및 편파 등이 FSS 구조의 감쇠 성능 및 대역폭 등을 결정한다.
특정 주파수의 통과 또는 반사시키는 전기적 특성을 이용한 연구 예는?
이 전자기 구조의 등가 인덕턴스 및 커패시턴스 성분에 의해 공진 주파수가 결정되며, 단위구조의 도전율, 단위구조를 지지하고 있는 유전체의 유전율 및 두께 그리고 입사파의 입사각 및 편파 등이 FSS 구조의 감쇠 성능 및 대역폭 등을 결정한다. 특정 주파수의 통과 또는 반사시키는 전기적 특성을 이용한 대표적인 연구로는 전파 흡수구조 기술[2], 안테나 이득 향상 기술[3], 간섭 신호 제어 기술[4], RFI(Radio-Frequency Interference) 차폐[5], EMI 차폐 기술[6] 그리고 국방 관련 피탐지 기술[7] 등 다양한 분야에서 연구되고 있다.
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