[논문]UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조가 집적된 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성 비교

김태영; 김부균; 신종덕

UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조가 집적된 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성 비교
Comparison of the Radiation Characteristic of a Microstrip Patch Antenna integrated with a UC-EBG Structure and a Mushroom EBG Structure 원문보기

김태영 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 김부균 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 신종덕 (숭실대학교 정보통신전자공학부)

Radiation characteristics of a microstrip patch antenna integrated with a UC-EBG (Uniplanar Compact Electromagnetic Bandgap) structure and a Mushroom EBG structure are compared. Radiation characteristics of a patch antenna integrated with a Mushroom EBG structure are better than those of a patch antenna integrated with a UC-EBG structure.

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문제 정의

본 논문에서는 UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조가 집적된 패치 안테나의 방사특성을 비교하였다. 패치 안테나에서 표면을 따라 전파되는 표면파가 주로 길이 방향으로 전파되기 때문에 EBG 구조를 패치 주위에 길이 방향으로 3 주기 삽입하여 기판의 종류에 따라 E-평면 방사패턴과 H-평면 방사패턴을 살펴보았다.
본 논문에서는 패치 안테나 주위에 UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조를 길이 방향(E-평면)으로 집적한 패치 안테나의 방사 특성을 HFSS (High Frequency Structure Simulator)를 사용하여 전산 모의한 결과를 비교 검토하였다.

제안 방법

본 논문에서는 UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조가 집적된 패치 안테나의 방사특성을 비교하였다. 패치 안테나에서 표면을 따라 전파되는 표면파가 주로 길이 방향으로 전파되기 때문에 EBG 구조를 패치 주위에 길이 방향으로 3 주기 삽입하여 기판의 종류에 따라 E-평면 방사패턴과 H-평면 방사패턴을 살펴보았다. EBG 구조가 없는 기판을 사용한 패치 안테나보다 UC-EBG 구조의 기판을 사용할 경우 전방 방사와 후방 방사의 차이가 약 2.
패치 안테나의 길이 방향으로 전파되는 표면파를 억제시키기 위하여 패치 안테나 주위에 길이 방향으로 UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조를 3 주기 집적한 5 GHz 대역의 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성을 살펴보았다. 기판의 크기는 56 mm X 96 mm 이고 기판의 중앙에 위치한 마이크로스트립 패치의 크기는 12.

대상 데이터

패치 안테나의 길이 방향으로 전파되는 표면파를 억제시키기 위하여 패치 안테나 주위에 길이 방향으로 UC-EBG 구조와 Mushroom EBG 구조를 3 주기 집적한 5 GHz 대역의 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성을 살펴보았다. 기판의 크기는 56 mm X 96 mm 이고 기판의 중앙에 위치한 마이크로스트립 패치의 크기는 12.5 mm X 12.8 mm 이다. 피드 포인트는 패치 중심에서 2.
전산 모의에 사용된 기판은 FR-4(εr =4.6, t=1.6mm)이다.

성능/효과

패치 안테나에서 표면을 따라 전파되는 표면파가 주로 길이 방향으로 전파되기 때문에 EBG 구조를 패치 주위에 길이 방향으로 3 주기 삽입하여 기판의 종류에 따라 E-평면 방사패턴과 H-평면 방사패턴을 살펴보았다. EBG 구조가 없는 기판을 사용한 패치 안테나보다 UC-EBG 구조의 기판을 사용할 경우 전방 방사와 후방 방사의 차이가 약 2.19 dB 향상되었다. Mushroom EBG 구조의 기판을 사용하였을 때 전방 방사와 후방 방사의 차이가 22.
84 dB 억제되었다. Mushroom EBG 구조가 집적된 기판의 경우 전방 방사는 약 3.24 dB 향상되었고 후방 방사는 약 16 dB 억제됨을 볼 수 있다. EBG 구조가 삽입된 기판을 사용한 경우가 EBG 구조가 없는 기판보다 전방 방사는 향상되고 후방 방사는 억제됨을 볼 수 있다.
19 dB 향상되었다. Mushroom EBG 구조의 기판을 사용하였을 때 전방 방사와 후방 방사의 차이가 22.33 dB 로 EBG 구조가 없는 기판을 사용한 패치안테나보다 약 9.65 dB 향상되었다. UC-EBG 구조가 Mushroom EBG 구조보다 제작하기는 쉬우나 방사 특성 향상에서는 Mushroom EBG 구조가 더 우수함을 볼 수 있었다.
65 dB 향상되었다. UC-EBG 구조가 Mushroom EBG 구조보다 제작하기는 쉬우나 방사 특성 향상에서는 Mushroom EBG 구조가 더 우수함을 볼 수 있었다.
그림 4 (a)와 (b)는 각각 기판의 종류에 따른 패치 안테나의 E-평면 방사 패턴과 H-평면 방사 패턴이다. UC-EBG 구조가 집적된 기판이 EBG 구조가 없는 기판보다 전방 방사가 약 1.45 dB 향상되었고 후방 방사는 약 0.84 dB 억제되었다. Mushroom EBG 구조가 집적된 기판의 경우 전방 방사는 약 3.

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