KR101144681B1 - 포토닉 밴드갭 구조를 이용하는 슬롯형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속화된 기판상에 생성되는 슬롯형 마이크로파 디바이스상에 포토닉 밴드갭 구조를 생성하는 방법에 관한 것으로, 여기서 주기적으로 간격을 둔 패턴(4)은 슬롯(3)을 수용하는 기판(1)의 반대 측면상에 형성된다. 본 발명은 슬롯 안테나에 적용된다.

Description

포토닉 밴드갭 구조를 이용하는 슬롯형 안테나{SLOT-TYPE ANTENNAS EMPLOYING A PHOTONIC BANDGAP STRUCTURE}

본 발명은 마이크로파 디바이스, 더 상세하게는 금속화된 기판상에 생성된 슬롯형 디바이스상에 포토닉 밴드갭(photonic bandgap) 구조를 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 구조를 이용하는 슬롯형 안테나에 관한 것이다.

PBG 구조로 알려진 포토닉 밴드갭 구조는 특정 주파수 대역에서 파의 전파를 방지하는 주기적 구조이다. 이들 구조는 처음에 광학 분야에서 사용되었지만, 최근에는 그 적용이 다른 주파수 범위까지 확장되었다. 따라서, 상기 구조는 특히 안테나, 필터, 도파관 등과 같은 마이크로파 디바이스에서 사용된다. 마이크로스트립 기술로 생성된 라인을 갖는 포토닉 밴드갭 구조의 사용은 예를 들어 저널 IEEE Microwave and Guided Wave Letters(Vol.8, No.2, 1998년 2월)에서 공개된 논문 "Novel 2-D photonic band gap structure for microstrip lines"에서 설명되어 있다. 이 논문은 마이크로스트립 라인을 수용하는 기판의 반대 측면상에 에칭된 디스크로 구성되는 포토닉 밴드갭 구조를 설명한다. 이러한 구조는 필터가 생성되도록 허용한다.

마이크로스트립 라인 또는 패치형 안테나의 경우에서, PBG 구조는 주로 주기 적인 패턴을 에칭함으로써, 또는 전술한 바와 같이 마이크로스트립 기술로 생성된 구조의 접지면을 금속 제거함으로써, 또는 마이크로스트립 기술로 생성된 회로를 포함하는 기판에 주기적으로 구멍을 뚫는 동시에 여전히 접지면의 연속성을 유지시킴으로써 얻어진다. 이미 종래 기술에서 설명된 상기 구조는 특히 필터링을 위해서 많은 가능성을 제공한다.

따라서, 본 발명은 마이크로파 디바이스상에서 신규의 포토닉 밴드갭 구조를 생성하는 방법, 및 안테나, 특히 환형 슬롯 안테나 또는 비발디 안테나에서의 상기 안테나의 주파수 매칭 또는 필터링을 위한 그 적용 방법을 제안한다.

따라서, 본 발명의 주제는, 금속화된 기판상에 생성된 슬롯형 마이크로파 디바이스상에서 포토닉 밴드갭(PBG) 구조를 생성하는 방법으로서, 슬롯을 수용하는 기판의 반대 측면상에 주기적으로 이격된 금속 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

추가적인 특징에 따르면, 2개 패턴 사이의 주기성은 kλg/2와 동일하며, 여기서 λg는 선택된 밴드갭 주파수에서 슬롯내로 도파된 파의 파장이고, k는 홀수 정수이다. 또한, 밴드갭의 너비 및 깊이는 주기적 패턴 영역에 따라 달라진다. 따라서, 주기적 패턴은 디스크, 정사각형 또는 고리 형태를 취할 수 있거나, 또는 H 형상 또는 주기적으로 반복될 수 있는 임의의 다른 알려진 형상을 갖는 요소로 구성될 수 있고, 그 표면 영역은 밴드갭의 너비 및 깊이를 결정할 것이다. 본 발명에 따르면, 주기적 패턴은 동일한 대등 영역을 갖는 서로 다른 패턴일 수 있는데, 즉, 디스크 형태의 패턴에서, 비율 r/a는 상기 구조의 전체 길이상에서 동일하고, 여기서 r은 패턴의 반경이고 a는 2개 패턴 사이의 거리이다.

바람직하게, 주기적 패턴은 슬롯을 수용하는 기판의 반대 측면상에 증착된 금속층을 에칭함으로써 생성된다. 주기적 구조는 슬롯 아래에 적어도 부분적으로 생성된다.

또한, 본 발명은 특정한 바람직하지 않은 주파수를 필터링하거나, 또는 초광대역 안테나의 주파수 응답에서 금지된 대역을 개방함으로써 여러 통신 대역을 얻기 위해서 PBG 구조가 형성되는 마이크로파 안테나에 관한 것이다. 이러한 유형의 안테나는 특히 무선 전기통신 분야에서 유용하다.

따라서, 본 발명의 주제는 또한 금속화된 기판상에 생성된 폐쇄 슬롯에 의해 형성되는 마이크로파 안테나로서, 상기 슬롯은 급전선을 통해 급전되고, 상기 안테나는 전술한 방법에 따라 생성된 밴드갭 구조를 상기 폐쇄 슬롯 아래에 포함하는 것을 특징으로 한다. 한 실시예에서, PBG 구조의 패턴의 주기성은, 밴드갭 주파수가 폐쇄 슬롯의 작동 주파수의 고조파 중 하나와 동일하게 되도록 선택된다.

다른 실시예에서, PBG 구조의 패턴의 주기성은, 밴드갭 주파수가 폐쇄 슬롯의 작동 주파수보다 크게 되도록 선택된다. 이러한 경우에, 상기 구조는 그 대역폭내에서 사용되어서, 슬롯을 이용하는 회로가 더 소형이 되도록 한다.

바람직하게, 폐쇄 슬롯은 환형 슬롯이다. 상기 슬롯은 마이크로스트립 기술로 생성된 급전선을 통해 슬롯라인 전환부(transition)에서 급전된다.

본 발명의 추가적인 특징에 따르면, 포토닉 밴드갭 구조는, 마이크로스트립 라인이 생성되는 기판의 반대 표면의 금속 제거에 의해 마이크로스트립 라인 아래에 생성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이것은 비발디 슬롯 안테나에 적용되고, 전술한 방법에 따라 생성된 포토닉 밴드갭 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 경우에, 밴드갭 구조는 비발디 안테나를 형성하는 슬롯의 종단면 중 적어도 하나를 따라서 생성된다.

바람직하게, 비발디 안테나는 마이크로스트립 기술로 생성된 급전선을 통해 슬롯라인 전환부에서 급전된다. 그 다음, 상기 라인을 수용하는 기판의 해당 표면을 금속제거하여 마이크로스트립 라인 아래에 포토닉 밴드갭 구조를 추가함으로써, 또는 2개의 분리된 포토닉 밴드갭 구조, 하나는 제 1 금지 주파수 대역에 대응하는, 비발디 안테나의 제 1 종단면상에, 그리고 다른 하나는 제 2 금지 주파수 대역에 대응하는, 비발디 안테나의 다른 종단면상에 구비함으로써 밴드갭의 수를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 여러 실시예의 설명을 읽을 때 나타날 것이고, 이러한 설명은 첨부 도면을 참조하여 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 구조가 제공된 슬롯형 마이크로파 디바이스의 개략적 사시도.

도 2a 내지 도 2d는 패턴이 서로 다른 형상을 갖는 포토닉 밴드갭 구조가 제공되는 슬롯형 마이크로파 디바이스의 여러 개략적 사시도.

도 3a 및 도 3b는 패턴의 영역이 한 특정 법칙을 따르는 실시예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 한 실시예를 테스트하는데 사용되는 포토닉 밴드갭 구조의 개략도.

도 5a 내지 도 5b는 포토닉 밴드갭 구조를 갖는 슬롯라인 전환부의 반사율 및 투과율과 종래의 슬롯라인 전환부의 반사율 및 투과율을 비교하는 그래프를 나타내는 도면.

도 6은 밴드갭상에서의 디스크의 반경의 영향을 나타내는, 도 4에 도시된 바와 같이, 디스크로 구성되는 포토닉 밴드갭 구조의 경우에서의 투과율을 제공하는 그래프를 나타내는 도면.

도 7은 포토닉 밴드갭 구조가 밴드갭의 크기를 축소시키도록 설계된 경우에서 투과율 및 반사율을 제공하는 그래프.

도 8은 본 발명의 방법을 이용하는 한 방식에서, 포토닉 밴드갭 구조가 제공된 환형 슬롯 안테나를 개략적으로 나타내는 도면.

도 9는 종래의 환형 슬롯 안테나와 비교하여, 도 8에 도시된 안테나의 반사율을 제공하는 그래프를 나타내는 도면.

도 10은 포토닉 밴드갭 구조를 갖는 안테나의 경우와 종래 안테나를 비교하는, 환형 슬롯 안테나의 경우에서의 안테나의 주요 방사 구성요소를 나타내는 도면.

도 11a 및 도 11b는 포토닉 밴드갭 구조의 패턴에 대한 여러 형태를 나타내 는 도면.

도 12는 종래의 환형 슬롯 안테나와 비교하여, 도 11a 및 도 11b의 안테나의 반사율을 제공하는 그래프를 나타내는 도면.

도 13은 본 발명에 따른 PBG 구조가 제공되고 종래의 PBG 구조가 제공되는 마이크로스트립 급전선을 통해 급전되는 환형 슬롯 안테나의 개략도.

도 14는 본 발명에 예시된 여러 환형 슬롯 안테나에서의 주파수 함수로서 반사율을 제공하는 그래프를 나타내는 도면.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PBG 구조가 제공된 비발디 안테나의 개략도.

도 16은 종래의 비발디 안테나와 비교하여, 도 15에 도시된 비발디 안테나의 경우에서 주파수 함수로서 반사율을 제공하는 그래프를 나타내는 도면.

도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 비발디 안테나의 2가지 다른 실시예의 개략도.

설명을 간략하게 하기 위해서, 도면에서 동일한 요소는 동일한 참조번호를 갖는다.

먼저, 슬롯형 마이크로파 디바이스상에 포토닉 밴드갭 또는 PBG 구조를 생성하는 방법이 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 디바이스는 슬롯라인이 제공되는 인쇄 회로이다. 더 정확하게, 상기 다비이스는 기판(1), 기판의 금속화된 한 표면(2), 및 금속층(2)을 에칭함으로써 기판(1)내에 생성되는 슬롯라인(3)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판은 h의 두께를 갖고, 알려진 유전체로 이루어진다.

본 발명의 방법에 따르면, PBG 구조는 금속층(2)을 지지하는 기판(1)의 반대 측면상에 주기적으로 패턴(4)을 생성함으로써 얻어진다. 패턴(4)은 금속층을 에칭하여 생성됨으로써 금속 패턴(4)을 제공한다. 바람직하게, 패턴(4)은 슬롯라인(3) 아래에 에칭된다.

포토닉 밴드갭 구조를 얻기 위해서, 패턴(4)은 패턴의 반복 주기를 제공하는 거리 a만큼 이격되어 있고, 이 거리는 패턴이 동일한 경우에 밴드갭의 중심 주파수를 고정시킨다. 상기 거리 a는 따라서 약 kλg/2가 되고, 여기서 λg는 선택된 밴드갭의 중심 주파수에서 슬롯(3)내에 도파된 파의 파장이고, k는 정수이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 패턴은 임의의 형상을 갖는다. 그러나, 패턴의 동일한 영역은 밴드갭의 너비 또는 깊이를 결정한다.

도 2a 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 사용되는 패턴은 도 2a에 도시된 바와 같은 디스크 형상 패턴(4a), 도 2b에 도시된 바와 같은 직사각형 또는 정사각형 패턴(4b), 도 2c의 패턴(4c)에 의해 도시된 바와 같은, 크기 L1, L2 및 g와 같은 여러 파라미터를 허용하는, 즉 3-자유도를 갖는 대략 H-형상 패턴, 또는 도 2d에 도시된 바와 같은 고리-형상 패턴(4d)일 수 있다. 후술되는 바와 같이, 각각의 패턴의 크기, 특히 그 대응 영역은 밴드갭의 너비 또는 깊이가 조정되도록 허용한다.

또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조는 그 반경이 점진적으로 변화되는 동시에 여전히 a와 동일한 일정한 디스크간 간격을 유지하 는 디스크-형상 패턴을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 변화는 해밍(Hamming) 윈도우, 바트렛(Bartlett) 윈도우 또는 카이저(Kaiser) 윈도우 유형의 법칙과 같은 정의된 수학 법칙을 따를 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 디스크간 간격은 또한 점직적으로 수정될 수 있다.

추가로, 전술한 구조는 특히 밴드갭을 확장시키기 위해서 결합될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 유형의 2개 구조를 직렬로 배치할 수 있는데, 한 구조는 간격 a 및 반경 r의 디스크-형상 패턴을 갖고, 다른 한 구조는 간격 a' 및 반경 r'의 디스크-형상 패턴을 갖는다. 이러한 경우에, 중심 주파수는 최저 중심 주파수를 갖는 PBG 구조의 최소 주파수 및 최고 중심 주파수를 갖는 PBG 구조의 최대 주파수에 의해 한정되는 주파수 대역의 중심에 해당한다.

특정 주파수를 필터링하기 위해서, 즉 밴드-스톱 필터(band-stop filter)를 생성하기 위해서 슬롯 안테나내에서 본 발명에 따른 PBG 구조를 사용한 것이 이제 도 4 내지 도 7을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 필터링 효과는 디스크(11)가 금속화된 슬롯라인(10)을 시뮬레이션함으로써 증명되었고, 이들 디스크는 a=λg/2가 되도록 주기 a를 갖는 주기적 패턴으로 생성되며, 여기서 λg는 전술한 바와 같이 정의되고, 디스크는 반경 r을 갖는다.

슬롯라인은 슬롯(10)의 각각의 종단에서 2개의 슬롯라인 전환부(12,13)에 의해 여기되는 것으로 시뮬레이션되었다. 슬롯라인은 노어(Knorr)에 의해 확립된 법칙을 이용하여 설계되었고, 본 발명의 경우에서 a=18.9㎜, r=2.4㎜ 및 n=9의 크기 가 사용되었다. 도 5a에 도시된 시뮬레이션의 결과는 6.5㎓ 주파수에 대해서 약 1㎓의 너비를 갖는 밴드갭의 개구부를 증명한다. 도 5a에 도시된 결과를 도 5b에 도시된 바와 같은, 포토닉 밴드갭 구조가 없는 슬롯라인에서 얻어진 결과와 비교하면, 생성되는 것이 약 6.5㎓의 밴드-스톱 필터라는 것을 알 수 있다.

동일한 구조에서 출발하면, 다른 반경을 갖는 디스크가 시뮬레이션되고, 2.7㎜와 4.2㎜ 사이에서 변화하는 반경 r을 갖는 6개 디스크를 포함하는 포토닉 구조의 경우에서 얻어진 결과가 도 6에 도시되어 있다. 디스크의 영역이 포토닉 밴드갭의 투과율의 너비 및 깊이를 수정하는 것을 알 수 있다.

도 7은 14.7㎜의 간격 a를 갖는 1.6㎜ 반경의 20개 디스크로 형성된 PBG 구조를 갖는, 도 4의 구조와 같은 구조의 반사율을 나타낸다. 이러한 경우에, 7.5㎓ 주파수 주위에 좁은 700㎒ 밴드갭이 존재한다는 것을 알 수 있다.

여러 시뮬레이션 결과에 기초하여, 따라서 원하는 주파수에 중심을 둔 포토닉 밴드갭을 가질 수 있는 금속 디스크로 형성된 PBG 구조의 설계를 결정할 수 있다. 따라서, PBG 패턴의 반복 주기를 a라고 하고, 원하는 밴드갭의 중심 주파수에 대응하는 파장을 λ_bg라고 하면, 그 주기는 수학식

을 이용하여 얻어질 수 있고, 여기서 λ_eff는 기판의 유효 유전율을 나타낸다.

다음, 디스크의 반경 r이 밴드갭의 투과율의 너비 및 깊이에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 0.15 < r/a < 0.25가 되도록 하는 값을 위해 상당한 밴드갭(약 -20㏈의 S₂₁)이 얻어진다.

이것은 전술한 도면에서 증명되었다.

필터링 기능을 수행하기 위한, 전술한 방법을 이용하여 얻어진 PBG 구조가 제공된 여러 슬롯 안테나 구조가 이제 도 8 내지 도 17을 참조하여 설명될 것이다.

따라서, 도 8 내지 도 12는 폐쇄형 슬롯형의 안테나 아래에 생성된 PBG 구조를 나타내고, 상기 안테나는 알려진 노어 법칙을 이용하여 슬롯라인 전환부에서 급전선, 더 상세하게는 마이크로스트립 라인형의 라인을 통해 급전된다.

도 8은 환형 슬롯(20)을 매우 개략적으로 나타낸다. 이러한 슬롯은 기판(미도시)상에 접지면을 에칭함으로써 생성된다. 이러한 환형 슬롯(20)은 마이크로스트립 라인(21)을 통해 급전되고, 그 조립체는 주어진 주파수 F₀에서의 작동을 위해 알려진 방법으로 설계된다. 이러한 경우에, 안테나는 주파수 F₀의 매 홀수배마다 공진을 나타낸다.

환형 슬롯 아래에 주기적으로 금속화 디스크에 의해 형성된 PBG 구조(22)는 본 발명에 따라 생성된다. 이러한 PBG 구조(22)는 종래의 환형 슬롯 안테나의 경우에서 얻어진 고조파를 필터링하기 위해 설계된다.

따라서, 2개의 패턴(22)사이의 주기성 a는 예를 들어 3차 고조파에 대응하는 밴드갭 주파수를 갖도록 계산된다. 한 예시를 제공하자면, f₀=2.4㎓에서의 작동을 위해서, 환형 슬롯(20)의 반경은 r=5.4㎜이고, 마이크로스트립 라인(21)의 길이는 20㎜이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 약 7㎓에서, 즉 대개 3f₀의 값에서 기생 공진 (parasitic resonance)이 얻어지는 반면, 반사율 그래프는 약 5㎓의 영역에서 대개 평평하다. 이러한 슬롯 안테나에는 PBG 구조가 제공되고, 이 PBG 구조의 크기는 디스크에 대해 위에서 주어진 규칙을 이용하여 계산된다. 14.7㎜의 디스크간 주기 a 및 3.7㎜의 디스크 반경은 따라서 약 7㎓에서의 공진 주파수를 제거하도록 얻어진다. 이것이 포인트가 제공된 그래프에 의해 도 9에 도시되어 있다. 2가지 유형의 안테나를 이용하여, 그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 얻어지는 것은 대개 유사한 전방향성 방사 패턴이다. 이것은 또한 아래의 표 A로부터 이어지고, 상기 표는 양쪽 경우에서의 방사 효율 및 안테나 효율을 제공한다.

	ASA* 2.4㎓	PBG를 갖는 ASA* 2.05㎓
방사 효율(%)	93.6	92.8
안테나 효율(%)	93.1	86

*ASA = 환형 슬롯 안테나

본 발명의 변형예에 따르면, 동일한 유형의 PBG 구조가 그 대역폭내에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, PBG 구조는 원하는 작동 주파수보다 더 높은 주파수에서 밴드갭을 갖도록 설계된다. PBG 구조는 그 대역폭내에서 소위 "저속파" 효과의 소스가 된다. 슬롯라인을 따른 파의 투과율의 위상은 이 라인 아래의 금속 디스크의 존재에 의해 수정된다. 슬롯 아래 라인의 전파 속도는 이후 느려진다(즉, 저속파 효과). 따라서, 슬롯의 동일한 전기적 길이가 수정되는 PBG 구조를 제안할 수 있다. 다시 말해서, PBG 구조의 존재는 슬롯내에 도파된 파의 파장을 단축시킬 수 있다.

(λ_g)_PBG < λ_g < λ₀

(λ_g)_PBG는 PBG 구조의 존재시에 슬롯내에 도파된 파의 파장이고, λ_g는 슬롯내에 도파된 파의 파장이며, λ₀는 진공속에 도파된 파의 파장이다.

따라서, 2.4㎓를 위해 설계된 환형 슬롯 안테나는, PBG 구조가 존재하는 경우에 동일한 방식으로 작동하지만, 더 낮은 주파수(예를 들어, 2㎓)에서 작동한다.

도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, PBG 구조의 패턴(22a,22b)의 형상은 예를 들어 각각 원형과 정사각형으로 서로 다를 수 있다. 그러나, 그래프(12b)로부터 초래되는 바와 같이, 만일 패턴(22a)의 영역이 패턴(22b)의 영역과 동일하고, 만일 2개 패턴 사이의 간격이 동일하다면, 거의 동일한 효과, 특히 PBG 구조가 필터로서 작동하는 경우에 종래의 환형 슬롯 안테나에서 얻어지는 3차 고조파의 제거가 얻어질 것이다.

도 9 및 도 12에서의 그래프가 나타내는 바와 같이, 홀수 고조파의 주파수를 제거하기 위해 슬롯 안테나 아래에 PBG 구조를 사용하는 것은 상기 주파수의 약 2배 주파수의 추가 고조파의 생성을 초래할 수 있다(이것이 약 4㎓에서의 낮은 진폭 피크로 도시된다).

이러한 유형의 고조파를 제거하기 위해서, 도입부에서 언급한 논문에서 설명된 바와 같은 종래의 PBG 구조가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패턴(23)은 마이크로스트립 라인 아래에 놓인 접지면을 금속 제거함으로써 마이크로스트립 기술로 생성된 급전선(21) 아래에 생성된다.

이러한 경우에, 슬롯은 마이크로스트립 라인 아래의 접지면에서 개방된다.

이러한 구조에서 얻어진 결과가 도 14의 그래프로 제공되고, 여기서 다양한 유형의 환형 슬롯 안테나, 즉 제어 안테나, 본 발명에 따른 PBG 구조가 제공된 안테나, 및 도 13의 안테나를 위한 주파수 함수로서의 반사율(S₁₁)을 비교한다. 이러한 경우에, 4㎓ 주파수에서의 피크의 진폭에서의 감소가 관찰된다.

비발디 슬롯 안테나의 경우에서의 PBG 구조의 다른 실시예가 이제 설명될 것이다. 도 15 내지 도 17을 참조하여 설명이 제공될 것이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 비발디 안테나(31)는 표면(30)을 금속제거함으로써, 슬롯을 개방하여 금속화된 기판(30)상에 생성되고, 이러한 슬롯은 바깥쪽으로 점점 가늘어지는 종단면을 갖는다. 이러한 비발디 안테나는 당업자에게 잘 알려져 있고, 추가로 상세하게 설명되지 않을 것이다. 알려진 바와 같이, 이러한 안테나는 노어 원리에 따라 급전선(32)을 통해 급전된다. 이러한 급전선(32)은 마이크로스트립 라인으로 구성된다.

본 발명에 따르면, 주기적 패턴에 의해 형성된 PBG 구조는 비발디 안테나를 구성하는 종단면 중 적어도 하나를 따라서, 점점 가늘어지는 슬롯(31)을 수용하는 기판의 반대 측면상에 에칭된다. 도 15에 도시된 바와 같이, PBG 구조는 거리 a만큼 균일하게 간격을 둔 4개 디스크(32)로부터 형성된다.

도 15에 도시된 바와 같은 PBG 구조를 이용함으로써, 비발디 안테나에서 그 전파가 금지된 주파수 대역을 생성할 수 있다. 이것은, 비발디 안테나가 본질적으로 초광대역의 주파수에서 작동하고, PBG 구조의 사용이 하나 이상의 작동 하위-대역을 생성할 수 있게 할 것이기 때문이다. 도 15에 도시된 구조는 5.8㎓의 중심 주파수 근방에서 작동하고 반경 R=350㎜, 길이 L=99㎜ 및 개구부 X=30㎜를 따르는 종단면을 갖는 비발디 안테나상에서 시뮬레이션된다. PBG 구조가 없는 비발디 안테나는 5.5㎓와 7.5㎓ 사이의 10㏈에서 2㎓ 대역폭을 갖는다. 만일 이러한 유형의 안테나에 약 6.5㎓의 밴드갭을 갖도록 설계된 PBG 구조, 즉 반경 R=4.3㎜ 및 주기 a=17.2㎜를 갖는 디스크로부터 형성된 PBG 구조가 제공되면, 도 16에 도시된 바와 같은 주파수 함수로서의 반사율이 얻어진다. 이러한 경우에, 비발디 안테나의 작동 대역은 PBG 구조의 추가에 의해 축소되고, 이는 5.5㎓와 7㎓ 사이의 슬롯을 따른 전파를 방지한다. 만일 2개의 분리된 주파수 대역을 금지하는 것이 요구된다면, 도 17a에 도시된 PBG 구조 종단면(32a,32b)이 사용될 수 있다. 또한, 필터링은 환형 슬롯 안테나의 경우에서 전술한 바와 같이, 종래의 PBG 구조(33)가 제공된 급전선(32)을 통해 비발디 안테나에 급전함으로써 개선될 수 있다.

전술한 실시예가 예로서 제공되었고, 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 PBG 구조가 슬롯 안테나 이외의 안테나에서 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 금속화된 기판상에 생성된 슬롯형 디바이스상에 포토닉 밴드갭 구조를 생성하는 방법, 및 상기 구조를 이용하는 슬롯형 안테나에서 이용가능하다.

Claims (19)

1. 필터링 구조를 포함하는 슬롯형 마이크로파 디바이스로서, 금속층(2)에 의해 덮인 제 1 표면을 갖는 기판(1)으로 구성되고, 슬롯(3, 10)은 상기 기판(1)에 형성되는, 슬롯형 마이크로파 디바이스에 있어서,

   상기 필터링 구조는 제 1 표면의 반대 측면에 있는 상기 기판의 표면상에서 형성된 복수의 주기적 금속 패턴(4)으로 구현된 적어도 하나의 포토닉 밴드갭(PBG) 구조로 구성되고, 상기 복수의 주기적 금속 패턴(4)은 상기 슬롯(3, 10) 아래에 부분적으로 생성되고, 2개의 인접한 주기적 금속 패턴들 사이의 거리(a)는 kλg/2이며, 여기서 λg는 선택된 밴드갭 주파수에서 슬롯 내에 도파된 파의 파장이고, k는 정수인 것을 특징으로 하는, 슬롯형 마이크로파 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 복수의 주기적 금속 패턴(4)은 디스크(4a, 11)에 의해 구성되고, 상기 디스크는 비율 r/a를 나타내고, 여기서 r은 디스크의 반경이고, 상기 구조에 따라 동일한 것을 특징으로 하는, 슬롯형 마이크로파 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 적어도 2개의 케스케이딩형(cascading) 포토닉 밴드갭 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬롯형 마이크로파 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 2개의 케스케이딩형 포토닉 밴드갭 구조의 상기 비율 r/a은 서로 다른 것을 특징으로 하는, 슬롯형 마이크로파 디바이스.
5. 기판의 제1 금속화된 면에서 형성된 고리형 슬롯(20)에 의해 구성된 고리형 슬롯 형상 마이크로파 안테나로서,

   복수의 주기적 금속 패턴으로 형성된 포토닉 밴드갭(PBG) 구조를 포함하며, 상기 복수의 주기적 금속 패턴은 상기 고리형 슬롯 아래에 부분적으로, 제 1 금속화된 면의 반대측에 있는 기판의 면상에 증착되고, 2개의 인접한 주기적 금속 패턴들 사이의 거리(a)는 kλg/2이며, 여기서 λg는 선택된 밴드갭 주파수에서 슬롯 내에 도파된 파의 파장이고, k는 정수인 것을 특징으로 하는, 고리형 슬롯 형상 마이크로파 안테나.
6. 제5항에 있어서, 복수의 주기적 금속 패턴(4)은 디스크(4a, 11)에 의해 구성되고, 상기 디스크는 비율 r/a를 나타내고, 여기서 r은 디스크의 반경이고, 상기 구조에 따라 동일한 것을 특징으로 하는, 고리형 슬롯 형상 마이크로파 안테나.
7. 제5항에 있어서, 상기 고리형 슬롯(20)은 제 1 금속화된 면의 반대측에 있는 기판의 면상에 마이크로스트립 기술로 생성된 급전선(21)을 통해 슬롯-라인 전이를 통해 급전되는 것을 특징으로 하는, 고리형 슬롯 형상 마이크로파 안테나.
8. 기판의 제 1 금속화된 면에서 형성된 급전 지점으로부터 외부로 점점 넓어지는 2개의 종단면을 갖는 슬롯(31)에 의해 구성된 비발디형 마이크로파 안테나로서, 상기 안테나는 제 1 금속화된 면의 반대측에 있는 기판의 면상에 증착된 복수의 주기적 금속 패턴(32)으로 형성된 포토닉 밴드갭(PBG) 구조를 포함하고, 상기 복수의 주기적 금속 패턴(32)은 상기 슬롯(31)의 2개의 종단면 중 적어도 하나를 따라 증착되는, 비발디형 마이크로파 안테나에 있어서,

   2개의 인접한 주기적 금속 패턴들 사이의 거리(a)는 kλg/2이며, 여기서 λg는 선택된 밴드갭 주파수에서 슬롯 내에 도파된 파의 파장이고, k는 정수인 것을 특징으로 하는, 비발디형 마이크로파 안테나.
9. 제8항에 있어서, 복수의 주기적 금속 패턴(4)은 디스크(4a, 11)에 의해 구성되고, 상기 디스크는 비율 r/a를 나타내고, 여기서 r은 디스크의 반경이고, 상기 구조에 따라 동일한 것을 특징으로 하는, 비발디형 마이크로파 안테나.
10. 제8항에 있어서, 상기 비발디형 마이크로파 안테나는 제 1 금속화된 면의 반대측에 있는 기판의 면상에 마이크로스트립 기술로 생성된 급전선(34)을 통해 슬롯-라인 전이를 통해 급전되는 것을 특징으로 하는, 비발디형 마이크로파 안테나.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

Images