KR101172812B1

KR101172812B1 - Planar Antenna Integrated with 1-D EBG Ground Plane

Info

Publication number: KR101172812B1
Application number: KR1020100062654A
Authority: KR
Inventors: 장재형; 탄 니구엔 따이; 김승한
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-08-09
Also published as: KR20120001994A

Abstract

본 발명은 일차원 전자기 밴드갭 구조물 및 상기 구조물을 갖는 평면 안테나들을 개시한다. 상기 일차원(1-D) 전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap: EBG) 구조물은, 상기 구조물의 커패시턴스를 형성하는 금속 패치들과, 상기 금속 패치들과 접지면 사이를 각각 연결하는 스트립 라인들과, 상기 접지면으로 기능하는 금속 시트와, 유전체 기판을 포함하며, 상기 각 금속 패치와 상기 각 곡류형 스트립 라인은 단위 셀을 형성한다. 상기 일차원 EBG 구조물은 상기 구조물에 입사 및 반사된 전자기파가 특정 주파수 대역에서 동위상을 갖는 것을 특징으로 하며, 이 구조물을 평면형 안테나의 접지면에 사용하였을 경우 안테나의 방사 특성을 지향성으로 설계할 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 방사체와 접지면을 매우 가까이 둘 수 있어 소형 안테나 제작이 용이하다.The present invention discloses a one-dimensional electromagnetic bandgap structure and planar antennas having the structure. The one-dimensional (1-D) electromagnetic bandgap (EBG) structure includes metal patches forming capacitances of the structure, strip lines connecting the metal patches and a ground plane, respectively, and the ground. A metal sheet functioning as a surface, and a dielectric substrate, wherein each of the metal patches and each of the grain-shaped strip lines form a unit cell. The one-dimensional EBG structure is characterized in that the electromagnetic wave incident and reflected on the structure has a phase in a specific frequency band, when the structure is used in the ground plane of the planar antenna can be designed to direct the radiation characteristics of the antenna In addition, the radiator and the ground plane of the antenna can be very close, making it easy to manufacture a small antenna.

Description

Planar Antenna Integrated with 1-D EBG Ground Plane

본 발명은 일차원 전자기 밴드갭 접지면을 갖는 평면 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a planar antenna having a one-dimensional electromagnetic bandgap ground plane.

전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap: EBG) 구조물은 전자기학 및 안테나 통신에서 최근 많은 관심을 받고 있다. 전자기 밴드갭 구조물은 금속 엘리먼트 또는 유전체 엘리먼트로 이루어진 셀들이 주기적으로 배치된 구조물이다. Electromagnetic bandgap (EBG) structures have received a lot of attention recently in electromagnetics and antenna communications. The electromagnetic bandgap structure is a structure in which cells made of metal elements or dielectric elements are periodically arranged.

전자기 밴드갭 구조물의 2가지 주요한 특징은 역위상(out-of-phase)이 아닌 동위상(in-phase)으로 입사 평면파들을 반사한다는 것과, 특정 주파수 밴드에서 표면파들의 전파를 방지한다는 것이다. 동위상(in-phase) 반사 특징은 입사하여 반사되는 파들이 보강 간섭하게 하기 때문에, 방사 엘리먼트가 EBG 접지면에 매우 근접하게 위치될 수 있는 낮은 구조의 안테나를 설계하는데 이용된다. 최근에 제안된 다양한 타입의 EBG 구조물들 중, Sievenpiper 등에 의해 발명된 버섯 모양(mushroom) EBG 구조물은 매우 작은 크기이며 제작이 용이하다. 그러나, 종래의 버섯모양 EBG 구조물은 단일 인쇄회로 기판 상에서 설계된 안테나를 위한 접지면으로 직접 사용될 수 없는 2차원 구조를 갖는다. 이 외에도 또 다른 평면 EBG 구조물이 제안되었지만, 이들 구조물 역시 단일 인쇄회로 기판에서 접지면으로서 인쇄 안테나에 통합될 수 없다. Two major features of the electromagnetic bandgap structure are that they reflect incident plane waves in-phase rather than out-of-phase and prevent the propagation of surface waves in a particular frequency band. Because the in-phase reflection feature causes incident and reflected waves to constructively interfere, it is used to design a low geometry antenna in which the radiating element can be placed very close to the EBG ground plane. Among the various types of EBG structures recently proposed, the mushroom EBG structures invented by Sievenpiper et al. Are very small in size and easy to manufacture. However, conventional mushroom-like EBG structures have a two-dimensional structure that cannot be used directly as a ground plane for an antenna designed on a single printed circuit board. In addition to this, other planar EBG structures have been proposed, but these structures cannot also be integrated into the printed antenna as a ground plane on a single printed circuit board.

이와 같이, 종래의 버섯모양 EBG 구조물은 2차원 구조를 가지므로, 인쇄 안테나들을 위한 접지면으로 사용될 수 없으므로, 전자장치의 내부의 인쇄회로 기판 상에 통합되기 곤란하였다.As such, the conventional mushroom-like EBG structure has a two-dimensional structure, and thus cannot be used as a ground plane for printed antennas, and thus it is difficult to integrate onto a printed circuit board inside an electronic device.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 일차원 전자기 밴드갭 구조물 및 상기 구조물을 갖는 평면 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a one-dimensional electromagnetic bandgap structure and a planar antenna having the structure.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따라, 일차원(1-D) 전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap: EBG) 구조물은 상기 구조물의 커패시턴스를 형성하는 금속 패치들과, 상기 금속 패치들과 접지면 사이를 각각 연결하는 스트립 라인들과, 상기 접지면으로 기능하는 금속 시트와, 유전체 기판을 포함하며, 상기 각 금속 패치와 상기 각 스트립 라인은 단위 셀을 형성한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a one-dimensional (1-D) electromagnetic bandgap (EBG) structure is a metal patch forming the capacitance of the structure, the metal patches and the ground plane A strip line connecting each of them, a metal sheet serving as the ground plane, and a dielectric substrate, wherein each of the metal patches and each strip line form a unit cell.

또한, 본 발명의 일 측면에 따라, 인쇄된 안테나들은 방사 엘리먼트들; 금속 접지면; 및 일차원(1-D) 전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap: EBG) 구조물을 포함하고, 상기 일차원 전자기 밴드갭 구조물은 상기 구조물의 커패시턴스를 형성하는 금속 패치들과, 상기 금속 패치들과 접지면 사이를 각각 연결하는 스트립 라인들과, 상기 접지면으로 기능하는 금속 시트와, 유전체 기판을 포함하며, 상기 각 금속 패치와 상기 각 스트립 라인은 단위 셀을 형성한다.Furthermore, according to one aspect of the present invention, printed antennas include: radiating elements; Metal ground plane; And a one-dimensional (1-D) electromagnetic bandgap (EBG) structure, wherein the one-dimensional electromagnetic bandgap structure comprises metal patches forming capacitance of the structure, and between the metal patches and the ground plane, respectively. And strip lines connecting to each other, a metal sheet serving as the ground plane, and a dielectric substrate, wherein each of the metal patches and the strip lines form a unit cell.

본 발명에 의하면, 인쇄 안테나들을 위한 접지면으로 사용될 수 있고 전자장치의 내부의 인쇄회로 기판 상에 통합되기 용이한 1차원 구조의 EBG 구조물을 제공한다.According to the present invention, there is provided a one-dimensional EBG structure that can be used as a ground plane for printed antennas and is easy to integrate on a printed circuit board inside an electronic device.

도 1은 2-D 버섯 모양 EBG 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 버섯모양 EBG 구조의 반사 위상을 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1-D EBG 구조물을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 1-D EBG 구조물을 나타낸 도면이다.
도 5는 인쇄된 역-L형 안테나들의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 역-L형 안테나의 반사 손실 및 측정된 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 xy 평면에서의 방사 패턴 시뮬레이션 결과와 측정결과를 비교한다. .
도 8은 1-D EBG 접지면을 갖는 안테나의 yz 면에서 방사 패턴의 시뮬레이션 결과와 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 9은 인쇄된 쌍극 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 쌍극 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과와 측정결과를 나타낸다.
도 11은 쌍극 안테나의 xy 및 yz 평면에서 방사 패턴의 시뮬레이션 결과 및 측정결과를 나타낸다.1 is a schematic representation of a 2-D fungal EBG structure.
2 is a view showing the reflection phase of the mushroom-shaped EBG structure.
3 is a view showing a 1-D EBG structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a 1-D EBG structure according to another embodiment of the present invention.
5 shows the structure of printed inverted-L antennas.
6 shows the simulation results of the return loss and the measured return loss of the inverted-L antenna.
7 compares the measurement results with the radiation pattern simulation results in the xy plane. .
FIG. 8 is a diagram showing simulation results and measurement results of radiation patterns on the yz plane of an antenna having a 1-D EBG ground plane. FIG.
9 shows the structure of a printed dipole antenna.
10 shows simulation results and measurement results of the return loss of the dipole antenna.
11 shows simulation results and measurement results of radiation patterns in the xy and yz planes of the dipole antenna.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 아니 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본 발명은 2-D 버섯 모양 EBG 구조물에 기반하여 2-D 버섯 모양 EBG 구조물과 유사하게 작용하는 1-D EBG 구조물을 도출한다. 본 발명에 따라 1-D EBG 구조물을 생성하기 위해, 통상적인 사각형 금속 패치 및 직선형의 금속 비아 대신에, 포크형 금속 패치들 및 곡류형 금속 스트립들이 사용된다. 본 발명에 따라 통상적인 2-D 버섯 모양 EBG 구조물로부터 도출된 1-D EBG 구조물은 FR-4 기판 상에 설계되어 제조될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 1-D EBG 단위셀의 크기는 1/4 파장에 비해 매우 작다. 인쇄된 역-L 안테나들은 일반적 금속 접지면 상에 그리고 제안된 1-D EBG 접지면 상에서 모두 설계되며, 그 성능이 비교된다.The present invention derives a 1-D EBG construct that acts similarly to a 2-D fungal EBG construct based on the 2-D fungal EBG construct. To create a 1-D EBG structure in accordance with the present invention, fork metal patches and grained metal strips are used in place of conventional rectangular metal patches and straight metal vias. 1-D EBG structures derived from conventional 2-D fungal EBG structures according to the present invention can be designed and fabricated on FR-4 substrates. In addition, the size of the 1-D EBG unit cell according to the present invention is very small compared to 1/4 wavelength. Printed inverted-L antennas are designed both on a general metal ground plane and on the proposed 1-D EBG ground plane, and their performance is compared.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 1차원 구조의 버섯모양 EBG 구조물을 설명하기에 앞서, 일반적인 2차원 구조의 버섯모양 EBG 구조물을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다. Prior to describing the mushroom-shaped EBG structure of the one-dimensional structure according to the present invention, a mushroom-shaped EBG structure of a general two-dimensional structure will be described with reference to FIGS.

도 1은 2-D 버섯 모양 EBG 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1(a)는 2-D 버섯 모양 EBG 구조물의 사시도를 나타내며, 도 1(b)는 2-D 버섯 모양 EBG 구조물에 포함된 단위 셀의 사시도를 나타내며, 도 1(c)는 2-D 버섯 모양 EBG 구조물의 특성을 나타낸 파라미터를 나타낸 도면이다.1 is a schematic representation of a 2-D fungal EBG structure. Figure 1 (a) shows a perspective view of the 2-D mushroom-like EBG structure, Figure 1 (b) shows a perspective view of the unit cell included in the 2-D mushroom-like EBG structure, Figure 1 (c) is a 2-D Figures showing the parameters of the mushroom-like EBG structure.

2-D 버섯모양 EBG 구조물은 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 복수개의 단위 셀(110)을 포함한다. 2-D 버섯모양 EBG 구조물의 단위 셀(110)은 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 4개의 구성요소: 금속 패치(113), 금속 접지면(114), 패치(114)와 접지면(114)을 연결하는 금속 비아(112), 및 유전체 기판(111)으로 이루어져 있다. The 2-D mushroom-like EBG structure includes a plurality of unit cells 110, as shown in Figure 1 (a). The unit cell 110 of the 2-D mushroom EBG structure has four components: a metal patch 113, a metal ground plane 114, a patch 114 and a ground plane, as shown in FIG. 1 (b). Metal vias 112 connecting 114, and dielectric substrate 111.

이 구조의 파라미터들은 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 패치 폭 w, 갭 폭 g, 구조체 두께 h, 비유전율(relative permittivity) ε_r 및 비투자율(relative permeability) μ_r를 포함한다. Parameters of this structure include patch width w, gap width g, structure thickness h, relative permittivity ε _r and relative permeability μ _r , as shown in FIG. 1 (c).

버섯모양 EBG 구조물의 중요한 한가지 특징은 동위상 반사 특징(in-phase reflection characteristics)이다. 평면파가 완전한 전기 전도면상에 수직으로 입사할 때 반사파의 위상은 180°만큼 천이된다. 그러나, EBG 구조물로부터 반사된 전자기파는 주파수에 따라 -180°에서 +180°까지 변화한다. 버섯모양 EBG 구조의 통상적인 주파수에 따른 반사 위상은 도 2에 도시되어 있다. One important feature of mushroom-like EBG structures is the in-phase reflection characteristics. The phase of the reflected wave shifts by 180 ° when the plane wave is incident perpendicularly on the complete electrically conductive plane. However, the electromagnetic waves reflected from the EBG structure vary from -180 ° to + 180 ° depending on the frequency. A typical frequency dependent reflection phase of the mushroom EBG structure is shown in FIG. 2.

도 2는 버섯모양 EBG 구조의 위상 반사 특성을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 반사 위상이 0이 되는 주파수는 구조물의 공진 주파수이다. 반사 위상이 -90°에서 +90°에 있는 주파수 범위는 EBG 구조물의 동작 주파수 밴드라고 한다. 반사파는 동작 주파수 내에서 입사파와 보강 간섭한다. 2 is a view showing the phase reflection characteristics of the mushroom-shaped EBG structure. Referring to FIG. 2, the frequency at which the reflection phase becomes zero is the resonance frequency of the structure. The frequency range where the reflected phase is from -90 ° to + 90 ° is called the operating frequency band of the EBG structure. The reflected wave constructively interferes with the incident wave within the operating frequency.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 1-D EBG 구조물을 나타낸 도면으로, 도 3(a)는 단위 셀이며 도 2(b)는 수치 파라미터들을 도시한다.3 is a diagram illustrating a 1-D EBG structure according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 3 (a) shows a unit cell and FIG. 2 (b) shows numerical parameters.

도 1에 도시된 2-D 버섯모양 EBG 구조물의 유사한 것으로부터, 1-D EBG 구조물은 도 3(a)와 같이 구성될 수 있다. 1-D EBG 구조물은 직사각형 패치(213) 및 상기 패치(213)와 금속 접지면(211)을 연결하는 비아에 해당하는 금속 스트립(212)으로 구성된다. From similar to the 2-D mushroom-like EBG structures shown in FIG. 1, the 1-D EBG structures may be constructed as shown in FIG. 3 (a). The 1-D EBG structure consists of a rectangular patch 213 and a metal strip 212 corresponding to a via connecting the patch 213 and the metal ground plane 211.

이 구조물의 수치 파라미터는 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 패치 폭 w, 두 개의 패치(213) 사이의 갭 폭 g, 연결 스트립(212)의 길이 l, 연결 스트립(212)의 폭 s, 기판의 두께 h, 및 기판의 비유전율 ε_r을 포함한다. The numerical parameters of this structure are as shown in FIG. 2 (b), patch width w, gap width g between two patches 213, length l of connecting strip 212, width s of connecting strip 212. , The thickness h of the substrate, and the relative dielectric constant ε _r of the substrate.

1-D EBG 구조물의 커패시턴스 C는 인접한 금속 패치들(113) 사이의 프린징 전계(fringing electric field)로부터 발생된 것이다. 인덕턴스 L은 패치들(213) 사이에 형성된 전계로 인해 흐르는 전류로부터 발생한다. 즉, 인덕턴스 L은 인접 패치들과 이들을 연결한 비아들, 그리고 접지면이 형성하는 루프(loop)를 흐르는 전류로부터 발생한다.Capacitance C of the 1-D EBG structure is generated from a fringing electric field between adjacent metal patches 113. Inductance L arises from the current flowing due to the electric field formed between the patches 213. That is, the inductance L is generated from the current flowing through the loop formed by the adjacent patches, the vias connecting them, and the ground plane.

이러한 1-D EBG 구조물의 커패시턴스 및 인덕턴스는 다음 수학식 1 및 수학식 2에 따라 근사화될 수 있다. 즉, 연결 스트립의 인덕턴스는 대략 다음 수학식 1과 같이 근사화된다. The capacitance and inductance of this 1-D EBG structure can be approximated according to Equations 1 and 2 below. In other words, the inductance of the connecting strip is approximately approximated by Equation 1 below.

상기 수학식 1에서 t는 컨덕터의 두께이며, 길이 단위는 mm이다. 두 개의 패치들(113) 사이의 커패시턴스는 상기 수학식 2에 따라 계산될 수 있다.In Equation 1, t is the thickness of the conductor, the length unit is mm. The capacitance between the two patches 113 can be calculated according to Equation 2 above.

상기 수학식 2에서 ε₀ = 8.854 x 10³ pF/mm:진공 유전율이며, 길이 단위는 mm이다.In Equation 2, ε ₀ = 8.854 × 10 ³ pF / mm: vacuum dielectric constant, and the length unit is mm.

이 경우, ±90° 사이의 반사 위상의 부분 대역폭(fractional bandwidth)은 다음 수학식 3과 같다.In this case, the fractional bandwidth of the reflection phase between ± 90 ° is expressed by Equation 3 below.

여기에서, η은 120π의 자유공간 임피던스이고, ω₀는 공진 주파수로서 그 값은

이다.Where η is the free space impedance of 120π, and ω ₀ is the resonant frequency and its value is

to be.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 1-D EBG 구조물을 나타낸 도면으로 도 4(a)는 1-D EBG 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 포크형(fork-like) 패치의 상세를 나타내며, 도 4(c)는 꾸불꾸불한 곡류형 연결 스트립의 한 마디의 상세를 나타낸다.4 is a view showing a 1-D EBG structure according to another embodiment of the present invention, Figure 4 (a) is a schematic view showing a 1-D EBG structure, Figure 4 (b) is a fork-like ) Details of the patch, and FIG. 4 (c) shows the details of one word of the serpentine connecting strip.

구조물의 크기를 감소시키기 위해, 포크형 금속 패치(313)는 직사각형 패치(213) 대신에 사용된다. 꾸불꾸불한 곡류형 라인(312)은 또한 금속 패치들과 금속 접지면 사이의 거리를 감소시키도록 연결 스트립(312)으로 또한 사용된다. 본 실시예의 변형된 1-D EBG 구조물은 도 4에 도시되어 있다.To reduce the size of the structure, the fork metal patch 313 is used instead of the rectangular patch 213. The serpentine curved line 312 is also used as the connecting strip 312 to reduce the distance between the metal patches and the metal ground plane. A modified 1-D EBG structure of this embodiment is shown in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 변형된 1-D EBG 구조물은은 포크형 금속 패치들(313), 곡류형 스트립 라인들(312), 접지면(311) 및 유전체 기판(도시 생략)을 포함한다. 상기 각 금속 패치(312)와 상기 각 곡류형 스트립 라인(312)은 단위 셀을 형성한다.Referring to FIG. 4, the modified 1-D EBG structure includes fork metal patches 313, grained strip lines 312, ground plane 311, and a dielectric substrate (not shown). Each of the metal patches 312 and each of the cereal strip lines 312 form a unit cell.

상기 곡류형 스트립 라인들(312)은 상기 금속 패치들(313)과 접지면 사이를 각각 연결한다. 상기 각 금속 패치와 상기 각 곡류형 스트립 라인은 단위 셀을 형성한다. 각 곡류형 라인(312)은 도 4(c)에 도시된 바와 같은 마디를 복수개 갖는다. 각 마디는 2개의 수평 엘리먼트들을 포함한다. The curved strip lines 312 connect between the metal patches 313 and the ground plane, respectively. Each metal patch and each grain strip line forms a unit cell. Each cereal line 312 has a plurality of nodes as shown in Fig. 4C. Each node includes two horizontal elements.

이 구조물에서 커패시턴스는 슬롯의 이웃하는 에지들과 인접 패치로부터 스트레치된 스트립(stretched strip) 사이에 형성된다. 슬롯에 내장된 스트레치된 스트립의 깊이가 증가하면 더 높은 커패시턴스가 얻어진다. 이는 인접 패치에 형성되는 프린징 전계(fringing electric field)가 증가하기 때문이다. 포크형 금속 패치들(313) 사이의 갭 및 꾸불꾸불한 스트립들(312)의 수평 엘리먼트들 사이의 갭은 가능한 작아야 한다. 꾸불꾸불한 스트립들의 폭은 가능한 작아야 한다. In this structure, the capacitance is formed between the neighboring edges of the slot and a stripped strip from the adjacent patch. Increasing the depth of the stretched strip embedded in the slot results in higher capacitance. This is because the fringing electric field formed in adjacent patches increases. The gap between the fork metal patches 313 and the gap between the horizontal elements of the serpentine strips 312 should be as small as possible. The width of the serpentine strips should be as small as possible.

예컨대, 변형된 구조물은 1.2mm의 두께 h 및 4.4의 비유전율을 갖는 FR-4 구조물 상에 설치된다. 최초 디자인을 위한 구조물의 공진 주파수는 2.45 GHz에 근접해야 한다. 두 개의 인접한 포크형 패치들 사이의 갭 폭 g는 0.15mm이다. 포크형 패치의 높이는 3sc+2g=3.3mm이다. 꾸불꾸불한 곡류형 연결 비아들에 대해, 두 개의 수평 엘리먼트들 간의 갭 gd는 0.15 mm이다. 스트립들의 폭 sd는 0.15 mm이고, 길이 ld는 1.35 mm이다. 꾸불꾸불한 곡류형 구조물의 마디(turn)의 개수는 2.5이다. 꾸불꾸불한 곡류형 비아 구조물의 전체 높이 및 폭(ld + sd)은 각각 1.7 mm 및 1.5 mm이다. 따라서, 1-D EBG 구조물의 단위 셀의 전체 높이는 5mm이며, 2.45 GHz에서 1/4 파장인 30mm보다 훨씬 짧다. For example, the modified structure is installed on an FR-4 structure having a thickness h of 1.2 mm and a relative dielectric constant of 4.4. The resonant frequency of the structure for the original design should be close to 2.45 GHz. The gap width g between two adjacent fork patches is 0.15 mm. The height of the fork patch is 3sc + 2g = 3.3mm. For the serpentine connecting vias, the gap gd between the two horizontal elements is 0.15 mm. The width sd of the strips is 0.15 mm and the length ld is 1.35 mm. The number of turns of the serpentine structure is 2.5. The total height and width (ld + sd) of the serpentine grain via structure is 1.7 mm and 1.5 mm, respectively. Thus, the overall height of the unit cell of the 1-D EBG structure is 5 mm, much shorter than 30 mm, which is 1/4 wavelength at 2.45 GHz.

수학식 3에 의해 계산된 EBG 구조물의 부분 대역폭은 36.8%이다. 이 구조물의 대응하는 동작 주파수 대역은 2 GHz 에서 2.9 GHz까지의 범위에 있다.The partial bandwidth of the EBG structure calculated by Equation 3 is 36.8%. The corresponding operating frequency band of this structure is in the range from 2 GHz to 2.9 GHz.

상기 설계된 1-D EBG 구조물은 역-L형 안테나의 수평 엘리먼트가 그 위에 위치하는, 금속 접지면의 절반 상에 삽입된다. The designed 1-D EBG structure is inserted on half of the metal ground plane, on which the horizontal element of the inverted-L antenna is located.

도 5는 인쇄된 역-L형 안테나들의 구조를 나타낸 도면이다. 도 5(a)는 일반적인 금속 접지면을 갖는 인쇄된 역-L형 안테나를 나타내며, 도 5(b)는 1-D EBG 접지면을 갖는 인쇄된 역-L형 안테나를 나타낸다. 5 shows the structure of printed inverted-L antennas. Figure 5 (a) shows a printed inverted-L antenna with a common metal ground plane, and Figure 5 (b) shows a printed inverted-L antenna with a 1-D EBG ground plane.

도 5에 도시된 바와 같이, 안테나들에는 역-L형 방사 엘리먼트가 삽입되어 있다. 역-L형의 방사 엘리먼트는 접지면에 수평인 수평 엘리먼트를 포함하고 접지면에 수직인 수직 엘리먼트를 포함한다.As shown in Fig. 5, the antennas are inserted with an inverted-L radiating element. The radiating element of the inverted-L type comprises a horizontal element horizontal to the ground plane and a vertical element perpendicular to the ground plane.

안테나의 수평 엘리먼트와 접지면 사이의 거리 h는 진공에서의 파장 λ₀(λ₀/20 이하, h≤ λ₀/20 )에 비해 매우 작도록 선택되며, 2개의 안테나 구조물에서 동일하도록 선택된다. The distance h between the horizontal element and the ground plane of the antenna is selected to be very small compared to the wavelength in vacuum λ _₀ (λ _0/20 or less, h≤ λ _0/20), is selected to be equal at the two antennas structures.

종래 금속 접지면을 갖는 역-L형 안테나에 대해, 접지면에 근접한 수평 엘리먼트는 효율적으로 방사하지 않는데, 왜냐하면, 이미지 이론에 기초한 이미지 전류 및 안테나 상의 오리지날 전류는 서로 상쇄하기 때문이다. 그러므로, 주요한 방사체는 수직 엘리먼트이다. 종래의 역-L형 안테나의 물리적 길이는 λ_g/4이며, 다음 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.For an inverted-L antenna with a conventional metal ground plane, horizontal elements close to the ground plane do not radiate efficiently because the image current based on image theory and the original current on the antenna cancel each other out. Therefore, the main radiator is a vertical element. The physical length of the conventional inverted-L antenna is λ _g / 4, which can be summarized as Equation 4 below.

상기 수학식 4에서, λ_g는 기판 상에 가이드된 파장이다. In Equation 4, λ _g is a wavelength guided on the substrate.

1-D EBG 접지면을 갖는 역-L형 안테나에 대해, 수평 엘리먼트가 이 구조물에서 주요한 방사체(main radiator)이다. 동작 주파수 대역에서 수평 엘리먼트에서 2개의 동위상(in-phase) 전류 즉, 소스로부터의 오리지날 전류 및 1-D EBG 접지면으로부터 동위상 반사에 기인한 이미지 전류가 존재함을 가정한다. 안테나 작동은 쌍극 안테나(dipole antenna)와 유사하다. 따라서, 안테나의 길이는 종래의 역-L형 안테나에서와 유사한 주파수에서 공진되는 대략 λ_g/2(즉, L + h ? λ_g/2)이다. For an inverted-L antenna with a 1-D EBG ground plane, the horizontal element is the main radiator in this structure. Assume that there are two in-phase currents in the horizontal element in the operating frequency band, the original current from the source and the image current due to in-phase reflection from the 1-D EBG ground plane. Antenna operation is similar to a dipole antenna. Thus, the length of the antenna is approximately λ _g / 2 (ie, L + h? Λ _g / 2), which resonates at a frequency similar to that of a conventional inverted-L antenna.

도 5(b)에 도시된 1-D EBG 접지면을 갖는 역-L형 안테나의 파라미터 값은 다음과 같다: wc=wa=2 mm, gc=0.27 mm, gnd_1 = 35 mm, gnd_2=65 mm, gnd_y=34 mm, h=5 mm, L=49 mm 및 sub=21 mm. 접지면 상에 사용된 18 EBG 단위 셀들이 있다. 일반적인 금속 접지면을 갖는 설계된 역-L형 안테나는 다음 파라미터들을 갖는다: wc=2 mm, wa=4 mm, gc=0.27 mm, gnd_x = 50 mm, gnd_y= 34 mm, h=5 mm, L=14.5 mm 및 sub=21 mm이다. 비교하면, 안테나의 길이 및 폭은 대략 2.45 GHz의 유사 공진 주파수를 획득하도록 서로 다르게 설계된다. 2개의 안테나의 모든 다른 파라미터들은 동일하다.The parameter values of the inverted-L antenna with the 1-D EBG ground plane shown in Fig. 5 (b) are as follows: wc = wa = 2 mm, gc = 0.27 mm, gnd_1 = 35 mm, gnd_2 = 65 mm , gnd_y = 34 mm, h = 5 mm, L = 49 mm and sub = 21 mm. There are 18 EBG unit cells used on the ground plane. Designed inverted-L antennas with typical metal ground planes have the following parameters: wc = 2 mm, wa = 4 mm, gc = 0.27 mm, gnd_x = 50 mm, gnd_y = 34 mm, h = 5 mm, L = 14.5 mm and sub = 21 mm. In comparison, the length and width of the antenna are designed differently to obtain a pseudo resonant frequency of approximately 2.45 GHz. All other parameters of the two antennas are the same.

안테나 구조물의 성능이 연구되어 종래의 역-L형 안테나의 성능과 비교되었다. 이하 본 발명에 따른 안테나의 성능을 설명한다.The performance of the antenna structure was studied and compared with that of the conventional inverted-L antenna. Hereinafter, the performance of the antenna according to the present invention will be described.

도 6은 역-L형 안테나의 반사 손실 특성의 시뮬레이션 및 측정결과를 나타낸다.6 shows simulation and measurement results of the return loss characteristic of the inverted-L antenna.

도 6(a)는 일반적인 금속 접지면을 갖는 역-L형 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 및 측정결과를 및 나타내고, 도 6(b)는 1-D EBG 접지면을 갖는 인쇄된 역-L형 안테나의 반사 손실 시뮬레이션 및 측정결과를 나타낸다.Fig. 6 (a) shows the simulation and measurement results of the reflection loss of the inverted-L type antenna with the general metal ground plane, and Fig. 6 (b) shows the printed inverted-L antenna with the 1-D EBG ground plane. Shows the return loss simulation and measurement results.

도 6(a)를 참조하면, 일반적인 금속 접지면을 갖는 종래의 인쇄된 역-L형 안테나의 시뮬레이션 결과로부터 도출한 공진 주파수와 측정된 공진 주파수는 각각 2.684 GHz 및 2.71 GHz이다. 도 7(b)를 참조하면, 1-D EBG 접지면을 갖는 인쇄된 역-L형 안테나의 시뮬레이션 결과로부터 도출한 공진 주파수와 측정된 공진 주파수는 각각 2.726 GHz 및 2.71 GHz이다. Referring to Figure 6 (a), the resonant frequencies and measured resonant frequencies derived from simulation results of a conventional printed inverted-L antenna with a common metal ground plane are 2.684 GHz and 2.71 GHz, respectively. Referring to FIG. 7 (b), the resonance frequency and the measured resonance frequency derived from the simulation result of the printed inverted-L antenna having the 1-D EBG ground plane are 2.726 GHz and 2.71 GHz, respectively.

이들 값들은 일반적인 금속 접지면을 갖는 안테나와 매우 유사하다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 3.56 GHz에서 또 하나의 다른 공진이 존재한다. 이는 대략 1 GHz의 기본 공진의 고조파이다. 이들 1 GHz 및 3.56 GHz의 공진은 1-D EBG 구조물의 영향 없이 안테나의 단극 성향(monopole behavior)에 기인한다. These values are very similar to antennas with a typical metal ground plane. As shown in Fig. 7 (b), there is another resonance at 3.56 GHz. This is the harmonic of the fundamental resonance of approximately 1 GHz. These 1 GHz and 3.56 GHz resonances are due to the monopole behavior of the antenna without the influence of 1-D EBG structures.

제조된 안테나들의 방사 패턴은 실내 무반사실에서 도 5에서와 동일한 좌표 시스템상에서 측정하며, 안테나의 공진주파수에서 측정한다. The radiation pattern of the manufactured antennas is measured on the same coordinate system as in FIG. 5 in an indoor anechoic chamber, and measured at the resonance frequency of the antenna.

도 7에서는 안테나 방사 패턴의 시뮬레이션 및 측정결과를 xy 평면에 나타내었다. 도 7(a)에 나타낸 방사 패턴으로부터 안테나가 주로 x 방향으로 방사함을 알 수 있다. y 방향으로의 방사는 수평 엘리먼트에서의 전류 감쇠에 기인하여 매우 작다. 이는 이 구조물의 주요한 방사체가 수직 방사체임을 의미한다. xy 면에서 안테나의 측정된 피크 이득은 148°에서 2.46 dBi이다. +y 및 -y 방향에서 측정된 최소 이득은 각각 -10.7 dBi 및 -10 dBi이다.In FIG. 7, simulation and measurement results of the antenna radiation pattern are shown in the xy plane. It can be seen from the radiation pattern shown in FIG. 7A that the antenna mainly radiates in the x direction. The radiation in the y direction is very small due to the current attenuation in the horizontal element. This means that the main emitter of this structure is the vertical emitter. In terms of xy, the measured peak gain of the antenna is 2.46 dBi at 148 °. The minimum gains measured in the + y and -y directions are -10.7 dBi and -10 dBi, respectively.

1-D EBG 구조물이 이것에 매우 인접한 인쇄된 안테나들에 대해 매우 유용한 접지면인지 아닌지를 알기 위해, 1-D EBG 접지면을 갖는 역-L형 안테나의 방사 패턴이 도 7(b)에 도시된 바와 같이 조사된다. xy 면에서 이 구조물의 주요 방사는 +y방향에서 이루어지며 측정된 피크 이득은 87°의 방향에서 3.76 dBi였다. 이는 수평 엘리먼트가 훨씬 더 효율적으로 방사하였음을 나타낸다. x 방향에서, -0.5 dBi 및 -4 dBi의 측정된 최대 이득을 갖는 2개의 작은 측엽(sidelobs)이 있다. 이는 우세한 방사소자(radiator)인 수평방향의 엘리먼트가 아닌 수직방향의 수직 엘리먼트가 여전히 방사하기 때문이다. 또한, -y 방향에서의 방사는 매우 작다. 이 방향에서의 측정된 최소 이득은 약 -16 dBi이며, 대략 20 dB의 전-후방 비(front to back(F/B) ratio)를 초래한다. To see if the 1-D EBG structure is a very useful ground plane for printed antennas very close to it, the radiation pattern of an inverted-L antenna with a 1-D EBG ground plane is shown in Figure 7 (b). As investigated. In terms of xy, the main radiation of this structure is in the + y direction and the measured peak gain is 3.76 dBi in the 87 ° direction. This indicates that the horizontal element radiated much more efficiently. In the x direction, there are two small sidelobs with measured maximum gains of -0.5 dBi and -4 dBi. This is because vertical elements in the vertical direction still radiate, not horizontal elements which are the predominant radiators. Also, the radiation in the -y direction is very small. The minimum gain measured in this direction is about -16 dBi, resulting in a front to back (F / B) ratio of approximately 20 dB.

도 8은 1-D EBG 접지면을 갖는 안테나의 yz 면에서 방사 패턴 시뮬레이션 및 측정결과를 나타낸 도면이다. 도 8(a)는 극 플롯(polar plot)이며 도 8(b)는 라인 플롯(line plot)이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a radiation pattern simulation and measurement results on a plane yz of an antenna having a 1-D EBG ground plane. FIG. FIG. 8 (a) is a polar plot and FIG. 8 (b) is a line plot.

수평 엘리먼트의 효과적인 방사를 확실하게 하기 위해, yz 면에서의 방사 패턴의 시뮬레이션 및 측정결과를 도 8에 도시하였다. 도 8(a) 및 도 8(b)는, 안테나의 방사는 +y 방향에서 매우 크게 나타남을 명확히 보여준다. 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 40도 내지 150도의 범위에서 측정된 이득은 그 부근에서보다 훨씬 크다. 이 yz 면에서의 측정된 피크 이득은 133도에서 4.96 dBi이다. In order to ensure effective radiation of the horizontal element, simulation and measurement results of the radiation pattern on the yz plane are shown in FIG. 8. 8 (a) and 8 (b) clearly show that the radiation of the antenna is very large in the + y direction. As shown in Fig. 8 (b), the gain measured in the range of 40 degrees to 150 degrees is much larger than in the vicinity. The measured peak gain on this yz plane is 4.96 dBi at 133 degrees.

한편, 상기 설계된 1-D EBG 구조물을 이용하여 쌍극 안테나(dipole antenna)를 구성할 수 있다.Meanwhile, a dipole antenna may be configured using the designed 1-D EBG structure.

도 9는 본 발명에 따른 쌍극 안테나의 구조를 나타낸 도면이다. 9 is a view showing the structure of a dipole antenna according to the present invention.

도 9를 참조하면, 마이크로스트립라인 (microstripline)에 의해 공급된 쌍극 안테나는 상기 본 발명에 따라 제안된 1-D EBG 구조물을 이용하여 설계되어 있다. 9, the dipole antenna supplied by the microstripline is designed using the 1-D EBG structure proposed in accordance with the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 안테나에는 역-L형 방사 엘리먼트가 기판의 양면에 대칭으로 삽입되어 있다. 기판 윗면의 역-L형 방사 엘리먼트는 마이크로스트립라인의 시그널라인과 연결되어 있으며, 기판 아랫면의 역-L형 방사 엘레먼트는 접지면과 연결되어 있다. 따라서, 이 두 역-L형 방사 엘레먼트는 쌍극 안테나로 동작하게 된다. 두 역-L형의 방사 엘리먼트는 접지면에 수평인 수평 엘리먼트를 포함하고 접지면에 수직인 수직 엘리먼트를 포함한다. 그리고 기 EBG 구조물이, 상기 쌍극 안테나의 수평 방사 엘리먼트가 위치하는, 상기 쌍극 안테나의 금속 접지면의 상에 각각 삽입되어 있다.As shown in Fig. 9, an inverted-L radiating element is inserted symmetrically on both sides of the substrate in the antenna. The reverse-L-shaped radiating element on the top of the substrate is connected to the signal line of the microstrip line, and the reverse-L-shaped radiating element on the bottom of the substrate is connected to the ground plane. Thus, these two inverted-L radiating elements operate as a dipole antenna. The two inverted-L type radiating elements include a horizontal element horizontal to the ground plane and a vertical element perpendicular to the ground plane. And an EBG structure is respectively inserted on the metal ground plane of the dipole antenna, on which the horizontal radiating element of the dipole antenna is located.

안테나는 1-D EBG 구조물의 밴드갭 주파수 대역(bandgap frequency band) 내에 위치한 대략 2.5 GHz에서 공진하도록 설계되었다. 상기 쌍극 안테나는 통상적인 유전 상수(dielectric constant) ε_r, 및 0.018 mm의 구리 두께(copper thickness) t를 갖는 1.2-mm-두께의 FR4 구조물 상에 제조된다. 상기 구조물의 수형 쌍극과 접지면 사이의 간격 h는 대략 5 mm이며, 이는 λ₀/25에 대응한다. 다른 설계 파라미터들은 다음과 같다: w_a = 94 mm, l_a = 55 mm, l_r = 42 mm, w_r = 2 mm, l_g = 29 mm, w_e = 36.3 mm, w_f = 7.55 mm, and w_m = 2 mm.The antenna is designed to resonate at approximately 2.5 GHz located within the bandgap frequency band of the 1-D EBG structure. The dipole antenna is fabricated on a 1.2-mm-thick FR4 structure having a conventional dielectric constant ε _r , and a copper thickness t of 0.018 mm. Distance h between the male dipole and the ground plane of the structure is approximately 5 mm, which corresponds to λ _0/25. Other design parameters are: w _a = 94 mm, l _a = 55 mm, l _r = 42 mm, w _r = 2 mm, l _g = 29 mm, w _e = 36.3 mm, w _f = 7.55 mm, and w _m = 2 mm.

도 10은 본 발명에 따라 설계한 쌍극 안테나의 반사 손실특성의 시뮬레이션 및 측정결과를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 상기 제조된 쌍극 안테나의 공진 주파수 및 동작 대역폭은 각각 2.573 GHz 및 16.64%(2.405 GHz ~ 2.863 GHz)이다. 10 shows simulation and measurement results of return loss characteristics of a dipole antenna designed according to the present invention. Referring to FIG. 10, the resonant frequency and operating bandwidth of the manufactured dipole antenna are 2.573 GHz and 16.64% (2.405 GHz to 2.863 GHz), respectively.

도 11은 본 발명에 따라 설계된 쌍극 안테나의 방사 패턴의 시뮬레이션 및 측정결과를 나타낸다. 도 11(a)와 도 11(b)는 방사패턴을 xy 평면과 yz 평면에 각각 도시한 결과이다. 11 shows the simulation and measurement results of the radiation pattern of a dipole antenna designed according to the present invention. 11 (a) and 11 (b) show the radiation patterns on the xy plane and the yz plane, respectively.

도 11에 도시된 바와 같이, 쌍극 안테나는 공진 주파수에서 5.85 dBi의 최고실현이득(peak realized gain)과, 10.49 dB의 F-B(front-to-back) 비율(여기에서, 전방(frontward)(+y) 및 후방(backward)(-y) 이득은 각각 4.72 dB 및 -5.77 dB이다)을 갖는 지향적 방사 특성을 갖는다. 방사체(radiator)가 접지면에 매우 근접하게 위치하더라도, 상기 설계된 쌍극 안테나는 상기 1-D EBG 구조물에 의해 실현된 접지면이 동위상 반사 특성을 가지므로, 매우 양호한 반사 손실 특성과 방향성있는 방사 패턴을 가질 수 있다. As shown in Fig. 11, the dipole antenna has a peak realized gain of 5.85 dBi at a resonant frequency and a front-to-back ratio of 10.49 dB (where forward (+ y) ) And backward (-y) gains are 4.72 dB and -5.77 dB, respectively). Although the radiator is located very close to the ground plane, the designed dipole antenna has a very good return loss characteristic and a directional radiation pattern because the ground plane realized by the 1-D EBG structure has in-phase reflection characteristics. Can have

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims

In a one-dimensional (1-D) electromagnetic bandgap (EBG) structure,
Metal patches forming capacitance of the structure;
Strip lines connecting the metal patches to the ground plane, respectively;
A metal sheet functioning as the ground plane,
A dielectric substrate having the metal patches, the strip lines and the metal sheet formed on one surface thereof,
And each metal patch and each strip line form a unit cell.

The one-dimensional electromagnetic bandgap of claim 1, wherein the EBG structure reflects an incident wave in-phase rather than out-of-phase within an operating frequency of the EBG structure. structure.

The one-dimensional electromagnetic bandgap structure of claim 1, wherein the metal patches that form capacitance are fork metal patches.

4. The one-dimensional electromagnetic bandgap structure of claim 3, wherein the fork metal patches are spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

2. The one-dimensional electromagnetic bandgap structure of claim 1, wherein the strip lines can be composed of sinuous curved strip lines and form inductance of the structure.

6. The one-dimensional electromagnetic bandgap structure of claim 5, wherein the sinusoidal curved strip lines forming the inductance of the structure comprise horizontal elements spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

6. The one-dimensional electromagnetic bandgap structure of claim 5, wherein the sinuous curved strip lines forming the inductance of the structure each have a strip width of 0.15 mm.

Printed flat antenna,
Inverted-L horizontal and vertical radiating elements constituting a monopole or dipole antenna;
A metal ground plane formed between said inverted-L vertical radiating element; And
A one-dimensional (1-D) electromagnetic bandgap (EBG) structure formed between the metal ground plane and the inverted-L horizontal radiating element and formed in contact with the metal ground plane;
The one-dimensional EBG structure
Metal patches forming capacitance of the structure;
Strip lines connecting the metal patches to the ground plane, respectively;
A metal sheet functioning as the ground plane,
A dielectric substrate having the metal patches, the strip lines and the metal sheet formed on one surface thereof,
Each metal patch and each strip line form a unit cell,
Printed planar antenna, characterized in that it has a directional radiation due to the influence of the one-dimensional EBG structure.

9. The method of claim 8, wherein the monopole antenna is an inverted-L antenna, the metal patches are fork metal patches, and the strip lines are sinusoidal curved strip lines. Printed planar antenna, characterized in that.

10. The system of claim 9, wherein the EBG structure is inserted on a metal ground plane of the inverted-L antenna, in which the horizontal radiating element of the inverted-L antenna is located, and out of phase within the operating frequency of the EBG structure. Printed planar antenna, characterized in that it reflects the incident wave from the horizontal radiating element in-phase rather than -of-phase.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the horizontal radiating element of the inverted-L antenna has a length of λ _g / 2 (λ _g is the wavelength guided on the substrate).

The method of claim 9, wherein the ground surface of the EBG structure and horizontal radiating elements of the station -L-antennas are λ _0/20, characterized in that printing is separated from each other by a distance of less than (λ ₀ is a wavelength in vacuum) Flat antenna.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the EBG structure has one or more unit cells to form a ground plane that is larger than the horizontal radiating element of the inverted-L antenna.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the horizontal radiating element of the inverted-L antenna radiates more efficiently than the metal ground plane.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the fork metal patches form a capacitance.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the fork metal patches are spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the sinuous curved strip lines form an inductance of the EBG structure.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the sinusoidal curved strip lines forming the inductance of the one-dimensional EBG structure comprise horizontal elements spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein each of the sinusoidal curved strip lines forming the inductance of the one-dimensional EBG structure has a strip width of 0.15 mm.

10. The printed planar antenna of claim 9, wherein the dipole antenna is a dipole antenna consisting of two inverted-L horizontal and vertical radiating elements.

21. The EBG structure of claim 20, wherein the EBG structure is inserted on a metal ground plane of the dipole antenna, on which the horizontal radiating element of the dipole antenna is located, wherein an out-of-phase is within the operating frequency of the EBG structure. Printed planar antenna, reflecting an incident wave from the horizontal radiating element, but not in-phase.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the total length of the two horizontal radiating elements of the dipole antenna has λ _g / 2 (λ _g is the wavelength guided on the substrate).

The method of claim 20, wherein the ground surface of the EBG structure and horizontal radiating elements of the dipole antennas is λ _0/25 printed planar antenna, characterized in that it is as spaced apart from each other in distance of less than (λ ₀ is a wavelength in vacuum) .

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the EBG structure has one or a plurality of unit cells to form a ground plane larger than the horizontal radiating element of the dipole antenna.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the horizontal radiating element of the dipole antenna radiates more efficiently than the metal ground plane.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the fork metal patches form a capacitance.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the fork metal patches are spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the sinuous curved strip lines form an inductance of the EBG structure.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein the sinusoidal curved strip lines forming the inductance of the one-dimensional EBG structure comprise horizontal elements spaced apart from each other by a gap of 0.15 mm.

21. The printed planar antenna of claim 20, wherein each of the sinusoidal curved strip lines forming the inductance of the one-dimensional EBG structure has a strip width of 0.15 mm.