KR101378477B1

KR101378477B1 - 기판 집적형 도파관 안테나

Info

Publication number: KR101378477B1
Application number: KR1020130030792A
Authority: KR
Inventors: 임성준
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-03-28
Also published as: WO2014148708A1

Abstract

기판 집적형 도파관 안테나가 개시된다. 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)은 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)을 완전 자계벽(PMW : Perfect Magnetic Walls)을 따라 1/8 크기로 축소시킨다. 상보적 분할 링 공진기(CSRR : Complementary Split Ring Resonator)는 1/8 모드 기판 집적형 도파관 상에 로딩(loading)된다. 본 발명에 따르면, 기존 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)의 크기를 1/8로 줄인 EMSIW(Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)에 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)을 로드하여 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)의 회전 각도를 달리 함으로서 이득과 효율 관점에서 방사 성능이 우수한 기판 집적형 도파관 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 소형화(compactness)와 높은 방사 성능(high radiation performance)을 필요로 하는 수많은 무선 모바일 어플리케이션에 적용될 수 있다.

Description

기판 집적형 도파관 안테나{Substrate integrated waveguide antenna}

본 발명은 기판 집적형 도파관 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate Integrated Waveguide)과 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)로 구현한 소형 기판 집적형 도파관 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 다양한 형태의 안테나들이 제안되고 있다. 안테나는 전자기파 신호를 송수신하기 위한 무선 통신 시스템에서 필수 구성 요소로서, 특정 주파수의 전자기파에 대해 공진하여 해당 주파수의 전자기파 신호를 송수신하도록 한다. 특히, 최근 무선 통신 시스템이 급속도로 발전함에 따라 안테나가 다양한 용도로 사용될 뿐만 아니라 보다 소형화되어 가는 추세이다.

이와 관련된 선행기술을 구체적으로 살펴보면, 한국공개공보 제2011-0058936호(발명의 명칭 : 기판 집적 도파관을 이용한 위상천이기)에는 기판 집적 도파관 내에 천공과 유전체 삽입을 통해 구현된 위상 천이기에 관한 것으로, 기판 집적 도파관의 기판 천공과 이종 유전체 삽입을 통해 간단하게 제작할 수 있으며 천공의 크기, 간격 및 개수를 조절하여 요구되는 위상의 천이가 가능하도록 구현한 위상 천이기를 개시하고 있다.

또한, 한국공개공보 제2010-0041985호(발명의 명칭 : 분리형 도파관 타입 위상변위기 및 이를 이용한 안테나 장치)에는 위상 제어를 위한 회로 소자들이 실장된 PCB를 도파관 타입의 위상변위기 본체로부터 용이하게 분리할 수 있어 유지 보수가 용이한 위상 변위기를 개시하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소형이지만 안테나로서의 성능은 우수한 기판 집적형 도파관 안테나를 제공하는 데 있다. 구체적으로, 기존 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)의 크기를 1/8로 줄인 EMSIW(Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)에 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)을 로드하여 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)의 회전 각도를 달리 함으로서 이득과 효율 관점에서 방사 성능이 우수한 기판 집적형 도파관 안테나를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나는, 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)을 완전 자계벽(PMW : Perfect Magnetic Walls)을 따라 1/8 크기로 축소시킨 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide); 및 상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관 상에 로딩(loading)된 상보적 분할 링 공진기(CSRR : Complementary Split Ring Resonator);를 구비한다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나에 의하면, 기존 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)의 크기를 1/8로 줄인 EMSIW(Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)에 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)을 로드하여 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)의 회전 각도를 달리 함으로서 이득과 효율 관점에서 방사 성능이 우수한 기판 집적형 도파관 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 소형화(compactness)와 높은 방사 성능(high radiation performance)을 필요로 하는 수많은 무선 모바일 어플리케이션에 적용될 수 있다.

도 1은 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)의 종류에 따른 E-field 분포를 도시한 도면,
도 2는 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)의 종류에 따른 입력 임피던스를 도시한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)의 반사 손실을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)에 CSRR(Complementary Split Ring Resonator)이 로드된 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 반사 손실을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 회전 각도에 따른 E-field 분포를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 방사 패턴을 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 동일 편파 및 교차 편파 패턴을 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)를 실제 제작한 샘플을 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 반사 손실을 시뮬레이션한 값과 측정된 값을 각각 도시한 그래프,
도 11은 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 방사 패턴을 시뮬레이션한 경우와 측정된 경우를 각각 도시한 도면, 그리고,
도 12는 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 측정된 3D 방사 패턴을 도시한 도면이다.

이하에서 첨부의 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나는 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide, 이하 'EMSIW'라 칭하기로 함)에 상보적 구조의 분할 링 공진기(CSRR : Complementary Split Ring Resonator, 이하 'CSRR'이라 칭하기로 함) 구조를 로딩하여 소형 안테나를 구현한 것이다. 이때, EMSIW는 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이 기존 기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)을 1/8 사이즈로 축소시킨 것을 의미하며, CSRR은 메타 물질을 구성하는 구조 중에 하나로 사용되는 SRR(Split Ring Resonator)이 슬롯으로 구현된 형태를 의미한다. 또한, CSRR은 특정 주파수에서 음수의 유전율(ε)을 구현할 수 있고, 전송 선로와 공진 주파수에서 강한 전기적 커플링을 가지게 된다.

도 1의 (a)에 도시된 SIW(Substrate-Integrated Waveguide, 이하 'SIW'라 칭하기로 함) 캐비티의 폭(W)과 길이(L)가 a로 동일하다면(W=L=a), 기본 TE₁₀₁ 모드에서의 전자기장의 수직 성분은 다음 수식과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 위상 상수(phase constant),

는 캐비티 내부 유전체(dielectric material)의 고유 임피던스(intrinsic impedance)이다.

이때, 기판의 두께(b)는 항상 SIW의 폭(a)보다 매우 작다고 추정되며(b<<a), 위상 상수(

)는 아래 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 파수(wave number)를 나타내며,

은 각각 캐비티 내부 물질의 각주파수(angular frequency), 투자율(permeability) 및 유전율(permittivity)을 의미한다.

기존 SIW의 E-field 분포의 크기는 일반적인 유한요소법(FEM : Finite Element Method)에 기반을 둔 시뮬레이션 툴을 이용하여 도 1의 (a)와 같이 도시될 수 있다. SIW의 기본 모드(dominant mode)의 전기장은 표면과 그라운드와 수직을 이룬다. 또한, 자기장의 방향은 도파관의 표면과 평행하며 사이드월(sidewalls)과는 수직을 이룬다. 또한, 완전 자계벽(PMW : Perfect Magnetic Walls)은 수학식 2와 수학식 3을 통해 도 1의 (a)에 도시된 A-A', B-B', C-C' 그리고 D-D' 면임을 알 수 있다. 완전 자계벽(PMW)인 A-A'면을 따라 SIW를 자르면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 기본 모드(dominant mode)의 field 분포가 절반을 유지하는 HMSIW(Half-Mode Substrate-Integrated Waveguide, 이하 'HMSIW'라 칭하기로 함)를 생성하게 된다. HMSIW는 SIW보다 크기가 절반으로 줄어들었기 때문에, 몇몇의 소형화된 필터와 안테나는 HMSIW 기술을 이용하여 제안된다. 또한 유사한 방법으로, 마그네틱 월(magnetic walls)인 B-O면을 따라 HMSIW를 자르면, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 QMSIW(Quarter-Mode Substrate-Integrated Waveguide, 이하 'QMSIW'라 칭하기로 함)를 생성하게 된다. 나아가, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이 QMSIW의 O-D 면을 따라 이등분하면 본 발명에 따른 EMSIW(Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)가 생성된다.

본 발명에 따른 EMSIW의 기하학적인 구조는 2개의 오픈 사이드(open side)(완전 자기 도체)와 하나의 비아 열(via array)(완전 전기 도체)을 가진 이등변 삼각형의 형상을 가진다. 도 1을 참고하여 SIW와 EMSIW의 전계를 비교하면, 거의 손상되지 않고 유지됨을 알 수 있다. 따라서 EMSIW는 SIW와 거의 동일한 값으로 공진 주파수는 유지하면서 전체적인 크기는 1/8의 비율로 감소된 것이다.

본 발명의 일실시예에 따라 SIW, HMSIW, QMSIW 그리고 EMSIW에 사용되는 기판의 두께는 1.575 mm이고, 유전 상수(dielectric constant) 2.2와 유전 손실(tangent loss) 0.0009는 EM 시뮬레이션에서 사용되는 기판 파라미터이다. 금속 비아는 0.7 mm의 직경과 1.4 mm의 중심 간 공칭 치수를 갖는다. 초기 SIW 사각 캐비티의 크기는 24 x 24 mm²이다. 초기 SIW, HMSIW, QMSIW 그리고 EMSIW는 동축 급전을 사용하도록 설계되었다. SIW, HMSIW, QMSIW 그리고 EMSIW의 공진 주파수는 입력 임피던스로부터 결정되며, 이는 도 2에 도시되어 있다. SIW의 기본 공진 주파수는 6.63 GHz이고, HMSIW, QMSIW 그리고 EMSIW의 기본 공진 주파수는 각각 6.40 GHz, 5.75 GHz, 그리고 5.40 GHz이다. 이론적으로, SIW, HMSIW, QMSIW 그리고 EMSIW의 공진 주파수는 동일해야 하지만, 미세한 차이가 관찰된다. 이는 급전부 위치가 다양하고 자계 벽이 프린지 필드(fringe fields) 때문에 이상적이지 않기 때문이다. 그러나 SIW에서 EMSIW로 공진 주파수가 미세하게 감소하는 것보다 크기가 줄어든다는 더 큰 이익이 있는 것이다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나 설계시 동축 급전(coaxial feeding) 대신 50-Ohm 마이크로스트립 선로를 이용하며 이는 갭(gap)에 의해 EMSIW에 신호를 커플링한다. 비록 EMSIW는 2개의 오픈 사이드(open side)(OA'-면과 OD-면)를 가지고 있지만, 이 중 어느 하나는 급전부(feeding port)로 이용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, E-field 분포와 공진 주파수는 급전부가 OA'-면 또는 OD-면상에 있는지에 따라 변하지 않는다. 그러나 OD-면을 급전부로 이용했을 때 OA'-면에 비해 반사 손실(return loss)과 대역폭(bandwidth)이 더욱 좋다. EMSIW의 공진 주파수를 5.38 GHz로 만들기 위해서 이등변 직각 삼각형의 기학학적 크기는 상술한 수학식 1 내지 수학식 3으로부터 결정된다. EM 시뮬레이션을 통해 최적화한 후, W(SIW 캐비티의 폭), L(SIW 캐비티의 길이), 비아 직경, 그리고 비아 중심 간격은 각각 11.70mm, 12.15 mm, 0.7 mm, 그리고 1.4 mm 로 선택되었다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나는 CSRR이 로드된 EMSIW 안테나로 EMSIW 공진기 상에 단일 CSRR이 로딩됨으로서 설계된다. 갭 급전 선로(gap feeding line)는 도 1 (d)의 OD-면상에 사용된다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(400)의 구성이 기하학적 수치와 함께 도시되어 있다. CSRR(420)은 EMSIW(410)의 상부 금속층 상에 에칭되어 있으나, CSRR(420)은 그라운드(ground) 상에 에칭될 수 있다. 그러나 노이즈를 감소하고 방사 손실(radiation loss)을 줄이기 위해서 고주파수 시스템에서 그라운드의 인테그러티(integrity)를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)(400)의 공진 주파수는 도 4에 도시된 바와 같이 CSRR(420)의 회전 각도에 의해 변할 수 있다. 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 반사 손실은 CSRR의 회전 각도를 30도로 설정한 상태에서 0도부터 360도까지 변화됨을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 안테나의 작동 주파수가 4.75 GHz(α=210°) 에서 5.09 GHz(α=30°) 사이에서 다양함을 알 수 있다. 모든 회전 각도에서, 임피던스는 50 Ω으로 일치하며, 각 회전 각도의 공진 주파수는 아래 표 1과 같다.

α(°)	freq.(GHz)	α(°)	freq.(GHz)	α(°)	freq.(GHz)
0	5.076	120	5	240	4.757
30	5.091	150	4.881	270	4.861
60	5.08	180	4.787	300	4.973
90	5.070	210	4.733	330	5.045

도 6을 참고하면, CSRR의 회전 각도(α)가 각각 30°, 210°, 270°, 300°일 때 EMSIW 안테나의 E-field 분포가 도시되어 있다. CSRR의 방향에 따라 E-field 분포가 다양하기 때문에 공진 주파수 역시 서로 다른 회전 각도(α)에 의해 변하게 된다.

도 4에 도시된 XZ-면과 YZ-면 상 방사 패턴 E_θ은 도 7에 도시되어 있다. 방사 패턴은 각 회전 각도마다 거의 동일하다. XY-면 상에서, 방사 패턴(E_θ)의 이득은 4.1 dBi(4.73 GHz)에서 4.4 dBi(5.09 GHz)로 다양하다. 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)는 30° 회전 각도(α)를 가질 때, 5.09 GHz에서 동일 편파(co-polarization) 및 교차 편파(cross-polarization) 방사 패턴은 □=160°와 □=340°둘 다에서 결정되며, 이는 스퀸트 주 빔 방향(squint main beam direction)을 의미한다. 비아 열(via array)의 비대칭 기하학적 구조로 인해, 상기 스퀸트 빔(squint beam)이 관찰될 수 있다. 그러나 회전 각도에도 불구하고 도 8에 도시된 바와 같이, 최대 이득은 M 지점(θ=30°, □=160°)과 N 지점(θ=30°, □=340°) 모두에서 발생한다.

M 또는 N 지점에서 최대 이득 E_θ은 각각 5.49 dBi(4.73 GHz)에서 5.98 dBi(5.09 GHz)이다. 게다가, 총 이득(total gain)은 5.57 dBi(4.73 GHz)에서 6.15 dBi(5.09 GHz)이다. 모든 회전 각도(α) 값에 대해 M과 N 지점에서 동일 편파(co-polarization)와 교차 편파(cross-polarization) 레벨 사이의 차이는 14 dB보다 더 좋다. 공진 주파수가 증가하기 때문에, 방사 효율 역시 80.85%(4.73 GHz)에서 90.30%(5.09 GHz)로 증가하게 된다.

본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 성능을 실험해보기 위해, 서로 다른 회전 각도(α)를 가진 4개의 안테나를 제작한다. 도 9는 회전 각도(α)가 270°과 300°인 CSRR이 로드된 EMSIW 안테나를 도시하고 있다. 이때, 사용되는 기판의 두께는 1.575 mm 일 수 있다.

먼저, 제작된 4개의 안테나의 반사 손실(return loss)은 HP 8510C 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer)를 이용하여 측정했다. 도 10을 참고하면, 측정된 S-파라미터 결과는 도 8에 도시된 시뮬레이션 결과와 비교된다. 공진 주파수는 각각 4.74 GHz(α=210°), 4.87 GHz(α=270°), 4.96 GHz(α=300°), 그리고 5.07 GHz(α=30°)이다. 모든 회전 각도에 있어, 25 dB보다 더 높은 반사 손실(return loss)이 발생하며, 10-dB 대역폭의 반사 손실은 1.3% 보다 더 크게 된다.

다음으로, XZ-면과 YZ-면 상 방사 패턴 E_θ을 α=30°일 때 측정했다. 도 11에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션한 방사 패턴(a)과 실제 측정된 방사 패턴(b)는 서로 유사하게 나타난다. 최대 방사 패턴 E_θ은 XZ-면에서는 4.30 dBi이고, YZ-면에서는 2.80 dBi이다. 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)는 스퀸트 빔(squint beam)을 가지기 때문에, 3D 방사 패턴은 무향실(anechoic chamber)에서 측정된다. 도 12는 회전 각도 α=30°에서 측정된 3D 방사 패턴(E_θ와 E_□)과 5.07 GHz에서 갖는 총 이득(total gain)을 나타내고 있다. 5.92 dBi에서 최대 이득(E_θ)과 6.05 dBi에서 총 이득은 θ=20°, □=140°에서 관찰된다. 전방향성 패턴(omnidirectional pattern)이 관측되기도 한다.

아래 표 2는 회전 각도(α)가 30°, 210°, 270°, 300°일 때, 방사 성능(radiation performance)을 요약한 표이다.

		CSRR의 회전 각도(α)
		30°	210°	270°	300°
안테나 영역(λ₀ ²)		(0.292x0.146)/2	(0.271x0.135)/2	(0.279x0.139)/2	(0.286x0.143)/2
시뮬레이션	공진주파수(GHz)	5.09	4.73	4.86	4.98
	10dB-BW(%)	1.77	1.30	1.45	1.50
	최대이득 E_θ(dBi)	5.98	5.49	5.79	5.089
	최대총이득(dBi)	6.15	5.57	5.90	6.05
	방사 효율(%)	90.3	80.85	86	89
측정	공진주파수(GHz)	5.07	4.74	4.87	4.96
	10dB-BW(%)	1.55	1.30	1.45	1.51
	최대이득 E_θ(dBi)	5.92	4.50	4.70	5.40
	최대총이득(dBi)	6.05	4.74	4.87	5.48
	방사 효율(%)	97.86	72.32	77.87	86.93

상기 표 2에 기재된 성능의 안테나는 CSRR의 회전 각도(α)에 관한 것을 제외하고, 전체적인 물리적 크기는 동일하다. 표 2를 참고하면, 회전 각도 α=210°일 때, 안테나 공진 주파수가 가장 낮음을 알 수 있다. α=210°일 때, 측정된 최대 이득과 방사 효율은 각각 4.50 dBi와 72.32%임을 알 수 있다. 대조적으로, α=30°일 때 최대 공진 주파수가 얻어지며, 이때 5.92 dBi의 최대 이득과 97.86%을 얻어진다는 점을 알 수 있다. 공진 주파수가 감소할 때 전기적으로 작은 구경(aperture) 크기로 인해 방사 효율과 이득도 감소함은 당연하다. 방사 효율은 입사된 전력에 비해 방사된 전력을 측정함으로써 얻을 수 있다.

아래 표 3은 회전 각도(α)가 30°인 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)의 성능을 기존 SIW 안테나 구조와 비교한 것이다.

	본 발명	기존 SIW-1	기존 SIW-2	기존 SIW-3
주파수(GHz)	5.07	7.75	6.63	3.67
안테나크기(λ₀ ²)	(0.292x0.146)/2	0.296x0.335	0.24x0.23	0.35x0.35
10dB-BW(%)	1.55	2.25	□	0.7
최대이득(dBi)	5.95	4.31	1.59	4.46
효율(%)	97.86	86.9	□	□

상기 표 3을 참고하면, 본 발명에 따른 기판 집적형 도파관 안테나(구체적으로, CSRR이 로드된 EMSIW 안테나)는 기존 SIW 안테나보다 훨씬 소형임에도 불구하고 이득과 효율 관점에서 방사 성능이 훨씬 좋다는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

400 : 기판 집적형 도파관 안테나
410 : EMSIW(Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide)
420 : CSRR(Complementary Split Ring Resonator)
430 : 비아(via)

Claims

기판 집적형 도파관(SIW : Substrate-Integrated Waveguide)을 완전 자계벽(PMW : Perfect Magnetic Walls)을 따라 1/8 크기로 축소시킨 1/8 모드 기판 집적형 도파관(EMSIW : Eight-Mode Substrate-Integrated Waveguide); 및
상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관 상에 로딩(loading)된 상보적 분할 링 공진기(CSRR : Complementary Split Ring Resonator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 1항에 있어서,
상기 상보적 분할 링 공진기는 상기 상보적 분할 링 공진기 중심 축을 기준으로 상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관 상에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 2항에 있어서,
상기 상보적 분할 링 공진기는 상기 상보적 분할 링 공진기 중심 축을 기준으로 상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관 상에서 시계 방향으로 30°회전하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 1항에 있어서,
상기 상보적 분할 링 공진기는 상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관의 상부 금속층 또는 그라운드(ground) 상에 에칭되어 로딩되는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 2항에 있어서,
상기 1/8 모드 기판 집적형 도파관은 오픈부(open side)를 이루는 2개의 변과 비아 열(via array)을 이루는 1개의 변을 포함하는 이등변 삼각형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 5항에 있어서,
상기 오픈부(open side)를 이루는 2개의 변 중 어느 하나의 변을 급전부로 이용하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.
제 5항에 있어서,
상기 오픈부(open side)를 이루는 2개의 변 중 상대적으로 더 긴 밑변을 급전부로 이용하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 안테나.