KR20040065683A - 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나에 관한 것으로, 보다 자세하게는 내장형 안테나에 포토닉 밴드갭 격자를 추가하여 안테나의 대역폭을 향상시키는 패치 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나는 그라운드 기판 위에 유전체로 구성되고 그 위에 공진 길이/4를 가지는 방사패치와 안테나 사이에 흐르는 표면파를 저지하는 상기 방사패치 외부에 위치한 포토닉 밴드갭 격자로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나는 안테나 주변의 표면파를 감소시킴으로서 안테나의 대역폭을 향상시키는 장점이 있고, 방사패턴의 사이드로브 등을 감소시켜 안테나의 이득을 향상시키는 효과가 있다.

Description

포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나{Embedded antenna by the photonic bandgap structure}

본 발명은 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나에 관한 것으로, 보다자세하게는 내장형 안테나에 포토닉 밴드갭 격자를 추가하여 안테나의 대역폭을 향상시키는 패치 안테나에 관한 것이다.

현재 3차원 주기성을 가진 유전물질로 이루어진 광결정에서의 포토닉 밴드갭 (photonic band gap) 구조에 대한 관심이 증가하고 있다. 물질의 유전상수를 주기적으로 변화시켜 특정 주파수대역의 전자기파가 전달되지 않게 하는 포토닉 밴드갭은 반도체에서의 전자 밴드갭(electronic band gap)과 유사한 개념으로 전자 밴드갭 반도체기술의 발전이 20세기 전자공학의 혁명을 가져온 것처럼, 21세기에는 포토닉 밴드갭 분야가 광전자 부문의 혁명을 일으킬 것으로 기대하고 있다.

마이크로스트립 안테나는 그라운드 기판 위에 공진 길이/2를 가지는 방사패치가 공진 형태를 이루고 있으며 어레이 형태의 구조를 가지고 있다. 상기 마이크로스트립 안테나는 그라운드 기판 위에 유전체가 형성하고 상기 유전체 위에 방사패치를 부착한 안테나이다.

도 1은 일반적인 마이크로스트립 안테나를 보여주는 측면도이다. 도 1을 살펴보면, 그라운드 기판(10) 위에 유전체(30)가 형성되고 그 위에 방사패치(20)가 형성되어 있다. 벤딩이 자유로워 각종 장치나 부품에 일정하게 감을 수 있어서 고속으로 달리는 물체에 부착이 가능하다. 정보화 사회의 발달에 따라 무선 휴대기기 등에 널리 이용되고 있는 실정이다. 도 1에서 보는 바와 같이 그라운드 기판(10)의 길이가 짧을 경우 이득이 감소한다. 마이크로스트립 안테나는 마이크로스트립 방사소자를 선형 공진기로 가정하며, 기판의 높은 유전율로 인하여 협대역 특성을 갖게 된다.

마이크로스트립 패치 안테나의 유전체(30) 위에 놓이게 되는 패치 모양은 구조에 제한이 없으나 대체적으로 사각형과 원형 패치를 사용한다.

마이크로스트립 급전(Feeding)(40) 방식은 패치 중앙에 급전하는 방법과 중앙에서 벗어나 급전하는 방법이 있고, 그 위치에 따라 안테나의 복사 특성과 입력 임피던스가 달라진다. 그러므로 급전선과 안테나 사이의 매칭이 필요하게 되고 안테나의 복사패턴 등에 영향을 준다. 하지만, 제작이 용이하다는 특징이 있다.

종래의 마이크로스트립 안테나는 제작이 쉽고 저 비용으로 만들 수 있지만, 좁은 대역폭을 개선하기 위해 유전체의 두께를 증가시키고 유전율이 낮은 기판을 사용한다면, 결과적으로 제작비용이 증가하고 표면파가 발생되어 효율이 나빠진다. 또한, 이득이 작고, 상호간섭을 일으킬 수 있으며, 조정이 어려운 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 마이크로스트립 안테나의 좁은 대역폭을 개선하기 위해 안테나 주위에 포토닉 밴드갭 격자를 구성하여 기판의 실효 유전율을 낮추어 표면파를 감소시키므로 상기 마이크로스트립 안테나에 광대역 특성을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 일반적인 마이크로스트립 안테나를 보여주는 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 패치 안테나의 표면파 저지를 위한 구조도를 도시한 것으로, (가)는 정면도이고 (나)는 측면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 포토닉 밴드갭 구조를 도시한 것으로 (가)는 정면도이고 (나)는 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100. 그라운드 기판 200. 방사패치

300. 유전체 400. 포토닉 밴드갭 격자

본 발명의 상기 목적은 그라운드 기판 위에 유전체로 구성되고 그 위에 공진길이/4를 가지는 방사패치와 안테나 사이에 흐르는 표면파를 저지하는 상기 방사패치 외부에 위치한 포토닉 밴드갭 격자로 이루어진 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나에 의해 달성된다.

포토닉 밴드갭 구조는 특정한 주파수 대역에서의 전파를 저지시킬 수 있는 주기적인 구조로 이루어진다. 따라서, 상기 포토닉 밴드갭 구조는 안테나의 이득을 향상시키는데 이용될 수 있다. 패치 안테나에서 복사되는 전자기파의 일부는 공기 중으로 나가지 못하고 표면파의 형태로 기판과 공기의 계면을 따라 전파되는데, 포토닉 밴드갭 구조를 이용하면 이와 같은 상기 표면파를 억제할 수 있다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2의 (가)와 (나)는 본 발명에 따른 패치 안테나의 표면파 저지를 위한 구조도이다. 도 2의 (가)와 (나)를 살펴보면 본 발명에 따른 패치 안테나는 그라운드 기판(100) 위에 유전체(300)로 구성되고 그 위에 공진 길이/4를 가지는 방사패치(200)가 공진 형태를 이루고 있다. 상기 패치 안테나는 상기 방사패치(200) 외부에 포토닉 밴드갭 격자(400)를 둠으로써 안테나 사이에 흐르는 표면파를 저지할 수 있게 하였다.

상기 포토닉 밴드갭 격자(400)는 방사패치(200) 주위에 사각형 모양을 하고, 마이크로스트립 라인 구조로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 패치 안테나는 방사패치(200) 외부에 포토닉 밴드갭 격자(400)를 삽입함으로써 표면파가 억제되고 아이솔레이션도 향상된다.

도 3은 본 발명에 따른 포토닉 밴드갭 구조를 도시한 것으로 (가)는 정면도이고 (나)는 측면도이다. a는 포토닉 밴드갭 격자의 길이, b는 격자간의 거리, d는 격자의 두께 그리고 g는 격자 사이의 갭을 의미한다.

상기 수학식 1은 포토닉 밴드갭 구조에서의 커패시턴스(capacitance) 성분과 인덕턴스(inductance) 성분 및 공진 주파수를 표현한다.

PBG 구조의 등가회로는 집중소자 병렬회로로 나타낼 수 있는데, 이때 회로의 등가 어드미턴스(Y), 대역폭(BW) 및 공진주파수()는 상기 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. 상기 수학식 2에서가 작을 경우 광대역 특성을 나타내고, 클 경우 협대역 특성을 나타낸다. 그리고 인덕턴스와 커패시턴스의 곱, 커패시턴스와 인덕턴스의 비를 이용하여 광대역 특성을 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명의 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나는 포토닉 밴드갭 격자를 추가하여 표면파를 저지하고, 안테나의 대역폭 및 안테나의 이득을 향상시키며, 사이드로브의 빔을 감쇄시켜 안테나의 효율을 향상시키는 특성이 있다.

본 발명의 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나는 안테나 주변의 표면파를 감소시킴으로서 안테나의 대역폭을 향상시키는 장점이 있고, 방사패턴의 사이드로브 등을 감소시켜 안테나의 이득을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 그라운드 기판 위에 유전체가 형성되고 그 위에 방사패치가 형성되어 있는 마이크로스트립 구조를 이용한 패치 안테나에 있어서,

   그라운드 기판(100) 위에 유전체(300)로 구성되고 그 위에 공진 길이/4를 가지는 방사패치(200); 및

   안테나 사이에 흐르는 표면파를 저지하는 상기 방사패치(200) 외부에 위치한 포토닉 밴드갭 격자(400)

   로 이루어짐을 특징으로 하는 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 포토닉 밴드갭 격자(400)는 마이크로스트립 라인 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 포토닉 밴드갭 구조를 이용한 내장형 안테나.