KR20120099861A - 평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나 및 그 동작 방법 - Google Patents

평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면형 메타물질의 단위 셀을 삽입하여 소형화된 크기, 넓은 대역폭 또는 다중 공진을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.

Description

평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나 및 그 동작 방법{MICROSTRIP PATCH ANTENNA USING PLANAR METAMATERIAL AND METHOD THEREOF}
본 발명의 일실시예는 안테나의 공진 주파수를 크게 낮추어 안테나를 소형화시키고 대역폭을 넓히는 기술에 관한 것이다.
초기 연구에서는 갭(gap)과 비아 홀(via hole)로 구성된 메타물질 단위 셀을 이용해 0차 공진모드에서 동작하도록 하는 안테나를 개발하여 안테나의 크기에 독립적인 공진 주파수를 갖도록 하는 것에서부터 출발하였다.
현재는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터, 가상 접지 인덕터 등을 이용해 안테나의 크기를 더욱 소형화 시키고 평면형으로 구현하는 단계에 이르렀다. 또한, 삼각형의 갭과 십자모양의 라인을 이용해 광대역 및 고 이득을 달성할 수도 있다. 이러한 안테나는 기존의 안테나 구조에 비해 소형화된 크기를 가질 뿐 아니라 광대역 및 고 이득의 특성을 갖기 때문에 기존의 안테나 기술을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
하지만, 상기 개발된 메타물질 안테나들은 복잡한 제작 공정, 좁은 대역폭, 낮은 이득 등을 가져 상용화하는 데는 어려움이 있다. 또한, 이를 개선하기 위한 안테나 기술들이 개발되었으나 방사패턴의 일그러짐으로 인해 역시 실용적인 이용이 어려웠다.
본 발명의 일실시예는 동작 주파수 대역에서 넓은 대역폭을 갖고 소형화된 크기를 가질 뿐만 아니라 등방성 방사패턴을 갖는 평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예는 마이크로스트립 패치 안테나에 상보성 분할-링 공진기(Complementary Split-Ring Resonator; CSRR)와 인터디지털 커패시터(Interdigital Capacitor)로 구성된 메타물질 단위 셀이 삽입된 안테나 구조를 갖는 평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예는, 안테나에 포함된 패치, CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 안테나의 임피던스를 정합함으로써, 안테나의 동작 주파수를 변화시켜 안테나를 소형화시킬 수 있는, 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예는 마이크로스트립 패치 안테나에 메타물질 단위 셀 구조를 삽입하고, 삽입된 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 동작 주파수를 조절함으로써, 안테나의 소형화, 및 광대역화되는 평면형 메타물질을 포함한 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 유전체 기판의 윗면에 배치되며, 인터디지털 커패시터(Interdigital Capacitor)를 포함하는 패치, 및 상기 패치 하부에 위치하며, CSRR 슬롯(Complementary Split-Ring Resonator Slot)을 포함하는 접지면을 포함하고, 상기 패치, 상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 임피던스(impedance)를 정합한다.
상기 패치는 마이크로스트립 급전라인을 더 포함할 수 있다.
상기 CSRR 슬롯은 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 동작 주파수를 조절할 수 있다.
상기 마이크로스트립 패치 안테나는 상기 인터디지털 커패시터의 길이 또는 상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 이중대역에서 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 마이크로스트립 패치 안테나는 상기 패치의 크기를 조절하여 임피던스를 정합할 수 있다.
상기 패치는 상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 TM01 모드를 상기 마이크로스트립 패치 안테나에 적용할 수 있다.
상기 패치는 상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 서로 다른 주파수를 갖는 두 모드를 결합시킬 수 있다.
상기 패치는 상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭을 확장할 수 있다.
상기 패치는 상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나가 수평편파에 대하여 등방성 방사패턴을 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법은 유전체 기판의 윗면에 배치된 패치를 인터디지털 커패시터와 마이크로스트립 급전라인으로 구성되는 단계, 상기 패치 하부에 위치한 접지면을 CSRR 슬롯으로 구성시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로스트립 패치 안테나가 동작 주파수 대역에서 넓은 대역폭을 갖고 소형화된 크기를 가질 뿐만 아니라 등방성 방사패턴을 갖을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로스트립 패치 안테나에 상보성 분할-링 공진기와 인터디지털 커패시터로 구성된 메타물질 단위 셀이 삽입된 안테나 구조를 갖을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로스트립 패치 안테나에 메타물질 단위 셀 구조를 삽입하고, 삽입된 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 동작 주파수를 조절함으로써, 안테나의 소형화, 광대역화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 안테나에 포함된 패치, CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 안테나의 임피던스를 정합함으로써, 안테나의 동작 주파수를 변화시켜 안테나를 소형화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 삽입된 메타물질 특성에 의해 발생된 다양한 공진에 대해서, 패치와 CSRR 슬롯의 파라미터 값의 유연한 조정을 지원하여, 최적한 임피던스 정합을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 패치의 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 CSRR 슬롯의 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 CSRR 슬롯의 파라미터 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 인터디지털 커패시터의 길이 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 변화를 나타낸 일례를 도면이다.
도 6은 인터디지털 커패시터의 길이 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 변화를 나타낸 다른 일례를 도면이다.
도 7은 주파수가 상이한 모드에서의 마이크로스트립 패치 안테나의 전계분포도를 나타낸 도면이다.
도 8은 두 개의 모드가 결합된 혼성모드에서의 전계분포도를 입력 위상의 변화에 따라 나타낸 도면이다.
도 9는 최적화된 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 도면이다.
도 10은 마이크로스트립 패치 안테나의 3차원 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 11은 마이크로스트립 패치 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 마이크로스트립 패치 안테나(100, 이하 '안테나'라 함)는 마이크로스트립 급전라인(110), 패치(120), 인터디지털 커패시터(130), CSRR 슬롯(140), 및 접지면(150)을 포함할 수 있다.
유전체 기판의 윗면은 마이크로스트립 급전라인(110)과 인터디지털 커패시터(Interdigital Capacitor, 130)가 삽입된 도체 패치(120)로 구성된다. 패치(120)는 인터디지털 커패시터(130)의 길이를 조절하여 안테나(100)의 전기적 크기를 조절할 수 있다. 예컨대, 패치(120)의 크기를 고정시킨 채로 인터디지털 커패시터(130)의 길이를 증가시키면, 안테나(100)는 시리즈 커패시턴스(series capacitance)가 증가하여 패치(120)의 물리적 길이는 그대로지만 '전기적' 크기만 증가하는 효과를 가진다.
패치(120)의 크기(L1, W1)는 안테나(100)의 임피던스 정합을 위해 조절될 수 있다. 즉, 패치(120)의 크기를 조절함으로써, 안테나(100)의 임피던스를 정합하여, 안테나(100)의 동작 주파수를 변화시킬 수 있다. 마이크로스트립 급전라인(110)의 폭(W0)은 통상 라인의 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 정해진다.
또한, 유전체 기판의 아랫면은 도체 접지면(150)이 위치하며, 접지면(150)에 CSRR 슬롯(Complementary Split-Ring Resonator Slot, 140)이 삽입되어 패치(120)의 아래에 위치한다. 유전체의 상대 유전율은 εr 이며 어떤 값을 갖는 유전체 기판을 사용할 수 있다.
CSRR 슬롯(140)은 반지름(R2), 폭(W2), 링 간격(D2), 및 링 분할(G2) 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 안테나(100)의 동작 주파수를 조절할 수 있다.
예컨대, 반지름(R2)은 8mm, 링 간격(D2)은 1.5mm, 폭(W2)은 2mm, 링 분할(G2)은 1mm, 패치(120)의 길이(L1)는 19mm, 패치(120)의 폭(W1)은 19mm, 마이크로스트립 급전라인(110)의 폭(W0)은 5mm일 수 있다.
도 2는 패치의 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 210은 패치(120)의 길이(L1)와 폭(W1)에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 입력저항(임피던스)을 나타낸다. 또한, 220은 패치(120)의 길이(L1)와 폭(W1)에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 반사손실을 나타낸다.
즉, 도 2를 통해 패치(120)의 전체 크기가 커질수록 안테나(100)의 전체적인 임피던스는 감소하는 것을 알 수 있다. 안테나(100)는 메타물질의 특성을 갖기 때문에 0차 공진과 1차 공진 등을 갖는다. 패치(120)의 크기가 커질수록 0차 공진뿐만 아니라 1차 공진에서도 안테나(100)의 임피던스가 감소하기 때문에, 패치(120)의 크기와 CSRR 슬롯(140)의 파라미터(반지름(R2), 폭(W2), 링 간격(D2), 및 링 분할(G2)) 크기를 적절히 튜닝하여 임피던스를 정합할 수 있다.
도 3은 CSRR 슬롯의 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, CSRR 슬롯(140)의 반지름(R2)이 커짐에 따라 0차 공진뿐만 아니라 1차 공진 주파수를 포함한 안테나(100)의 동작 주파수가 감소함을 알 수 있다. 즉, 310은 CSRR 슬롯(140)의 반지름(R2) 변화에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 입력저항을 나타낸다. 또한, 320은 CSRR 슬롯(140)의 반지름(R2) 변화에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 반사손실을 나타낸다.
이는, 메타물질 안테나(100)의 동작 주파수는 안테나(100)의 물리적 크기에 무관한 반면, 유효 인덕턴스(inductance) 및 커패시턴스(capacitance)에 의존함에 따른 것이다.
도 4는 CSRR 슬롯의 파라미터 크기 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 임피던스 정합 특성을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, CSRR 슬롯(140)의 파라미터는 반지름(R2), 폭(W2), 링 사이의 간격(D2), 링 분할(G2)이고, 파라미터들이 변함에 따라 안테나(100)의 동작 주파수 및 입력 임피던스가 변함을 알 수 있다.
410은 CSRR 슬롯(140)의 폭(W2) 변화에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 입력저항을 나타낸다. 또한, 420은 CSRR 슬롯(140)의 링 간격(D2) 변화에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 입력저항을 나타낸다. 430은 CSRR 슬롯(140)의 링 분할(G2) 변화에 따른 안테나(100)의 0차 공진 주파수와 1차 공진 주파수일 때의 입력저항을 나타낸다.
이로써, 안테나(100)는 CSRR 슬롯(140)의 링의 선 폭(W2), 링 사이의 간격(D2), 링 분할(G2)이 커질수록 0차 공진 주파수에서 입력 임피던스가 감소하는 것을 알 수 있다. 이를 이용해 안테나(100)는 0차 공진 주파수에서 임피던스 정합을 독립적으로 수행할 수 있다. 또한, 도2에 도시된 바와 같이, 안테나(100)는 1차 공진에서 임피던스 정합을 달성한 상태에서 CSRR 슬롯(140)의 파라미터 크기를 조절해 이중 공진 안테나로서 동작할 수 있다.
도 5는 인터디지털 커패시터의 길이 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 변화를 나타낸 일례를 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 마이크로스트립 패치 안테나에서는, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)를 1 mm ~ 5 mm 로 조정 함에 따라 직렬 커패시턴스의 증가로 인해 1차 공진 주파수가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이를 이용해 안테나(100)의 전체적인 크기 변화없이 인터디지털 커패시터(130)의 길이 변화만으로 안테나의 동작 주파수를 변화시키고, 안테나(100)의 소형화를 달성할 수 있다. 이때, 0차 공진 주파수는 변하지 않으나 입력 임피던스의 감소로 인해 임피던스 정합이 손상된다. 안테나(100)를 이중대역에서 동작하고자 한다면, CSRR 슬롯(140)의 파라미터 크기를 조절하여 0차 공진 주파수에서 임피던스를 정합할 수 있다.
도 6은 인터디지털 커패시터의 길이 변화에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 변화를 나타낸 다른 일례를 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)가 계속해서 증가하면 1차 공진 주파수는 계속해서 감소하여 안테나(100)의 크기가 감소하는 효과를 가진다. 또한, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)가 7mm 이상이 되면 도6에 도시된 바와 같이 3.8GHz에서 안테나(100)의 TM01 모드가 적용된다. 여기서, TM01 모드는 안테나(100)의 길이(L1)에 따라 동작 주파수가 결정되는 모드가 아닌 안테나(100)의 폭(W1)에 따라 동작 주파수가 결정되는 모드이다.
도 7은 주파수가 상이한 모드에서의 마이크로스트립 패치 안테나의 전계분포도를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, TM01모드에서는 y축 방향으로 전계가 반파장 공진을 갖는다(720). 따라서, 안테나(100)의 폭을 조절하여 TM01모드의 동작 주파수를 조절할 수 있다. 이에 반해, 보통의 패치 안테나가 동작하는 모드인 TM10모드에서는 x축 방향으로 전계가 반파장 공진을 갖는다(710). 710과 720은 TM10 모드와 TM01모드에서의 전계를 도시하기 위함으로써, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)가 '8mm'일 때이다. 710은 안테나(100)의 1차 공진 주파수인 3.497GHz에서의 전계이고, 720은 TM01모드에서의 공진 주파수인 3.812GHz에서의 전계이다.
도 8은 두 개의 모드가 결합된 혼성모드에서의 전계분포도를 입력 위상의 변화에 따라 나타낸 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)가 7mm일 때는 3.80GHz 대역에서 1차 공진 모드와 TM01모드가 혼합된 혼성모드를 갖는다. 입력 위상이 0도(810), 180도(830)일 때는 TM01모드가 발생하고, 입력 위상이 90도(820), 270도(840)일 때는 TM10 모드가 발생한다. 즉, 인터디지털 커패시터(130)의 길이를 조절하면 TM10모드와 TM01모드가 혼성모드를 형성하며, 두 개의 모드는 서로 90도의 위상차를 가져 서로 간섭없이 동작을 할 수 있다.
패치(120)는 두 가지 모드를 혼합함으로써, 안테나(100)의 대역폭을 확장할 수 있다. TM01모드의 동작 주파수는 안테나(100)의 폭이 일정하면 일정하므로, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)를 적절히 조절해 혼성모드를 형성하면 대역폭을 확장할 수 있다.
도 9는 최적화된 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)는 안테나(100)의 대역폭을 가능한 넓게하기 위해 '7.3mm'일 수 있고, 이 때 안테나(100)의 반사손실 특성은 도 8과 같다.
안테나(100)의 10dB 반사손실 대역폭은 6.8%로 기존의 패치 안테나에 비해 3배 이상 넓어질 수 있다. 또한, 안테나(100)의 물리적인 크기는 중심 동작 주파수에서 0.24 λo * 0.24 λo * 0.02 λo 로 동일 주파수에서 동일한 기판에서 설계된 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 55% 감소된 크기를 가질 수 있다.
도 10은 마이크로스트립 패치 안테나의 3차원 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 수평편파(910)에 대하여, 안테나(100)는 근사 등방성 방사패턴을 갖는다. 또한, 수직편파(920)에 대하여, 안테나(100)는 ±z 축 방향으로의 지향성 방사패턴을 갖고, x-y 평면의 모든 방향에 대하여 널(null)을 갖는다.
도 11은 마이크로스트립 패치 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 안테나(100)는 동작 주파수 범위 내에서 5dB 이상의 이득을 갖고 최대 이득은 6.4dB 이다. 안테나(100)는 소형화된 크기에도 불구하고 메타물질의 특성으로 인해 전기적 길이는 같으므로 높은 이득을 유지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1210에서, 안테나(100)는 유전체 기판의 윗면에 배치된 패치(120)를 인터디지털 커패시터(130)와 마이크로스트립 급전라인(110)으로 구성할 수 있다.
단계 1220에서, 안테나(100)는 패치(120) 하부에 위치한 접지면(150)을 CSRR 슬롯(140)으로 구성시킬 수 있다.
단계 1230에서, 안테나(100)는 인터디지털 커패시터(130)의 크기를 조절하여 동작주파수를 조절할 수 있다. 즉, 단계 1230에서는, 안테나(100)의 동작주파수(1차공진주파수)를 조절하고, 여기에 더해 TM01모드 적용시킬 수 있다. 인터디지털 커패시터(130)는 안테나 크기(100)를 고정시킨 상태로 변화시킨다.
실시예로, 안테나(100)는 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3) 또는 CSRR 슬롯(140)의 반지름(R2), 폭(W2), 링 간격(D2), 및 링 분할(G2) 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 이중대역에서 동작하도록 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 안테나(100)는 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)를 조절하여 TM01 모드를 적용시킬 수 있다.
또 다른 실시예로, 안테나(100)는 인터디지털 커패시터(130)의 길이(L3)를 조절하여 서로 다른 주파수를 갖는 두 모드(TM10 모드와 TM01모드)를 결합시킬 수 있다. 안테나(100)는 상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭을 확장할 수 있다. 또한, 안테나(100)는 상기 두 모드 간의 결합을 통해 수평편파에 대하여 등방성 방사패턴을 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 마이크로스트립 패치 안테나
110: 마이크로스트립 급전라인
120: 패치
130: 인터디지털 커패시터
140: CSRR 슬롯
150: 접지면

Claims (17)

  1. 유전체 기판의 윗면에 배치되며, 인터디지털 커패시터(Interdigital Capacitor)를 포함하는 패치; 및
    상기 패치 하부에 위치하며, CSRR 슬롯(Complementary Split-Ring Resonator Slot)을 포함하는 접지면
    을 포함하고,
    상기 패치, 상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 임피던스(impedance)를 정합하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패치는,
    마이크로스트립 급전라인을 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패치는,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 전기적 크기를 조절하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CSRR 슬롯은,
    반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 동작 주파수를 조절하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 패치 안테나는,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이 또는 상기 CSRR슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 이중대역에서 동작하도록 제어하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패치는,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 TM01 모드를 상기 마이크로스트립 패치 안테나에 적용하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패치는,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 서로 다른 주파수를 갖는 두 모드를 결합시키는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패치는,
    상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭을 확장하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 패치는,
    상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나가 수평편파에 대하여 등방성 방사패턴을 갖도록 하는, 마이크로스트립 패치 안테나.
  10. 유전체 기판의 윗면에 배치된 패치를 인터디지털 커패시터와 마이크로스트립 급전라인으로 구성되는 단계;
    상기 패치 하부에 위치한 접지면을 CSRR 슬롯으로 구성시키는 단계; 및
    상기 패치, 상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 임피던스를 정합하는 단계
    를 포함하는 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 전기적 크기를 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 동작 주파수를 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이 또는 상기 CSRR 슬롯의 반지름, 폭, 링 간격 또는 링 분할 중 어느 하나에 대한 크기를 조절하여 상기 마이크로스트립 패치 안테나가 이중대역에서 동작하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 TM01 모드를 상기 마이크로스트립 패치 안테나에 적용하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 인터디지털 커패시터의 길이를 조절하여 서로 다른 주파수를 갖는 두 모드를 결합시키는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭을 확장하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 두 모드 간의 결합을 통해 상기 마이크로스트립 패치 안테나가 수평편파에 대하여 등방성 방사패턴을 갖도록 하는 단계
    를 더 포함하는, 마이크로스트립 패치 안테나 동작 방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101411444B1 (ko) * 2013-04-05 2014-07-01 경북대학교 산학협력단 다중 대역 평판형 모노폴 안테나 및 이의 제조 방법
KR101674138B1 (ko) * 2015-09-02 2016-11-09 성균관대학교산학협력단 소형 광대역 모노폴 안테나 및 그 제조 방법
KR101675975B1 (ko) * 2015-08-10 2016-11-14 주식회사 에스원 패치 방사 소자 및 이를 이용한 직렬 급전 배열 안테나
KR20200065538A (ko) * 2018-11-30 2020-06-09 전자부품연구원 다이폴 안테나
KR102226213B1 (ko) * 2019-11-14 2021-03-10 대구대학교 산학협력단 미앤더 라인 슬롯이 장하된 고감도 마이크로스트립 패치 센서 안테나

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014080360A2 (en) * 2012-11-21 2014-05-30 Tagsys Miniaturized patch antenna
WO2014132519A1 (ja) * 2013-02-26 2014-09-04 日本電気株式会社 アンテナ、プリント基板、及び無線通信装置
US9019160B2 (en) 2013-03-18 2015-04-28 King Fahd University Of Petroleum And Minerals CSRR-loaded MIMO antenna systems
CN104518278A (zh) * 2013-09-26 2015-04-15 中兴通讯股份有限公司 天线及终端
CN104836031B (zh) * 2014-02-12 2019-09-03 华为终端有限公司 一种天线及移动终端
US9989666B2 (en) * 2014-04-02 2018-06-05 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Imaging of earth formation with high frequency sensor
KR102152074B1 (ko) 2014-07-22 2020-09-07 삼성전자주식회사 근거리 무선 통신 안테나
CN104953261B (zh) * 2015-06-19 2018-06-26 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种环形多频天线
CN104900992B (zh) * 2015-06-19 2017-07-07 清华大学 一种半宽度微带贴片天线阵列
TWI563736B (en) * 2015-07-20 2016-12-21 Quanta Comp Inc Mobile device
WO2017189950A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Commscope Technologies Llc Microstrip capacitors with complementary resonator structures
CN107069226A (zh) * 2016-09-19 2017-08-18 北京邮电大学 一种超材料微带天线
JP6659519B2 (ja) 2016-11-02 2020-03-04 株式会社東芝 アンテナ装置
US11163086B2 (en) * 2017-01-10 2021-11-02 University Of Houston System Apparatus and method for wellbore imaging in oil-based mud
US10998633B2 (en) * 2017-03-31 2021-05-04 Agency For Science, Technology And Research Compact wideband high gain circularly polarized antenna
US11233332B2 (en) 2017-05-02 2022-01-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Light absorber
CN107257035B (zh) * 2017-07-26 2020-07-24 西南大学 一种微波波段极化不敏感的六频带超材料吸波体
CN108808247B (zh) * 2018-06-15 2020-03-20 苏州大学 具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线
CN109786972B (zh) * 2019-01-03 2024-03-01 云南大学 一种平面的环工形左手材料
CN109830800A (zh) * 2019-01-25 2019-05-31 南京邮电大学 一种基于人工磁导体的双频siw缝隙天线
WO2020256282A1 (ko) * 2019-06-21 2020-12-24 울산과학기술원 생체 센싱을 위한 공진기 조립체 및 전자기파를 이용한 바이오 센서
CN110534878A (zh) * 2019-08-26 2019-12-03 华南理工大学 一种基于开口谐振环加载的小型化特高频天线
CN110943303B (zh) * 2019-10-29 2021-11-09 Oppo广东移动通信有限公司 阵列透镜、透镜天线和电子设备
CN110783711B (zh) * 2019-11-12 2021-12-14 榆林学院 一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线
CN111478027A (zh) * 2020-03-13 2020-07-31 北京理工大学 一种宽带双陷波超宽带天线
CN111987422B (zh) * 2020-06-09 2022-12-20 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 一种超低剖面多频宽带天线及通信设备
CN114069206A (zh) * 2020-07-29 2022-02-18 电子科技大学 一种宽带耦合天线的馈电结构和esr测试系统
CN112271446B (zh) * 2020-08-20 2024-04-05 珠海格力电器股份有限公司 同心半圆环微带天线及基于智能家居的无线传感器天线
CN112701495B (zh) * 2020-12-17 2021-07-20 电子科技大学 基于强耦合效应的锥台载二维共形低散射超宽带相控阵
CN112763808B (zh) * 2020-12-29 2022-05-27 杭州电子科技大学 基于微带互补开环谐振器结构的有源微波传感器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2819346B1 (fr) * 2001-01-05 2004-06-18 Cit Alcatel Antenne planaire et dispositif de transmission bi-bande incluant cette antenne
US6856297B1 (en) * 2003-08-04 2005-02-15 Harris Corporation Phased array antenna with discrete capacitive coupling and associated methods
EP1855348A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-14 Seiko Epson Corporation Split ring resonator bandpass filter, electronic device including said bandpass filter, and method of producing said bandpass filter
KR20190006068A (ko) * 2008-08-22 2019-01-16 듀크 유니버시티 표면과 도파관을 위한 메타머티리얼

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101411444B1 (ko) * 2013-04-05 2014-07-01 경북대학교 산학협력단 다중 대역 평판형 모노폴 안테나 및 이의 제조 방법
KR101675975B1 (ko) * 2015-08-10 2016-11-14 주식회사 에스원 패치 방사 소자 및 이를 이용한 직렬 급전 배열 안테나
KR101674138B1 (ko) * 2015-09-02 2016-11-09 성균관대학교산학협력단 소형 광대역 모노폴 안테나 및 그 제조 방법
KR20200065538A (ko) * 2018-11-30 2020-06-09 전자부품연구원 다이폴 안테나
KR102226213B1 (ko) * 2019-11-14 2021-03-10 대구대학교 산학협력단 미앤더 라인 슬롯이 장하된 고감도 마이크로스트립 패치 센서 안테나

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