이중 대역 주파수 가변 1/8차 소형 기판집적형 도파관 안테나

Abstract

새로운 주파수 가변 이중 대역 안테나를 제안한다. 기존의 기판집적형 도파관(SIW: Substrate-Integrated Waveguide)에 비하여 1/8 크기를 갖는, 전기적으로 작은 1/8차 기판집적형 도파관(EMSIW: Eighth-Mode Substrate-Integrated Waveguide) 공진기 구조를 이용하여 전기적으로 작은 크기의 안테나를 설계하였다. 설계한 EMSIW 안테나 표면에 상보적 분할 링 공진기(CSRR: Complementary Split Ring Resonator) 구조를 추가적으로 탑재하여 이중 대역에서 동작할 수 있게 하였다. EMSIW와 CSRR 구조는 각각 1.575 GHz(GPS), 2.4 GHz 대역(WLAN) 주파수 대역을 만족시킬 수 있어 이중 공진 특성을 만족하였다. 기본적으로 CSRR은 대역폭이 좁기 때문에 Varactor 다이오드를 탑재시켜 주파수를 2.4 GHz에서 2.5 GHz까지 연속적으로 가변할 수 있게 하였다. 그에 따라 WLAN 표준에서 사용하고 있는 채널 선택 기능 또한 구현할 수 있다. Varactor 다이오드에 따라 EMSIW의 공진은 독립적으로 고정되어 GPS 주파수 수신을 안정적으로 유지할 수 있도록 설계하였다. 결과적으로 DC 바이어스 전압을 11.4 V에서 30 V로 변경함에 따라 GPS 대역 주파수는 고정되어 있고, WLAN 대역의 공진 주파수가 2.38 GHz에서 2.5 GHz까지 연속적으로 변화한다. 시뮬레이션, 측정값 사이에 반사 손실, 방사 패턴 특성이 잘 일치함을 관찰할 수 있었다. In this paper, we propose a new frequency reconfigurable dual-band antenna. By using an electronically compact eighth-mode substrate-integrated-waveguide(EMSIW) resonator, we have designed a compact antenna, which performs dual-band movement by additionally loading a complementary split ring resonator(CSRR) structure. The EMSIW and CSRR structures are designed to satisfy the bandwidths of 1.575 GHz(GPS) and 2.4 GHz(WLAN), respectively. We load the CSRR with a varactor diode to allow a narrow bandwidth and to enable the resonance frequency to continuously vary from 2.4 GHz to 2.5 GHz. Thus, we realize a channel selection function that is used in the WLAN standards. Irrespective of how a varactor diode moves, the EMSIW independently resonates so that the antenna maintains a fixed frequency of the GPS bandwidth even at different voltages. Consequently, as the DC bias voltage changes from 11.4 V to 30 V, the resonance frequency of the WLAN bandwidth continuously changes between 2.38 GHz and 2.5 GHz, when the DC bias voltage changes from 11.4 V to 30 V. We observe that the simulated and the measured S-parameter values and radiation patterns are in good agreement with each other.