주파수 가변 및 소형 Metamaterial Peano Antenna

Abstract

본 논문에서는 Peano curve의 가장자리에 인덕터를 집적한 주파수 가변 소형 metamaterial 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 1차 Peano curve 평면과 그라운드 평면으로 구성되며, 이 두 평면은 두 개의 단락 post로 연결되어 있다. 이 단락 post와 Peano curve 사이에는 인덕터가 부착되어 있다. 두 인덕터의 inductance를 적절히 선택하여 입력 임피던스 대역폭의 감소 없이 안테나의 동작 주파수를 조절할 수 있다. 안테나의 동작 원리를 설명하기 위해 안테나의 등가 회로를 제시했다. 시뮬레이션 결과를 검증하기 위해 몇 가지 다른 인덕터가 부착된 안테나를 제작했으며, 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 매우 잘 일치한다. 인턱터 값 조합에 따라 입력 임피던스의 감소 없이 동작 주파수가 1.47 GHz에서 0.586 GHz로 변함이 측정되었다. 91 nH와 470 nH의 두 인덕터를 집적한 경우, 안테나의 전기적 크기는 <TEX>$0.0246 {\lambda}{\times}0.0246{\lambda}{\times}0.0114{\lambda}$</TEX>로 매우 소형이다. 이 때 측정된 입력 임피던스 대역폭<TEX>$(S_{11}{\leq}-10 dB)$</TEX>과 방사 효율은 각각 5.22 %와 47.25 %이다. In this paper, we present a frequency tunable and compact antenna which consists of a first-order Peano curve, two shorting posts, and two inductors which are serially connected between the posts and the edge of the Peano curve. By properly choosing the inductance of two inductors, the operating frequency of the antenna can be controlled without sacrificing the fractional bandwidth. To give good demonstration of the operating mechanism, the equivalent circuit of this antenna is included. To validate the simulation results, we have fabricated the several antennas of being integrated with different inductors, and the measured results show a good agreement with the simulated ones. The measured results reveal that the operating frequency is shifted from 1.47 GHz to 0.586 GHz without the decrease of the input impedance bandwidth. In case of integrating two inductors of 91nH and 470nH, the electric size of the antenna is only <TEX>$0.0246 {\lambda}{\times}0.0246{\lambda}{\times}0.0114{\lambda}$</TEX>. The measured fractional bandwidth<TEX>$(S_{11}{\leq}-10 dB)$</TEX> and the radiation efficiency of the antenna are 5.22% and 47.25%, respectively.