한국산학기술학회논문지 Vol. 10, No. 9, pp. 2246-2252, 2009 2246 수직한 방사패턴을 형성하는 이중대역 비대칭 배열 메타물질 안테나 표성민 1 , 한상민 2* , 이동효 1 , 김영식 1 1 고려대학교 컴퓨터전파통신공학과 2 순천향대학교 정보통신공학과 A Dual-Band Asymmetrical Metamaterial Antenna for Orthogonal Radiation Patterns Seongmin Pyo 1 , Sang-Min Han 2* , Dong-Hyo Lee 1 and Young-Sik Kim 1 1 Dept. of Computer and Radio Communications Engineering, Korea Univ. 2 Dept. of Information and Communication Engineering, Soonchunhyang Univ. 요 약 본 논문에서는 메타물질 특성을 가지는 단위 구조의 비대칭 배열을 이용하여 서로 수직한 방사패턴을 형성 하는 이중대역 메타물질 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 메타물질 단위 구조를 비대칭 주기배열로 인하여 2개 의 수직한 공진 모드를 발생시킨다. 2개의 수직한 공진 모드는 안테나의 선형 편파 특성을 변화시키지 않고, 오직 방 사패턴만 수직하게 형성하는 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 안테나 표면에서는 전계분포의 분석을 통하여 수직 한 공진 모드를 분석하였으며, 측정 실험을 통해 안테나의 성능을 검증하였다. 제안된 안테나는 각각의 공진주파수에 서 y축과 x축 방향으로 서로 수직한 방사패턴을 가지고 있으며, 각각 3.34 dBi 와 3.86 dBi 의 안테나 이득을 나타내 었다. 또한 안테나의 크기 감소와 방사효율 증가를 위하여 동일한 안테나의 접지면에 슬롯을 적용하여, 크기 감소와 12 % 와 27 % 의 방사효율 증가 효과를 실험적으로 검증하였다. Abstract A new metamaterial antenna with dual resonant modes is presented using an asymmetrical periodic arrangement for orthogonal radiation patterns. The proposed antenna produces two orthogonal modes by the asymmetrical periodic unit-cell arrangement. The orthogonal resonant mode provides perpendicular radiation patterns without changing the antenna polarization at each resonant mode. The fabricated antenna shows good agreements with the theoretical analysis of the electric-field. The experimental results shows the orthogonal radiation patterns along x- and y-axises, and gains are 3.34 and 3.86 dBi at each radiating resonant mode, respectively. Additionally, slotted ground structures are embedded on the back side of the antenna in order to reduce the size and enhance the radiation efficiency of 12 % and 27 %, respectively. Key Words : Composite right/left-handed transmission lines (CRLH-TLs), Magnetic monopole antennas, Microstrip patch antennas, Dual-band antennas, Orthogonal radiation patterns. * 교신저자 : 한상민 ([email protected]) 접수일 2009년 7월 11일 수정일 09년 09월 07일 게재확정일 09년 09월 16일 1. 서론 소위 메타물질이란 인공적으로 가공된 음의 유전율과 음의 투자율을 동시에 갖는 자연에 존재하지 않는 물질 을 뜻한다[1]. 이러한 메타물질은 composite right/left-handed (CRLH) 전송선 이론을 통해 등가회로 모델이 정립되었고, 회로소자, 안테나, 전파굴절 등의 RF 및 초고주파 공학 분야에서 널리 응용되고 있다 [2-4]. 특 히 CRLH 전송선 메타물질은 특정 주파수에서 위상속도 가 영(0)이 되는, 소위 영차 모드 공진(zeroth-order resonance), 혹은 무한 파장 공진 현상을 가지고 있다. 즉, 영이 아닌 주파수에서 영의 전파상수를 가지게 되고, 무
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한국산학기술학회논문지
Vol. 10, No. 9, pp. 2246-2252, 2009
2246
수직한 방사패턴을 형성하는 이중대역
비대칭 배열 메타물질 안테나
표성민1, 한상민2*, 이동효1, 김영식1
1고려대학교 컴퓨터전파통신공학과2순천향대학교 정보통신공학과
A Dual-Band Asymmetrical Metamaterial Antenna
for Orthogonal Radiation Patterns
Seongmin Pyo1, Sang-Min Han2*, Dong-Hyo Lee1 and Young-Sik Kim1
1Dept. of Computer and Radio Communications Engineering, Korea Univ.
2Dept. of Information and Communication Engineering, Soonchunhyang Univ.
요 약 본 논문에서는 메타물질 특성을 가지는 단위 구조의 비대칭 배열을 이용하여 서로 수직한 방사패턴을 형성
하는 이중대역 메타물질 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 메타물질 단위 구조를 비대칭 주기배열로 인하여 2개
의 수직한 공진 모드를 발생시킨다. 2개의 수직한 공진 모드는 안테나의 선형 편파 특성을 변화시키지 않고, 오직 방
사패턴만 수직하게 형성하는 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 안테나 표면에서는 전계분포의 분석을 통하여 수직
한 공진 모드를 분석하였으며, 측정 실험을 통해 안테나의 성능을 검증하였다. 제안된 안테나는 각각의 공진주파수에
서 y축과 x축 방향으로 서로 수직한 방사패턴을 가지고 있으며, 각각 3.34 dBi 와 3.86 dBi 의 안테나 이득을 나타내
었다. 또한 안테나의 크기 감소와 방사효율 증가를 위하여 동일한 안테나의 접지면에 슬롯을 적용하여, 크기 감소와
12 % 와 27 % 의 방사효율 증가 효과를 실험적으로 검증하였다.
Abstract A new metamaterial antenna with dual resonant modes is presented using an asymmetrical periodic
arrangement for orthogonal radiation patterns. The proposed antenna produces two orthogonal modes by the