Analysis of Radiation Characteristics of Microstrip Patch Antennas Integrated with Mushroom-like EBG Structures

Radiation characteristics of microstrip patch antennas integrated with mushroom-like EBG structures in all directions and length direction on a substrate with the relative dielectric constant of 10 are systematically analyzed. As the substrate thickness increases, the effect of the surface wave on the input impedance and radiation pattern of a patch antenna increases. The effect of EBG structures on the input impedance of a patch antenna is negligible when the distances between EBG structures and the center of a patch antenna are 0.4 ${\gamma}_0$, 0.2 ${\gamma}_0$ and 0.1 ${\gamma}_0$ for the substrate thickness of 3.2 mm, 1.6 mm and 0.8 mm, respectively. The forward radiation is improved due to the suppression of surface wave when the periods of EBG structures integrated are larger than 2, 2, 3 periods for the substrate thickness of 3.2 mm, 1.6 mm and 0.8 mm, respectively. The effects of EBG structures on the radiation characteristics of a patch antenna integrated with EBG structures in all directions and length direction are similar.

Mushroom 형태의 EBG 구조를 집적한 마이크로스트립 패치안테나의 방사 특성 해석

유전상수가 10인 기판에 mushroom 형태를 가지는 EBG 구조를 전 방향과 길이 방향으로 집적한 패치안테나의 방사 특성을 체계적으로 해석하였다. 기판이 두꺼워질수록 표면파가 더 많이 발생하여 EBG 구조가 패치 안테나의 입력 임피던스와 방사 패턴에 미치는 영향이 커지는 것을 볼 수 있었다 기판 두께가 3.2 mm, 1.6 mm, 0.8 mm 인 경우 EBG 구조와 패치 중심 사이의 거리가 각각 0.4 ${\gamma}_0$, 0.2 ${\gamma}_0$, 0.1 ${\gamma}_0$ 이상 되어야 EBG 구조가 패치안테나의 입력 임피던스에 영향을 거의 주지 않았다. 기판 두께가 3.2 mm, 1.6 mm, 0.8 mm 인 경우 EBG 구조를 각각 2 주기, 2 주기, 3 주기 이상 집적하면 표면파가 억제되어 전방 방사가 향상되었다. EBG 구조를 길이 방향으로 집적한 경우와 전 방향으로 집적한 경우 EBG 구조가 패치안테나의 방사 특성에 미치는 영향은 비슷하였다.