Reduced Electrical Coupling Effect and Miniaturized Antenna Using Quasi Möbius Strip with Via-Hole

Minimization techniques are adaptations of Helical structure, Meta material, multi-layer structure etc. But, Helical structure is not suited to minimization technique of RF circuit having single resonant frequency. Because it generate resonant frequency following as rotation of circumference. Meta material and multi layer structure have weakness of expenditure and complex structure. In addition, conventional three dimensional M$\ddot{o}$bius Strip and planar M$\ddot{o}$bius Strip are not two dimensional planar M$\ddot{o}$bius Strip that has weakness of electrical coupling effect. Therefore, in this paper, we proposed miniaturized and reduced electrical coupling effect antenna by adaptation of Quasi M$\ddot{o}$bius Strip that topology is same as three dimensional M$\ddot{o}$bius Strip with Via-Hole structure. According to the simulation result, physical circumferential length is 1/3 minimized compared with conventional ring antenna under the same resonant frequency. In addition, coupling effect is not nearly generates near to the resonant frequency, 2.4GHz.

Quasi Möbius Strip과 Via-Hole 구조를 응용한 선로결합 현상의 완화 및 소형화 설계

RF소자의 소형화 기법으로는 헤리컬 구조를 적용하는 방법, Meta Material을 사용하는 방법 및 적층구조를 적용하는 방법 등 여러 방법들이 적용되고 있다. 그러나 헤리컬 구조는 한 번의 원주의 회전이 있을 때 마다 공진주파수가 생김에 따라 단일 공진주파수 특성을 가지는 RF회로의 소형화 기법에는 맞지 않으며, Meta Material과 적층구조를 적용하는 방법들은 구조가 복잡하며 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한, 3차원 구조의 기본적인 뫼비우스 스트립을 활용한 논문과 뫼비우스 스트립의 특성을 활용한 평판형 구조의 논문이 제안되었으나 완전한 평판형구조가 아니고, 선로결합효과(coupling effect) 현상의 문제점이 있었다. 따라서 본 논문은 기존 M$\ddot{o}$bius Strip과 위상동형인 Quasi M$\ddot{o}$bius Strip과 via hole구조를 응용함으로써, RF회로의 소형화와 선로결합효과를 완화한 안테나를 제시하였다. 본 논문의 시뮬레이션 결과에 의하면, 2.4GHz의 공진주파수 일 때, 기존의 링 안테나와 대비하여 물리적 원주의 길이는 1/3배로 소형화 되었다. 그리고 기존의 헤리컬 안테나의 다중공진특성이 아니라 단일 주파수에서의 공진특성을 보인다. 또한, 2.4GHz의 공진주파수 근처에서 선로결합 효과 현상이 거의 발생하지 않았다.