Antenna Gain Enhancement Using FSS(Frequency Selective Surface) with Defect Mode Characteristic

In this paper, FSS(Frequency Selective Surface) using defect mode characteristic is proposed. The unit cell using defect mode characteristic of the proposed FSS is offered lower resonant frequency in the same cell size. The number of suitable array is optimized 13 by 13. Also, the patch antennas operated in WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) Tx band and Rx band are designed for the comparison. The gain value of proposed FSS-1 complex structure (the patch antenna of Tx band and FSS) is improved 3.3 dB from 9.98 dBi to 13.28 dBi in Tx band. The gain value of proposed FSS-2 complex structure(the patch antenna of Rx band and FSS) is improved 5.53 dB from 9.81 dBi to 15.34 dBi in Rx band. Also the measured impedance bandwidth($VSWR{\leq}2$) of manufactured $13{\times}13$ array antenna is from 337 MHz(1.87 to 2.21 GHz). The measured radiation gain is 11.39 dBi(1.94 GHz), 13.11 dBi(2.05 GHz), 11.09 dBi(2.14 GHz). The measured radiation efficiency is 81 %. Because the proposed FSS structure has more higher gain, it will be applied to antenna of WCDMA repeater system.

결함 모드 특성을 갖는 주파수 선택적 표면에 의한 안테나 이득 향상

본 논문은 결함 모드 특성을 갖는 주파수 선택적 표면에 의한 WCDMA에서 동작하는 안테나의 이득 향상을 위한 설계와 제작에 대해 다룬다. 제안된 결함 모드 특성을 갖는 FSS 단위 셀은 동일한 크기의 일반적인 단위 셀보다 낮은 주파수 대역에서 적용이 가능하므로 단위 셀의 크기를 66 % 정도 축소시키었다. 단위 셀의 최적화 된 배열 개수는 $13{\times}13$으로 하였으며, WCDMA 송신 대역과 수신 대역에서 동작하는 패치 안테나를 각각 설계하였다. 사각형 구조의 단일 패치 안테나를 사용하여 WCDMA 대역을 포함한 동작 특성을 나타내도록 하였다. 모의 실험한 결과, 송신 대역에서 제안된 FSS-1 복합체 구조(송신 대역의 패치 안테나와 FSS)의 이득은 9.98 dBi에서 13.28 dBi로 3.3 dB 향상되었다. 수신 대역에서 제안된 FSS-2 복합체 구조(수신 대역의 패치 안테나와 FSS)의 이득은 9.81 dBi에서 15.34 dBi로 5.53 dB 향상되었다 측정 결과 제작된 FSS 복합체 안테나는 약 337 MHz($1.87{\sim}2.21GHz$)의 대역폭을 가지며 1.95 GHz에서 11.39 dBi, 2.05 GHz에서 13.11 dBi, 2.14 GHz에서 11.09 dBi의 이득을 나타내었고, 방사 효율은 81 %임을 확인하였다. 제안된 FSS 복합체 안테나는 높은 이득을 갖기 때문에 WCDMA 중계기 시스템에 응용될 수 있을 것으로 사료된다.