-1 Mode Circularly Polarized Patch Antenna Using CRLH Transmission Line

In this paper, a compact circularly polarized metamaterial patch antenna using the -1 mode that is induced by the composit right-left handed(CRLH) transmission line is proposed. Basically, since the -1 mode is the same properties with the +1 mode of the conventional patch antenna, the circular polarization(CP) is realized. If two orthogonal -1 modes are excited with $90^{\circ}$ phase difference, the CP property can be obtained. In order to obtain two orthogonal modes and $90^{\circ}$ phase difference, 4 mushroom structures having the shape of triangle are employed and the inter-digital gaps are optimized, respectively. The fabricated antenna is based on RT/duroid5880 substrate and the total area of the 4 mushrooms is $0.161{\lambda}_0{\times}0.161{\lambda}_0$. It is confirmed that the center frequency of the proposed antenna is measured as 2.845 GHz and it operates from 2.830 GHz to 2.850 GHz. In addition, the antenna maintains the CP property from 2.842 GHz to 2.847 GHz at the peak gain and the measured radiation efficiency is 46 %.

CRLH 전송 선로 구조를 이용한 -1 모드 원형 편파 패치 안테나

본 논문에서는 composit right-left handed(CRLH) 전송 선로에서 발생하는 -1 모드를 이용하여 단일 급전을 갖는 소형 원형 편파 메타 물질 안테나를 제안한다. -1 모드는 일반적인 패치 안테나의 기본 모드인 +1 모드와 같은 성질을 가지고 있기 때문에, 원형 편파의 동작 원리를 동일하게 적용할 수 있다. 따라서 서로 수직하는 편파와 $90^{\circ}$의 위상차를 갖는 두 개의 -1 모드들을 이용하여 원형 편파 특성을 갖는 메타 물질 안테나의 설계가 가능하다. 두 개의 -1 모드를 얻기 위해서 삼각형의 형태를 갖는 4개의 버섯 구조를 이용하였고, 모드 간에 $90^{\circ}$의 위상차를 인가하기 위해서 삽입된 inter-digital gap의 크기를 최적화 하였다. 추가적으로 임피던스 매칭을 위해 coupled-fed 급전 구조를 사용하였다. 제안된 안테나의 4개로 배열된 버섯 구조의 면적은 $0.161{\lambda}_0{\times}0.161{\lambda}_0$이며, RT/duroid5880 기판에 설계되었다. 제작된 안테나의 중심 주파수는 2.845 GHz로 측정되었고, 2.830 GHz부터 2.850 GHz까지 동작하는 것을 확인하였다. 또한, 2.842 GHz부터 2.847 GHz까지 원형 편파의 특성이 확인되었고, 방사 효율은 46 %로 측정되었다.