Calculation of the Characteristic Impedance of Transmission Lines with Periodic Structures

This paper describes the calculation for characteristic impedance of transmission line with periodic structures such as defected ground structure (DGS) and photonic bandgap (PBG). The previous method which uses the ${\lambda}$/4 transmission line model is reviewed and its disadvantage that the calculated characteristic impedance is strongly dependent on the frequency is discussed. The characteristic impedance of transmission lines with periodic structures are calculated using the ${\lambda}$/4 transmission line model and analytic method. The calculated characteristic impedance by the latter method is an almost constant value while that from the first method depends on the frequency strongly. In addition, the characteristic impedance of the transmission line with PBG is calculated and proposed, while it has been rarely studied ever. S-parameters are obtained from the measurement using the fabricated sample as well as simulation, and used for calculating the characteristic impedances and comparison. The characteristic impedances calculated from the measured S-parameters agree well with the simulated results. It is well described that the analytic method to calculate the characteristic impedance of transmission lines on uniform dielectric structures can be applied successfully to the transmission lines with periodic structures such as DGS and PBG.

주기구조가 결합된 전송선로의 특성 임피던스 계산

본 논문에서는 결함접지구조와 포토닉 밴드갭과 같은 주기구조가 삽입된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 대하여 기술한다. ${\lambda}$/4 전송선로 이론을 이용한 계산하는 종래 방법을 고찰하고, 이 방법에 의한 계산 결과가 주파수 의존성이 커서 신뢰도가 낮다는 문제점을 제시한다. 균일한 유전체 기판에 구현된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 적용되는 해석적인 방법을 주기구조가 결합된 전송선로에서도 적용될 수 있음을 보인다. ${\lambda}$/4 전송선로 방법과 대신 해석적 방법으로 특성 임피던스를 구하고, 후자의 결과가 주파수에 관계없이 비교적 고정된 값을 가짐을 제시한다. 또한 종래에 특성 임피던스 계산 사례가 없었던 PBG 구조를 지닌 전송선로에 대해서도 특성 임피던스를 계산한다. 시뮬레이션뿐만 아니라 직접 제작하여 측정한 S-파라미터로부터 각각 특성 임피던스를 계산하고 서로 비교하여 상당히 유사함을 보인다. 그리고 이를 통하여 해석적 방법에 의한 특성 임피던스의 결정 방법이 DGS와 PBG와 같은 주기구조가 결합된 전송선로의 특성 임피던스 계산에 잘 적용될 수 있음을 보인다.