본 연구에서는 마이크로스립 패치 안테나의 접지 면으로 버섯 형태 EBG(Electromagnetic Band Gap)를 사용할 경우의 근거리 장(near field) 원거리 장(far field) 방사 지향성(radiation directivity)의 영향을 연구하였다. 버섯 모양 EBG의 분산 곡선 특성을 이용하여 주어진 버섯모양 EBG의 금지대역(band gap) 2.36-2.85[GHz]를 계산하고, 금지대역 영역에 속하는 주파수로 동작하는 2-층의 버섯 형태 EBG 마이크로스트립 안테나(2.45GHz)를 설계하였다. EBG를 접지 면으로 사용한 마이크로스트립 안테나의 성능향상을 확인하기위하여 PEC(Perfect Elecric Conductor)를 접지 면으로 사용한 동일한 안테나 경우와 성능차이를 비교하였다. EBG를 사용할 경우 유전체와 도체의 경계면에서 발생하는 표면파(Surface Wave)를 효과적으로 억제하여 지향성이 약 2.74dB 정도 향상된 것을 알 수 있었다.
본 논문은 SSN(Simultaneous Switching Noise) 이 유전체를 통해 다른 시스템에 유기되는 것을 막기 위한 방법인 EBG(Electromagnetic Band-Gap)에 관한 연구이다. 이에 대한 EBG 구조를 설계하기 위해 PDN(Power Delivery Network)에 주기적인 패턴을 삽입한다. 패키지에 EBG 구조를 적용하기 위해 인쇄 회로기판 범위에서 연구되었던 구조를 변형 및 개조하여 EBG 구조가 내포하고 있는 필터의 차단 주파수의 범위를 넓히며 차단 시작 주파수를 1GHz 아래로 낮추는 소형화 방법을 모색한다. 이 연구에서 실시할 EBG 구조에 대한 간단한 고찰과 인쇄 회로 기판에 적합한 AI-EBG(Alternating impedance Electromagnetic Band-Gap) 구조를 이용한 EBG 의 소형화에 대해 언급하고, 소형화를 위한 3-D EBG 의 설계구조에 대해 설명한다. 그리고 저주파에서 차단특성을 높이기 위한 방법으로 3-D EBG를 사용하고 AI-EBG와 비교하여 차단특성의 변화를 Full-wave 시뮬레이션과 측정으로서 비교한다.
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.
본 논문에서는 고속 디지털 회로에서 발생하는 SSN(Simultaneous Switching Noise)을 억제하기 위한 자성 재료가 적용된 복합형 EBG(Electromagnetic Bandgap) 구조의 전원면을 제안하였다. 제안된 EBG 구조는 정사각형 패치와 나선형 선로로 구성된 단위 셀이 주기적으로 연결되어 있으며, 자성 재료는 EBG 구조의 단위 셀 위에 국부적으로 적용되었다. 자성 재료의 투자율 실수 성분은 EBG 단위 셀 사이의 유효 인덕턴스를 중가시켜 밴드갭을 낮은 주파수로 이동시키고, 자성 손실 특성을 갖는 허수 성분은 단위 셀 사이에서 야기되는 기생 LC 공진의 피크값을 낮춘다. 그 결과 제안된 구조는 기존 EBG 구조에 비해 낮은 차단 주파수 특성을 가지며, -30 dB 저지 대역을 기준으로 175 MHz에서 7.7 GHz까지 넓은 억제 대역폭을 나타냈다. 제안된 구조는 전원 무결성 개선 및 EBG 전원면 소형화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
2.3 GHz대 WLAN용으로 DBR(Dual-Behavior Resonator)를 사용한 협대역 대역통과여파기와 이 여파기의 고조파를 제거하기 위해 EBG(Electromagnetic Bandgap) 구조를 적용한 여파기를 설계한다. 여파기의 삽입 손실과 크기를 최소화하기 위해 2개의 DBR을 선택한다. 여파기의 중심 주파수는 2.35GHz이고, 대역폭은 140MHz 이다. 두 가지 (EBG 구조를 가지는 경우와 가지지 않는 경우) DBR 여파기의 응답특성을 계산하고, 측정결과와 비교한다. 실험결과 계산치와 매우 잘 일치한다 : EBG 구조를 가지는 여파기의 대역폭과 삽입손실은 각각 3.8%와 1.7dB이다. 그러나 EBG 구조를 가지지 않는 여파기의 대역폭과 삽입손실은 각각 7%와 1.23dB이다. 여파기의 삽입손실이 증가하고, 대역폭이 감소한 것은 EBG 구조를 적용한 결과이다. 또한 EBG 구조를 적용한 여파기의 저지대역 특성은 EBG 구조가 없는 여파기에 비해 매우 향상된다.
패치 안테나 주위에 mushroom 형태를 가지는 EBG 구조를 길이 방향, 폭 방향과 모든 방향으로 집적한 경우 구조 파라미터에 따른 패치 안테나의 방사 특성을 연구하였다. EBG 구조가 길이 방향을 따라 집적된 경우가 가장 방사 특성이 좋음을 볼 수 있었다. EBG 패치 edge에서 패치 안테나의 피드까지의 거리가 같은 경우가 패치 안테나의 중심까지의 거리가 같은 경우와 비교하여 E-평면 방사패턴이 대칭적이고 전방방사 크기가 커지고 후방방사 크기가 작아짐을 볼 수 있었다. 사용하는 EBG 구조의 주기 수가 4주기 이상이 되게 되면 방사특성 변화는 거의 발생하지 않음을 볼 수 있었다.
Radiation characteristics of a microstrip patch antenna integrated with a UC-EBG (Uniplanar Compact Electromagnetic Bandgap) structure and a Mushroom EBG structure are compared. Radiation characteristics of a patch antenna integrated with a Mushroom EBG structure are better than those of a patch antenna integrated with a UC-EBG structure.
We propose a novel multi-stack (MS) technique for a compact and wideband electromagnetic bandgap (EBG) structure in high-speed multilayer printed circuit boards. The proposed MS technique efficiently converts planar EBG arrays into a vertical structure, thus substantially miniaturizing the EBG area and reducing the distance between the noise source and the victim. A dispersion method is presented to examine the effects of the MS technique on the stopband characteristics. Enhanced features of the proposed MS-EBG structure were experimentally verified using test vehicles. It was experimentally demonstrated that the proposed MS-EBG structure efficiently suppresses the power/ground noise over a wideband frequency range with a shorter port-to-port spacing than the unit-cell length, thus overcoming a limitation of previous EBG structures.
본 논문에서는 스트립라인 형태의 주파수 선택적 표면 덮개층을 이용하여 PCS대역의 기지국 안테나로 사용될 수 있는 EBG 공진기 안테나를 제안하였다. PCS대역의 기지국 안테나에서 요구되는 안테나 이득과 대역폭을 가지는 EBG 공진기 안테나를 설계하기 위하여 덮개층 주기 구조의 단위 셀 시뮬레이션을 이용한 다양한 설계 파라미터의 변화에 따른 공진주파수 및 대역폭의 특성을 분석하였다. 이를 위하여 여러 구조들 중에서 많이 사용되는 스트립다이폴과 스트립라인 구조의 특성을 비교하였으며, 스트립라인 구조가 스트립다이폴 구조에 비해서 EBG 공진기의 공진 길이가 더 짧고 대역폭 조정이 더 쉬움을 알 수 있었다. 단위 셀 시뮬레이션 결과를 이용하여 PCS대역을 만족하는 평면구조의 EBG 공진기 안테나와 원통형 EBG 공진기 안테나를 설계하였다.
이동 통신용 안테나로 PEC(Perfect Electric Conductor) 접지면을 갖는 U-slotted 패치 안테나가 널리 이용되고 있으나, 이동 통신 능력을 확대하기 위하여 대역폭의 개선이 요구되어 왔다. 본 논문에서는 대역폭을 확대하기 위하여 EBG(Electromagnetic Band-Gap) 접지면을 갖는 U-slotted 패치 안테나를 제안하고, 그 복사 특성을 고찰하였다. 본 논문에서 제안한 EBG 접지면을 갖는 U-slotted 패치 안테나의 대역폭이 개선됨을 보이기 위하여 EBG와 PEC 접지면을 갖는 두 가지 형태의 U-slotted 패치 안테나를 설계 제작하고 복사 특성을 측정하였다. 측정결과, EBG 접지면을 갖는 U-slotted 패치 안테나가 PEC 접지면을 갖는 안테나보다 대역폭이 넓은 것으로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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