[논문 리뷰] Rectangular and Circular Antenna Design on Thick Substrate

Harsh Kumar, Shweta Srivastava|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 04.

Antenna Design and Analysis참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 SONNET 소프트웨어를 사용하여 두꺼운 기판 상에서 39 GHz에서 직사각형 및 원형 패치 안테나의 설계 및 시뮬레이션을 제시한다. 원형 패치 안테나를 위한 새로운 분석 기법을 도입하여 이론적 예측과 시뮬레이션 결과 간의 강력한 일치를 달성하였으며, 이는 밀리미터파 응용 분야의 실현 가능성을 보여준다.

ABSTRACT

Millimeter wave technology being an emerging area is still very undeveloped. A substantial research needs to be done in this area as its applications are numerous. In the present endeavor, a rectangular patch antenna is designed on thick substrate and simulated using SONNET software, also a novel analysis technique is developed for circular patch antenna for millimeter wave frequency. The antenna is designed at 39 GHz on thick substrate and has been analyzed and simulated.The results of the theoretical analysis are in good agreement with the simulated results.

연구 동기 및 목표

• 밀리미터파 주파수에서 작동하는 원형 패치 안테나를 위한 새로운 분석 기법을 개발하기 위해.
• 39 GHz에서 두꺼운 기판 상의 직사각형 패치 안테나를 설계하고 시뮬레이션하여 대역폭과 이득을 향상시키기 위해.
• SONNET 소프트웨어를 사용하여 이론적 모델을 시뮬레이션 결과와 비교 검증하기 위해.
• 고주파 안테나 응용 분야에서 성능 향상에 기여하기 위해 두꺼운 기판의 가능성을 탐색하기 위해.
• 실용적 설계 및 분석을 통해 아직 개발이 부족한 밀리미터파 안테나 기술 분야에 기여하기 위해.

제안 방법

• 직사각형 패치 안테나는 두꺼운 기판 상에 설계되었으며, 중심 주파수 39 GHz에서 SONNET 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션되었다.
• 밀리미터파 작동을 위한 원형 패치 안테나를 모델링하기 위해 새로운 분석 기법이 개발되었다.
• 전자기장 방정식과 모드 분석을 사용하여 원형 패치 안테나의 이론적 분석을 수행하였다.
• 두 안테나 유형의 복사 패턴, 이득, 리턴 로스를 평가하기 위해 시뮬레이션이 수행되었다.
• 정확성과 일관성을 검증하기 위해 이론적 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하였다.
• 임피던스 대역폭과 복사 효율성에 대한 기판 두께의 영향을 중심으로 연구가 집중되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기판 두께는 39 GHz에서 직사각형 및 원형 패치 안테나의 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 새로운 이론적 모델은 밀리미터파 주파수에서 원형 패치 안테나의 거동을 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ3 두 안테나 유형에 대해 이론적 예측과 시뮬레이션 결과 간의 일치 수준은 어떠한가?
• RQ4 39 GHz에서 두꺼운 기판 패치 안테나의 주요 복사 및 임피던스 특성은 무엇인가?
• RQ5 이론적 모델링은 고주파 안테나 설계에서 광범위한 시뮬레이션의 필요성을 어느 정도 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 원형 패치 안테나의 이론적 분석 결과는 SONNET 소프트웨어의 시뮬레이션 결과와 강력한 일치를 보였다.
• 직사각형 패치 안테나는 두꺼운 기판 상에서 최적화된 임피던스와 복사 패턴을 통해 39 GHz에서 안정적인 성능을 달성하였다.
• 원형 패치 안테나를 위한 새로운 분석 기법은 공진 주파수 및 모드 행동 예측에 효과적이었다.
• 시뮬레이션 결과는 직사각형 및 원형 패치 안테나 모두가 39 GHz에서 만족스러운 이득과 정렬도를 확보하고 있음을 확인하였다.
• 이 연구는 두꺼운 기판이 고주파 작동을 지원하고 유리한 복사 특성을 제공할 수 있음을 입증하였다.
• 이론적 결과와 시뮬레이션 결과 간의 일관성은 향후 밀리미터파 안테나 설계를 위한 제안된 분석 방법의 타당성을 검증한다.