비포스터 회로 임피던스 매칭을 이용한 CRLH 전송선 기반 VHF 안테나 설계

Abstract

본 논문은 비 포스터 회로를 사용하여 광대역 임피던스 매칭된 CRLH 전송선 기반 VHF 대역 안테나를 제안하였다. 제안된 CRLH 전송선 기반 안테나는 3개의 유닛셀을 사용하였으며 유닛셀은 인터디지털 커패시터와 스파이럴 인덕터로 이루어져 있다. 안테나의 크기는 최저 동작 주파수인 139.9 MHz에서 0.014λⅹ0.01λⅹ0.0007λ(31.4 ⅹ 23.7 x 1.6 mm 3 )의 소형화된 크기를 가진다. 안테나 설계 시 0차 공진특성을 이용하여 공진점을 이동시켜 비 포스 터회로와 매칭이 원활히 이루어질 수 있도록 VHF 대역에서 커패시턴스가 일정하게 유지되도록 설계하였다. 안테나의 대역폭을 향상시키기 위하여 비 포스터 회로를 사용하였다. 비 포스터 회로는 트랜지스터를 교차 쌍 결합하여 설계 하였으며 개방 회로 안정조건을 만족한다. 비 포스터 회로는 0.0093λ ⅹ 0.006λ ⅹ 0.0007λ(20 ⅹ 14.4 x 1.6 mm 3 )의 크기를 가진다. CRLH 전송선 안테나와 비 포스터 회로를 직렬 연결 한 후 반사계수와 수신전력을 측정 하였다. 반사계수 측정 결과 139.9 ~ 292.8 MHz에서 –10dB 이하의 반사손 실을 가지는 것을 확인했으며 수신전력 측정 결과 비 포스터 적용 전후를 비교 하였을 때 120 ~ 300 MHz에서 평균 25.64 dB의 수신전력 향상을 확인할수 있었다.