A Study on Frequency Shift of Piezo Microstrip Antennas

피에조 마이크로스트립 안테나의 주파수 이동에 관한 연구

In this paper, we proposed a method of the resonant frequency shift of a microstrip patch antenna using $LiNbO_3$, PVDF and FR-4 substrates. We designed and analyzed from these parametars optimized using Ensemble V 7.0 of the simulation tool. We observed the resonant frequency by DC appled electric field in a microstrip patch antenna. When $LiNbO_3$ substrate were applied from -300 to 300 V/mm, we obtained the resonant frequency shift of maximum 29 MHz. The microstrip patch antenna with PVDF (poly vinylidene fluoride) substrate, we obtained the resonant frequency shift of maximum 17 MHz at frequency 6 GHz. but when Epoxy FR-4 substrates used, the resonant frequency does not changed. This results showed the resonant frequency shift without physical strains in a microstrip patch antenna.

논문에서는 마이크로스트립 안테나 제작에 상용화되어 있는 에폭시계 FR-4 기판과 압전물질인 $LiNbO_3$와 PVDF를 기판으로 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하였다. 제작된 마이크로스트립 안테나에 DC 전계를 인가하였을 때 압전기판인 $LiNbO_3$와 PVDF의 경우 실시간으로 주파수 이동을 구현하여 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 단일형 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하고 특성을 분석하였다. 압전 특성을 갖는 $LiNbO_3$, PVDF 압전기판과 에폭시계 FR-4 기판을 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작한 후 DC 전계를 인가함으로써 공진주파수의 이동을 확인하였다. 실험을 통하여 PVDF 압전기판에 400V/mm까지 DC 전계를 인가하였을 경우 최대 각각 17 MHz의 변화 값을 보였고 $LiNbO_3$는 29 MHz의 변화를 보였지만 FR-4 기판에서는 아무런 변화가 없었다. 이러한 결과들로부터 압전기판을 사용한 마이크로스트립 안테나는 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 특성을 이용하여 최근 이동통신 분야에 많이 쓰이고 있는 마이크로스트립 안테나에 응용 가능하리라 사료된다.