A study on the series-fed microstrip array anteena with coupling-slots

슬롯결합구조를 갖는 직렬급전 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 연구

In this paper, series-fed mirostrip array anteenas with coupling-slots are prposed and their operating characteristics are analyzed based on analyzed based on analytical and experimental results. An accurate analysis method for the slot-coupled feed structure is based on using both circuit coupling between anteenas and full-wave analysis which use travling wave mode and non-traveling wave mode on feed line. The basis functions that used for the numerical analysis bas been determined depending upon the accuracy, convergence properties of the solution, and the computation time:The patch uses 3 EB mode, the slot uses 1PWS mode, and feeders use 5 PWS mode. Series-fed array antennas have been designed, built, and tested in a standing-wave configuration. Using the results of the full-wave analysis, the chebyshev array antennas consisting of 8 elements are designed and fabricated changing the amount excited to each array element by adjusting slot length and by the slot position relative to the feeder. Experiment results show that the series-fed array antenna designed by adjusting the slot position relative to the feeder is superior to that designed by slot length.

본 논문에서는 슬롯결합 급전구조를 갖는 직렬급전 마이크로스트립 배열 안테나의 정확한 해석 및 설계방식을 제시하고 그 특성을 분석하였다. 슬롯결합 급전구조의 정확한 해석은 급전선에서의 진행파 모드와 비진행파를 모드를 모두 고려하는 full-wave방법과 안테나간의 회로적인 결합을 이용하여 해석하였다. 수치해석에 사용된 기저함수는 해의 수렴도, 정확도 및 계산시간을 비교하여 패치는 3개의 EB모드, 슬롯은 1개의 PWS모드, 급전선은 5개의 PWS모드를 사용하였다. 이러한 안테나 해석을 바탕으로 직렬급전 배열 안테나가 정재파형 구조로 설계되었다. 정재파형 구조에서 각 소자의 여기량을 조절하는 설계방식으로는 슬롯의 길이를 변화시키는 방식과 슬롯과 급전선과의 이격거리를 변화시키는 방식을 사용하였다. 본 논문에서 사용한 이론을 이용하여 8소자 Cheyshev배열 안테나를 설계하여 실험한 결과 슬롯과 급전선간의 이격거리를 조절하여 설계하는 방식이 각 소자간의 공진 주파수의 변화가 없으므로 슬롯의 길이를 가변시키는 방식보다 설계가 간편함을 알 수 있었고, 측정 결과도 우수하게 나타났다.