DOI QR코드

DOI QR Code

Omnidirectional Circularly Polarized Antenna Using Zeroth-Order Resonance

영차 공진을 이용한 전방향성 원형 편파 안테나

  • Park, Byung-Chul (Department of Electronic Information and Communication Engineering, Hongik University) ;
  • Lee, Jeong-Hae (Department of Electronic Information and Communication Engineering, Hongik University)
  • 박병철 (홍익대학교 전자정보통신공학과) ;
  • 이정해 (홍익대학교 전자정보통신공학과)
  • Published : 2009.08.31

Abstract

In this paper, the omnidirectional circularly polarized(CP) antenna using arc-shaped mushroom structure with curved branch is proposed. To obtain a vertical polarization and an omnidirectional radiation pattern, the CP antenna uses zeroth-order resonance(ZOR) mode of composite right and left handed(CRLH) transmission line. The horizontal polarization is achieved by the curved branches. Also, the spacing between curved branch and arc-shaped mushroom structure gives the $90^{\circ}$ phase difference between vortical and horizontal polarization. The proposed antenna, therefore, has an omnidirectional CP radiation pattern In the azimuthal plane. The electrical size of the proposed antenna is reduced by 38%, compared with that of the previously presented omnidirectional CP antenna. In addition, the CP antenna is simply designed without $90^{\circ}$ phase shifter and dual feed line. The proposed antenna uses a Bazooka balun for good impedance matching and radiation pattern. To improve 3 dB axial ratio in XY plane, the designed antenna is optimized. After optimization, the measured 3 dB axial ratio in XY plane is observed in $86{\sim}282^{\circ}$.

본 논문에서는 원형 버섯 구조에 구부러진 가지가 부착된 전방향성 원형 편파 안테나를 제안한다. 수직 편파와 전방향성의 방사 패턴을 얻기 위해 원형 버섯 구조의 영차 공진을 사용하였고, 수평 편파를 얻기 위해 구부러진 가지를 원형 버섯 구조에 부착하였다. 그리고 수직 편파와 수평 편파간의 $90^{\circ}$ 위상 차이를 위해 구부러진 가지와 원형 버섯 구조 사이에 위상 지연 선로를 삽입하였다. 따라서 제안된 안테나는 전방향성 원형 편파 특성을 가진다. 제안된 안테나는 기존에 보고된 전방향성 원형 편파 안테나에 비해 전기적인 크기가 38% 감소하였다. 또한, 별도의 $90^{\circ}$ 위상 천이기와 이중 급전의 필요 없이 간단하게 디자인이 가능하다. 제안된 안테나는 임피던스 정합과 방사 패턴의 향상을 위해 바주카 발룬을 사용하였다. 좀 더 개선된 3 dB 축비를 얻기 위해 최적화 과정을 거친 결과 린Y 평면에서 3 dB 축비를 만족하는 구간이 $86{\sim}282^{\circ}$로 측정되었다.

Keywords

References

  1. F. R. Hsiao, K. L. Wong, "Low-profile omnidirectional circularly polarized antenna for WLAN access point", Microwave and Optical Technology Letters, vol. 46, no. 3, pp. 227-231, 2005 https://doi.org/10.1002/mop.20952
  2. Y. Xu, C. Ruan, "A novel design of circularly polarized omni-directional antenna for Ka band", Millimeter Waves, 2008. GSMM 2008. Global Symposium, pp. 378-379, 2008
  3. K. W. Leung, H. K. Ng, "The slot-coupled hemispherical dielectric resonator antenna with a parasitic patch: Applications to the circularly polarized antenna and wideband antenna", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 53, no. 5, pp. 1762 -1769, 2005 https://doi.org/10.1109/TAP.2005.846731
  4. R. R. Ramirez, F. D. Flaviis, and N. G. Alexopoules, "Single-feed circularly polarized microstrip ring antenna arrays", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 48, no. 7, pp. 1040-1047, 2000 https://doi.org/10.1109/8.876322
  5. J. H. Park, Y. H. Ryu, J. G. Lee, and J. H. Lee, "Epsilon negative zeroth-order resonator antenna", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 55, no. 12, pp. 3710-3712, 2007 https://doi.org/10.1109/TAP.2007.910505
  6. 박재현, 류영호, 김동진, 추호성, 이정해, "메타물질 전송 선로를 이용한 소형 나선구조 zeroth- order resonance 안테나", 대한전자공학회논문지, 44 TC(7), pp. 1-6, 2007년 7월
  7. C. J. Lee, K. M. K. H. Leong, and T. Itoh, "Composite right/left-handed transmission line based compact resonant antennas for RF module integration", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 8, pp. 2283-2291, 2006 https://doi.org/10.1109/TAP.2006.879199
  8. A. Y. F. Yang, A. Z. Elsherbeni, "A dual band circularly polarized ring antenna based on composite right and left handed metamaterials", Progress In Electromagnetics Research, vol. 78, pp. 73-81, 2008 https://doi.org/10.2528/PIER07082902
  9. J. G. Lee, J. H. Lee, "Zeroth order resonance loop antenna", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 55, no. 3, pp. 994-997, 2007 https://doi.org/10.1109/TAP.2007.891875
  10. C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, John Wiley and Sons, pp. 480-483, 1997

Cited by

  1. Broadband Hybrid Antenna with Directional Radiation Pattern Utilizing Epsilon Negative Zeroth-Order Resonance vol.21, pp.8, 2010, https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2010.21.8.886