Design of Three-stacked Microstrip Patch Array Antenna Having Tx/Rx Feeds For Satellite Communication

This paper presents a microstrip patch array antenna having transmission feed and reception feed for satellite communication in the Ku band. In this paper, the element of the patch array antenna is a three-stacked structure consisting of one radiation patch and two parasitic patches for high gain and wide bandwidth characteristics. To obtain higher gain, the unit elements are expanded into a $1{\times}8$ may using a mixture of series and parallel feeds. The proposed antenna has horizontal polarization for the Rx band and vertical polarization for the Tx band. To verify the practicality of this antenna, we fabricated a three-stacked patch array antenna and measured its performance. The gain of the array antenna in the Rx and Tx bands exceeds 17 and 18 dBi, respectively. The impedance bandwidth is over 10 % in both bands. The cross-polarization level is below -25 dB, and the sidelobe level is below -9.4 dB.

위성통신을 위한 송수신 겸용 삼중 적층 마이크로스트립 패치 배열 안테나 설계

본 논문은 Ku-대역 위성 통신에서 배열 안테나의 하나의 단일 안테나로 사용 가능한 송/수신 겸용 구조의 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것이다. 본 논문에 제시된 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 단일소자인 하나의 마이크로스트립 패치 안테나는 고이득과 광대역 특성을 구현하기 위하여 한 개의 방사패치와 두 개의 기생패치로 구성된 삼중 적층 구조 형태로 설계하였다. 이러한 단일 패치 안테나 소자는 고이득의 특성을 얻기 위하여 $1{\times}8$ 배열 구조로 배열하였으며, 안테나 크기 및 급전 손실을 고려하여 직렬과 병렬 급전을 혼합하여 급전 회로를 설계하였다. 제안된 삼중 적층 송/수신 겸용 배열 안테나는 무궁화 3호 위성과의 방송 및 통신 송수신을 위해 송신 주파수대역($14.0{\sim}14.5GHz$)은 수직편파, 수신 주파수대역($11.1{\sim}12.75GHz$)은 수평편파로 설계하였다. 설계한 안테나의 타당성을 검증하기 위하여 삼중 적층 구조의 마이크로스트립 패치 안테나를 실제 제작 및 측정하였다. 그 결과 송/수신 대역 내에서 배열 안테나 이득은 $17{\sim}18dBi$이고, 임피던스 대역폭은 전대역에서 10% 이상의 결과를 보이며, 교차편파 레벨은 -25 dB 이하, 부엽레벨은 -9.4 dB 이하의 양호한 결과를 보였다.