Study for the Size Reduction of Microstrip Patch Antenna using Corrugation

In this paper, to reduce the size of patch, three types of 3-dimensional patch antennas which are one-directionally-corrugaged type, rectangular ring-likely corrugated type, and lattice-likely corrugated type rectangular microstrip patch antennas(MPA) are designed and fabricated at the 1.575 GHz. As the result, one-directionally corrugated rectangular MPA is reduced in the resonant length of patch by 21.4% than that of general plane MPA. -10 dB bandwidth(B.W) is 62 MHz(3.9 %) and this is broader than that(39 MHz, 2.5 %) of plane MPA by 23 MHz(1.5 %). The gain is 5.8 dBd and this is reduced by 0.9 dB than that(6.7 dBd) of plane MPA. Half power beamwidth(HPBW) is broadened by 18$^{\circ}$ than that of plane MPA in the E-plane and this is due to the reduced length of patch. For rectangular ring-likely corrugated retangular MPA, the patch size is miniaturized by 21.6 % than that of plane MPA. For lattice-likely corrugated rectangular MPA, in the linear polarization, the size of patch is miniaturized by 43.3 % than that of plane MPA. -10 dB B.W is 70 MHz(4.4 %) and this is broadened than that of plane MPA by 31 MHz(2 %). Gain is 2.2 dBd and this is smaller than that of plane MPA by 4.5 dB. HPBW is increased in both E-plane and H-plane by 22$^{\circ}$ and 13$^{\circ}$, respectively. For circular polarization, the size of patch is reduced by 41 % than that by 41 %. The axial ratio(AR) is 0.8 dB at the 1.575 GHz and the axial ratio bandwidth(ARBW) within 2 dB is 20 MHz(1.27 %) and this is increased by 10 MHz(0.63 %) than that 10 MHz(0.63 %) of plane MPA. From all the results above, it is conformed that the proposed antenna has merit in size reduction of patch and in the input impedance B.W, and is more profitable in many application than the general plane type MPA.

주름 구조를 이용한 마이크로스트립 패치 안테나의 소형화에 대한 연구

본 논문은 일반적인 평면형 마이크로스트립 패치 안테나의 크기를 줄이고자 1.575 GHz 대역에서 패치면을 입체적 구조인 단방향 선형 주름형, 사각 주름형 및 격자 요철형으로 제안, 설계하였다. 설계 결과, 단방향 선형 주름형은 평면형 구조에 비해 패치의 공진길이가 21.4 % 단축되었으며, -10 dB 반사손실 대역폭은 62 MHz로서 평면형의 39 MHz(2.5 %)에 비해 23 MHz(1.5 %) 증가하였다. 이득은 평면형의 6.7 dBd에 비해 0.9 dB 저하된 5.8 dBd를 나타내었다. 3 dB 빔폭은 공진길이 단축으로 인해 E-면에서만 18$^{\circ}$ 증가하였다. 사각 주름형의 경우, 패치의 가시적 크기는 평면형에 비해 21.6 %의 면적 축소효과를 얻었다. 격자 요철형의 경우, 먼저 선형편파에 대해 패치 면적은 평면형에 비해 43.3 %의 면적 축소효과를 얻었다. -10 dB 대역폭은 70 MHz (4.4 %)로 평면형에 비해 31 MHz(2%)증가하였다. 이득은 2.2 dBd로서 평면형에 비해 4.5 dB 저하되었고, -3 dB 빔폭은 E-면에서 22$^{\circ}$, H-면에서 13$^{\circ}$ 각각 증가하였다. 원형편파의 경우, 패치의 크기는 평면형에 비해 41 %가 축소되었고, 축비는 0.8 dB의 양호한 원편파 특성을 얻었으며, 2 dB 이내 축비 대역폭은 20 MHz(1.27 %)로 평면형의 10 MHz(0.63 %)에 비해 증가되었다. 이로써 본 논문에 제안된 안테나 구조가 소형화면에서 크게 효과가 있고, 대역폭 증가로 인해 다양한 서비스가 부가된 시스템에서의 활용 가능성이 확인되었다.