An Analysis of TX/RX Microstrip Single Element using FDTD at Ku-band and 8X4 Array Antenna

In this paper, TX/RX dual operation microstrip single antenna for satellite communication is designed, analyzed, fabricated and measured. TX/RX frequency ranges are 14.0∼l4.5 GHz, 11.7∼12.75 GHz in respectively and vertical and horizontal polarizations are used for TX and RX. This antenna uses microstrip direct feeding for RX and aperture coupled strip-line feeding for TX and accommodates stacked elements for a high directivity and wide impedance bandwidth. In an analysis of single element, FDTD and MOM was compared and FDTD analysis was more accurate because of the consideration of finite structure and imperfect two ground planes. The proposed structure facilitates generally to an extension of two dimensional array and lower an unwanted radiation by strip-line feed in TX. TX/RX 8${\times}$4 array has a return loss below -10 dB, -14 dB in TX, RX respectively and a gain ranging from 19.1∼20.7 dB in TX, 21.2∼21.8 dB in RX which has a radiation efficiency of 43∼5l %, 52∼57 %.

FDTD 방법을 이용한 Ku 대역 송수신 겸용 마이크로스트립 단일 소자 해석 및 8X4 배열 안테나

본 논문에서는 위성 통신 송, 수신 겸용 단일 마이크로스트립 안테나를 설계, 해석, 제작, 측정하였다. 송,수신 주파수 대역은 각각 14.0~l4.5 GHz, 11.7~12.75 GHz이며, 각각 수직, 수평 편파를 사용한다. 제안된 단일안테나 구조는 수신 대역에 대하여 마이크로스트립 직접 급전, 송신 대역에 대하여 개구면 결합 스트립 라인 급전 방법을 사용하였으며, 높은 이득과 수신 광대역 특성을 위하여 적층된 방사 소자를 사용하였다. 본 연구에서의 단일 소자의 해 석으로 finite difference time domain(FDTD) 방법과 method of moment(MOM)에 의한 방법을 비교하였으며, 유한한 구조와 두 접지면간의 불완전성 등이 해석에 고려되므로 FDTD 방법이 보다 정확함을 알 수 있었다. 제안된 구조는 2차원 구조로의 일반적 확장이 용이하며 송, 수신 8$\times$4 배열에 대하여 수신, 송신-10 dB, -14 dB 이하의 반사계수와 18.6~20.2 dBi, 송신 20.7~21.3 dBi의 이득값을 가져 각각 43~51%, 52~57 %의 방사효율을 가져, 스트립라인 급전에 의해 송신 대역에서 불요방사 수준을 낮출 수 있었다.