Design of GPS Receiving Antenna Installed in a Missile's Warhead

A GPS receiving antenna installed in the missile's warhead is designed and fabricated at a center frequency 1.575 GHz. The circular shaped antenna is installed in the middle of the warhead where the antenna's patch and the ground plane are connected with a hollow cylindrical shaped short pin. Using the dual feeding and phase difference method, an omni-directional radiation pattern which direction is normal to the missile's axis(H-plane) is obtained. The optimized diameters of the circular patch and the cylindrical ring typed shorting pin of the GPS receiving antenna which use the FR4.material(dielectric constant $\varepsilon_r=4.6$) are 59.5 mm and 14 mm, respectively. The cylindrical body with diameter 100 mm and height 500 mm is attached to the lower part of the warhead in order to complete the missile figure. The radiation patterns are measured by changing the angle and phase between the dual feeding points. When the phase difference of dual feeding is $100^{\circ}$ and the angle between the dual feeding points is $100^{\circ}$, the nearly omni-directional radiation pattern in the H-plane is obtained. In this case, the antenna gain is -5.55 dBd and the relative level difference between the maximum and the minimum radiation intensity is 3.98 dB.

미사일 탑재형 GPS 안테나 설계

본 논문에서는 1.575 GHz에서 운용되는 미사일 탄두 탑재형 GPS 수신 안테나를 원형 패치 안테나 구조로 미사일 탄두부의 중간에 장착하였으며, 원형 링 구조의 단락 핀을 이용하여 패치면과 접지면을 연결하였다. 제안된 안테나는 이중 급전과 이중 급전점의 위상 차이를 이용하여 미사일 비행 축과 수직한 방향(H-면)에서 무지향성의 방사 특성을 갖도록 설계되었다. 유전체로 1.6 mm 높이의 $FR4(\varepsilon_r=4.6)$를 사용하였으며 무지향성 방사패턴은 원형 패치 직경 59.5 mm, 단락 핀 직경 14 mm일 때 최적화되었다. 또한 실제 미사일 형태를 갖도록 직경 100 mm, 길이 500 mm의 원통형 몸체를 탄두 하단부에 장착하였다. 이때 이중 급전점의 사이각과 이중 급전점의 위상을 변화시키면서 H-면에서의 방사 패턴의 변화를 측정하였으며 그 결과, 이중 급전점의 사이각과 이중 급전점의 위상 차이가 각각 $100^{\circ}$일 때 이득 -5.55 dBd, 최대/최소 방사 전력 레벨 차 3.98 dB를 갖는 무지향성에 가까운 방사 패턴 특성을 얻을 수 있었다.