Design of a Broadband Receiving Active Dipole Antenna Using an Equivalent Model

In the VHF range, active antennas are widely used for wideband applications due to their small size. Active antenna consists of antenna elements and amplifiers, which are directly connected to each other. Gain and noise-figure characteristics are very important for good sensitivity performance, because it is located at the front end of a receiving system. In this study, we developed an active dipole antenna with 5:1 bandwidth(100${\sim}$500 MHz), which consists of a dipole antenna and a P-HEMT amplifier. To obtain required performances, the antenna and the amplifier should be designed simultaneously. In order for that, we introduced an equivalent port concept to model the 1-port dipole antenna as an equivalent 2-port system. Using the proposed equivalent port, the performance of the active dipole antenna was simulated by the ADS. In order to measure the gain and noise-figure characteristics of the antenna, we utilized the same concept of the two-port equivalent impedance model. The measurement results for typical gain, NF and VSWR in the required frequency band were 8dBi, 9dB and 1.7:1, respectively. The radiation patterns at the principal planes were same as the typical radiation pattern of a dipole antenna. By comparing the simulation results with measured ones, it is confirmed that the proposed methods works well.

등가 모델을 이용한 광대역 수신용 능동 다이폴 안테나 설계

VHF 대역에서 능동 안테나는 작은 크기로 인하여 많이 사용되고 있다. 능동 안테나는 안테나와 증폭기가 직접 연결되어 있으며, 수신 시스템의 초단부에 위치하고 있으므로, 능동 안테나의 이득 및 잡음 지수 특성은 좋은 감도를 위하여 중요하다. 본 연구에서는 5:1 대역폭(100${\sim}$500 MHz)에서 동작하며, 다이폴과 P-HEMT 증폭기로 구성되는 능동 다이폴 안테나를 개발하였다. 능동 다이폴 안테나의 요구된 성능을 얻기 위하여, 안테나와 증폭기를 동시에 설계되어야 한다. 이를 위하여, 1-포트 다이폴 안테나를 등가의 2-포트 시스템으로 모델링하는 등가 포트 개념을 도입하였다. 이러한 제안된 등가 포트를 이용하여 ADS로 능동 다이폴 안테나의 성능에 대한 시뮬레이션 하였다 안테나의 이득과 잡음 지수 특성을 측정하기 위하여, 2-포트 등가 임피던스 모델을 이용하였다. 제작된 능동 다이폴 안테나의 측정된 평균 이득, 잡음 지수 및 VSWR은 각각 8dBi, 9dBi, 1.7:1이다. 방사 패턴은 다이폴 안테나와 같은 특성을 얻었다. 시뮬레이션 결과와 측정된 결과를 비교 시, 제안된 방법의 타당성을 확인하였다.