Design and Implementation of Compact Ultra Wideband Patch Antenna Using L-Feed and Slot-Feed

In this paper, the method of designing a wideband antenna has been introduced through the design technique that simultaneously employs L- and slot-type feeds. Using the two kinds of feeds and additional fence structure, a compact wideband patch antenna has been realized. The size of the patch has been reduced by about 30 % based on the low frequency(824 MHz) and the full fractional bandwidth is wider than 100 %. The L-feed element is for the EM coupling feeding at the low frequency, while it functions as a feeding line for the power coupling through the slot at the high frequency. The proposed antenna has been designed not only for wideband operations but also for a proper array element with a reduced size. Thus, the foundation for developing the ultra wideband patch array antennas has been prepared. The fabricated antenna has been found to have good characteristics on V.S.W.R and the radiation patterns over the full bands. The experimental and computed results are shown to be in good agreement.

L 급전 및 Slot 급전을 동시에 적용하는 광대역 소형 패치 안테나의 설계 및 구현

본 논문에서는 L 급전 및 slot 급전을 동시에 적용하는 설계 기법 및 안테나를 소형화하기 위한 fence를 설치하여 광대역(824~2,500 MHz)이면서 소형인 패치 안테나($100(W){\times}120(L){\times}39(D)\;mm$)를 구현하였다. 패치의 크기는 저주파수(824 MHz)를 기준으로 일반적인 $1/2\;{\lambda}$(dipole) 설계 기준보다 약 30 % 이상을 줄였으며($1/3\;{\lambda}$), 전체 대역폭 기준으로 약 100 %를 구현하였다. L 구조의 급전 방식은 저주파에서는 EM coupling 급전을 위한 방식으로 사용되었고, 고주파에서는 slot을 통해 전력을 공급해 주는 하나의 급전 선로의 역할을 하도록 하였다. 제안된 안테나는 광대역으로 설계 제작된 것뿐만 아니라, 전대역에서 배열화가 가능할 수 있을 만큼의 크기로 구현되어 초광대역의 패치 배열화 안테나를 개발하기 위한 기초를 마련하였다. 제작된 안테나는 전대역에서 정재파비 1:2.0 이하를 만족하며, 측정 이득 패턴이 계산된 것과 유사하였으며, 접지면 위쪽 방향으로는 등방성에 가깝게 나타났다. 최대 이득은 1,870 MHz에서 8.9 dBi이다. 설계된 안테나의 시뮬레이션 결과와 실제 제작된 샘플의 결과가 유사함을 보였다.