Design of a Dual-Band GPS Array Antenna

In this paper, we propose a design of dual-band patch antennas for Global Positioning System(GPS) applications, and the designed antenna is used as an individual element of GPS arrays. A low distortion and a high isolation of the array are achieved by adjusting rotating angles of each array element. The antenna consists of two radiating patches that operate in the GPS $L_1$ and $L_2$ bands, and the two ports feeding network with a hybrid chip coupler is adopted to achieve a broad circular polarization(CP) bandwidth. The rotating angles of each antenna element are varied with four directions(${\phi}=0^{\circ}$, ${\phi}=90^{\circ}$, ${\phi}=180^{\circ}$, ${\phi}=270^{\circ}$) in order to minimize the pattern distortion and maximize the isolation among array elements. The measurement shows bore-sight gains of 0.3 dBic($L_1$) and -1.0 dBic($L_2$) for the center element. Bore-sight gains of 1.6 dBic($L_1$) and 1.0 dBic($L_2$) are observed for the edge element. This results demonstrate that the proposed antenna is suitable for GPS array applications.

이중 대역 GPS 배열 안테나 설계

본 논문에서는 하이브리드 급전 구조를 가지는 이중 대역 GPS 패치 안테나를 설계하였다. 설계된 개별 안테나는 GPS 배열 안테나로 사용되며, 배열에서 개별 안테나의 방향을 조절하여 패턴 왜곡 및 간섭을 최소화하였다. 제안된 안테나는 GPS $L_1$(1.5754 GHz), $L_2$(1.2276 GHz) 대역에서 각각 공진하는 2개의 방사 패치를 가지고 있으며, 광대역 및 원형 편파 특성을 구현하기 위해 칩 커플러를 이용한 2-포트 급전 방법을 사용하였다. 설계된 개별 안테나를 각각의 장착 위치에서 네 방향(${\phi}=0^{\circ}$, ${\phi}=90^{\circ}$, ${\phi}=180^{\circ}$, ${\phi}=270^{\circ}$)으로 돌려가며 중앙 안테나와 가장 적은 패턴 왜곡과 간섭을 가지는 방향으로 안테나를 장착하였다. 배열 안테나 측정 결과, 중앙 안테나의 전면 방향 이득은 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 0.3 dBic, -1.0 dBic, 측면 안테나의 전면 방향 이득은 $L_1$과 $L_2$ 대역에서 1.6 dBic, 1.0 dBic를 가지며, 이를 통해 제안된 배열 안테나가 이중 대역 GPS 배열 안테나로 사용 가능함을 확인하였다.