A Design of Dual-band Microstrip Antennas using Stacked Inverted-L-shaped Parasitic Elements for GPS Applications

In this paper, newly proposed dual-band microstrip antennas using stacked inverted-L-shaped parasitic elements are presented for GPS $L_1(1.575GHz)$ and $L_2(1.227GHz)$ bands. For making dual band which has large interval, ${\lambda}/4$($L_1$ band) inverted-L-shaped parasitic elements were stacked at both side of radiation apertures on the half-wavelength($L_2$ band) patch antennas. The resonance in the parasitic elements occurs through coupling to the patch. Next, due to using circular polarization at GPS, ${\lambda}/4$($L_1$ band) inverted-L-shaped parasitic elements was stacked using sequential rotation technique on the patch and both side of the diagonal corners of the antenna were eliminated to make dual-band circular polarization. The designed circular polarized antenna's dimensions are $0.43{\lambda}L{\times}0.43{\lambda}L{\times}0.06{\lambda}L$ (${\lambda}L$ is the free-space wavelength at 1.227 GHz). Measured -10 dB bandwidths was 120 MHz(7.6%) and 82.5 MHz(6.7%) at GPS $L_1$ and $L_2$ bands. and 3 dB axial ration bandwidths are 172 MHz(10.9%) and 25 MHz(2.03%), respectively. All of these cover the respective required system bandwidths. Within each of the designed bands, broadside radiation patterns were observed.

GPS용 역 L형 기생소자를 이용한 이중대역 마이크로스트립 안테나 설계

본 논문에서는 GPS $L_1(1.575GHz)$과 $L_2(1.227GHz)$ 대역을 수용할 수 있는 새로운 형태의 이중대역 마이크로스트립 안테나를 설계 및 제작하였다. 주파수대역 간격이 큰 이중대역 특성을 확보하기 위해 제안된 안테나는 반 파장($L_2$ 대역) 패치 안테나의 윗면에 ${\lambda}/4$($L_1$ 대역)크기의 역 L형 기생소자들을 방사 개구면 양측에 적층하였다. 패치 소자와 기생소자들 간의 커플링을 통하여 공진시킴으로써 선형편파 이중대역 특성을 얻을 수 있었다. 다음으로 GPS의 경우 원형편파를 사용하기 때문에 패치 상에 ${\lambda}/4$($L_1$ 대역) 역 L형 기생소자를 서로 직각으로 시퀀셜 로테이션 기법을 이용하여 적층 시키고, 안테나의 한쪽 대각선 양 끝을 절개하여 원형편파 이중대역 마이크로스트립 안테나를 설계하였다. 이렇게 설계된 원형편파 안테나의 크기는 $0.43{\lambda}L{\times}0.43{\lambda}L{\times}0.06{\lambda}L$ (여기에서 ${\lambda}L$은 1.227 GHz의 공기 중 한 파장)로 2중 구조 자세를 유지시켰다. -10 dB 대역폭은 GPS $L_1$대역에서 120 MHz(7.6%), GPS $L_2$대역 82.5 MHz(6.7%)로 측정되었으며, 3 dB 축비 대역폭은 172 MHz(10.9%)와 25MHz(2.03%)로 각각 측정되어, 모두 GPS $L_1$과 $L_2$ 대역의 요구대역폭(각각 24 MHz)을 만족한다. 한편 방사 패턴은 모든 주파수에서 마이크로스트립 안테나와 같은 브로드 사이드 패턴 형태를 형성하였다.