A Design of Dual-band Microstrip Antenna Loading Inverted-L-shaped Parasitic Elements Vertically at Radiation Apertures for GPS Applications

In this paper, we present novel dual-band microstrip antennas using inverted-L-shaped parasitic elements vertically at radiation apertures for GPS L1(1.575 GHz) and L2(1.227 GHz) bands. For making dual band which has large interval, the inverted-L-shaped parasitic element was loaded at the radiation aperture of a half-wavelength patch antenna(GPS L1) in opposite direction of the feeding point for receiving the low frequency(GPS L2). The low frequency occurs by perturbation and coupling between the patch and parasitic. Next, due to use circular polarizations at the GPS applications, two inverted-L-shaped parasitic elements were loaded at radiation apertures of each polarizations and the feeding point was moved at diagonal part of the patch. The dimensions of the designed circularly polarized antenna were $88.5{\times}79{\times}10.4mm^3$ ($0.36{\lambda}L{\times}0.32{\lambda}L{\times}0.04{\lambda}L$, ${\lambda}L$ is the free-space wavelength at 1.227 GHz). Measured -10 dB bandwidths were 116.3 MHz(7.4%) and 64.3 MHz(5.2%) at GPS L1 and L2 bands, respectively. All of these cover the respective required system bandwidths. The measured 3 dB axial ratio bandwidths were 11.7 MHz(0.74%) and 14 MHz(1.14%), respectively. Within each of the designed bands, broadside radiation patterns were observed.

방사개구면에 역 L형 기생소자를 세운 GPS용 이중대역 마이크로스트립 안테나 설계

본 논문에서는 마이크로스트립 패치 안테나의 방사개구면에 역 L형 기생소자를 수직으로 세운 이중대역 마이크로스트립 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나는 GPS $L_1(1.575 GHz)$과 $L_2(1.227 GHz)$ 대역을 수용하도록 설계하였다. 먼저, GPS $L_1$ 대역은 반파장 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 수용하였고, 섭동법을 이용하기 위해 방사개구면에 수직으로 세워 역 L형 기생소자를 패치안테나와 커플링시켜 공진시킴으로써 GPS $L_2$ 대역을 수용하였다. 다음으로 두 대역에서 모두 원형편파를 발생시키기 위해서 급전점 반대편 방사개구면에 각각의 편파에 해당하는 방사개구면에 역 L형 기생소자를 각각 세웠고, 패치 안테나의 급전점을 대각선으로 옮겨 이중대역 원형편파 마이크로스트립 안테나를 설계하였다. 이렇게 설계된 원형편파 안테나의 크기는 $88.5{\times}79{\times}10.4mm^3$ ($0.36{\lambda}_L{\times}0.32{\lambda}_L{\times}0.04{\lambda}_L$, ${\lambda}_L$은 1.227 GHz의 공기 중 파장)의 크기를 가지며, 단층으로 저자세를 유지한다. -10 dB 대역폭은 GPS $L_1$대역에서 116.3 MHz(7.4%), GPS $L_2$대역 64.3 MHz(5.2%)로 측정되어 GPS $L_1$과 $L_2$ 대역의 요구대역폭(각각 24 MHz)을 만족하였다. 3 dB 축비 대역폭은 11.7 MHz(0.74%)와 14 MHz(1.14%)로 각각 측정되었으며, 방사패턴은 두 대역에서 모두 브로드 사이드 방사패턴을 형성하였다.