Design of a 1 × 2 Array Microstrip Antenna for Active Beam Compensation at X-band

This paper presents an X-band (9.375 GHz) $1{\times}2$ array microstrip antenna which is capable of active beam compensation for installation of an unmanned aerial vehicle (UAV). First of all, a basic $1{\times}2$ array microstrip antenna incorporated with wilkinson power divider was designed and performance of the array antenna was verified. Next, to verify beam steering performance of the designed array microstrip antenna, we fabricated a phase shifter, and the wilkinson power divider as module structure and measured characteristics of beam steering according to phase shifting. The main lobe is 0.6 dBi at $0^{\circ}$, and the side lobe decreased 18.8 dB. The reliable radiation pattern was achieved. Finally, an active beam steering microstrip array antenna attached with the phase shifter and the power divider on the back side of the antenna was designed and fabricated to install wing of UAV for compactness. The maximum gain is 0.1 dBi. Therefore, we obtained a basic antenna technology for compensating beam error according to wing deformation of an UAV installed array antennas.

X-밴드 능동적 빔 보상 1 × 2 배열 마이크로스트립 안테나 설계

본 논문은 무인항공기 탑재용 능동 빔 보상이 가능한 X-대역(9.375 GHz) $1{\times}2$ 배열 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 먼저 기본형 $1{\times}2$ 배열 마이크로스트립 안테나와 윌킨슨 전력분배기를 결합하여 배열 안테나를 설계 하였고, 배열 안테나의 방사 성능을 확인하였다. 측정 결과, 다음으로 설계된 배열 안테나의 빔 조향을 위해 위상기, 윌킨슨 전력분배기를 모듈구조로 제작하였고, 위상 천이에 따른 빔 조향 특성을 측정 하였다. 금속 차폐를 통해 메인 로브는 $0^{\circ}$ 방향에서 0.3 dB 개선된 -0.6 dBi로, 좌우 대칭인 안정된 방사패턴을 얻었다. 또한 $180^{\circ}$ 방향에서 사이드 로브를 18.8 dB 감소시켰다. 다음으로, 무인항공기 날개에 컴팩트하게 탑재할 수 있도록 배열 안테나의 뒷면에 위상기와 전력분배기를 부착하여 능동 빔 조향 마이크로스트립 배열 안테나를 설계 및 제작 하였다. 측정 결과 최대 이득은 0.7 dB 향상된 0.1 dBi로, 메인 로브는 좌우 대칭이며 사이드 로브가 억제된 형태의 방사 특성을 얻을 수 있었다. 따라서, 무인항공기 날개에 탑재된 배열 안테나에 대해 날개의 변형에 따른 빔 오차를 보상할 수 있는 기본 안테나 설계 기술을 확보하였다.