Journal of electromagnetic engineering and science
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제18권2호
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pp.129-135
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2018
This paper proposes a design of small controlled reception pattern antenna (CRPA) arrays using circular microstrip loops with frequency-insensitive characteristics. The proposed array consists of seven identical upper and lower circular loops that are electromagnetically coupled, which results in a frequency-insensitive behavior. To demonstrate the feasibility of the proposed feeding mechanism, the proposed array is fabricated, and its antenna characteristics are measured in a full-anechoic chamber. The operating principle of the proposed feeding mechanism is then interpreted using an equivalent circuit model, and the effectiveness of the circular loop shape is demonstrated by calculating near electromagnetic fields in proximity to the radiator. The results confirm that the proposed feeding mechanism is suitable to have frequency-insensitive behavior and induces strong electric and magnetic field strengths for higher radiation gain in extremely small antenna arrays.
본 논문에서는 단락된 사각 디스크와 프로브 급전된 사각 스파이럴 형태의 스트립 선로를 전자기적으로 결합한 형태의 소형 모노폴 안테나를 제안하고, 집중소자를 이용하여 안테나의 등가모델을 제시하였다. 단락 된 사각 디스크는 캐패시턴스 성분을 가지는 모노폴로써 병렬 RLC 공진회로로 등가화 되며, 사각 스파이럴 스트립 선로 급전부는 인덕턴스 성분의 모노폴로써 직렬 RLC 공진회로로 등가화 된다. 그러므로 안테나는 병렬 공진회로의 공진과 직렬 공진회로의 공진이 결합하여 넓은 주파수 대역폭을 가지게 된다. 제안한 안테나는 0.075λ$_{0}$${\times}$0.075λ$_{0}$${\times}$0.075λ$_{0}$의 크기를 가지며, VSWR$\leq$2를 기준으로 2.038GHz의 중심주파수에서 16.5 %의 대역폭을 가진다.
The current on the thin planar structure as an element of the transversely fed electromagnetically coupled(EMC) microstrip dipole array antenna is obtained by using the integral forms of the finite difference time domain(FDTD) method. This method was applied to calculating the optimum current distribution (Doplh-Tchebyscheff distribution) of each dipole element on the feed line as a function of their offset positions for the narrow main beam width and the side beam level below -20 dB. The current on each dipole substitutes for the electric and magnetic current densities on the virtual surface of the FDTD calculation to express the far field intensity, the calculation time and the computer memeory can be reduced to about 80% and 1.3 Mbyte, respectively. The calculated radiation patterns are compared to the measured values and these are in good agreement.
본 논문에서는 배열 개별소자의 격리도 특성과 설계 복잡도 개선을 위한 단층 간접급전구조 이중대역 GPS 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 중앙의 급전패치와 외곽의 이중루프로 구성되며, 이중루프는 급전패치로부터 생성된 전자기장에 의해 전류가 유기된다. 제안된 급전구조는 이중루프 사이에 강한 근접장을 밀집시키므로 소형 배열안테나의 소자간 격리도 특성을 개선할 수 있다. 이러한 특성을 확인하기 위해 일반적인 상용 안테나와 자계분포 및 격리도 특성을 비교하였으며, 근접영역에서의 자계세기 및 격리도가 상용 안테나에 비해 각각 평균 3 dB, 2 dB 개선되어 소형 CRPA 배열안테나에 적합함을 확인하였다.
In this papaer, the input impedance of the rectangular microstrip patch antennas with the multilayered structure is analysed by using the moment method technique in the spectral domain. The analysis is carried out for two different feeding structures : directfeeding structure and electromagnetic-feeding structure. In order to obtain the accurate input impedance, the current distribution on the microstrip feed line is modeled by the quasi-TEM travelling wave and the PWS(piecewise sinusoidal) mode. The input impedances of the designed microstrip antennas are measured and compared with the calculation. which shows a good agreement.
본 논문에서는 저고도각 고이득 특성을 이용한 3 소자 CRPA 배열 안테나 설계를 제안하였다. 제안된 안테나는 급전패치와 방사패치로 구성되어 있으며, 급전패치에 동축케이블을 통해 급전부가 직접 연결되고 방사패치에 전자기적으로 간접급전되어 저고도각 이득 특성이 개선되는 구조를 가진다. 제안된 배열안테나의 성능 측정을 전파무반사실에서 수행하였으며, 전면 방향 이득은 2.8 dBic, 축비 특성은 2.7 dB, $75^{\circ}$의 저고도각 평균 이득이 -1.4 dBic를 나타내어 항재밍 성능을 갖는 CRPA 안테나로 적합함을 확인하였다.
In this paper, we verify that the bandwidth of the optimized disk-loaded monopole antenna with electromagnetically coupled feed obtained using a genetic algorithm is broader than the theoretical bandwidth limit of 2/Q by simulation as well as by measurement. The measured bandwidth of the optimized antenna (kr : 0.599) is about 42% from 380 MHz to 580 MHz (VSWR<5.8). The efficiency measurement of the antenna is over 90% for the frequency band of operation.
본 논문에서는 전자기적으로 결합하는 다이폴을 이용하여 직선편파를 복사하는 마이크로스트립 안테나의 설계에 관하여 기술하였다. 다이폴의 위치에 의해 서로 다른 직선편파를 가지는 안테나의 해석 및 설계는 FDTD 법으로 행하였다. 급전선로와 복사소자간의 상호결합을 고려한 단일 소자 안테나의 설계로부터 각 편파에 대한 설계파라미터들을 구했으며, 이를 이용한 어레이 설계에서 Offset을 변화시켜 복사전력을 조절할 수 있었다. 또한 어레이 소자간의 간격을 조정함으로써 원하는 방향으로의 지향각을 설계할 수 있었다. 5 소자 어레이 안테나를 제작하여 측정을 행하였고, 이들 결과는 이론치와 잘 일치하였다.
원편파용 마이크로스트립 안테나 소자들은 많은 형태가 있는데, 이것은 훌륭한 단위 방사기로 사용되었다. 원편파용 안테나의 이점은 송$.$수신시스템 사이에 엄격한 설정을 요구하지 않기 때문에 원편파용 프린트 안테나는 많은 위성과 이동무선시스템에 자주 사용되었다. 원편팍용 마이크로스트립 안테나의 3 dB 축비와 임피던스의 광대역을 실현하기 위해서 복잡한 급전구조와 3층의 패치 소자가 연구되었다. 본 논문은 원편파용 광대역 마이크로스트립 크로스 슬롯 어레이 안테나의 설계를 나타낸다. 제안한 안테나는 급전부인 마이크로스트립 라인과 원편파 발생을 위한 방사부인 크로스 슬롯으로 구성되어 있다. 광대역을 위해서 3충 구조가 고려되었고, 크로스 슬롯은 급전선과 전자기적 결합을 한다. 1소자 크로스 슬롯 안테나의 최적 파라미터가 모멘트 법에 의해 해석 및 설계되었다. 이러한 파라미터들은 방사소자들 사이의 상호결함을 고려한 어레이 안테나 설계에도 적용되었다. 제안한 안테나의 우현편파와 좌현편파는 비대칭 크로스 슬롯 구조와 슬롯 위치에 의해 쉽게 제어된다. 1소자와 15소자 크로스 슬롯 안테나에서 1 dB 이하의 축비와 안테나의 광대역 특성을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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