본 연구에서는 5.150-5.350GHz까지 동작하는 무선랜용 $1{\times}2$ 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나를 최적화 설계를 수행한 후 제작한 안테나의 특성을 비교 분석하였다. 측정 결과, 제작된 배열 안테나의 중심 주파수 5.214GHz, 반사손실은 -41.17dB이고 제작한 안테나의 대역폭은 258MHz로 설계목표인 200MHz보다 광대역의 대역폭을 얻을 수 있었고 VSWR은 1.1로 원하는 설계 목표값 만족하였으며, 임피던스 또한 $50{\Omega}$에 근접한 $49.724{\Omega}$을 값을 구현할 수 있었다.
In this paper, a $4{\times}4$ rectangular patch array antenna operated at 20 GHz is implemented for the satellite communication. Two $2{\times}2$ subarrays are designed and more efficient $2{\times}2$ subarray is used for the design of $4{\times}4$ patch array. The sixteen patch antennas and microstrip feeding line are printed on the single-layered substrate. The spacing between the array elements is chosen to be $0.736{\lambda}$. HPBW (Half-Power Beam Width) is 17.6 degrees in the E-plane and 18.7 degrees in the H-plane with a gain of 17.2SdBi in the simulation results.
본 논문은 현재 직접 위성수신용 안테나로 사용 중인 파라볼릭 안테나를 대체할 수 있는 마이크로스트립 어레이 안테나를 연구하였다. 마이크로스트립 어레이 안테나는 극히 제한적인 분야에서 사용되었으나 직접위성 수신용 안테나와 같이 우리 실생활에 직접 적용할 수 있다면 많은 분야에서 활용이 예상된다. 마이크로스트립 어레이 안테나가 직접 위성수신용 안테나로 활용되려면 우선적으로 광대역 특성이 요구된다. 따라서 본 논문의 목표를 직접 위성수신을 위한 광대역 주파수 대역이 보장되는 안테나 설계기술로 설정하였다. 본 논문에서 제안된 마이크로스트립 안테나는 사각형 패치에 직교하는 두 개의 급전선로에 의해서 급전되도록 하였으며 순차 회전 급전기술로 광대역에서 좋은 축비를 얻을 수 있도록 설계하였다. 사각형 패치는 위성수신 주파수 대역에서 설계되었으며 폭과 길이는 W=L=8.9 mm ($0.352{\lambda}o$)이며 전체 크기는 $250{\times}250mm$이다. 제안된 안테나는 기존 급전방식의 안테나에 비해서 1 dB 이상의 축비가 개선되는 것을 실험을 통하여 입증하였다. 안테나의 성능 입증을 위해서 두 개의 $8{\times}8$ 어레이 안테나를 제작하여 실험하였다. 안테나의 최대 이득은 20.8 dB, 사이드로브 레벨 -10 dB 이하를 확인하였다. 본 논문의 안테나를 국내 무궁화 위성수신 시스템에 적용한다면 C/N=6.7 dB의 수신성능이 확보됨을 링크버짓 계산을 통하여 입증하였다.
본 논문에서는 5 GHz 대역 무선랜용 광대역, 고이득 패치 안테나를 설계 제작하였다. 마이크로스트립 안테나의 대역폭을 개선하기 위해서 첫 번째 직사각형 패치에 U-Slot을 삽입하여 마이크로스트립 라인-동축 프로브 급전방식으로 급전시켰으며, 두 번째 안테나를 $2{\times}2$ 배열 형태로 구현하여 이득을 개선하였다. 따라서 결과적으로 본 연구에서는 5 GHz 대역 광대역 U-Slot $2{\times}2$ 배열 패치 안테나를 설계 제작한다. 제작된 안테나는 Anritsu 37169A VNA(Vector Network Analyzer)를 사용하여 측정한 결과 입력 반사손실 VSWR 2:1인 범위가 $5.110 GHz{\sim} 6.142 GHz$까지 약 1 GHz라는 광대역 특성을 나타내었다. 또한 5.15 GHz, 5.35 GHz, 5.50 GHz, 5.85 GHz에 대하여 방사패턴을 측정한 결과 E-평면과 H-평면에서 안테나 이득 13 dBi 이상,3 dB 빔폭 $30^{\circ}$이상이라는 특성을 나타내었다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제17권2호
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pp.108-110
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2017
The global positioning system (GPS) is a useful system in civilian and military applications. However, because of the weak signal, GPS receivers are vulnerable to interference caused by unwanted signals or intentional jammers. To alleviate this issue, a controlled reception pattern antenna (CRPA) array can be employed to adaptively place radiation pattern nulls toward the direction of the signal interference. The performance of the CRPA array improves as the number of antenna elements increases. Therefore, antenna miniaturization is highly desirable for CRPA applications. We designed a compact CRPA array based on seven electrically miniaturized microstrip patch antennas (MPAs) on a 5-inch ground platform. We used a non-Foster matching circuit to match efficiently miniaturized MPAs on an FR-4 substrate. Experimental results show that the non-Foster matching circuit significantly improves such elements of antenna performance as return loss and antenna gain. In addition, we confirmed that the mutual coupling of the proposed CRPA array is less than -45 dB.
본 논문에서 는 X-band FMCW Radar용 Microstrip Array Patch Antenna를 설계하여 제작하였으며 적층 구조를 채택하여 대역폭 특성을 개선하였다. 배열 안테나는 비유전율 2.33인 기판에 설계하였고, 적층 패치는 비유전율 4.6인 기판을 사용하였다. 배열 안테나와 적층 패치 사이에는 일정한 간격을 유지하기 위하여 공기와 유전율이 비슷한 폼 (foam)을 삽입하였다. 배열 안테나 제작 결과 설계 주파수 9GHz에서 반 전력 빔 폭은 $10.6^{\circ}$, 이득은 18.70dBi, 대역폭은 1.25GHz의 특성을 얻었다. 배열 안테나에 적층 구조를 추가한 결과 반 전력 빔 폭은 $15.17^{\circ}$, 이득은 15.85dBi, 대역폭은 2GHz의 특성을 얻었고, 향후 X-Band FMCW Radar에 응용하기 위해서는 배열 안테나의 대역폭은 유지한 채 이득을 개선할 필요가 있다.
본 논문에서는 X 밴드 주파수에서 단얼 마이크로스트립 선로 급전방식을 갖는 원형 편파 개구면-패치 안테나(aperture-patch antenna) 및 환 구조 안테나(ring antenna)를 설계, 제작하여 특성을 측정하였다. 개구면-패치 안테나는 동작 대역폭이 매우 넓으며, 환 구조 안테나는 크기가 작아서 대형 배열안테나의 기본 복사소자로 적합하다. 이 두 종류의 안테나에 대하여 VSWR 대역폭과 원형편파 축비(axial ratio)를 개선하기 위한 여러 가지 설계 파라미터의 영향을 분석하였다. 개구면과 환 복사소자는 공진기 모델(cavity mode!)에 근거하여 초기 설계를 하였으며. 원형편파를 발생시키기 위한 개구면 내부의 패치와 환 내부의 스터브(stub) 는 Ensemble 소프트웨어를 사용하여 최적화 하였다. 제작된 안테나는 개구면-패치 안테나의 경우 25 %의 V VSWR 대역폭(3dB 기준)과 1.2 dB의 최소 축비를 가지며, 환 구조 안테나에서는 6.7 %의 VSWR 대역폭과 1.6 dB의 최소 축비를 가진다.
In this paper, we present design methods for a series-fed microstrip patch array operating at X-band frequency. The array consists of 18 rectangular patches connected to 3 quarter-wave impedance transformers. The power divider is designed for the uniform element excitation. The element excitation is then made to be tapered by increasing the input impedance of elements located at array edges. The designed antenna is fabricated and tested. Results of test show a fair agreement with the prediction.
Inductor loaded 패치안테나를 이용한 2 소자 배열 안테나의 기판 크기에 따른 상호결합 특성에 대하여 연구하였다. Inductor loaded 패치안테나를 각각 E-평면과 H-평면상에 배열하여 상호결합 특성을 비교하였다. Inductor loaded 패치안테나를 이용한 배열 안테나는 배열 방향에 상관없이 두 안테나 소자 간의 상호결합 크기가 매우 작았고 상호결합이 작게 발생하는 패치안테나의 중심과 E-평면방향의 기판 가장자리까지의 거리가 유사한 값을 가짐을 알 수 있었다.
정보화시대에 발 맞춰 인터넷은 유선인터넷에서 무선인터넷으로 발전하게 되었다. 무선인터넷의 수요가 급증하자 기존에 사용된 2.4GHz대역의 통신은 포화상태에 이르게 되었으며 효율과 성능이 현저히 떨어지게 되었다. 본 논문에서는 T-슬롯 마이크로 스트립 안테나가 가지는 좁은 대역폭의 단점을 개선할 수 있는 U-슬롯을 채택하여 5 GHz 대역의 마이크로 스트립 배열 안테나를 연구하였다. 최적의 주파수 특성을 얻기 위하여 단일 안테나와 배열 안테나의 최적화 과정을 진행하였으며, 이를 기반으로 $2{\times}2$ 배열 방식을 통한 U-슬롯 마이크로스트립 배열 안테나의 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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