본 논문에서는 GPS(Global Positioning System) 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나에 대한 접지면의 크기 (Ground Plane Size) 변화에 따른 안테나의 수신성능 변화에 대하여 연구하였다. 현대의 이동 및 위성 통신기기의 발달로 인하여 위치추적 서비스의 급격한 증가에 따라서 위성수신용 GPS 패치 안테나 이용이 증가하고 있으며, 이에 따라 이러한 안테나의 설계에 있어서 접지면의 크기의 변화에 따라 그 안테나의 수신 성능의 변화에 따르는 효과적인 크기에 관한 연구가 필요하다. GPS 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하기 위해선 우선 모서리가 잘려진 테이퍼 (taper) 형태의 정사각형 소자를 선택하였고, 우선회 원형편파를 얻기 위해 급전점에서 바라 볼 경우를 기준으로 정사각형 소자의 우측 상단과 좌측 하단의 모서리를 절편 하였다. 여기서, 정사각형의 길이와 절편 된 모서리의 길이는 ...
본 논문에서는 GPS(Global Positioning System) 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나에 대한 접지면의 크기 (Ground Plane Size) 변화에 따른 안테나의 수신성능 변화에 대하여 연구하였다. 현대의 이동 및 위성 통신기기의 발달로 인하여 위치추적 서비스의 급격한 증가에 따라서 위성수신용 GPS 패치 안테나 이용이 증가하고 있으며, 이에 따라 이러한 안테나의 설계에 있어서 접지면의 크기의 변화에 따라 그 안테나의 수신 성능의 변화에 따르는 효과적인 크기에 관한 연구가 필요하다. GPS 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하기 위해선 우선 모서리가 잘려진 테이퍼 (taper) 형태의 정사각형 소자를 선택하였고, 우선회 원형편파를 얻기 위해 급전점에서 바라 볼 경우를 기준으로 정사각형 소자의 우측 상단과 좌측 하단의 모서리를 절편 하였다. 여기서, 정사각형의 길이와 절편 된 모서리의 길이는 공진주파수에 대하여 계산하였고, 또한 패치면의 임피던스 분포를 분석하여 50ohm 되는 지점에 구멍을 뚫어 동축케이블로 급전하는 단일급전방식을 사용하였다. 그러므로 급전점이 패치면내에 형성되어지기 때문에 일반적인 PCB (Printed Circuit Board)) 기판상에 SMD (Surface Mounted Device) 및 DIP타입으로 실장 할 수 있게 되므로 그 실장성을 대폭 향상시킬 수 있다. 안테나의 크기를 줄이기 위해서 최소의 면적에 안테나를 집접시킬 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하였고, 모멘트법 (MOM: Method of Moment) 과 FEM (Finite Element Method )를 이용한 기반의 시뮬레이터를 사용하여 임피던스 특성과 이득, 그리고 그라운드의 크기 (ground plane size)에 대한 방사패턴의 변화와 그 효과를 살펴보았다. 그리고, 안테나 설계에 있어서 패치의 모서리을 절편하는 길이에 따라 인덕턴스, 캐퍼시턴스 값의 변화를 가져와 안테나의 방사 패턴에 미치는 영향을 알아보았다. 현재 평면형 마이크로스트립 안테나는 기존의 다른 안테나에 비해 상대적으로 작은 면적을 차지하는 특성 때문에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 세라믹을 사용하는 마이크로스트립 패치 안테나가 널리 상용화되고 있으나, 실제 실험에 있어서 제작이 용이한 일반적인 PCB (ε_(r) = 2.3, h = 0.508 mm) 기판을 사용하여 GPS 위성 수신용 단일 급전 원형편파 마이크스트립 패치 안테나를 설계 제작하여 시험 하였다. 우선회 원형편파를 구현하기 위해 정방형 패치면의 모서리를 절삭하였으며, 급전 방식은 패치의 면에서 50ohm 지점에 동축 프로브(probe)로 시뮬레이션 하여 1.57 GHz에서 공진되도록 설계하였다. 제작된 안테나의 반사손실은 -12 dB이고, 공진 주파수는 설계주파수보다 다소 낮게 측정 되었으며 그라운드의 크기를 달리하여 측정한 결과 이득은(Gain) 그라운드의 크기에 따라서 증가하다가 λ_(0)/4 의 크기인 약 50mm의 그라운드의 크기(ground size)에서 그 이득의 변화가 무한 그라운드의 이득에 수렴함을 알 수 있었다. 이러한 실험을 통하여 GPS 안테나를 사용 할 때 그라운드의 크기는 마이크로스트립 패치 크기보다 최소한 λ_(0)/4 가 되어야만 안테나의 특성이 효율적으로 나타남을 본 논문에서 알 수 있었으며, GPS을 사용하는데 있어서 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 응용함에 있어서 반드시 확인해야 될 사항으로 특행 움직이는 차량에서의 GPS 수신 성능을 효과적으로 기대하는데 있어서 전체 GPS 시스템 설계시 반드시 고려해야 될 사항으로, 그라운드의 크기가 GPS 안테나의 수신 성능에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 또한, GPS를 응용하는데 있어서 여러 가지의 수신기의 응용에 있어서 GPS 안테나의 사용에 반드시 도움이 될 것으로 기대된다. 본 논문은 다음과 같이 구성된다. 제1장 서론에서는 본 연구의 필요성에 대하여 살펴보았다. 제2장에서는 GPS의 개요 및 측위 원리에 대해 살펴보았으며, 제3장에서는 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 원리와 모델링 방식등에 대해 살펴보았으며, 제4장에서는 GPS 안테나의 모의실험에 대해 살펴보았다. 제5장에서는 실험을 통하여 제4장에서의 모의실험을 검증하고, 마지막으로 제6장 결론에서는 본 연구의 결론을 도출하였다.
본 논문에서는 GPS(Global Positioning System) 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나에 대한 접지면의 크기 (Ground Plane Size) 변화에 따른 안테나의 수신성능 변화에 대하여 연구하였다. 현대의 이동 및 위성 통신기기의 발달로 인하여 위치추적 서비스의 급격한 증가에 따라서 위성수신용 GPS 패치 안테나 이용이 증가하고 있으며, 이에 따라 이러한 안테나의 설계에 있어서 접지면의 크기의 변화에 따라 그 안테나의 수신 성능의 변화에 따르는 효과적인 크기에 관한 연구가 필요하다. GPS 위성수신용 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하기 위해선 우선 모서리가 잘려진 테이퍼 (taper) 형태의 정사각형 소자를 선택하였고, 우선회 원형편파를 얻기 위해 급전점에서 바라 볼 경우를 기준으로 정사각형 소자의 우측 상단과 좌측 하단의 모서리를 절편 하였다. 여기서, 정사각형의 길이와 절편 된 모서리의 길이는 공진주파수에 대하여 계산하였고, 또한 패치면의 임피던스 분포를 분석하여 50ohm 되는 지점에 구멍을 뚫어 동축케이블로 급전하는 단일급전방식을 사용하였다. 그러므로 급전점이 패치면내에 형성되어지기 때문에 일반적인 PCB (Printed Circuit Board)) 기판상에 SMD (Surface Mounted Device) 및 DIP타입으로 실장 할 수 있게 되므로 그 실장성을 대폭 향상시킬 수 있다. 안테나의 크기를 줄이기 위해서 최소의 면적에 안테나를 집접시킬 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하였고, 모멘트법 (MOM: Method of Moment) 과 FEM (Finite Element Method )를 이용한 기반의 시뮬레이터를 사용하여 임피던스 특성과 이득, 그리고 그라운드의 크기 (ground plane size)에 대한 방사패턴의 변화와 그 효과를 살펴보았다. 그리고, 안테나 설계에 있어서 패치의 모서리을 절편하는 길이에 따라 인덕턴스, 캐퍼시턴스 값의 변화를 가져와 안테나의 방사 패턴에 미치는 영향을 알아보았다. 현재 평면형 마이크로스트립 안테나는 기존의 다른 안테나에 비해 상대적으로 작은 면적을 차지하는 특성 때문에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 세라믹을 사용하는 마이크로스트립 패치 안테나가 널리 상용화되고 있으나, 실제 실험에 있어서 제작이 용이한 일반적인 PCB (ε_(r) = 2.3, h = 0.508 mm) 기판을 사용하여 GPS 위성 수신용 단일 급전 원형편파 마이크스트립 패치 안테나를 설계 제작하여 시험 하였다. 우선회 원형편파를 구현하기 위해 정방형 패치면의 모서리를 절삭하였으며, 급전 방식은 패치의 면에서 50ohm 지점에 동축 프로브(probe)로 시뮬레이션 하여 1.57 GHz에서 공진되도록 설계하였다. 제작된 안테나의 반사손실은 -12 dB이고, 공진 주파수는 설계주파수보다 다소 낮게 측정 되었으며 그라운드의 크기를 달리하여 측정한 결과 이득은(Gain) 그라운드의 크기에 따라서 증가하다가 λ_(0)/4 의 크기인 약 50mm의 그라운드의 크기(ground size)에서 그 이득의 변화가 무한 그라운드의 이득에 수렴함을 알 수 있었다. 이러한 실험을 통하여 GPS 안테나를 사용 할 때 그라운드의 크기는 마이크로스트립 패치 크기보다 최소한 λ_(0)/4 가 되어야만 안테나의 특성이 효율적으로 나타남을 본 논문에서 알 수 있었으며, GPS을 사용하는데 있어서 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 응용함에 있어서 반드시 확인해야 될 사항으로 특행 움직이는 차량에서의 GPS 수신 성능을 효과적으로 기대하는데 있어서 전체 GPS 시스템 설계시 반드시 고려해야 될 사항으로, 그라운드의 크기가 GPS 안테나의 수신 성능에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 또한, GPS를 응용하는데 있어서 여러 가지의 수신기의 응용에 있어서 GPS 안테나의 사용에 반드시 도움이 될 것으로 기대된다. 본 논문은 다음과 같이 구성된다. 제1장 서론에서는 본 연구의 필요성에 대하여 살펴보았다. 제2장에서는 GPS의 개요 및 측위 원리에 대해 살펴보았으며, 제3장에서는 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 원리와 모델링 방식등에 대해 살펴보았으며, 제4장에서는 GPS 안테나의 모의실험에 대해 살펴보았다. 제5장에서는 실험을 통하여 제4장에서의 모의실험을 검증하고, 마지막으로 제6장 결론에서는 본 연구의 결론을 도출하였다.
It is rapidly demanding the number of GPS Antenna for location service applications as growing as mobile communication technology fast. The GPS is getting popular to the commercial markets of the Navigation and Telematics applications, and it's requiring GPS antenna accordingly. Therefore, It is req...
It is rapidly demanding the number of GPS Antenna for location service applications as growing as mobile communication technology fast. The GPS is getting popular to the commercial markets of the Navigation and Telematics applications, and it's requiring GPS antenna accordingly. Therefore, It is required to study on the GPS Antenna application by different size of ground plane upon a design of GPS Antenna to indicate the reference of GPS Antenna applications with the GPS Receiver. For the design method of the GPS Antenna, I decided to use the type of truncated microstrip antenna for decreasing antennas size. It was calculated the parameter values under MOM(moment of method) and FEM(Finite Element Method) to check up the characteristic of the microstrip patch impedance. Since the values of inductances and capacitances on the line are dependant on the truncated corner size related radiations of an antenna reduce the resonant frequency; as a result, the size of antenna was decreased. It was fabricated the Single-feed circularly polarized a microstrip patch antenna. We used a PCB board(ε_(r) = 2.3, h = 0.508 mm). By truncating the corners of squared patch, right hand circular polarization was realized to design microstrip patch. It was fed by coaxcial probe on the patch at 50 ohm impedance, and was simulated to resonate at 1.57 GHz. The return loss of this antenna was -12 dB, and resonant frequency was measured at little lower frequency in design of the Antenna sample. The Antenna gains were measured in different ground plane sizes to find out relations between Antenna gain by ground plane size, and what a best size of ground plane for the Antenna gain. There are ground plane sizes, 2.5x2.5mm 5x5mm, 10x10mm, 15x15mm, 25x25mm, 50x50mm, 70x70mm, 90x90mm. The measurement of Antenna gain graph was shown to very similar a curve of the simulation result. It was measured no more increasing of Antenna gain starting from λ_(0)/4 of ground plane size. So, It was concluded to design of the ground plane size at minimum λ_(0)/4 of 1.5742Ghz to get efficient performance of GPS Antenna. According to the result of this paper, it is said to us the importance of size of ground plane for GPS Antenna. We expect this result guides how big of the ground plane is to design to of GPS Antenna in the fields for Navigation and Telematics applications.
It is rapidly demanding the number of GPS Antenna for location service applications as growing as mobile communication technology fast. The GPS is getting popular to the commercial markets of the Navigation and Telematics applications, and it's requiring GPS antenna accordingly. Therefore, It is required to study on the GPS Antenna application by different size of ground plane upon a design of GPS Antenna to indicate the reference of GPS Antenna applications with the GPS Receiver. For the design method of the GPS Antenna, I decided to use the type of truncated microstrip antenna for decreasing antennas size. It was calculated the parameter values under MOM(moment of method) and FEM(Finite Element Method) to check up the characteristic of the microstrip patch impedance. Since the values of inductances and capacitances on the line are dependant on the truncated corner size related radiations of an antenna reduce the resonant frequency; as a result, the size of antenna was decreased. It was fabricated the Single-feed circularly polarized a microstrip patch antenna. We used a PCB board(ε_(r) = 2.3, h = 0.508 mm). By truncating the corners of squared patch, right hand circular polarization was realized to design microstrip patch. It was fed by coaxcial probe on the patch at 50 ohm impedance, and was simulated to resonate at 1.57 GHz. The return loss of this antenna was -12 dB, and resonant frequency was measured at little lower frequency in design of the Antenna sample. The Antenna gains were measured in different ground plane sizes to find out relations between Antenna gain by ground plane size, and what a best size of ground plane for the Antenna gain. There are ground plane sizes, 2.5x2.5mm 5x5mm, 10x10mm, 15x15mm, 25x25mm, 50x50mm, 70x70mm, 90x90mm. The measurement of Antenna gain graph was shown to very similar a curve of the simulation result. It was measured no more increasing of Antenna gain starting from λ_(0)/4 of ground plane size. So, It was concluded to design of the ground plane size at minimum λ_(0)/4 of 1.5742Ghz to get efficient performance of GPS Antenna. According to the result of this paper, it is said to us the importance of size of ground plane for GPS Antenna. We expect this result guides how big of the ground plane is to design to of GPS Antenna in the fields for Navigation and Telematics applications.
주제어
#텔레매틱스 네이게이션 평면형 마이크로스트립 패치 안테나 그라운드의 크기 PCB Global positioning system Telematics MOM FEM Navigation Ground plane Microstrip patch antenna
학위논문 정보
저자
민병삼
학위수여기관
연세대학교 공학대학원
학위구분
국내석사
학과
전파·통신공학 전공
지도교수
박한규
발행연도
2003
총페이지
viii, 62p.
키워드
텔레매틱스 네이게이션 평면형 마이크로스트립 패치 안테나 그라운드의 크기 PCB Global positioning system Telematics MOM FEM Navigation Ground plane Microstrip patch antenna
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