[논문]GPS/DMB 수신용 단일 급전 이중 대역 원형 편파 사각 패치 안테나 설계 및 구현

윤기석; 김혁진; 양운근

doi:10.5515/kjkiees.2008.19.2.138

GPS/DMB 수신용 단일 급전 이중 대역 원형 편파 사각 패치 안테나 설계 및 구현
Design and Implementation of Single-Feed Dual-Band Circular Polarization Square Patch Antenna for GPS and DMB 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.19 no.2 = no.129, 2008년, pp.138 - 144

윤기석 (인천대학교 전자공학과) , 김혁진 (인천대학교 전자공학과) , 양운근 (인천대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 GPS/DMB 수신기용 단일 급전 이중 대역 원형 편파 사각 패치 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 사각 패치면의 4 코너에 접힌 형태의 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다. 측정된 안테나의 -10 dB 임피던스 대역폭은 낮은 주파수 대역(GPS)에서 1.516 GHz$\sim$1.600 GHz로 84 MHz의 대역폭을 가지며, 높은 주파수 대역(DMB)에서 2.596 GHz$\sim$2.705 GHz로 109 MHz의 대역폭을 보였다. 또한, 측정된 최대 선형이득은 GPS 대역에 해당되는 1.575 GHz에서 6.23 dBi와 DMB 대역에 해당되는 2.642 GHz에서 6.97 dBi로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a novel single-feed dual-band circular polarization square patch antenna for GPS(global positioning system)/DMB(digital multimedia broadcasting) receiver. The proposed antenna has folded slots at the 4 corners and a diagonal slot at the center of the square patch. The measured -10 dB impedance bandwidths of the proposed antenna were 84 MHz ranging from 1.516 GHz to 1.600 GHz for the low frequency band(GPS) and 109 MHz ranging from 2.596 GHz to 2.705 GHz for the high frequency band(DMB). The measured peak linear antenna gains of the proposed antenna were 6.23 dBi at 1.575 GHz for GPS and 6.97 dBi at 2.642 GHz for DMB band.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 GPS/DMB 수신용 단일급 전 이 중 대역 원형 편파 사각 패치 안테나의 새로운 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 사각 패치면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다.
본 논문에서는 GPS/DMB 수신용 단일급 전 이 중 대역 원형 편파 사각 패치 안테나의 새로운 구조를 제안한다. 제안하는 새로운 구조는 사각 패치 면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다.

제안 방법

3 mm의 슬롯이 급전 위치를 기준으로 오른쪽이 위쪽으로 기울어진 대각선으로 구성된다. 단일급전으로 패치의 하단 측선에서 23.8 mm 떨어진 곳에 프로브급전 방식으로 급전하였다.
패치 안테나를 보여준다. 본 논문에서 제안하는 안테나는 2001년 Yang과 Wong 이 제안한 안테나 圆를 변형한 것으로서 제안된 안테나는 패치면 중앙에 하나의 대각선 슬롯을 가지고 있으며, 사각 패치 면의 각각의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가진다.
제안된 구조는 사각 패치면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다. 제안된 구조의 대각선 슬롯은 원형 편파를 형성하는 전류 흐름을 만들며, 사각 패치 면의 모서리의 슬롯들은 이 중 대역을 형성하는 전류 흐름을 만든다.
제안된 구조는 사각 패치면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다. 제안된 구조의 대각선 슬롯은 원형 편파를 형성하는 전류 흐름을 만들며, 사각 패치 면의 모서리의 슬롯들은 이 중 대역을 형성하는 전류 흐름을 만든다.
제안된 안테나의 대각선 슬롯은 원형 편파를 가지는 전류 흐름을 만드는데, 제안된 안테나는 대각선 슬롯에 의해RHCP가 발생하며, 대각선 슬롯을 반대 방향으로 할 경우 LHCP(Left Hand Circular Polarization)가 발생하게 된다编坷 사각 패치면의 모서리의 슬롯들은 이중 대역을 형성하는 전류 흐름을 만든다. 제안된 안테나는 Zeland사의 IE3D 전산 모의 실험프로그램을 사용하여 전산 모의실험을 하였고, 전산 모의 실험을 기 반으로 제작하여 측정하였다.
제안하는 새로운 구조는 사각 패치 면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다. 제안된 안테나에 대하여 전산 모의실험을 수행하고 안테나를 실제 제작하여 특성을 측정한다.
제안하는 새로운 구조는 사각 패치 면의 모서리에 꺾어진 슬롯을 가지며, 패치면 중앙에 대각선 슬롯을 가지는 구조이다. 제안된 안테나에 대하여 전산 모의실험을 수행하고 안테나를 실제 제작하여 특성을 측정한다.
표 1에서 제시된 파라미터값으로 Zeland사의 IE- 3D 전산 모의실험 프로그램을 사용하여 제안된 안테나의 전기적 특성에 관하여 전산모의 실험을 하였고, 전산 모의실험결과를 기반으로 하여 제작하여 특성을 측정하였다.

대상 데이터

패치 면보다 큰 사이즈인 90 mm><77.9 rmn인 사각 패치를 구성하였다.

성능/효과

그림 3(a)는 반사 손실로 전산 모의실험 결과, Sh 값 TO dB를 기준으로 낮은 대역에서 1.556 GHz -1.598 GHz로 42 MHz의 대 역폭을 가지며, 높은 대역에서 2.608 GHz~2.694 GHz로 86 MHz의 대역폭을 보였다. 측정 결과, 낮은 대역에서 1.
변화를 보이고 있다. 그림 4(a)는 슬롯의 길이인 丄3의 변화에 따른 반사 손실의 변화를 나타내고 있으며, 슬롯의 길이가 길어지거나 짧아짐에 따라 1.5 GHz 대역의 중심 주파수가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 그림 4(b)는 슬롯의 폭인 甲 1의 변화에 따른 반사 손실의 변화를 나타내고 있으며, 슬롯의 폭이 넓어지거나 좁아짐에 따라 2.
655 GHz를 만족한다. 그림 3(b)는 임피던스 궤적으로 전산 모의실험결과와 유사한 측정 결과를 얻을 수 있었으며, 전산 모의실험과 측정 결과의 궤적상에 두 곳에서 kink가 발생하고 있음을 볼 수 있어 두 대역에서 원형 편파가발생되는 것을 확인할 수 있다.
구현된 안테나의 측정 결과, 반사 손실은 값 -10 dB를 기준으로 낮은 대역에서 1.516 GHz~ 1.600 GHz로 84 MHz의 대역폭을 가지며, 높은 대 역에서 2.596 GHz-2.705 GHz로 109 MHz의 대역폭을 보였다. 두대역에서 원형 편파를 발생하는 kink가 형성되는 것을 임피던스 궤적으로 확인할 수 있었다.
655 GHz으로 26 MHz의 대역폭을 보였다. 전산 모의실험 결과, 낮은 대역에서는 GPS 서비스가 제공되는 주파수를 만족하며, 높은 대역에서는 DMB 서비스가 제공되는 주파수 대역인 2.630 GHz~2.655 GHz 주파수 대역을 만족하는 것을 알 수 있다. 전반적으로 주파수 대역을 만족하는 특성을 보인다.
그림 6은 구현된 안테나의 측정된 최대 이득을 나타내고 있다. 전자파 무반사실에서 송신 안테나로 선형 표준안테나를 사용하여 각 주파수별로 즉정된안테나 이득으로서 대체적으로 높은 이득을 보이는 것을 알 수 있다. 낮은 대역인 GPS 주파수에서 6.
제안된 안테나는 단일급 전 구조로서 GPS/DMB 수신용 이중 대역 원형편파 특성을 보였다. 다양한 응용 모델에 따라 안테나 유전체의 유전율을 조정 한다면 다양한 분야에 용이하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
694 GHz로 86 MHz의 대역폭을 보였다. 측정 결과, 낮은 대역에서 1.516 GHz~ 1.600 GHz로 84 MHz 의 대역폭을 가지며, 높은 대역에서 2.596 GHz~2.705 GHz로 109 MHz의 대역폭을 보였다. 낮은 대역은 GPS 서비스가 제공되는 1.

후속연구

다양한 응용 모델에 따라 안테나 유전체의 유전율을 조정 한다면 다양한 분야에 용이하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (10)

R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, and A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook, Artech House, 2001
이상운, "지상 및 위성 DMB 표준화 추진", TTA저널 제92호, pp. 103-108, 2004년 5월
D. M. Pozar, S. M. Duffy, "A dual-band circularly polarized aperture-coupled stacked microstrip antenna for global positioning satellite", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 45, pp. 2296-2298, 1996
D. Sanchez-Hernandez, G. Passiopoulos, M. Ferrando, E. Reyes, and I. D. Robertson, "Dual-band circularly polarized microstrip antennas with a single feed", Electron. Lett., vol. 32, pp. 2296-2298, 1996

상세보기
G. B. Hsieh, M. H. Chen, and K. L. Wong, "Single feed dual-band circularly polarized microstrip antenna", Electron. Lett., vol. 34, pp. 1170-1171, 1998

상세보기
Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele, Antenna Theory and Design, John Wiley & Sons, 1998
이문수, 전성근, 안테나 이론, 2nd Ed., 미래컴, 2001
Kai-Ping Yang, Kin-Lu Wong, "Dual-band circularly-polarized square microstrip antenna", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 49, pp. 377-382, 2001

상세보기
Hyuck Jin Kim, Ki Suk Yoon, Sung Min Kim, and Woon Geun Yang, "Design and implementation of dual band circular polarization square patch antenna for the reception of GPS and S-DMB signals", Proc. of IEEE AP-S International Symposium, pp. 2657- 2660, Jul. 2006
김혁진, 김성민, 양운근, "다수의 슬롯을 이용한 이중 대역 원형 편파 사각패치 안테나 설계 및 구현", 추계 대한전자공학회 종합학술대회 논문집, 28(2), pp. 123-126, 2005년 11월

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