본 논문에서는 이중편파들을 수신할 수 있는 소형 마이크로 스트립안테나를 제안하였다. 우선원형편파와 좌선 원형편파를 동시에 수신할 수 있어 편파 다이버시티 환경을 제공한다. 패치 내부에 정사각형 모양의 빈 공간을 두어 소형화를 구현하였다. 그리고 패치를 회전시켜 다이아몬드 형태를 만들고 급전선 주위에 슬롯을 두어 임피던스정합이 용이하게 하였다. 제안된 안테나는 GPS(global positioning system)에 적용되어 설계되었으며 시뮬레이션을 통해 이론의 타당성을 입증하였다. 제작된 안테나를 측정한 결과 우선원형편파 신호를 수신하는 경우에, 정재파비 2:1 특성을 나타내는 83MHz 대역폭, 약 58MHz 의 3dB 축비대역폭, 90도의 3dB 빔폭 과 0dBi의 이득을 나타낸다. 또한 좌선원형편파를 수신하는 경우에도 유사한 특성을 보여준다.
본 논문에서는 이중편파들을 수신할 수 있는 소형 마이크로 스트립안테나를 제안하였다. 우선원형편파와 좌선 원형편파를 동시에 수신할 수 있어 편파 다이버시티 환경을 제공한다. 패치 내부에 정사각형 모양의 빈 공간을 두어 소형화를 구현하였다. 그리고 패치를 회전시켜 다이아몬드 형태를 만들고 급전선 주위에 슬롯을 두어 임피던스 정합이 용이하게 하였다. 제안된 안테나는 GPS(global positioning system)에 적용되어 설계되었으며 시뮬레이션을 통해 이론의 타당성을 입증하였다. 제작된 안테나를 측정한 결과 우선원형편파 신호를 수신하는 경우에, 정재파비 2:1 특성을 나타내는 83MHz 대역폭, 약 58MHz 의 3dB 축비대역폭, 90도의 3dB 빔폭 과 0dBi의 이득을 나타낸다. 또한 좌선원형편파를 수신하는 경우에도 유사한 특성을 보여준다.
This paper describes a compact microstrip antenna with dual polarization characteristics. The antenna, receiving both a left-hand circularly polarized(LHCP) wave and a right-hand circularly polarized(RHCP) wave, can be used for a polarization diversity. A diamond-shaped patch with internal empty roo...
This paper describes a compact microstrip antenna with dual polarization characteristics. The antenna, receiving both a left-hand circularly polarized(LHCP) wave and a right-hand circularly polarized(RHCP) wave, can be used for a polarization diversity. A diamond-shaped patch with internal empty room is designed for impedance matching as well as size reduction. And slots are added around feeding point to improve input matching. The proposed antenna has been applied to GPS(global positioning system), operating at 1.57GHz. And, the proposed idea has been verified and estimated by simulation. The measurement results show that it has VSWR 2:1 bandwidth of 83MHz, 3dB axial bandwidth of about 58MHz, 3dB beamwidth of 90degree, and gain of 0dBi, respectively, for RHCP. Also, it has similar performances for LHCP.
This paper describes a compact microstrip antenna with dual polarization characteristics. The antenna, receiving both a left-hand circularly polarized(LHCP) wave and a right-hand circularly polarized(RHCP) wave, can be used for a polarization diversity. A diamond-shaped patch with internal empty room is designed for impedance matching as well as size reduction. And slots are added around feeding point to improve input matching. The proposed antenna has been applied to GPS(global positioning system), operating at 1.57GHz. And, the proposed idea has been verified and estimated by simulation. The measurement results show that it has VSWR 2:1 bandwidth of 83MHz, 3dB axial bandwidth of about 58MHz, 3dB beamwidth of 90degree, and gain of 0dBi, respectively, for RHCP. Also, it has similar performances for LHCP.
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문제 정의
본 논문에서는 다중경 로 페 이 딩 환경 에서 동작하는 무선통신 단말기에 적용될 수 있도록 원형편파 다이버시티 구성을 제공하는 소형 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 방사패치의 소형화를 위해 전통적인 마이크로 스트립 패치에서 중심부분을 정사각형 모양으로 제거하여 원형편파 특성을 갖는 사각 링(ring) 형태로 제작하였으며, 급전선의 임피던스 정합특성을 개선하기 위 해 급전 부 주위에 slot 들을 두었다.
본 논문에서는 무선통신 단말기에 편파 다이버시티 기능을 제공하기 위해 2개의 원형편파모드들(LHCP, RHCP)을 모두 수신할 수 있는 소형 안테나를 설계하였다. 이를 위해 안테나중앙에 정사각형 빈 공간을 만들고 편파별로 급전선로를 위치시켰으며, 이의 임피던스 특성을 개선하기 위해 사각 패치 면을45°회전시켰고 급전 점 근처에 슬롯을 추가하였다.
제안 방법
안테나 성능들을 측정한 결과, VSWR21 을 기준으로 한 임피던스 대역폭은 GPS대역을 만족하고, 3dB 축비 대역폭은 두 편파 모두 약 58MHl 로 측정되었다. 3dB 빔폭은 RHCP 동작 시 90도 전면 방향성 이고, LHCP 동작시 84도 전면 방향성으로측정 되었다. 최대방향성이 득은 RHCP 동작 시 약 OdBi로, LHCP 동작 시 약 -1 dBi 로 측정 이 되었다.
기준 안테나로 Standard Hom을 이용하였으며, 이들 그림 속에 표시된 방사 패턴의 기준 좌표축은 그림 2의 좌측하단에 표시되었다. 3dB 축비 측정과 마찬가지로 각각의 편파에 대해 방사 패턴을 측정하였다. 이들 방사패턴에서 3dB 빔폭eRHCP의 경우에 X-Y, Y-Z 평면에서 90도 전면방향성 측정.
이를 위해 안테나중앙에 정사각형 빈 공간을 만들고 편파별로 급전선로를 위치시켰으며, 이의 임피던스 특성을 개선하기 위해 사각 패치 면을45°회전시켰고 급전 점 근처에 슬롯을 추가하였다. 또한 원형편파특성을 얻어내기 위해 패치의 각 변의 길이를 상이하게 하였다. 제안된 안테나는 상용 GPS 시스템에 적용하여 설계되었으며, 제작된 안테나의 크기는 전통적인 마이크로 스트립 패치 안테나에 비해 약40%정도의 크기감소가 있었다.
방사패치의 소형화를 위해 전통적인 마이크로 스트립 패치에서 중심부분을 정사각형 모양으로 제거하여 원형편파 특성을 갖는 사각 링(ring) 형태로 제작하였으며, 급전선의 임피던스 정합특성을 개선하기 위 해 급전 부 주위에 slot 들을 두었다. 본 논문에서 제안된 방식은 원형편파 방식에 따라 동작하고 있는 1.
방사패치의 소형화를 위해 전통적인 마이크로 스트립 패치에서 중심부분을 정사각형 모양으로 제거하여 원형편파 특성을 갖는 사각 링(ring) 형태로 제작하였으며, 급전선의 임피던스 정합특성을 개선하기 위 해 급전 부 주위에 slot 들을 두었다. 본 논문에서 제안된 방식은 원형편파 방식에 따라 동작하고 있는 1.57GHz 대 역 의 GPS (global positioning system) 에 적 용 되었다.
사용할 수 있다. 본 논문에서 제안된 안테나는 1.57GHz 대역에서 동작하는 GPS에 적용하여 RHCP와 LHCP 신호들을 모두 수신할 수 있게 한다. 먼저 GPS 주파수 대역에서 동작하고 동시에 원형편파가 발생될 수 있도록 방사패치의 외곽 길이인 L 과 W값을 설정한다.
제 작된 안테 나는 2개의 원 형 편 파 특성을 나타내므로 RHCP로 동작하는 경우(port 1에서 급전)와 LHCPS- 동작하는 경 우(port 2에서 급전)를 각기 구분하여 특성을 측정한다. 안테나의 입력임피던스와 축비 등의 성능 개선을 위하여 급전선로 주위의 슬롯의 길이 (Ls)와 방사체의 각 변의 길이(L, W)들을 시뮬레이션 값을 기 초로 미 세 조정 한다.
이를 위해 안테나중앙에 정사각형 빈 공간을 만들고 편파별로 급전선로를 위치시켰으며, 이의 임피던스 특성을 개선하기 위해 사각 패치 면을45°회전시켰고 급전 점 근처에 슬롯을 추가하였다. 또한 원형편파특성을 얻어내기 위해 패치의 각 변의 길이를 상이하게 하였다.
된다. 제 작된 안테 나는 2개의 원 형 편 파 특성을 나타내므로 RHCP로 동작하는 경우(port 1에서 급전)와 LHCPS- 동작하는 경 우(port 2에서 급전)를 각기 구분하여 특성을 측정한다. 안테나의 입력임피던스와 축비 등의 성능 개선을 위하여 급전선로 주위의 슬롯의 길이 (Ls)와 방사체의 각 변의 길이(L, W)들을 시뮬레이션 값을 기 초로 미 세 조정 한다.
제안된 구조에서 정사각형 빈 공간에 배열안테나를 위 한 위상 변위 7](phase shifter), 증폭기, 다이버시티 구현을 위한 스위치 등의 능동회로를 위치시켜 각종 응용에 사용할 수 있다. 본 논문에서 제안된 안테나는 1.
소형화 할 수 있다[5]. 즉, 패치의 내부에 정사각형 형태의 공간을 제거하였으며 정사각형의한 변에 급전선로를 연결하고 비아(via)홀을 통해 패치에 급전한다. 이때 정사각형 한 변의 길이(Z)가 커질수록 소형화 시킬 수 있지만 입력 임피던스가증가하고 협대역 특성을 나타낸다.
대상 데이터
안테나의 성 능검 증을 위해 FR4(유전율: 4.4, 보드 높이: 1.6mm) Epoxy 기판을 이용하여 제작하였으며 결과는 그림 7에서 볼 수 있다. GPS 주파수 대역에서 방사체 외곽길이 Le 33.
이론/모형
먼저 GPS 주파수 대역에서 동작하고 동시에 원형편파가 발생될 수 있도록 방사패치의 외곽 길이인 L 과 W값을 설정한다. 제안된 안테나를 설계하고 해석하기 위해 Ansoft사의 HFSS 툴(tool)을 이용하였다.
성능/효과
제안된 안테나는 상용 GPS 시스템에 적용하여 설계되었으며, 제작된 안테나의 크기는 전통적인 마이크로 스트립 패치 안테나에 비해 약40%정도의 크기감소가 있었다. 안테나 성능들을 측정한 결과, VSWR21 을 기준으로 한 임피던스 대역폭은 GPS대역을 만족하고, 3dB 축비 대역폭은 두 편파 모두 약 58MHl 로 측정되었다. 3dB 빔폭은 RHCP 동작 시 90도 전면 방향성 이고, LHCP 동작시 84도 전면 방향성으로측정 되었다.
또한 원형편파특성을 얻어내기 위해 패치의 각 변의 길이를 상이하게 하였다. 제안된 안테나는 상용 GPS 시스템에 적용하여 설계되었으며, 제작된 안테나의 크기는 전통적인 마이크로 스트립 패치 안테나에 비해 약40%정도의 크기감소가 있었다. 안테나 성능들을 측정한 결과, VSWR21 을 기준으로 한 임피던스 대역폭은 GPS대역을 만족하고, 3dB 축비 대역폭은 두 편파 모두 약 58MHl 로 측정되었다.
후속연구
제안된 안테나 구조는 소형이면서 원형편파 다이버시 티 환경이 필요한 각종 무선통신 단말기에 적용되어 수신 성능을 개선할 것으로 기대된다.
참고문헌 (7)
Dietrich, C. B. and Dietze, K., Nealy, J. R., and Stutzman, W. L., "Spatial, polarization and pattern diversity for wireless handled terminals", IEEE Trans. Antenna Prop., Vol. 49, No.9, pp.1271-1281, Sept. 2001
Loredo, S. and Torres, R.P., "Experimental analysis of the advantages of polarization diversity in indoor scenarios at 1.8 and 2.5 GHz", Microwave Opt. Tech. Letter, Vol. 31, No.5, pp. 355-361, Oct. 2001
Chuang, H.R., and Kuo, L.C., "3-D FDTD design analysis of a 2.4GHz polarization- diversity printed dipole antenna with integrated balun and polarization-switching circuit for WLAN and wireless communication applications", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 51, No.2, pp.374-381, Feb. 2003
Ha, Deock Ho, "An analysis of the polarization characteristics in Indoor radio Channel", Proceedings of The 2nd CDMA International Conference & Exhibition, CIC'97, Seoul Korea, Vol.2, pp.144-148, Oct. 1997
Wen-Shyang Chen, "Single feed dual frequency rectangular microstrip antenna with square slot", Electronic Letters, 5th Feb 1998 Vol.34 No.3
Deshpande. M. D., and N.K. Das, "Rectangular microstrip antenna for circular polarization," IEEE Trans. Antenna Propagation, Vol. AP-34, pp.744-746, No.6, 1986
Srinivasan. V., K.T.V. Reddy, and G. Kumar, "Dual feed microstrip antennas for orthogonal polarization," NSAMI, New Delhi, India, pp.43-46, March 2003
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