본 논문에서는 비행체 탑재용으로 안테나의 소영화를 위해 GPS용 적층형 폴디드 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 기존의 소형화된 마이크로스트립 패치 안테나는 고비 유전율의 유전체를 이용한 소형화로 유전체 손실에 의해 대역폭이 작아지고 효율저하가 발생하게 된다. 제안된 안테나는 기존의 단점을 보완하는 소형화를 위해 먼저 Rogers사 TMM 10i(비유전율=9.8, 손실탄젠트=0.002) 유전체를 이용하였고, 다음으로 perturbation 효과를 적용시킨 방사소자를 유전체 표면에 폴디드 구조로 구현하였다. 이렇게 GPS $L_1$대역에서 설계된 안테나의 방사소자 크기는 $20.3mm{\times}19.93mm$를 가지며, 기본 반파장 마이크로스트립 패치 원편파 안테나보다 94.2% 소형화 특성을 얻었다. 또한 -10 dB 대역폭의 경우 32.3 MHz(2.05%), 3 dB 축비 대역폭의 경우 6.7 MHz(0.43%)로 측정되었다. 방사패턴 측정 결과 최대이득은 x축 편파에서 0.56 dBi, y축 편파에서 1.23 dBi을 얻었다.
본 논문에서는 비행체 탑재용으로 안테나의 소영화를 위해 GPS용 적층형 폴디드 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 기존의 소형화된 마이크로스트립 패치 안테나는 고비 유전율의 유전체를 이용한 소형화로 유전체 손실에 의해 대역폭이 작아지고 효율저하가 발생하게 된다. 제안된 안테나는 기존의 단점을 보완하는 소형화를 위해 먼저 Rogers사 TMM 10i(비유전율=9.8, 손실탄젠트=0.002) 유전체를 이용하였고, 다음으로 perturbation 효과를 적용시킨 방사소자를 유전체 표면에 폴디드 구조로 구현하였다. 이렇게 GPS $L_1$대역에서 설계된 안테나의 방사소자 크기는 $20.3mm{\times}19.93mm$를 가지며, 기본 반파장 마이크로스트립 패치 원편파 안테나보다 94.2% 소형화 특성을 얻었다. 또한 -10 dB 대역폭의 경우 32.3 MHz(2.05%), 3 dB 축비 대역폭의 경우 6.7 MHz(0.43%)로 측정되었다. 방사패턴 측정 결과 최대이득은 x축 편파에서 0.56 dBi, y축 편파에서 1.23 dBi을 얻었다.
In this paper, microstrip antenna using multi-layer and folded structure for GPS application is presented for aircraft loading. Existing microstrip patch antenna used dielectric of high specific inductive capacity to miniaturize that cause smaller bandwidth and decline of efficiency due to dielectri...
In this paper, microstrip antenna using multi-layer and folded structure for GPS application is presented for aircraft loading. Existing microstrip patch antenna used dielectric of high specific inductive capacity to miniaturize that cause smaller bandwidth and decline of efficiency due to dielectric loss. To compensate the existing flaws, Rogers TMM 10i(dielectric constant=9.8, loss tangent=0.002) is used for multi-layer dielectric miniaturization, and we construct folded radiating element on the surface of the dielectric applying perturbation effect. The antenna is designed in the bandwidth of GPS $L_1$ band, and the size of the antenna's radiating element is $20.3mm{\times}19.93mm$, and it gets 94.2% miniaturized characteristic of basic ${\lambda}/2$ microstrip patch antenna. Also the measured -10 dB bandwidth is 32.3 MHz(2.05%), 3 dB axial ratio bandwidth is 6.7 MHz(0.43%). Measured radiation patterns was maximum gain of 0.56 dBi at x axis polarization, 1.23 dBi at y axis polarization.
In this paper, microstrip antenna using multi-layer and folded structure for GPS application is presented for aircraft loading. Existing microstrip patch antenna used dielectric of high specific inductive capacity to miniaturize that cause smaller bandwidth and decline of efficiency due to dielectric loss. To compensate the existing flaws, Rogers TMM 10i(dielectric constant=9.8, loss tangent=0.002) is used for multi-layer dielectric miniaturization, and we construct folded radiating element on the surface of the dielectric applying perturbation effect. The antenna is designed in the bandwidth of GPS $L_1$ band, and the size of the antenna's radiating element is $20.3mm{\times}19.93mm$, and it gets 94.2% miniaturized characteristic of basic ${\lambda}/2$ microstrip patch antenna. Also the measured -10 dB bandwidth is 32.3 MHz(2.05%), 3 dB axial ratio bandwidth is 6.7 MHz(0.43%). Measured radiation patterns was maximum gain of 0.56 dBi at x axis polarization, 1.23 dBi at y axis polarization.
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문제 정의
본 논문에서는 GPS용 적층형 폴디드 마이크로스트립 원편파 안테나를 제안하였다. 적층 유전체 소형화를 위해 Rogers TMM 10i( ∊r =9.
이론/모형
본 논문에서는 마이크로스트립 원편파 안테나를 소형화하기 위하여 적층형 유전체에 폴디드 구조를 이용한 소형화 방법을 채택하였다(Song and Woo, 2003; Kim and Woo, 2012; Keum et al., 2016). 이들 소형화과정과 시뮬레이션 결과들에 대해 기술하고자 한다.
성능/효과
2% 소형화 특성을 얻었다. 따라서 본 논문에서 제안된 안테나의 경우 크기가 상당히 줄어들어 소형화된 비행체에 탑재 장착하기 적합함을 확인할 수 있었다.
따라서 제안된 안테나는 기본 반파장 마이크로스트립 패치 원편파 안테나와 비교하여 유전체 및 구조적 소형화로 인해 이득이 6.52 dBi 감소되지만, 안테나의 크기의 경우 94.2% 소형화 특성을 얻었다.
002)를 이용하였고, perturbation 효과를 적용시켜 소형화하기 위해 유전체 표면상에 폴디드시킨 방사소자를 구성하였다. 이렇게 설계된 안테나는 기본 반파장 마이크로스트립 패치 원편파 안테나에 비하여 소형화가 되어 이득은 시뮬레이션 결과 x축 편파에서 -0.386 dBi, y축 편파에서 0.066 dBi로 6.52 dB 낮아지나, GPS L1대역의 대역폭을 만족하였다. 안테나의 방사소자 크기는 20.
258 GHz에서 각각 공진하는 것을 확인하였다. 이로써 폴디드를 구조 적용시켜 폴디드 구조 높이(L1)가 증가하면 섭동 효과에 의해서 공진주파수가 하향됨을 확인하였다. 이는 같은 공진주파수에서 방사소자 크기를 줄일 수 있음을 의미한다.
후속연구
따라서 마이크로스트립 안테나의 특성을 유지하면서 소형화하기 위해서는 새로운 구조의 소형화된 마이크로스트립 안테나에 대한 연구가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GPS란?
GPS(Global Positioning System)는 서로 다른 3개 이상의 위성들로부터 송신된 신호를 수신하여 시간차를 계산함으로써 지구상의 수신기의 위도 및 경도를 결정할 수 있는 위성 시스템이다(KARI, 2017). 현재는 무선 통신 발달로 인하여 통신기기들의 크기가 작아지고 그에 따라 안테나의 크기도 소형화가 요구된다.
소형화된 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하기 위해 고비유전율의 유전체를 이용할 경우 어떤 단점이 있는가?
소형화된 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하기 위해서 사용되는 방법은 고비유전율의 유전체를 이용한 소형화가 대표적이다. 고비유전율의 유전체를 이용할 경우에는 유전체 손실에 의해 대역폭이 작아지고 효율 저하가 발생하게 된다.
마이크로스트립 패치 안테나의 소형화를 위한 대표적인 방법은 무엇인가?
특히 마이크로스트립 안테나로 배열시킬 경우 일정한 배열 간격이 요구되며, 배열 안테나 전체 크기를 소형화하기 위해서는 안테나 개별소자의 소형화가 필수이다. 소형화된 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하기 위해서 사용되는 방법은 고비유전율의 유전체를 이용한 소형화가 대표적이다. 고비유전율의 유전체를 이용할 경우에는 유전체 손실에 의해 대역폭이 작아지고 효율 저하가 발생하게 된다.
Keum J. M., Ko D. O., Jung J. Y. and Woo J. M.(2016), "Miniaturized ${\lambda}$ /4 Folded Microstrip Antenna for Parking Monitoring Base Station System," Journal of The Korea Institute of Intelligent Transportation System, vol. 15, no. 2, pp.95-101.
Kim Y. R. and Woo J. M.(2012), "Electrically tunable small microstrip antenna using interdigital plate loading for telemetry sensor applications," Electronics Letters., vol. 48, pp.422-423.
Lee K. F. and Tong K. F.(2012), "Microstrip patch antennas-basic characteristics ad some recent advances," Proceedings of the IEEE, vol. 100, no. 7, pp.2169-2180.
Pozar D. M. and Schauert D. H.(1995), Microstrip Antennas, Wiley-Interscience, p.421.
Song M. H. and Woo J. M.(2003), "Miniaturization of microstrip patch antenna using perturbation of radiating slot," Electronics Lett., vol. 39, pp.417-419.
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