1×6배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치 각도 변화에 따른 특성 연구 A Study on Characteristics According to Variation of the Radiator Structure and the Feeder Branch angle of 1×6 Array Patch Antenna원문보기
본 논문에서는 $1{\times}6$ 배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치의 각도를 변화시켜 안테나의 특성을 분석하였다. 첫 번째로 복사기 구조를 기존 직사각형 패치를 육각형 패치, 삼각형 패치로 변경하였다. 두 번째로 급전선 브랜치의 각도를 $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$ 로 변화를 주었다. 브랜치 각도를 $10^{\circ}$로 꺾을 경우 측정된 10dB 주파수 대역은 23.38GHz-24.19GHz이고 대역폭은 810MHz이다. 제작된 안테나는 24.05GHz에서 9.65-10.06dBi 이득을 갖는다. 메인로브의 빔폭은 $12^{\circ}$이고, 안테나 크기는 $70{\times}36mm^2$이다. 직사각형 패치 외에 다른 모양의 패치를 사용해도 기존 성능을 유지할 수 있으며, 급전선 브랜치를 다양한 각도로 변화시킴으로 배열 안테나 제작에 있어 기판의 크기를 줄이고 제작상에 다양성에 기여할 수 있음을 확인했다.
본 논문에서는 $1{\times}6$ 배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치의 각도를 변화시켜 안테나의 특성을 분석하였다. 첫 번째로 복사기 구조를 기존 직사각형 패치를 육각형 패치, 삼각형 패치로 변경하였다. 두 번째로 급전선 브랜치의 각도를 $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$ 로 변화를 주었다. 브랜치 각도를 $10^{\circ}$로 꺾을 경우 측정된 10dB 주파수 대역은 23.38GHz-24.19GHz이고 대역폭은 810MHz이다. 제작된 안테나는 24.05GHz에서 9.65-10.06dBi 이득을 갖는다. 메인로브의 빔폭은 $12^{\circ}$이고, 안테나 크기는 $70{\times}36mm^2$이다. 직사각형 패치 외에 다른 모양의 패치를 사용해도 기존 성능을 유지할 수 있으며, 급전선 브랜치를 다양한 각도로 변화시킴으로 배열 안테나 제작에 있어 기판의 크기를 줄이고 제작상에 다양성에 기여할 수 있음을 확인했다.
In this paper, we analyze the characteristics of the antenna by changing the structure of the radiator and the angle of the branch of the array patch antenna. First, the structure of the radiator was changed from the rectangular patch to a hexagonal patch, a triangular patch. Secondly, we changed th...
In this paper, we analyze the characteristics of the antenna by changing the structure of the radiator and the angle of the branch of the array patch antenna. First, the structure of the radiator was changed from the rectangular patch to a hexagonal patch, a triangular patch. Secondly, we changed the angle of the feeder branch to $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$. When the branch angle is $10^{\circ}$, the measured 10dB frequency band is 23.38 GHz-24.19GHz and the bandwidth is 810MHz. The fabricated antenna has a gain of 9.65-10.06dBi at 24.05 GHz. The beam width of the main lobe is $12^{\circ}$, and the antenna size is $70{\times}36mm^2$. In addition to the rectangular patch, it is possible to maintain the performance by using patches of other shapes, and it is confirmed that by changing the feeder branch at various angles, it is possible to reduce the substrate size and contribute to diversity in the fabrication of the array antenna.
In this paper, we analyze the characteristics of the antenna by changing the structure of the radiator and the angle of the branch of the array patch antenna. First, the structure of the radiator was changed from the rectangular patch to a hexagonal patch, a triangular patch. Secondly, we changed the angle of the feeder branch to $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$. When the branch angle is $10^{\circ}$, the measured 10dB frequency band is 23.38 GHz-24.19GHz and the bandwidth is 810MHz. The fabricated antenna has a gain of 9.65-10.06dBi at 24.05 GHz. The beam width of the main lobe is $12^{\circ}$, and the antenna size is $70{\times}36mm^2$. In addition to the rectangular patch, it is possible to maintain the performance by using patches of other shapes, and it is confirmed that by changing the feeder branch at various angles, it is possible to reduce the substrate size and contribute to diversity in the fabrication of the array antenna.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
브랜치 각도의 변화를 통해서 안테나의 특성에 미치는 영향을 알아보고 안테나를 소형화할 뿐 아니라 다양한 형태를 제작하는데 실질적인 효과가 있는지를 살펴보았다. 브랜치 각도 A를 5-20°로 5°의 간격으로 변화시킨후 안테나 특성을 살펴보았다.
제안 방법
급전선 브랜치의 각도를 5 ∼ 20∘ 로 꺾고 각각 트랜스포머로 임피던스를 매칭을 했다.
기본적인 패치 안테나 설계 방법에 따라 어레이 안테나의 요소를 구성하고 1 × 6 배열 안테나를 구성한 후 가운데 패치 사이에 임피던스 매칭을 위한 트랜스포머를 추가하였다[2] .
기본 구조에서 삼각형의 높이 TH와 밑변 길이 TL의 변화에 따라서 안테나의 특성을 볼 수 있는데 TL의 경우 안테나의 공진주파수의 미세한 이동을 위한 요소라고 할수 있다. 따라서 TH를 3.4-4.2mm로 0.2mm의 간격으로 파라미터 스윕을 시도하여 특성을 분석했다. 그림 9에서 TH의 변화에 대한 반사손실 결과를 볼 수 있다.
본 논문에서는 직사각형 패치 배열을 1 × 6로 하여 SRR용 24GHz대역 안테나를 구현하였고, 복사 패치를 육각형, 삼각형으로 변화를 주어 직사각형 패치와 비교 분석하였다. 또한 급전선에 트랜스포머를 추가하고 길이를 조절하여 임피던스 매칭을 시도하였다. 안테나 시뮬레이션을 위해 상용 소프트웨어인 HFSS를 사용하였다.
그림 3(a)의 육각형 패치의 경우 기존 사각 패치 구조에서 네 군데 모서리를 이등변 삼각형 모양으로 제거하여 구현하였다. 변수 G의 크기를 0.1-1.3mm로 0.2mm의 간격으로 변화시키면서 안테나의 특성을 살펴보았다. 그림 6은 육각형 패치 내에서 변수 G의 크기 변화에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
본 논문에서는 기존 직사각형 패치 배열안테나에서 패치의 형태를 육각형과 삼각형으로 변경하고, 급전선 브랜치의 각도를 바꾸어 안테나의 전반적인 특성을 확인하였다. 배열안테나는 1 × 6으로 구성하였고, 비유전율 ∊r = 3.
본 논문에서는 직사각형 패치 배열을 1 × 6로 하여 SRR용 24GHz대역 안테나를 구현하였고, 복사 패치를 육각형, 삼각형으로 변화를 주어 직사각형 패치와 비교 분석하였다.
브랜치 각도 A를 5-20°로 5°의 간격으로 변화시킨후 안테나 특성을 살펴보았다.
육각형 패치의 경우 기존 패치에서 네군데 모서리를 G라는 길이에 따라 제거하여 구현한 것이다. 삼각형 패치는 삼각형 높이 TL와 밑변길이 TW을 변화시켜 기존 패치보다 안테나의 크기가 줄어들면서도 안테나의 특성이 어떻게 변화되는지를 살펴보았다.
6mm SMA 고주파 컨넥터를 이용하였고, 그림 11은 제작된 안테나 사진을 나타내었다. 안테나 특성 파라미터인 반사손실 측정은 에질런트사의 HP8722ES Vector Network Analyzer를 이용하여 측정하였다.
더불어서 안테나의 패치 모양에도 변화를 주었다. 여러 모양 중에서 모양의 큰 변화 없이도 안테나의 성능 변화를 시도하기 위해서 육각형과 삼각형 두 가지 모양을 선택했다. 그림 3(a)는 육각형 패치를 그림 3(b)는 삼각형 패치이다.
최적화된 시뮬레이션 결과를 이용하여 안테나를 제작하였다. 안테나 기판 재질은 비유전율 ∊r = 3.
안테나 시뮬레이션을 위해 상용 소프트웨어인 HFSS를 사용하였다. 파라미터 스윕을 통한 최적화된 결과를 얻었으며, 이를 토대로 두께가 0.56mm인 TACONIC사의 TLC 기판을 사용하여 안테나를 제작하고 측정하였다.
대상 데이터
배열안테나는 1 × 6으로 구성하였고, 비유전율 ∊r = 3.2인 테프론 유전체를 가지고 높이가 0.56mm인 기판을 활용하였다.
안테나 급전은 0.6mm SMA 고주파 컨넥터를 이용하였고, 그림 11은 제작된 안테나 사진을 나타내었다.
최적화된 시뮬레이션 결과를 이용하여 안테나를 제작하였다. 안테나 기판 재질은 비유전율 ∊r = 3.2인 테프론이며 안테나 기판 높이는 0.56mm이다. 안테나와 접지면 재질은 16um 의 동(copper)을 사용하여 제작하였다.
56mm이다. 안테나와 접지면 재질은 16um 의 동(copper)을 사용하여 제작하였다. 안테나 급전은 0.
제작된 안테나는 24.05GHz에서 9.65-10.06dBi 이득을 가지며, 메인로브의 빔폭은 12∘ 이고, 안테나 크기는 70 ×36mm2 이다.
이론/모형
또한 급전선에 트랜스포머를 추가하고 길이를 조절하여 임피던스 매칭을 시도하였다. 안테나 시뮬레이션을 위해 상용 소프트웨어인 HFSS를 사용하였다. 파라미터 스윕을 통한 최적화된 결과를 얻었으며, 이를 토대로 두께가 0.
성능/효과
표 7은 각 패치별 중심주파수, 10dB 대역폭과 패치 크기별로 비교한 결과를 보여준다. 3개 패치 모두 중심주파수가 낮은 주파수로 100MHz 이상 이동했지만 복사패턴을 측정하고자 하는 24.05GHz에서 모두 10dB 대역폭 안에서 포함되어 있는 것을 확인했다. 삼각형 패치의 경우 직사각형 패치에 비해 56%까지 줄어들지만 직사각형 패치와 비슷한 결과를 얻는 것을 확인했다.
TH값이 3.8일 때 이득이 12.58dBi로 가장 큰 값을 보이며 HPBW는 12 °, side lobe와의 이득 차도 10.26dB의 값으로 가장 좋은 결과를 보이고 있다.
각 패치에 대해서 HPBW는 시뮬레이션에 비해 0.32-1.75° 정도의 큰 빔폭으로 측정된 것을 확인했다.
결과적으로 직사격형 패치의 경우 브랜치 각도가 10 °일 때 가장 최적화된 결과를 보이며, 육각형 패치로 변경했을 때 G값이 0.3mm, 삼각형 패치로 변경했을 때 TH값이 3.8mm 일 때 최적화되었다.
05GHz에서 모두 10dB 대역폭 안에서 포함되어 있는 것을 확인했다. 삼각형 패치의 경우 직사각형 패치에 비해 56%까지 줄어들지만 직사각형 패치와 비슷한 결과를 얻는 것을 확인했다.
8mm 일 때 최적화되었다. 이를 통해 브랜치 각도의 변화로 복사기의 구조 자체의 크기를 소형화시킬수 있고, 기존 패치 형태에서 육각형, 삼각형으로 변경하여 안테나 패치 크기가 줄어들어도 안테나 특성에 큰 변화를 보이지 않는 결과를 얻었다.
종합적인 분석 결과 각도가 10°일 때 최적화된 결과를 보이는 것으로 확인되었다.
중심주파수는 24GHz에 대해서 0.07-0.35GHz의 변화폭을 보이고 있으며, 대역폭은 브랜치의 각도가 10°일 때 970MHz로 4%에 이르는 넓은 10dB 대역폭을 보이는 것을 확인했다.
직사각형 패치 외에 다른 모양의 패치를 사용해도 기존 성능을 유지할 수 있으며, 급전선 브랜치를 다양한 각도로 변화시킴으로 배열 안테나 제작에 있어 기판의 크기를 줄이고 제작 상에 다양성에 기여할 수 있음을 확인했다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SRR용 레이더 기술개발 기업에는 어떠한 기업들이 있는가?
25GHz대역을 Short Range Devices용으로 정의하였다[3] . SRR용 레이더 기술개발 기업으로는 미국 (M/A-COM), 독일 (Siemens), 프랑스(Valeo), 한국(Hella), 일본(Fujitsu, Toyota) 등이 있다[1].
패치 배열 안테나의 장점은 무엇인가?
그래서 최근에는 기존의 혼 안테나보다 패치 배열 안테나가 많이 사용되어진다. 패치 배열 안테나의 장점은 안테나를 배열함으로써 높은 이득을 얻을 수 있고, PCB 형태이기 때문에 장착 쉽고 소형화에 적합하다[2].
패치 배열 안테나가 기존의 혼 안테나보다 많이 사용되어지는 이유는 무엇인가?
자동차용 레이더 안테나는 자동차의 외형을 손상시키기 않고 장착이 쉽고, 소형화해야 한다. 그래서 최근에는 기존의 혼 안테나보다 패치 배열 안테나가 많이 사용되어진다.
참고문헌 (7)
M. Park, P. J. Park, D. Y. Kim, C. S. Kim, B. T. Koo, H. B. Jung, H. K. Yu, "Technology Trends of 77GHz Automotive Radar Components", ETRI, Electronics and Telecommunications Trends, pp. 101-112, Feb. 2012. DOI: 10.22648/ETRI.2012.J.270110
H. M. Joo, B. C. Park, Y. C. Kay, J. H. Lee, "X, K-Band Patch Array Antenna Having One Port Feeding for Radar Detector", The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Scienc, pp. 559-569, May. 2012. DOI: 10.5515/KJKIEES.2012.23.5.559
ETSI EN 302 288 V1.v.0 (2017-01)
E. Levine, G. Malamud, S. Shtrikman, and D. Treves, "A study of microstrip array antennas with the feed network", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 37, no. 4, Apr. 1989. DOI: 10.1109/8.24162
M A Matin, A. I. Sayeed, "A Design Rule for Inset-fed Rectangular Microstrip Patch Antenna", WSEAS Transactions on Communications, vol. 09, Jan. 2010.
Constantine A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, Third Edition, WILEY, 2005.
H. K. Lee, Y. W. Park, H. K. Choi, "Design of X-Band Phased Array Antenna Systems for Satellite Communication", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 5 No. 1, pp. 53-61, May 2005.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.