[논문]10.525 GHz 대역 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나

여준호; 이종익

doi:10.12673/jant.2024.28.1.136

10.525 GHz 대역 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나
10.525 GHz Band Broadband Inset-fed Microstrip Patch Antenna 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.28 no.1, 2024년, pp.136 - 141

초록
AI-Helper

본 논문에서는 10.525 GHz 대역에서 동작하는 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 3개의 폭이 좁은 직사각형 패치로 구성된다. 중앙 패치의 중심에서 2개의 대칭적인 측면 패치들이 스트립 도체로 연결되어 중간 패치에 대해 수직 방향으로 엇갈리게 중심이 이동하여 배치되었다. 성능 비교를 위해 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 실험 결과, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 전압 정재파비가 2 이하인 주파수 대역은 10.036-11.051 GHz (9.63%)이고, 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 주파수 대역은 10.306-10.772 GHz (4.42%)이다. 따라서, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 2.18배 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a broadband inset-fed microstrip patch antenna operating at 10.525 GHz band was proposed. The proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna consists of three narrow rectangular patches. At the center of the center patch, two symmetrical side patches were connected by a strip conductor and were arranged with their centers shifted in a perpendicular direction with respect to the center patch. For performance comparison, a conventional inset-fed square microstrip patch antenna was designed. Experiment results show that the frequency band of the measured input reflection coefficient with a voltage standing wave ratio less than 2 for the broadband inset-fed microstrip patch antenna was 10.036-11.051 GHz (9.63%), whereas that for the conventional inset-fed rectangular microstrip patch antenna was 10.306-10.772 GHz (4.42%). Therefore, the input reflection coefficient frequency bandwidth of the fabricated broadband inset-fed microstrip patch antenna was increased by 2.18 times, compared to the conventional inset-fed square microstrip patch antenna.

주제어

표/그림 (7)

그림 그림 1. 안테나 구조: (a) 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나, (b) 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나 Fig. 1. Geometries of antennas: (a) proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna (b) conventional inset-fed square microstrip patch antenna.
그림 그림 2. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나와 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 성능 비교 Fig. 2. Performance comparison of the proposed broadband inset-fed and conventional inset-fed square microstrip patch antennas.
표 표 1. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나와 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 최종 설계변수 Table 1. Final design parameters of the proposed broadband inset-fed and conventional inset-fed square microstrip patch antennas.
그림 그림 3. 제작된 안테나 사진: (a) 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나, (b) 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나 Fig. 3. Photographs of fabricated antennas: (a) proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna and (b) conventional inset-fed square microstrip patch antenna.
그림 그림 4. 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나 성능 Fig. 4. Performance of the fabricated conventional inset-fed square microstrip patch antenna.
그림 그림 5. 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나 성능 Fig. 5. Performance of the fabricated broadband inset-fed microstrip patch antenna.
그림 그림 6. 복사 패턴 비교: (a) 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 공진 주파수(10.525 GHz), (b) 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 첫 번째 공진 주파수(10.162 GHz), (c) 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 두 번째 공진 주파수(10.753 GHz) Fig. 6. Comparison of radiation patterns: (a) resonant frequency of the conventional inset-fed square microstrip patch antenna(10.525 GHz), (b) first resonant frequency of the proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna(10.162 GHz), and (c) second resonant frequency of the proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna(10.753 GHz).

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 10.525 GHz 대역에서 동작하는 광대역 인셋(inset)-급전 마이크로스트립 패치 안테나 제안하였다. 물체 감지 센서용 레이더 안테나의 이득을 증가시키기 위해서는 배열 안테나를 사용하여야 하며 단일 기판을 이용하여 쉽게 제작하기 위해서는 프로브 급전 보다는 마이크로스트립 선로 급전이 필요하다.
본 논문에서는 10.525 GHz 대역에서 동작하는 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 3개의 폭이 좁은 직사각형 패치로 구성되며, 중앙 패치의 중심에서 2개의 대칭적인 측면 패치들이 스트립 도체로 연결되어 중간 패치에 대해 수직 방향으로 엇갈리게 중심이 이동하여 배치되었다.

제안 방법

제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 3개의 폭이 좁은 직사각형 패치로 구성되며, 중앙 패치의 중심에서 2개의 대칭적인 측면 패치들이 스트립 도체로 연결되어 중간 패치에 대해 수직 방향으로 엇갈리게 중심이 이동하여 배치되었다. 성능 비교를 위해 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다.
18 mm이다. 이 길이를 이용하여 10.525 GHz에서 공진하도록 시뮬레이션을 통하여 인셋의 길이와 폭을 조절하여 설계하였다.
이를 위해 인셋-급전과 수직 방향으로 엇갈리게 배치된 3개의 패치들을 이용하여 광대역 마이크로스트립 패치 안테나를 두께 0.8 mm의 20 mm×20 mm 크기의 FR4 기판에 설계하여 기존의 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나와 성능을 비교하였다
525 GHz 대역에서 동작하는 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 3개의 폭이 좁은 직사각형 패치로 구성되며, 중앙 패치의 중심에서 2개의 대칭적인 측면 패치들이 스트립 도체로 연결되어 중간 패치에 대해 수직 방향으로 엇갈리게 중심이 이동하여 배치되었다. 성능 비교를 위해 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다.
안테나 설계와 성능 분석은 상용 전자파 해석 소프트웨어인 CST사의 Studio Suite를 이용하여 시뮬레이션하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 FR4 기판에 제작하여 입력 반사 계수, 이득, 방사 패턴 특성을 측정하여 확인하고자 한다.

대상 데이터

기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나는 아래 공식들을 이용하여 패치의 길이를 계산하였다[16]. 기판의 비유전율 4.1, 기판의 두께 0.8 mm, 공진 주파수 10.525 GHz를 이용하여 계산한 정사각형 패치의 길이는 7.18 mm이다. 이 길이를 이용하여 10.
제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나와 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 성능을 비교하기 위해 그림 3과 같이 FR4 기판에 제작하였다.

데이터처리

Agilent사의 N5230A 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 제작된 안테나의 입력 반사 계수를 측정하였다. 이득은 전파 무반사실 내에서 최대 복사 방향인 +z축 방향으로 측정하였다.
이득은 전파 무반사실 내에서 최대 복사 방향인 +z축 방향으로 측정하였다. 그림 4는 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수와 이득을 측정하여 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 측정된 입력 반사 계수의 VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.
그림 5는 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수와 이득을 측정하여 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 측정된 입력 반사 계수의 VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.
그림 6은 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 공진 주파수 10.525 GHz와 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 두 공진 주파수인 10.162 GHz와 10.753 GHz에서 측정된 복사 패턴을 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 측정된 복사 패턴은 시뮬레이션 결과와 유사하며, 전후방비가 조금 크게 나온 것은 측정시 사용된 케이블의 영향 때문인 것으로 판단된다.
8 mm의 20 mm×20 mm 크기의 FR4 기판에 설계하여 기존의 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나와 성능을 비교하였다. 안테나 설계와 성능 분석은 상용 전자파 해석 소프트웨어인 CST사의 Studio Suite를 이용하여 시뮬레이션하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 FR4 기판에 제작하여 입력 반사 계수, 이득, 방사 패턴 특성을 측정하여 확인하고자 한다.

성능/효과

1 dBi이다. 따라서, 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 약 2.28배 증가하였다. 그러나 대역내 이득의 최대 및 최소 값은 0.
2 dBi이다. 따라서, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 2.18배 증가하였다. 시뮤레이션 결과와의 차이는 제작 상의 오차와 측정 환경으로 인해 발생한 것으로 판단된다.
2 dBi이다. 시뮬레이션 결과와 비교할 때 주파수 대역은 0.47% 증가하였으나 이득은 0.5-0.7 dB 감소하였다. 이것은 제작상의 오차와 측정 환경 등 때문으로 판단된다.
7 dBi이다. 시뮬레이션 결과와 비교할 때 주파수 대역은 0.62% 증가하였으나 이득은 0.5-0.7 dB 감소하였다. 측정 결과가 시뮬레이션 결과와 다른 이유는 제작 상의 오차와 측정 환경 등 때문으로 판단된다.
7 dBi이다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 경우, VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.051-10.999 GHz (9.01%)이고, 대역내 이득은 2.4-3.1 dBi이다. 따라서, 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 약 2.
제작돤 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.036-11.051 GHz (9.63%)이고, 대역내 이득은 1.7-2.7 dBi이다. 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.
7 dBi이다. 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 VSWR이 2 이하인 주파수 대역은 10.306-10.772 GHz (4.42%)이고, 대역내 이득은 2.3-3.2 dBi이다. 따라서, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 2.

후속연구

제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 물체 감지용 레이더 배열 안테나의 배열 소자 안테나의 대역폭 확장 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (16)

R. J. James, "A history of radar," IEE Review, Vol. 35, No.？9, pp. 343-349, Oct. 1989.

상세보기
M. S. Greco, J. Li, T. Long, and A. Zoubir, "Advances in？radar systems for modern civilian and commercial？applications: part 1 [from the guest editors]," IEEE Signal？Processing Magazine, Vol. 36, No. 4, pp. 13-15, Jul. 2019.

상세보기
Technical requirements for unlicensed wireless device(MSIT？Notification 2022-75) [Internet], Available; https://www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCodeuser&bbsSeqNo83&nttSeqNo3175661.
W. Menzel and A. Moebius, "Antenna concepts for？millimeter-wave automotive radar sensors," Proceedings of？the IEEE, Vol. 100, No. 7, pp. 2372-2379, Jul. 2012.

상세보기
D. M. Pozar, "Microstrip antennas," Proceedings of the？IEEE, Vol. 80, No. 1, pp. 79-91, Jan. 1992.
W. Chen, K-F. Lee, and R. Q. Lee, "Input impedance of？coaxially fed rectangular antenna on electrically thick？substrate," Microwave and Optical Technology Letters, Vol.？6, No. 6, pp. 387-390, May 1993.
G. Kumar and K. Gupta, "Directly coupled multiple？resonator wide-band microstrip antennas," IEEE？Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 33, No. 6,？pp. 588-593, Jun. 1985.

상세보기
W. S. T. Rowe and R. B. Waterhouse, "Investigation into the？performance of proximity coupled stacked patches," IEEE？Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 54, No. 6,？pp. 1693-1698, Jun. 2006.

상세보기
S. Weigand, G. H. Huff, K. H. Pan, and J. T. Bernhard,？"Analysis and design of broad-band single-layer rectangular？U-slot microstrip patch antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 51, No. 3, pp. 457-468,？Mar. 2003.

상세보기
F. Yang, Xue-Xia Zhang, Xiaoning Ye, and Y.？Rahmat-Samii, "Wide-band E-shaped patch antennas for？wireless communications," IEEE Transactions on Antennas？and Propagation, Vol. 49, No. 7, pp. 1094-1100, Jul. 2001.

상세보기
V. G. Kasabegoudar and K. J. Vinoy, "Coplanar？capacitively coupled probe fed microstrip antennas for？wideband applications," IEEE Transactions on Antennas？and Propagation, Vol. 58, No. 10, pp. 3131-3138, Oct.？2010.

상세보기
C. L. Mak, K. M. Luk, K. F. Lee, and Y. L. Chow,？"Experimental study of a microstrip patch antenna with an L-shaped probe," IEEE Transactions on Antennas and？Propagation, Vol. 48, No. 5, pp. 777-783, May 2000.

상세보기
J. D. Zhang, L. Zhu, Q. S. Wu, N. W. Liu, and W. Wu, "A？compact microstrip-fed patch antenna with enhanced？bandwidth and harmonic suppression," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 64, No. 12, pp. 5030-5037, Dec. 2016.

상세보기
J. U. Yoo and H. W. Son, "A simple compact wideband？microstrip antenna consisting of three staggered patches,"？IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 19,？No. 12, pp. 2038-2042, Dec. 2020.

상세보기
R. Vincenti Gatti, R. Rossi, and M. Dionigi, "Single-layer？line-fed broadband microstrip patch antenna on thin？substrates," Electronics, Vol. 10, No. 1, p. 37, 2020.
J. Yeo and J. I. Lee, "Gain enhancement of microstrip patch？array antennas using two metallic plates for 24 GHz radar？applications," Electronics, Vol. 12, No. 7, p. 1512, 2023.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증