A Dual-band Circularly-polarized Elliptic Microstrip Antenna

목차

1. 서 론

2. 본 론
2.1. Background Theory
2.1.1. 편파
2.1.1.1. 원형편파
2.1.1.2. 타원편파
2.1.1.3. 축비(Axial Ratio)
2.1.1.4. 우선회편파(RHCP)
2.1.2. 원형 패치
2.1.2.1. 전계와 자계
2.1.2.2. 공진주파수
2.1.2.3. 등가전류밀도와 방사계
2.2. Pre-design
2.2.1. K.L. Wong and K.B. Hsieh
2.2.2. W.S. Chen, C.K. Wu, and K.L. Wong
2.2.3. K. P. Wang and K.L. Wong
2.2.4. K.B. Hsieh, M.H. chen, and K.L. Wong
2.3. The proposed design
3. 결 과
3.1. Computer Simulation Results
3.1.1. Return Loss
3.1.2. Smith Chart
3.1.3. Axial Ratio
3.1.4. Radiation Pattern
3.1.4.1. At 1.575GHz, xz plane
3.1.4.2. At 1.575GHz, yz plane
3.1.4.3. At 2.642GHz, xz plane
3.1.4.4. At 2.642GHz, yz plane
3.2. Practical Experimental Results
3.2.1. The proposed microstrip antenna
3.2.2. Measured Return Loss
3.2.3. Measured Smith Chart
3.2.4. Measured Radiation Pattern
3.2.5. Measured Axial Ratio
3.2.5.1. Measured Axial Ratio at 1.575GHz
3.2.5.2. Measured Axial Ratio at 2.642GHz

4. 결 론

5. References

본문내용

o
: 1.575GHz 대역
그림15. Simulation Axiarl Ratio at 1.575GHz
: 2.642GHz 대역
그림16. Simulation Axiarl Ratio at 2.642GHz
: Simulation 상에 나타낸 Axial Ratio는 두 대역 모두 3dB이하의 좋은 특성을 나타내었다. 모두 중심이 1.575GHz, 2.642GHz으로 좋은 CP 특성을 보인다.
3.1.4. Simulation Radiation Pattern
: Simulation을 통해 얻어진 Radiation Pattern은 다음과 같다.
3.1.4.1. Radiation Pattern (1.575GHz, xz plane)
그림17. Radiation Pattern (1.575GHz, xz plane)
3.1.4.2. Radiation Pattern (1.575GHz, yz plane)
그림18. Radiation Pattern (1.575GHz, yz plane)
3.1.4.3. Radiation Pattern (2.642GHz, xz plane)
그림19. Radiation Pattern (2.642GHz, xz plane)
3.1.4.4. Radiation Pattern (2.642GHz, yz plane)
그림20. Radiation Pattern (2.642GHz, yz plane)
3.2. Practical Experimental Results
3.2.1.The proposed practical microstrip antenna
: Simulation 결과를 바탕으로 실제 제작된 패치안테나이다.
그림21. 실제 제작된 안테나
: 많은 튜닝 과정을 통해 시뮬레이션 결과와 유사한 특성을 보이는 안테나를 제작하였으며 그 측정 결과는 다음과 같다.
3.2.2. Measured Return Loss
그림22. Measured Return Loss
: 먼저 Return Loss이다. 많은 튜닝 작업을 통해 시뮬레이션과 유사한 RL 값을 얻었는데 1.575GHz에서 약 15.4dB, 2.63- 2.655GHz 구간에서 17dB이상의 좋은 특성을 보인다.
3.2.3. Measured Smith Chart
그림23. Measured Smith Chart
: 측정된 Smith Chart이다. 실제 제작 후 튜닝과정 중 가장 어려웠던 점은 바로 Axial Ratio 특성을 위해 center 부근의 볼록한 모양에 1.575GHz와 2,642GHz를 위치시키는 것이었는데 다양한 튜닝작업을 통해 VSWR을 1.5이하로 유지하면서 좋은 CP특성을 얻는 모양을 제작할 수 있었다.
3.2.4. Measured Radiation Pattern
: 다음은 실제 업체를 통하여 측정한 Radiation Pattern이다.
그림24. Measured Radiation Pattern
3.2.5. Measured Axial Ratio
: 다음은 실제 업체를 통하여 측정한 Axial Ratio이다.
3.2.5.1. Measured Axial Ratio at 1.575GHz
그림25. Measured Axial Ratio at 1.575GHz
3.2.5.2. Measured Axial Ratio at 2.642GHz
그림26. Measured Axial Ratio at 2.642GHz
: Simulation 결과와 실제 제작 후 측정된 RL 혹은 Smith Chart의 결과를 토대로 좋은 CP 특성을 예상하였으나 실제 업체를 통하여 얻어진 Axial Ratio 결과는 최소값 3.5dB, 평균 6dB 정도로 좋지않은 특성을 보인다. 이 예상치 못한 결과는 이번 졸업작품을 진행하면서 가장 아쉬웠던 점으로 Radiation pattern의 측정은 업체를 이용하여야 하는 관계로 좀 더 많은 측정을 할 수 없어 더 이상의 작업은 불가능하였다.
4. 결 론
: 본 프로젝트에서는 GPS와 DMB 대역을 수신하는 타원 모양의 안테나를 디자인하였다. 시뮬레이션과 실제 제작을 통해 Return Loss는 15dB이하, 그리고 VSWR은 1.5이하를 각각의 주파수에서 만족하는 좋은 특성을 보엿다. 시뮬레이션의 결과와 실제 제작 후 보여진 Return Loss 그리고 Smith Chart의 형태로 미루어볼 때 좋은 CP 특성을 보일 것을 예상하였으나 실제 업체를 통하여 얻어진 Axial Ratio는 예상밖의 결과인 최소 3.5dB, 평균 6dB의 좋지않은 결과를 얻었다. 이는 졸업작품을 진행하면서 가장 아쉬웠던 점으로 Radiation pattern의 측정은 업체를 이용하여야 하는 관계로 좀 더 많은 측정을 할 수 없어 더 이상의 작업은 불가능하였다.
5. References
- Constantine A. Balanis (Editor), Antenna Theory, Wiley&Sons, 1996
- K.P. Yang and K.L. Wong, "Dual-band circularly-polarized square microstrip antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat. 49, 377-382, March 2001.
- K.B. Hsieh, M.H. Chen, and K.L. Wong, "Single-feed dual-band circularly polarized microstrip antenna," Electron. Lett. 34. 1170-1171, June 11, 1998.
- W.S. Chen, C.K. Wu, and K.L. Wong, "Compact circularly polarized circular microstrip antenna with cross slot and peripheral cuts," Electron, Lett. 34, 1040-1041, May 28, 1998.
- K.L. Wong and K.B. Hsieh, "Dual- frequency circular microstrip antenna with a pair of arc-shaped slots," Microwave Opt. Technol, Lett. 19, 410-412, Dec. 20, 1998

키워드

Dual-band,   Antenna,   Microstrip