Earticle

본 논문은 무인항공기 탑재용 능동 빔 보상이 가능한 X-대역(9.375 GHz) 1×2 배열 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 먼저 기본형 1×2 배열 마이크로스트립 안테나와 윌킨슨 전력분배기를 결합하여 배열 안테나를 설계 하였고, 배열 안테나의 방사 성능을 확인하였다. 측정 결과, 다음으로 설계된 배열 안테나의 빔 조향을 위해 위상기, 윌킨슨 전력분배기를 모듈구조로 제작하였고, 위상 천이에 따른 빔 조향 특성을 측정 하였다. 금속 차폐를 통해 메인 로브는 0° 방향에서 0.3 dB 개선된 –0.6 dBi로, 좌우 대칭인 안정된 방사패턴을 얻었다. 또한 180° 방향에서 사이드 로브를 18.8 dB 감소시켰다. 다음으로, 무인항공기 날개에 컴팩트하게 탑재할 수 있도록 배열 안테나의 뒷면에 위상기와 전력분배기를 부착하여 능동 빔 조향 마이크로스트립 배열 안테나를 설계 및 제작 하였다. 측정 결과 최대 이득은 0.7 dB 향상된 0.1 dBi로, 메인 로브는 좌우 대칭이며 사이드 로브가 억제된 형태의 방사 특성을 얻을 수 있었다. 따라서, 무인항공기 날개에 탑재된 배열 안테나에 대해 날개의 변형에 따른 빔 오차를 보상할 수 있는 기본 안테나 설계 기술을 확보하였다.

This paper presents an X-band (9.375 GHz) 1×2 array microstrip antenna which is capable of active beam compensation for installation of an unmanned aerial vehicle (UAV). First of all, a basic 1×2 array microstrip antenna incorporated with wilkinson power divider was designed and performance of the array antenna was verified. Next, to verify beam steering performance of the designed array microstrip antenna, we fabricated a phase shifter, and the wilkinson power divider as module structure and measured characteristics of beam steering according to phase shifting. The main lobe is 0.6 dBi at 0°, and the side lobe decreased 18.8 dB. The reliable radiation pattern was achieved. Finally, an active beam steering microstrip array antenna attached with the phase shifter and the power divider on the back side of the antenna was designed and fabricated to install wing of UAV for compactness. The maximum gain is 0.1 dBi. Therefore, we obtained a basic antenna technology for compensating beam error according to wing deformation of an UAV installed array antennas.

본 논문에서는 10.3GHz(x-band) 주파수에서 동작하는 단일 및 2-패치 마이크로스트립 배열 안테나 설계 및 시뮬 레이션 결과를 제시하였다. 전송선로 이론을 통한 패치와 급전 선로 설계 파라미터를 구하였고 CST MWS를 사용하여 마이 크로스트립 패치 배열 안테나를 최적화 설계하는 과정을 제안하였다. 먼저 단일 마이크로스트립 패치 안테나를 설계한 후 최적의 반사 손실 및 이득을 얻기 위해 CST MWS를 사용하여 각 파라미터를 최적화하였다. 그리고 X-대역 애플리케이션 을 위한 2×1 마이크로스트립 배열 안테나로 설계를 확장하였다. 사용된 기판은 Roger RO4350B(h=0.79mm, Er = 3.54 ) 이고 급전 방식은 안테나 크기와 급전 효율을 고려하여 인셋(inset) 급전 방식을 사용하였다. CST MWS를 활용한 시뮬레이 션 결과를 제시하였으며, 동작 주파수(10.3GHz)에서 -18dB의 S11, 10.2dBi의 이득, 0.165GHz의 대역폭, 30o(Az, φ=0), 121o(El, φ=90)의 3-dB 빔폭을 얻었다. 향후 본 연구 결과를 기본으로 4×4 어레이로 추가 확장하여 안테나를 설계 및 제작하여 다양한 X-밴드 애플리케이션에 활용될 수 있다.

This paper presents a single and 2-patch microstrip array antenna operated on a frequency of 10.3GHz(x-band). It outlines the process of designing a microstrip patch array antenna using CST MWS. Initially, a single microstrip antenna was designed, followed by optimization using CST MWS to attain optimal return losses and gain. Subsequently, the design was expanded to create a 2×1 microstrip inset-fed array antenna for the X-band applications. The construction material is Roger RO4350B, with specific dimensions (h=0.79mm, Er = 3.54). The achieved results include an S11 of -18dB at the resonant frequency (10.3GHz), a gain of 9.82dBi, a bandwidth of 0.165GHz, and a 3-dB beamwidth of 30o, 121o in Az(φ=0) and El(φ=90) plane, respectively. The future plan involves the fabrication of this array antenna and further expansion to a 4×4 array of microstrip antennas. It is then incorporated on the X-band applications for practical uses.

본 논문은 X-Band 애플리케이션에 활용하기 위한 4x4 마이크로스트립 어레이 안테나 최적화 설계와 제작에 대한 연구 결과를 제시하고 있다. 일반적으로 마이크로스트립 패치와 어레이 안테나 설계 파라미터는 기판의 종류와 패치의 사이즈를 조정함으로써 원하는 공진 주파수와 이득을 얻을 수 있다. 이 연구는 X-Band 공진 특성과 이득을 향상시키기 위해 최적의 기판 재료로 설계된 4x4 어레이 안테나 설계와 제작을 통한 특성 측정 결과를 소개하였다. 설계된 안테나의 크기는 10mm(W)x7.4mm(W)x0.79(H)mm 이다. 사용된 유전체 기판은 Rogers RO 4350B(εr=3.54)이며 안테나 급전 방식은 안테나의 사이즈를 줄이기 위해 인셋피드(Inset-fed) 방식이 적용되었다. 제안된 구조의 단일패치와 4x4 어레이 안테나는 설계 중심 주파수 10.3GHz에서 안정된 SWR(<1.5) 특성과 18.5dBi의 이득으로 예측되었다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 안테나가 제작되었고 측정 결과도 시뮬레이션 결과와 유사한 특성을 나타내는 것을 보았다. 본 연구에서 제안된 안테나는 군사, 위성 통신, 생물의학 분야를 포함한 X-Band 애플리케이션에 활용될 수 있다.

This paper details research on the optimized design and fabrication of a 4x4 microstrip array antenna intended for X-Band applications. The study focuses on achieving the desired resonance frequency and gain by modifying the microstrip patch and array antenna parameters, including substrate type and patch size. It presents results from designing and fabricating a 4x4 array antenna with optimum substrate materials to enhance X-Band resonance characteristics and gain. The antenna dimensions are 10mm(W)x7.4mm(L)x 0.79mm(H), with an Rogers RO 4350B dielectric substrate (εr=3.54) and an inset-fed feeding method to minimize antenna size. Both the single patch and 4x4 array antennas demonstrated stable SWR (<1.5) and a gain of 18.5dBi at the target frequency of 10.3GHz in simulations. The fabricated antenna showed performance consistent with simulation results. This antenna design is suitable for X-Band applications, including military, satellite communications, and biomedical fields.

Microstrip patch antenna is a low profile antenna which has low gain and narrow bandwidth. In this paper a RMPA at 2.4835 GHz is designed for mounting antenna in exposure system. Exposure system is a chamber made up of wood in which two antennas of same frequency mounted. One antenna is used for radiation while other one for reception. The RMPA designed using CST software with gain of 2.8647 dB. In exposure system animals like rats can be placed for observing effects from Wi-Fi systems. These effects are applicable to humans also. For observing effects gain is not sufficient so there is need of gain enhancement. There are numerous techniques of gain enhancement but I proposed antenna array technique. Antenna array which is a collection of radiating elements are very versatile and synthesize a required pattern that can not be achieved using single element. So here two rectangular patches of same size and frequency connected as an array. The gain of array system is 5.6692 dB. Hence there is 97.89% increase in the gain of RMPA.

In this paper, we designed and interpreted the array antennas of the aperture-coupled microstrip operating in the millimeter-wave band for radar system. The microstrip array antenna can be designed with a transmission line circuit and a matching circuit in the same substrate. Therefore it is easy to combine with the active elements of the system. We add the slots to the patch to overcome it because general microstrip patch antennas have narrow band characteristics. we have designed the U-shaped slots in the patch. The substrate of patch for an aperture-coupled is used for general dielectric layer, and the substrate of transmission line for T-junction feeding is used FR4-epoxy. At this time, the analyzed center frequencies are 17 resonance mode from 24 GHz to 77 GHz at the 4☓4 array. As a result, this paper is proposed the possibility of prototyping by design of multi-mode array antenna in the millimeter-wave.

In this paper, we have designed the patch array antennas with the slots capable of working in the E-band as the size of patch capable of operating in Ka-band. The slots inside the patch have the symmetry as the U-shaped slots. The designed array antennas have multi-mode characteristics at 77GHz. As a result, this paper is proposed the possibility of prototyping by design and analysis of microstrip array antennas 4×4 for automobile anti-collision system as using a typical FR-4 epoxy substrate.

In this paper, we designed and analysis the aperture-coupled microstrip array antennas for the short range radar (SRR) system. These antennas can be designed with transmission lines and matching circuits in the same substrate LTCC. We achieved the proper impedance matching throughout the corporate feeding array configurations provides the lossless T-junction. In order to more exactly match in the T-junction, we have added slit in the junction. The return loss of arrays with feed network using T-junction dividers are analyzed using SEMCAD X tool using the finite difference time domain (FDTD) method to analyze such structures. The radiation patterns of these designed arrays are very simple and high efficiency for the applications in the millimeter-wave. The operating frequency of all our designed antennas is 24 GHz. As a result, this paper is proposed the possibility of prototyping by design of array antennas in the millimeter-wave.

This abstract demonstrates simple, low cost and high gain microstrip array antennas with suitable feeding technique and suitable dielectric substrate for applications in the GHz frequency range. The objective of this paper is to design, and fabricate a 16 element rectangular microstrip patch array antenna. Therefore, a novel particle swarm optimization method based on IE3D was used to design an inset feed linearly polarized rectangular microstrip patch antenna array with sixteen elements. .Initially we set our antenna as a single patch and after evaluating the outcomes of antenna features; operation frequency, radiation patterns, reflected loss, efficiency and antenna gain, we transformed it to a 2x1 array. Finally, we analyzed the 2×2 array, then 4×2 array and finally 4 × 4 array to increase directivity, gain, efficiency and have better radiation patterns. The simulation has been performed by Zeland software version 14.0 and the desired antenna provides a return loss of -42.154dB at 2.45 GHz by using RT Duroid dielectric substrate with Єr= 2.45 and height , h= 1.58mm. The gain of the antenna is found to be 19.455 dBi and the side lobe is maintained lower than the main lobe. Since the resonant frequency of these antenna is around 2- 4 GHz, so these are suitable for S – band applications and can be used in WLAN communication systems.

본 눈문에서는 마이크로스트립 안테나의 좁은 대역폭 문제를 개선하여 IEEE 802.11의 표준 규격을 모두 포함 할 수 있는 WLAN과 WiFi를 위한 3.6GHz와 5.2GHz의 대역에 만족하는 이중 대역 배열 안테나를 설계 하였다. 제안 된 마이크로스트립 배열 안테나의 기판은 FR-4(er=4.3)이고, 크기는 25mm× 45mm× 0.8mm, 두께는 t=0.035mm이며 시뮬레이션은 CST Microwave Studio 2014를 사용하였다. 입력 대비 반사손실은 -10dB 이하에서 동작하고, 이득은 3.6GHz일 때 2.5dB, 5.2GHz일 때에는 3.5dB의 결과를 나타내었다. 소형화되어 설계된 안테나를 휴대폰 및 전자 기기 에서 충분히 사용할 수 있도록 하였다.

in this paper, to improve the narrow bandwidth problem of the microstrip antenna for WLAN and WiFi dual band array antenna was designed to satisfy the bandwidth of 3.6GHz and 5.2GHz it contained with IEEE 802. 11. The substrate of proposed microstrip array antenna is FR-4(er=4.3) and 25mm×45mm×0.8mm size and thickness t=0.035mm, and the simulation was used for CST Microwave Studio 2014. input return loss compared -10dB less than operates at and when gain 3.6GHz 2.516dB, 5.2GHz showed the results of 3.581dB. the antenna designed to be miniaturized and the be used in electronic devices such as mobile phone.

본 논문에서는 24GHz ISM 밴드(24-24.25GHz)에서 SIW를 이용한 SoS(System on Substrate)구현을 위한 제반 설계 를 하고자하며 그 일환으로 SIW, 전환기 및 MPAA를 SoS형태로 동일 기판에 집적하여 그 특성을 분석하였다. 기판은 비유 전율이 3.48이고 두께가 20mil인 Rogers사의 Ro4350을 사용하였다. 최적 설계결과 길이 11.55mm의 SIW의 삽입손실은 0.32dB를 보였으며 50Ω 마이크로 스트립으로 신호전환 하는 데 0.19dB의 삽입손실이 발생하였다. SoS형태로 동일 기판에 집적된 MPAA의 특성은 단독 MPAA의 특성과 매우 유사했다. 그러나 집적된 MPAA는 단독 MPAA에 비해 이득 면에서는 SIW와 전환기의 삽입손실 만큼(0.58dB) 감소했으며 SLL은 0.7dB만큼 감소하였다. 반면에 대역폭은 670MHz에서 800MHz로 19.4%만큼 증가하였다.

In this paper, We intended to design various things for the realization of SoS(System on Substrate) with SIW in 24GHz ISM 밴드(24-24.25GHz). As part of them, We integrated SIW, transition and MPAA as SoS on the same substrate and investigated its characteristics. We used Rogers Ro4350 with relative permittivity of 3.48 and thickness of 20mil. As results of optimal design, insertion loss of the SIW with 11.55mm length showed 0.32dB and insertion loss of 0.19dB occurred in transition to 50Ω microstrip. Characteristics of the MPAA integrated on the same substrate as SoS are very similar to those of stand-alone MPAA. But the integrated MPAA decreased by 0.58dB in gain, which is the sum of SIW insertion loss and transition insertion loss, and by 0.7dB in SLL compared that of stand-alone MPAA. However, the bandwidth was increased by 19.4% as it changed from 670MHz to 800Mhz.

본 논문에서는 5.8GHz ISM 대역(5.725GHz~5.825GHz)의 저가 3차원 빔 조향을 위한 단일급전 마이크로스트 립 기생 배열 안테나를 설계 및 제작하였다. 안테나는 단일 급전 능동소자와 가변 리액턴스 부하를 갖는 4개의 기생 소자로 구성된다. 제작된 안테나의 빔 조향 범위는 가변 리액턴스 부하의 조절에 의해 방위각 Φ=0°, Φ=45°, Φ=90°, Φ=135°에서 ±28°의 3차원 빔 조향을 이룰 수 있었다. 빔 조향 범위 내에서 안테나의 최대이득은 7.23dBi~9.36dBi를 가지고, -10dB 이하 반사손실대역폭은 빔 조향각도에 상관없이 항상 5.8GHz ISM 대역을 포함하였다.

In this paper, the single-fed microstrip parasitic array antenna for low-cost three-dimensional beam steering in 5.8GHz ISM(5.725GHz～5.825GHz) band is designed and implemented. The antenna is comprised of one feed active element and four passive elements with variable reactance loads. The beam steering range of implemented antenna is achieved three-dimensional beam steering of ±28° at azimuth angle Φ=0°, Φ=45°, Φ =90°, and Φ=135° by adjusting variable reactance loads. The maximum gain of the antenna in the beam steering range have within 7.23dBi~9.36dBi and the bandwidth of return loss lower than –10dB covers 5.8GHz ISM band regardless of the beam steering angles.

타구치 직교배열표를 활용하여 마이크로스트립 패치 안테나 설계를 효율적으로 수행 가능한지를 분석하였다. 비교 및 분석을 위하여 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나에서 U-슬롯의 모양과 변형된 급전부의 요소를 파라미터로 정했다. 해당 파라미터들의 스윕을 통해 도출된 모든 시뮬레이션의 결과와 타구치의 직교배열표를 이용하여 도출된 축소 시뮬레이션 결과를 비교분석하였다. 파라미터 스윕을 이용하여 진행된 19,683회의 시뮬레이션을 타구치의 직교배열표 를 이용한 27번의 시뮬레이션으로 대폭 축소하였으며, 파라미터 스윕과 직교배열표를 이용한 시뮬레이션의 평균 10dB 대역폭은 3.7%의 오차를 가진다. 따라서, 시뮬레이션 횟수를 줄이고도 효율적으로 안테나 파라미터 특성을 파악할 수 있음을 확인했다.

This paper is analysis on usefulness of Microstrip patch antenna design using Taguchi's Orthogonal array. For comparison, the shape of U-slot and Feed line elements are decided as a parameter in Microstrip patch antenna. And all the possible result of 19,683 times simulation using parameter sweep and the result of Taguchi's orthogonal arrays are compared. The simulation of Parameter sweep and Orthogonal arrays has 3.7% error on 10dB Bandwidth. Finally, It is identified that 19,683 times parameter sweep simulation can be reduced to 27 times with Taguchi's orthogonal arrays but still it represents antenna parameter characters well.

본 논문에서는 그물망 접지를 갖는 MCAA(Microstrip Comb Array Antenna)에서 그물망 구조의 변화가 MCAA에 미치는 영향을 조사하였다. 우선, 24GHz ISM 밴드에서 MCAA를 설계한 후 접지의 그물망 구조를 변화시키며 MCAA의 이득과 SLL(Side Lobe Level)의 변화를 조사하였다. 이 조사를 위해 그물망의 크기와 그물망 면적에 대한 도체를 제외한 공백의 면적 비인 공백율의 두 변수를 변화시켰다. MCAA는 방사체가 플랫한 MCAA와 방사체가 테이퍼된 MCAA의 두 가지 구조로 조사하였다. 공백율이 증가함에 따라 플랫한 MCAA와 테이퍼된 MCAA 모두에서 이득이 감소했다. 한편, 그물 망 크기의 증가는 공백율 증가보다 안테나 이득을 더욱 극적으로 감소시켰다. 이러한 경향은 안테나 SLL에 대해서도 유사했 으나 테이퍼된 MCAA가 플랫한 MCAA보다 그물망 크기 변화에 대한 영향을 좀 더 심하게 받았다.

In this paper, We investigated the effects of mesh structure variations of meshed ground on MCAA(Microstrip Comb Array Antenna). First, we designed MCAA in 24GHz ISM band and we investigated the variations of the gain and the SLL(Side Lobe Level) of the MCAA as we varied the mesh structure of the meshed ground. We varied two variables, mesh size and unfilled rato, which is defined as no metal area ratio in mesh for the investigation. We investigated two types of MCAA. Those are flat MCAA composed of flat radiator and tapered MCAA composed of tapered radiator. Both the antenna gains of flat MCAA and tapered MCAA are decreased as the unfilled rato increased. However, increase of mesh size made more dramatic decrease in antenna gain than increase of unfilled rato. The antenna SLL showed similar trend. But tapered MCAA affected more severely by variation of mesh size than flat MCAA.

마이크로스트립 콤 어레이 안테나에 대한 CSRR-메타물질의 영향을 연구하였다. 마이크로스트립 콤 어레이 안테나는 12개의 방사체로 구성되었고 24GHz ISM 대역에서 16.09dBi의 이득과 0.24GHz 대역폭을 갖도록 설계하였 다. 설계된 안테나는 안테나 면에 수직한 방사빔과 16.09dBi의 동일편파 이득, –10.86dBi의 교차편파 이득을 갖고 있 었다. CSRR-메타물질은 0.24GHz이던 마이크로스트립 콤 어레이 안테나의 임피던스 대역폭을 3.6GHz로 대폭 증가시 켰으나 동일편파 이득이 10.8dBi로 되고 교차편파 이득이 14.1dBi로 되어 동일편파와 교차편파가 혼재했으며 안테나 이득을 1.99dB 만큼 저하시켰다. 한편, CSRR 링의 스플릿 방향에 따른 연구에서 링의 스플릿 방향을 위로하거나 아래 로 했을 때는 거의 같은 특성을 보였다. 그러나 링의 스플릿 방향을 위와 아래로 교번하여 배치하였을 때는 동일편파 이득이 –1.29dBi로 감소하고 교차편파 이득이 13.9dBi로 증가하여 교차편파가 주가 되는 파로 변환되었다.

We investigated the effects of the CSRR-metamaterial on microstrip comb-line array antennas. Microstrip comb-line array antennas was designed with 12 radiators, gain of 16.09dBi and bandwidth of 0.24GHz in the 24GHz ISM band. The designed antenna had radiation beam perpendicular to the antenna plane, co-polarization gain of 16.09dBi and cross-polarization gain of –10.86dBi. the CSRR-metamaterial increased largely the impedance bandwidth of the antenna from 0.24GHz to 3.6GHz. however as co-polarization gain became 10.08dBi and cross-polarization gain became 14.1dBi, co-polarization was mixed with cross-polarization. And the antenna gain lowered by 1.99dB. On the investigation of the dependence on the split-direction of the CSRR rings, it showed nearly the same characteristics for up-splitted ring used case and down-splitted ring used case. However in the case of arranging up-splitted ring and down-splitted ring in alternation, co-polarization gain decreased to –1.29dBi and cross-polarization gain increased to 13.9dBi, which meant the wave was transited to cross-polarization majority wave.

In this paper, a Dolph-Tschebyscheff type Microstrip array patch Antenna was designed and simulated with a commercial tools. Then we fabricated an Antenna and took a measurement of the radiation pattern of the Antenna in the Anechoic Chamber room. Despite of the same case, each simulation using commercial tools showed some different results. The simulation using the Microwave Studio gave more desirable result than the ADS. We found the error of the progress of production.