KR20020019711A - Microstrip EMC cross dipole array wide-band antenna with circular polar ization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자기결합 크로스 다이폴(dipole) 어레이 광대역 원편파 안테나에 관한 것으로서 특히, 급전 마이크로스트립 라인과 전자기결합 크로스 다이폴 복사소자로 구성하여 어레이시킴으로써, 광대역 원편파 특성을 갖는 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetically coupled cross dipole array wideband circular polarization antenna, and more particularly, to an electromagnetically coupled cross dipole array having a wideband circular polarization characteristic. It relates to a polarized antenna.
오늘날 위성을 이용한 이동통신 및 위성방송의 급격한 증가 추세에 따라 마이크로스트립 안테나는 많은 무선통신 시스템의 안테나로서 널리 사용되어지고 있다.With the rapid increase in mobile communication and satellite broadcasting using satellites, microstrip antennas are widely used as antennas in many wireless communication systems.
종래의 위성방송 수신용 파라볼라 안테나는 눈, 비, 바람 등 외부환경으로 인한 영향을 비교적 많이 받는다는 단점을 가지고 있었기 때문에, 이에 대한 대안으로 평면안테나의 연구가 활발히 진행중이다.The conventional parabolic antenna for satellite broadcasting has a disadvantage that it is relatively affected by the external environment such as snow, rain, and wind, and thus, the planar antenna is being actively researched as an alternative.
평면 안테나의 구성은 방사 요소, 급전 망, 그리고 빔 스티어링과 같은 고성능 기능 구현을 위한 능동 소자 회로 등으로 구성된다.The planar antenna consists of radiating elements, feeder nets, and active element circuits for high performance functions such as beam steering.
방사 요소는 4각형, 원형, 타원형 등에 의한 배열 형태가 일반적이며 도파관 슬롯에 의한 배열 형태가 활용되기도 한다.Radiating elements are generally arranged in quadrangular, circular, elliptical, etc. arrangements by waveguide slots.
급전방법은 동축 혹은 마이크로스트립 급전방법과 도파관을 이용한 급전방법 등이 이용된다.As the feeding method, a coaxial or microstrip feeding method and a waveguide feeding method are used.
급전방법은 원하는 편파 특성과 배열 형태에 따라 직선편파와 원형편파, 타원편파 및 기울어진 직선편파가 가능하다.In the feeding method, linear polarization, circular polarization, elliptic polarization and inclined linear polarization can be performed according to the desired polarization characteristics and arrangement.
그 중에서 원형편파의 경우, 원형편파 특성을 가지는 프린트 안테나 소자는 많이 있으나, 마이크로스트립을 이용할 경우, 높은 주파수대에서 좁은 대역폭을 갖는다는 큰 문제점이 있었다.Among them, in the case of circular polarization, there are many printed antenna elements having circular polarization characteristics. However, when the microstrip is used, there is a big problem of having a narrow bandwidth at a high frequency band.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 광대역 원편파 특성을 갖는 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above drawbacks, and to provide an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna having broadband circular polarization characteristics.
이러한 본 발명은 급전 마이크로스트립 라인과 광대역 특성을 얻기 위한 전자기결합 크로스 다이폴 복사소자로 구성하여 어레이 시킴으로써 달성된다.This invention is achieved by constructing and arraying a feed microstrip line and an electromagnetically coupled cross dipole radiation element to obtain broadband characteristics.
상기의 목적을 이루기 위하여 본 발명은 바닥면에 접지면을 가지며 특정 유전상수(εr1)를 가지는 기판과; 급전을 위하여 상기 기판 위에 형성되는 마이크로스트립라인과; 상기 마이크로스트립라인 위에 놓여지며, 다른 특정 유전상수(εr2)를 갖는 크로스 기판 상에 형성되는 크로스 다이폴로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a substrate having a ground plane on the bottom surface and having a specific dielectric constant (ε r1 ); A microstrip line formed on the substrate for feeding; It is characterized by consisting of a cross dipole placed on the microstripline, and formed on a cross substrate having another specific dielectric constant (ε r2 ).
또한 본 발명의 다른 관점으로서 본 발명은 바닥면에 접지면을 가지며 특정 유전상수(εr1)를 가지는 기판과; 상기 기판 상에 형성되며 급전점과 이 급전점에서 양측으로 분기하는 다수열의 티-정션(T-junction)마이크로스트립 라인과; 상기 마이크로스트립 라인 상에 놓여지는 다른 특정 유전상수를 가지는 다이폴 기판과; 상기 다이폴 기판 상의 상기 다수열의 마이크로스트립 라인 상의 위치에 형성되고 서로 특정 오프셋을 가지는 다수열의 다수 개의 크로스 다이폴로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.In still another aspect of the present invention, there is provided a substrate comprising: a substrate having a ground plane on a bottom surface and having a specific dielectric constant ε r1 ; A plurality of T-junction microstrip lines formed on the substrate and branching from both sides of the feed point and the feed point; A dipole substrate having another specific dielectric constant lying on said microstrip line; The technical feature is that it consists of a plurality of rows of cross dipoles formed at positions on the plurality of rows of microstrip lines on the dipole substrate and having a specific offset from each other.
도 1a는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파Figure 1a is an electromagnetic coupled cross dipole array broadband circular polarization of the present invention
안테나를 나타내는 평면도,Top view representing antenna,
도 1b는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파1B is a broadband circular polarization of an electromagnetically coupled cross dipole array of the present invention.
안테나를 나타내는 측면도,Side view showing an antenna,
도 2는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를2 illustrates an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
나타내는 사시도,Indicating perspective,
도 3은 표 1에서 주어진 파라미터로 계산된 반사 및 투과특성을 나타내는3 shows the reflection and transmission characteristics calculated with the parameters given in Table 1;
그래프,graph,
도 4는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나의4 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
주파수 12 GHz에서의 계산된 복사패턴을 나타내는 그래프,Graph showing calculated radiation pattern at frequency 12 GHz,
도 5는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나의5 is an electromagnetic coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
오프셋 변화에 따른 반사 및 투과특성을 나타내는 그래프,Graph showing reflection and transmission characteristics according to offset change,
도 6은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나6 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
오프셋 변화에 따른 복사 파워를 나타내는 그래프,A graph showing the radiant power as the offset changes,
도 7은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를7 illustrates an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
10개의 다이폴 소자로 어레이 한 평면도,A planar array of ten dipole elements,
도 8은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나의8 is an electromagnetic coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
10소자 어레이인 경우 복사 패턴을 나타내는 그래프,A graph showing the radiation pattern for a 10-element array,
도 9는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나의9 shows an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
티-정션(T-junction) 마이크로스트립 라인을 나타내는 평면도,Top view showing a T-junction microstrip line,
도 10은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나10 is an electromagnetic coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
의 티-정션 파워 스플리터의 반사와 투과특성을 나타내는 그래프,Graph showing the reflection and transmission characteristics of the tee-junction power splitter
도 11은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나11 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
의 20소자 어레이를 나타내는 분해 사시도,Exploded perspective view showing a 20 element array of
도 12는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나12 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
의 소자간 거리 d가 8.0 mm일 때의 반사와 투과특성을 나타내는Reflection and transmission characteristics when the distance d between the elements is 8.0 mm
그래프,graph,
도 13은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나Figure 13 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
의 소자간 거리 d의 변화에 따른 Ex와 Ey 성분의 복사패턴을 나타The radiation pattern of Ex and Ey components with the change of the distance d between devices
내는 그래프,Graphing,
도 14는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나14 is an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention.
의 10소자와 20소자 어레이시의 주파수에 따른 이득을 나타내는Shows gain over frequency in array of 10 elements and 20 elements
그래프.graph.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기판 11 : 접지면10 substrate 11 ground plane
20 : 마이크로스트립 라인 21 : 티-정션 마이크로스트립 라인20 microstrip line 21 tee-junction microstrip line
30 : 전자기결합(EMC) 크로스 다이폴30: Electromagnetic Coupling (EMC) Cross Dipole
40 : 다이폴 기판40: dipole substrate
본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a와 도 1b는 각각 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를 나타내는 평면도와 측면도이고, 도 2는 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를 나타내는 사시도로서, 본 발명은 바닥면에 접지면(11)을 가지며 특정 유전상수(εr1)를 가지는 기판(10)과; 급전을 위하여 상기 기판(10) 위에 형성되는 마이크로스트립 라인(20)과; 상기 마이크로스트립라인(20) 위에 놓여지며, 다른 특정 유전상수(εr2)를 갖는 크로스 기판(31) 상에 형성되는 크로스 다이폴(30)로 구성되는 것을 특징으로 한다.1A and 1B are a plan view and a side view, respectively, of an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of an electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention. A substrate 10 having a ground plane 11 on the surface and having a specific dielectric constant ε r1 ; A microstrip line 20 formed on the substrate 10 for feeding; It is characterized by consisting of a cross dipole 30 which is placed on the microstrip line 20 and formed on the cross substrate 31 having another specific dielectric constant ε r2 .
즉, 급전을 위한 마이크로스트립 라인(20)과, 그 위에 유전체를 사이에 두고 원편파를 발생시키기 위한 전자기결합(EMC: electromagnetic coupled) 크로스 다이폴(cross dipole: 30)이 구성되는 것이다.That is, a microstrip line 20 for feeding and an electromagnetic coupled cross dipole 30 for generating circular polarization with a dielectric interposed therebetween are configured.
상기 크로스 다이폴(30)은 상기 마이크로스트립 라인(20)에 대하여 X자형으로 위치하게 되며, 상기 크로스 다이폴(30)의 중심은 상기 마이크로스트립 라인(20)의 중심과 일정 오프셋(offset)을 두고 위치하게 되는데, 이는 안테나로부터 나오거나 들어간 전파가 균일한 전류분포를 가지게 하기 위함이다.The cross dipole 30 is positioned in an X shape with respect to the microstrip line 20, and the center of the cross dipole 30 is positioned at a predetermined offset with the center of the microstrip line 20. This is to ensure that the radio waves coming in and out of the antenna have a uniform current distribution.
설계 파라미터로는 다이폴 길이(DL), 폭(DW), 각도(A)와 급전 마이크로스트립 라인(20)과 크로스 다이폴(30) 간의 간격(DH), 비유전율(εr2) 등이 있다.Design parameters include the dipole length DL, the width DW, the angle A, the spacing DH between the feed microstrip line 20 and the cross dipole 30, the relative dielectric constant ε r2 , and the like.
설계 중심주파수는 무궁화 위성의 위성방송용 주파수대역인 12 GHz로 하였다.The design center frequency was 12 GHz, which is the frequency band for satellite broadcasting of Mugunghwa satellite.
급전 마이크로스트립 라인(20)의 설계 파라미터는 중심주파수 12 GHz에서 폭(SW), 기판(10)의 두께(SH)는, 그리고 유전율(εr1)을 복사파워가 최적의 특성을 나타나도록 고정값을 주어 설계를 위한 계산에서 상수로 사용하였다.The design parameters of the feed microstrip line 20 are fixed at the center frequency of 12 GHz for the width SW, the thickness SH of the substrate 10, and the dielectric constant ε r1 so that the radiant power exhibits optimal characteristics. Is used as a constant in the calculation for the design.
계산결과Calculation result
도 3은 설계 파라미터를 적용하여 계산할 때의 모멘트법을 적용한 상용 소프트웨어인 Ensemble과 FDTD법의 계산결과에 의한 반사 및 투과특성을 나타낸다.Figure 3 shows the reflection and transmission characteristics by the calculation results of the commercial software Ensemble and the FDTD method to which the moment method when calculating by applying the design parameters.
상기 도 3에서 알 수 있듯이 12 GHz에서 최대 복사파워를 나타내고 있으며, 넓은 주파수대역에서 -20 dB이하의 반사특성을 나타내고 있어 광대역 특성을 만족시킴을 보여준다.As shown in FIG. 3, the maximum radiation power is shown at 12 GHz, and the reflection characteristic is less than -20 dB in a wide frequency band, thereby satisfying the broadband characteristics.
주파수 12 GHz에서 Ensemble과 FDTD법으로 계산한 복사파워는 각각 14.44 % 와 15.72 %로 유사한 결과를 얻었다.The radiated powers calculated by Ensemble and FDTD method at 12 GHz were similar with 14.44% and 15.72% respectively.
도 4는 주어진 설계 파라미터로 계산한 복사패턴의 Ex와 Ey성분을 나타내는 도로서, 넓은 각도에서 우수한 원편파특성을 나타내고 있으며, 정면방향에서의 방해편파(Cross polarization) 레벨도 약 -58 dB임을 보여준다.4 is a diagram showing Ex and Ey components of a radiation pattern calculated by a given design parameter, and shows excellent circular polarization characteristics at a wide angle, and also shows that the cross polarization level in the front direction is about -58 dB. .
오프셋에 따른 특성변화Characteristic change by offset
안테나의 어레이시에는 전파의 지향 방향을 조정하기 위한 소자간의 간격(d: 도 7 참조)과 각각의 안테나의 균일한 전류분포를 얻기 위한 각 소자들의 복사 파워를 고려해야 한다.In the array of antennas, the spacing between the elements for adjusting the direction of propagation of the radio waves (d: FIG. 7) and the radiant power of each element to obtain a uniform current distribution of each antenna should be considered.
먼저 각 소자(크로스 다이폴: 30)로부터 복사되는 복사 파워를 일정하게 하기 위해서 급전 마이크로스트립 라인(20)의 입력포트에 가까이 있는 소자의 복사 파워는 작게 하고 점점 복사파워를 크게 하여 반사는 최소로 하면서 균일한 파워가 복사되도록 설계한다.First, in order to make constant the radiated power radiated from each element (cross dipole: 30), the radiated power of the element near the input port of the feed microstrip line 20 is made smaller and the radiated power is gradually increased to minimize the reflection. Design so that uniform power is radiated.
이를 위해서는 각 소자마다 유전율(εr2), 높이(DH), 다이폴의 각도(A) 등을 변화시켜가면서 그 특성을 조사하는 것이 일반적이다.To do this, it is common to investigate the characteristics of the devices while changing the dielectric constant (ε r2 ), the height (DH), and the angle (A) of the dipole.
그러나 유전율(εr2), 높이와 크로스 다이폴(30)의 각도 등이 각각 변화를 한다면 제작하기 어려운 단점을 가지고 있기 때문에, 본 발명에서는 이들 파라미터를 일정하게 두고 급전 마이크로스트립 라인(20)의 중심과 크로스 다이폴(30)의 중심과의 오프셋에 변화를 주어 제작의 용이성을 충분히 고려한 설계를 행하였다.However, since the dielectric constant ε r2 , the height, the angle of the cross dipole 30, and the like change, respectively, it is difficult to manufacture, the parameters of the feed microstrip line 20 remain constant in the present invention. The offset with respect to the center of the cross dipole 30 was changed, and the design which considered the ease of manufacture fully was performed.
도 5와 도 6은 오프셋의 변화에 따른 반사와 투과특성 그리고 복사파워를 나타낸다. 크로스 다이폴(30)이 마이크로스트립 라인(20)의 정 중앙에 위치했을 때 복사파워가 14.44 %로 최대가 되며 좌우로 이동했을 때 복사파워는 점점 줄어드는 것을 확인할 수 있다.5 and 6 show reflection and transmission characteristics and radiation power according to the change of the offset. When the cross dipole 30 is located at the center of the microstrip line 20, the radiation power is maximized to 14.44%, and the radiation power decreases gradually when it is moved to the left and right.
따라서 복사소자를 어레이하고자 할 때 도 6의 오프셋 데이터를 이용하여 각 소자마다 균일한 복사파워를 발생시킬 수 있도록 조정하면 안테나의 효율을 극대화시킬 수 있다.Therefore, when an array of radiation elements is to be arrayed, the efficiency of the antenna may be maximized by adjusting to generate uniform radiation power for each element by using the offset data of FIG. 6.
어레이 안테나의 설계Design of Array Antenna
(10 소자 어레이)(10 element array)
도 7은 본 발명의 전자기결합 크로스 다이폴 어레이 광대역 원편파 안테나를 10 다이폴로 어레이한 평면도로서, 바닥면에 접지면을 가지며 특정 유전상수(εr1)를 가지는 기판(10)과; 급전을 위하여 상기 기판 위에 형성되는 마이크로스트립 라인(20)과; 상기 마이크로스트립 라인(20) 위에 놓여지며, 다른 특정 유전상수(εr2)를 갖는 기판 상에 형성되고, 서로간에 일정 오프셋을 두고 배치되는 다수개의 크로스 다이폴(30)로 구성되는 것을 특징으로 한다.7 is a plan view of 10 dipole arrays of the electromagnetically coupled cross dipole array broadband circular polarization antenna of the present invention, the substrate having a ground plane at the bottom and a specific dielectric constant ε r1 ; A microstrip line 20 formed on the substrate for feeding; It is characterized by consisting of a plurality of cross dipoles 30 which are placed on the microstrip line 20, are formed on a substrate having a different specific dielectric constant ε r2 , and are arranged at a predetermined offset from each other.
상기의 어레이 안테나는 각 소자에서 균일한 복사 파워를 발생시키기 위하여 도 6의 오프셋 결과를 적용하였다.In the array antenna, the offset result of FIG. 6 is applied to generate uniform radiant power in each device.
도 7에서 d는 소자(크로스 다이폴: 30)간의 간격을 나타내고, 오프셋은 소자간의 상호결합을 줄이기 위해 입력측으로부터 대칭적으로 하여 지그재그 방식으로 어레이 하였다.In FIG. 7, d denotes an interval between elements (cross dipole 30), and offsets are arranged in a zigzag manner symmetrically from the input side to reduce mutual coupling between elements.
그 오프셋 수치는 설계에서 각 소자마다 약 6 %의 복사파워를 가질 때의 값이다.The offset value is the value when the design has about 6% radiation power for each device.
도 8은 10소자 어레이시에 계산된 Ex와 Ey성분의 복사패턴을 나타낸다. 주 빔의 Ex성분과 Ey성분이 거의 일치하고 있어 원편파를 복사하고 있음을 알 수 있으며, 또한 소자 사이의 간격 d의 변화에 의해 주 빔의 지향각도가 이동하고 있음을 알 수 있다.8 shows radiation patterns of Ex and Ey components calculated at the time of 10 element arrays. It can be seen that the Ex component and the Ey component of the main beam are almost identical, and thus the circular polarization is radiated. Also, the direction of the main beam is shifted by the change of the interval d between the elements.
간격 d가 8.0 mm일 때 빔이 정면방향을 향하고 있으며 d를 ±0.5 mm씩 변화시켰을 때, 주 빔의 방향이 약 ±8°씩 이동하였다. 소자간의 상호 결합으로 인해 소자사이의 간격 d가 λg/2보다 조금 작은 8.0 mm일 때 빔의 방향이 정면으로 향하는 것을 알 수 있다.When the distance d was 8.0 mm, the beam was facing in the front direction, and when d was changed by ± 0.5 mm, the direction of the main beam moved by about ± 8 °. Due to the mutual coupling between the elements, it can be seen that the direction of the beam is directed to the front when the distance d between the elements is 8.0 mm which is slightly smaller than λ g / 2.
급전구조Feeding structure
20소자 어레이 안테나를 설계하기 위해서는, 도 9에서 도시하는 바와 같이, 포트 1에서 입력된 입력파가 포트 2와 포트 3으로 -3 dB씩 나누어져야 하기 때문에 티-정션(T-junction)을 적용하였고, 각 포트를 50 Ω으로 매칭시키기 위해 쿼터 웨이브 매칭 트랜스포머(Quarter-wave matching transformer)를 사용하였다.In order to design a 20-element array antenna, as shown in FIG. 9, a T-junction was applied because the input wave input from port 1 should be divided by -3 dB into port 2 and port 3. A quarter-wave matching transformer was used to match each port to 50 Ω.
도 10은 쿼터 웨이브 매칭 트랜스포머(quarter-wave matching transformer)를 가진 티-정션(T-junction) 파워 스플리터(power splitter)의 반사와 투과특성을 나타낸 것이다.FIG. 10 shows the reflection and transmission characteristics of a T-junction power splitter with a quarter-wave matching transformer.
반사계수가 -20 dB이하인 주파수대역은 10.77 ∼ 12.72 GHz로 대역폭이 약 2 GHz이고, S21 및 S31은 12 GHz에서 각각 -3.13 dB와 -3.18 dB를 나타내고 있어 안테나 급전 마이크로스트립 라인으로서 우수한 특성을 나타내고 있다.Frequency bands with a reflection coefficient of less than -20 dB range from 10.77 to 12.72 GHz with a bandwidth of about 2 GHz and S21 and S31 at -12.13 dB and -3.18 dB at 12 GHz, respectively. have.
20소자 어레이20-element array
도 11은 상기 설계한 마이크로스트립 티-정션 파워 스플리터 급전 라인 위에 유전체를 사이에 두고 20개의 EMC 크로스 다이폴 소자를 어레이 한 안테나의 구조를 나타내는 사시도로서, 바닥면에 접지면(11)을 가지며 특정 유전상수(εr1)를 가지는 기판(10)과; 상기 기판 상에 형성되며 급전점(21a)과 이 급전점(21a)에서 양측(21b, 21c)으로 분기하는 다수열의 티-정션(T-junction) 마이크로스트립라인(21)과; 상기 마이크로스트립 라인(21) 상에 놓여지는 다른 특정 유전상수를 가지는 다이폴 기판(40)과; 상기 다이폴 기판(40) 상의 상기 다수열의 마이크로스트립 라인(21) 상의 위치에 형성되고 서로 특정 오프셋을 가지는 다수열의 다수개의 크로스 다이폴(30)로 구성된다.Fig. 11 is a perspective view showing the structure of an antenna in which 20 EMC cross dipole elements are arranged with a dielectric interposed over the designed microstrip tee-junction power splitter feed line, having a ground plane 11 at the bottom and a specific dielectric. A substrate 10 having a constant ε r1 ; A plurality of T-junction microstrip lines 21 formed on the substrate and branching from a feed point 21a to both sides 21b and 21c at the feed point 21a; A dipole substrate (40) having another specific dielectric constant lying on the microstrip line (21); It is composed of a plurality of rows of cross dipoles 30 formed at positions on the plurality of rows of microstrip lines 21 on the dipole substrate 40 and having a specific offset from each other.
상기 급전점(21a)은 안테나의 종단 양 끝 부분에서 1/4λ의 간격으로 급전하도록 하는 것이 바람직하다.The feed point 21a may be preferably fed at intervals of 1 / 4λ at both ends of the terminal.
도 12는 소자간 거리 d가 8.0 mm일 때 20소자 어레이 안테나의 반사 및 투과특성을 나타낸다. 12 GHz에서 복사파워는 약 73 %로 계산되었다.12 shows the reflection and transmission characteristics of a 20-element array antenna when the distance d between the elements is 8.0 mm. At 12 GHz, radiated power was calculated to be about 73%.
도 13은 소자사이의 간격 d의 변화에 따른 Ex와 Ey성분의 복사패턴을 나타내고 있다.FIG. 13 shows the radiation pattern of Ex and Ey components according to the change of the interval d between devices.
상기의 10 소자 어레이 안테나에서와 같이 d가 변화함에 따라 빔의 방향이 변화하고 있음을 알 수 있다. 그러나 d = 8.0 mm일 때 3 dB 빔 폭을 가지는 각도가 -18°∼ 20°정도이며 축 비는 약 1 dB를 나타내고 있어 우수한 원편파 특성을 보여주고 있다.As in the 10-element array antenna described above, it can be seen that the direction of the beam changes as d changes. However, when d = 8.0 mm, the angle with 3 dB beam width is -18 ° to 20 ° and the axis ratio is about 1 dB, which shows excellent circular polarization characteristics.
도 14는 계산된 10소자와 20소자 어레이 안테나의 이득을 나타낸다. 12 GHz에서 10소자와 20소자 어레이 안테나의 이득은 각각 7.6 dBi와 9.9 dBi로 2.3 dB 차이가 있으며, 12 GHz에서 최고값을 나타내었고 주파수가 변화함에 따라 점차 이득이 낮아지고 있음을 확인하였다.14 shows the calculated gains of the 10- and 20-element array antennas. The gains of the 10- and 20-element array antennas at 12 GHz are 2.3 dB, 7.6 dBi and 9.9 dBi, respectively, with peak values at 12 GHz, and the gains are gradually decreasing as the frequency changes.
이상과 같은 본 발명은 광대역과 우수한 원편파 특성을 얻기 위하여 급전 마이크로스트립 라인과 전자기결합 크로스 다이폴 복사소자로 구성된 안테나를 설계하여 어레이한 것으로서, 10소자 및 20소자 어레이 안테나의 경우 우수한 원편파 특성을 나타내었고, 설계주파수 12 GHz에서 각각 7.6 dBi와 9.9 dBi의 이득을 갖는 효과가 있는 발명인 것이다.As described above, the present invention is designed and arrayed by an antenna composed of a feed microstrip line and an electromagnetically coupled cross dipole radiation element in order to obtain broadband and excellent circular polarization characteristics. The invention has an effect of gain of 7.6 dBi and 9.9 dBi at the design frequency of 12 GHz, respectively.
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