KR20230171666A - Microstrip traveling-wave series-fed array antennas and design method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상하고, 패치(patch) 및 콤라인(comb-line) 유형에 모두 적용할 수 있는 안테나 소자들 간의 거리를 결정하는 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계되는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 제공하기 위한 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 전송 선로들로 상호 연결되는 제1 안테나 소자(element), 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자를 포함하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 고려하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정하는 단계, 상기 결정된 거리(dn)에 따른 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정하는 단계 및 상기 결정된 결합 효율에 기반하여 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자를 배열하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention provides a design method for compensating for phase offset while ensuring in-phase radiation and determining the distance between antenna elements that can be applied to both patch and comb-line types, and a design method thereof. It relates to a technology for providing a designed microstrip traveling wave serial feed array antenna. According to one embodiment of the present invention, a first antenna element, an N-th antenna element, and an N+1-th antenna are interconnected by transmission lines. The method of designing a microstrip traveling wave serial feed array antenna including an antenna element includes the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+) of the N+1 antenna element. 1 ) determining a distance (d n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element, considering the N-th antenna element and the N+1-th antenna according to the determined distance (d n ) Determining coupling efficiency by considering power loss (P loss,n ) between elements and arranging the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element based on the determined coupling efficiency. may include.
Description
본 발명은 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상하고, 패치(patch) 및 콤라인(comb-line) 유형에 모두 적용할 수 있는 안테나 소자들 간의 거리를 결정하는 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계되는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 제공하기 위한 기술이다.The present invention relates to a microstrip traveling wave serial feed array antenna and its design method. More specifically, it compensates for phase offset while ensuring in-phase radiation, and applies to both patch and comb-line types. This is a technology for providing a design method for determining the distance between antenna elements and a microstrip traveling wave serial feed array antenna designed by the design method.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 밀리미터파 대역의 레이더 시스템을 위해 개발되어 왔다.Microstrip traveling wave serial feed array antennas have been developed for radar systems in the millimeter wave band.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 기상 레이더, 자동차 레이더, 무선 통신 시스템에 대해 많은 관심을 받아왔다.Microstrip traveling wave serially fed array antennas have received much attention for weather radar, automotive radar, and wireless communication systems.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 직렬 연결은 손실이 적고 효율이 높은 소형 급전선으로 활용된다.The series connection of microstrip traveling wave serial feed array antennas is used as a small feed line with low loss and high efficiency.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 진행파 안테나의 비공진형 기능에 기반하여 공진형 안테나 보다 더 넓은 대역너비를 제공할 수 있다.The microstrip traveling wave serial feed array antenna can provide a wider bandwidth than the resonant antenna based on the non-resonant function of the traveling wave antenna.
그러나, 마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 낮은 SLL(sidelobe level)에 대한 테일러(Taylor) 또는 돌프체비세브(Dolph-Chebyshev) 분포와 같이 부드럽고 테이퍼드 진너비(tapered amplitude) 프로파일을 위해 안테나 소자의 결합 효율, 즉 입력 전력 대 방사 전력의 비율이 넓은 범위를 커버해야 한다.However, microstrip traveling wave serially fed array antennas combine antenna elements for a smooth and tapered amplitude profile, such as a Taylor or Dolph-Chebyshev distribution for low sidelobe level (SLL). The efficiency, i.e. the ratio of input power to radiated power, must cover a wide range.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 신호가 이동함에 따라 각 요소의 위상이 서로 영향을 미칠 수 있다.In a microstrip traveling wave serial feed array antenna, the phase of each element can affect each other as the signal moves.
직렬 급전 어레이 안테나에서 위상을 제어하는 일반적인 방법은 안테나 소자 사이의 거리를 조정하는 것인데, 종래 기술에 따른 콤라인 어레이 안테나에서 요소의 거리는 입력에서 출력 라인으로의 위상 지연을 뺀 안테나 장치의 전송 계수 위상(∠S21)을 보상하도록 조정되었다.A common way to control the phase in a series-fed array antenna is to adjust the distance between antenna elements. In a combline array antenna according to the prior art, the distance of the elements is the transmission coefficient phase of the antenna device minus the phase delay from the input to the output line. Adjusted to compensate for (∠S21).
그러나 이 방법은 안테나의 방사 위상이 아닌 신호 위상 지연만을 고려하므로 브로드사이드 빔에 대한 동위상 원거리장을 보장할 수 없는 단점이 존재한다.However, this method has the disadvantage of not being able to guarantee an in-phase far field for the broadside beam because it only considers the signal phase delay, not the antenna's radiation phase.
마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 어레이 토폴로지(array topology)에서 직렬로 연결되고 공급된다.Microstrip traveling wave serially fed array antennas are connected and fed in series in an array topology.
따라서, 마이크로스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 SLL이 낮은 브로드사이드(broadside) 빔(beam)에 대해 적절하게 테이퍼드 진너비와 동위상을 갖는 안테나 소자의 여기(excitation)가 어렵다.Therefore, it is difficult for the microstrip traveling wave serial feed array antenna to excite an antenna element with an appropriately tapered true width and in-phase for a broadside beam with a low SLL.
종래 기술에 따라 어레이 안테나 소자 간의 거리가 설정된 직렬 급전 패치 및 콤라인 어레이 안테나에서는 동위상 방사를 보장하지 않음에 따라 어레이 안테나의 소자들 간의 거리 최적화가 필요하다.In serial feeding patch and combline array antennas where the distance between array antenna elements is set according to the prior art, in-phase radiation is not guaranteed, so it is necessary to optimize the distance between array antenna elements.
본 발명은 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상하고, 패치(patch) 및 콤라인(comb-line) 유형에 모두 적용할 수 있는 안테나 소자들 간의 거리를 결정하는 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계되는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a design method for compensating for phase offset while ensuring in-phase radiation and determining the distance between antenna elements that can be applied to both patch and comb-line types, and a design method thereof. The purpose is to provide a designed microstrip traveling wave serial feed array antenna.
본 발명은 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a design method for a microstrip traveling wave serial feeding array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of the microstrip traveling wave serial feeding array antenna.
본 발명은 패치 어레이 안테나와 콤라인 어레이 안테나의 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a design method for a microstrip traveling wave serial feed array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of patch array antennas and combline array antennas. .
본 발명의 일실시예에 따르면 전송 선로들로 상호 연결되는 제1 안테나 소자(element), 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자를 포함하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 고려하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정하는 단계, 상기 결정된 거리(dn)에 따른 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정하는 단계 및 상기 결정된 결합 효율에 기반하여 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자를 배열하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method of designing a microstrip traveling wave serial feed array antenna including a first antenna element, an N-th antenna element, and an N+1-th antenna element interconnected by transmission lines is provided by the first antenna element. Considering the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element, the N-th antenna element and the N+1-th antenna element Determining the distance (d n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element according to the determined distance (d n ), determining the coupling efficiency by considering the power loss (P loss,n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element. It may include arranging the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element based on the determined coupling efficiency.
상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 고려하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정하는 단계는, 상기 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 상기 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 상기 전송 선로들의 유도파장(λg), 상기 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 상기 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 이용하여 상기 거리(dn)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Considering the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element, the Nth antenna element and the N+ 1 The step of determining the distance (d n ) between antenna elements includes the length of the output transmission line of the Nth antenna element (L out,n ), the length of the input transmission line of the N+1th antenna element (L in, n+1 ), guided wavelength of the transmission lines (λ g ), phase of radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), radiation in the reference direction of the N antenna element Using the phase of the field (∠E r,n ), the transmission coefficient phase of the first antenna element (∠S 21,1 ) to the transmission coefficient phase of the N+1 antenna element (∠S 21,n+1 ) It may include determining the distance (d n ).
본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계, 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 적용되는 정사각형 컷(square-shaped cut)의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계 및 상기 전송 선로들 중 어느 하나의 전송 선로와 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 중심 간의 사이 간격을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method of designing a microstrip traveling wave serial feed array antenna includes the steps of adjusting the size of an inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines, the first antenna element , the width (W s ) and length (L s ) of the square-shaped cut applied to the width (W) and length (L) of each of the N-th antenna element and the N+1-th antenna element. It may further include adjusting the distance between any one of the transmission lines and the center of each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element. .
상기 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계는, 상기 조절되는 슬릿의 크기에 따라 슬릿의 길이(Lslit), 너비(Wslit) 및 안테나 소자 모서리에서 슬릿까지의 거리(Dslit)을 조절하여 상기 전송 선로 중 입력 포트에서 반사를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the size of the inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines includes the length (L slit ) and width (W slit ) of the slit depending on the size of the adjusted slit. And it may include reducing reflection at the input port of the transmission line by adjusting the distance (D slit ) from the edge of the antenna element to the slit.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 적용되는 정사각형 컷의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계는, 상기 전송 선로들 중 입력 측에서 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W)에 따른 반사 손실을 조절하기 위해 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.Adjusting the width (W s ) and length (L s ) of the square cut applied to the width (W) and length (L) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N +1-th antenna element. The step is to adjust the reflection loss according to the width (W) of each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1 antenna element at the input side of the transmission lines (W s ). It may include the step of adjusting the length (L s ).
상기 전송 선로들 중 어느 하나의 전송 선로와 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 중심 간의 사이 간격을 조절하는 단계는, 상기 조절된 사이 간격에 기반하여 복사 전력에 대한 결합 유도를 조절하고, 상기 조절된 결합 유도에 기반하여 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the distance between any one of the transmission lines and the centers of each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element is based on the adjusted distance between the centers. It may include adjusting the coupling induction to radiated power and adjusting the coupling efficiency based on the adjusted coupling induction.
본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계, 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(We)를 조절하는 단계 및 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각에서 스터브를 추가하고, 상기 추가된 스터브의 길이(Ls) 및 너비(Ws), 상기 추가된 스터브와의 사이 간격(g) 및 끝단에서 연결되는 거리(D)를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method of designing a microstrip traveling wave serial feed array antenna includes the steps of adjusting the size of an inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines, the first antenna element , adjusting the width (W e ) of each of the Nth antenna element and the N+1th antenna element, and adding a stub to each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element. It may further include adjusting the length (L s ) and width (W s ) of the added stub, the distance (g) between the added stubs, and the distance (D) connected at the end.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(We)를 조절하는 단계는, 상기 조절된 너비(We)에 따라 신호 및 방사 경로를 조절하여 "0"에 가까운 전송 계수 위상(∠S21)에 대해 입력 전송 선로의 길이(Lin)와 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er)이 조절되어 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the width (W e ) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element includes adjusting the signal and radiation path according to the adjusted width (W e ). It may include adjusting the coupling efficiency by adjusting the length of the input transmission line (L in ) and the phase of the radiation field (∠E r ) in the reference direction for a transmission coefficient phase (∠S 21 ) close to 0". .
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각에서 스터브를 추가하고, 상기 추가된 스터브의 길이(Ls) 및 너비(Ws), 상기 추가된 스터브와의 사이 간격(g) 및 끝단에서 연결되는 거리(D)를 조절하는 단계는, 상기 너비(Ws)의 크기를 조절하여 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er)을 조절하여 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.A stub is added to each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element, and the length (L s ) and width (W s ) of the added stub, and the distance between the added stub and the added stub, The step of adjusting the gap (g) and the distance (D) connected from the end is to adjust the coupling efficiency by adjusting the phase (∠E r ) of the radiation field in the reference direction by adjusting the size of the width (W s ). May include steps.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자는 패치 직렬 급전 어레이 안테나 소자 및 콤라인 직렬 급전 어레이 안테나 소자 중 어느 하나의 안테나 소자일 수 있다.The first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element may be any one of a patch serial feed array antenna element and a combline serial feed array antenna element.
본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 는 전송 선로들로 상호 연결되는 제1 안테나 소자(element), 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자를 포함하고, 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)에 기반하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)가 결정되고, 상기 결정된 거리(dn)에 따른 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정되며, 상기 결정된 결합 효율에 기반하여 상기 제1 안테나 소자와 함께 배열될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the microstrip traveling wave serial feed array antenna includes a first antenna element, an N-th antenna element, and an N+1-th antenna element that are interconnected by transmission lines, and the N-th antenna element and the N+1 antenna element is based on the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element. A distance (d n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element is determined, and a power loss (P) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element according to the determined distance (d n ). The coupling efficiency is determined by considering the loss,n ), and can be arranged together with the first antenna element based on the determined coupling efficiency.
상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)는 상기 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 상기 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 상기 전송 선로들의 유도파장(λg), 상기 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 상기 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 이용하여 결정될 수 있다.The distance (d n ) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element is the length of the output transmission line of the Nth antenna element (L out,n ), and the length of the input transmission line of the N+1th antenna element. Length (L in,n+1 ), guided wavelength of the transmission lines (λ g ), phase of the radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), and the N antenna element Phase of the radiation field in the reference direction (∠E r,n ), transmission coefficient phase of the first antenna element (∠S 21,1 ) to transmission coefficient phase of the N+1 antenna element (∠S 21,n+ 1 ) can be determined using.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자는 패치 직렬 급전 어레이 안테나 소자 및 콤라인 직렬 급전 어레이 안테나 소자 중 어느 하나의 안테나 소자일 수 있다.The first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element may be any one of a patch serial feed array antenna element and a combline serial feed array antenna element.
본 발명은 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상하고, 패치(patch) 및 콤라인(comb-line) 유형에 모두 적용할 수 있는 안테나 소자들 간의 거리를 결정하는 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계되는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 제공할 수 있다.The present invention provides a design method for compensating for phase offset while ensuring in-phase radiation and determining the distance between antenna elements that can be applied to both patch and comb-line types, and a design method thereof. A designed microstrip traveling wave serial feed array antenna can be provided.
본 발명은 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a design method for a microstrip traveling wave serial feed array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of the microstrip traveling wave serial feed array antenna.
본 발명은 패치 어레이 안테나와 콤라인 어레이 안테나의 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a design method for a microstrip traveling wave serial feed array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of patch array antennas and combline array antennas.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 범용 설계 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 전력 흐름에 따른 안테나 소자간 결합 효율을 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 패치 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나를 설명하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 시뮬레이션 결과를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating a general-purpose design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating coupling efficiency between antenna elements according to power flow of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are diagrams illustrating a design method of a patch array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating the characteristics of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to a design method of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figures 5a and 5b are diagrams illustrating a design method of a comb line array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are diagrams illustrating the characteristics of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to a design method of a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B are diagrams illustrating a patch array antenna and a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figures 8A to 8C are diagrams explaining the characteristics of a patch array antenna and a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are diagrams illustrating simulation results of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a diagram illustrating a design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention. They may be implemented in various forms and are not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in this specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, a first component may be named a second component, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Expressions that describe the relationship between components, such as “between”, “immediately between” or “directly adjacent to”, should be interpreted similarly.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, numbers, stages, operations, components, parts, or combinations thereof, as well as one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of stages, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 범용 설계 방법을 설명하는 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating a general-purpose design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 1a는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나와 관련하여 입력 및 출력 포트가 있는 방사 소자 구성을 예시하고, 도 1b는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나로서 패치 안테나 소자를 예시하며, 도 1c는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나로서 콤라인 안테나 소자를 예시한다.Figure 1a illustrates a radiating element configuration with input and output ports in relation to a microstrip traveling wave serial feed array antenna, Figure 1b illustrates a patch antenna element as a microstrip traveling wave serial feed array antenna, and Figure 1c shows a microstrip traveling wave serial feed array antenna. A combline antenna element is illustrated as a series feed array antenna.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 범용 설계 방법은 각 도면에서 표시된 정의를 이용하여 안테나 소자들 간의 최적 거리를 결정하기 위한 범용 설계 방정식을 예시한다.The general design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention illustrates a general design equation for determining the optimal distance between antenna elements using the definitions shown in each drawing.
도 1a를 참고하면, 방사 소자(100)는 입력 포트(101)와 출력 포트(102)가 있고, 입력 포트(101)와 출력 포트(102)는 전송선로와 연결된다.Referring to FIG. 1A, the radiating element 100 has an input port 101 and an output port 102, and the input port 101 and the output port 102 are connected to a transmission line.
입력 포트(101)와 연결된 전송 선로는 입력 전송 선로이고, 출력 포트(102)와 연결된 전송 선로는 출력 전송 선로일 수 있다.The transmission line connected to the input port 101 may be an input transmission line, and the transmission line connected to the output port 102 may be an output transmission line.
본 발명의 일실시예 따르면 방사 소자(100)는 안테나 단위 모델일 수 있고, 안테나 구조를 포함하는 입력 포트(101)에서 출력 포트(102)까지의 전송 계수 위상(transmission coefficient phase, ∠S21) 및 기준방향에서 복사장의 위상(the phase of the radiated field at boresight, ∠Er)을 나타낸다.According to one embodiment of the present invention, the radiating element 100 may be an antenna unit model, and the transmission coefficient phase (∠S 21 ) from the input port 101 including the antenna structure to the output port 102 and the phase of the radiated field at boresight (∠E r ) in the reference direction.
도 1b를 참고하면, 패치 어레이 안테나는 제N 패치 안테나 소자(110) 및 제N+1 패치 안테나 소자(111)를 포함한다.Referring to FIG. 1B, the patch array antenna includes an Nth patch antenna element 110 and an N+1th patch antenna element 111.
도 1c를 참고하면, 콤라인 어레이 안테나는 제N 패치 안테나 소자(120) 및 제N+1 패치 안테나 소자(121)를 포함한다.Referring to FIG. 1C, the combline array antenna includes an Nth patch antenna element 120 and an N+1th patch antenna element 121.
제N 패치 안테나 소자(110), 제N+1 패치 안테나 소자(111), 제N 패치 안테나 소자(120) 및 제N+1 패치 안테나 소자(121)와 관련하여 입력 및 출력 라인에 대하여 별도의 매개 변수를 정의한다.In relation to the Nth patch antenna element 110, the N+1th patch antenna element 111, the Nth patch antenna element 120, and the N+1th patch antenna element 121, separate input and output lines are provided. Define parameters.
패치 안테나 소자와 관련하여, 입력 라인과 관련된 입력 전송 선로의 길이(Lin)는 입력 포트에서 방사 소자의 시작 부분까지의 물리적 길이를 나타내고, 출력 라인과 관련된 출력 전송 선로의 길이(Lout)는 방사 소자의 끝부분에서 출력 포트까지의 물리적 길이를 나타낼 수 있다. 여기서, 방사 소자는 패치 안테나 소자로 지칭될 수 있다.With respect to patch antenna elements, the length of the input transmission line associated with the input line (L in ) represents the physical length from the input port to the beginning of the radiating element, and the length of the output transmission line associated with the output line (L out ) represents the physical length from the input port to the beginning of the radiating element. It can represent the physical length from the end of the radiating element to the output port. Here, the radiating element may be referred to as a patch antenna element.
콤라인 안테나 소자와 관련하여, 점선으로 표시된 방사 소자의 모서리는 방사 소자의 시작과 끝을 동시에 나타낸다. 여기서, 방사 소자는 콤라인 안테나 소자로 지칭될 수 있다.With respect to a combline antenna element, the edges of the radiating element indicated by dotted lines simultaneously indicate the start and end of the radiating element. Here, the radiating element may be referred to as a comb line antenna element.
제N 패치 안테나 소자(110) 및 제N+1 패치 안테나 소자(111) 사이의 거리(dn)는 제N 패치 안테나 소자(110)의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n)와 제N+1 패치 안테나 소자(111)의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1)의 합으로 정의될 수 있다.The distance (dn) between the Nth patch antenna element 110 and the N+1th patch antenna element 111 is the length (L out,n ) of the output transmission line of the Nth patch antenna element 110 and the N+th patch antenna element 110. 1 It can be defined as the sum of the lengths (L in,n+1 ) of the input transmission line of the patch antenna element 111.
제N 패치 안테나 소자(120) 및 제N+1 패치 안테나 소자(121) 사이의 거리(dn)는 제N 패치 안테나 소자(120)의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n)와 제N+1 패치 안테나 소자(121)의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1)의 합으로 정의될 수 있다.The distance (dn) between the Nth patch antenna element 120 and the N+1th patch antenna element 121 is the length (L out,n ) of the output transmission line of the Nth patch antenna element 120 and the N+th patch antenna element 120. 1 It can be defined as the sum of the lengths (L in,n+1 ) of the input transmission line of the patch antenna element 121.
종래 기술에 따르면, 마이크로 스트립 진행파 급전 어레이 안테나는 안테나 소자 간에서 전송 계수 위상과 관련하여 위상 지연을 수용하게 되면 동위상 방사를 보장하기 어려운 측면이 존재한다.According to the prior art, it is difficult to ensure in-phase radiation when a microstrip traveling wave feed array antenna accommodates a phase delay in relation to the transmission coefficient phase between antenna elements.
본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 이를 구성하는 안테나 소자 간의 거리를 하기 수학식 1에 기반하여 조절하면 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the microstrip traveling wave serial feed array antenna can compensate for phase offset while ensuring in-phase radiation by adjusting the distance between the antenna elements constituting the antenna based on Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1에서, dn은 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 사이 거리를 나타낼 수 있고, Lout,n 은 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이를 나타낼 수 있으며, Lin,n+1은 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이를 나타낼 수 있고, λg는 전송 선로들의 유도파장을 나타낼 수 있으며, ∠Er,n+1는 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상을 나타낼 수 있고, ∠Er,n는 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상을 나타낼 수 있으며, ∠S21,1는 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상을 나타낼 수 있고, ∠S21,n+1는 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상을 나타낼 수 있으며, ∠S21,1 ~ ∠S21,n+1는 최초 안테나 소자부터 N+1번째 안테나 소자 까지 결합된 안테나 소자의 전송 계수 위상을 나타낼 수 있다.In Equation 1, d n may represent the distance between the Nth antenna element and the N+1th antenna element, L out,n may represent the length of the output transmission line of the Nth antenna element, L in, n+1 may represent the length of the input transmission line of the N+1 antenna element, λ g may represent the induced wavelength of the transmission lines, and ∠E r,n+1 is the standard of the N+1 antenna element. It can represent the phase of the radiation field in the direction, ∠E r,n can represent the phase of the radiation field in the reference direction of the Nth antenna element, and ∠S 21,1 can represent the transmission coefficient phase of the first antenna element, , ∠S 21,n+1 can represent the transmission coefficient phase of the N+1th antenna element, and ∠S 21,1 ~ ∠S 21,n+1 is combined from the first antenna element to the N+1th antenna element. It can represent the transmission coefficient phase of the antenna element.
예를 들어, 제1 안테나 소자는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 구성하는 최초의 안테나 소자를 지칭할 수 잇다.For example, the first antenna element may refer to the first antenna element constituting the microstrip traveling wave serial feed array antenna.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 수학식 1을 이용하여 n에 적용되는 수를 변경하면서 순차적으로 거리(dn)를 산출하면서 배열되는 안테나 소자 간의 거리를 적용하여 반복적인 최적화 없이 기준방향에서 동위상 복사장에 대한 최적의 거리를 산출하여 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 패치 직렬 급전 어레이 안테나 또는 콤라인 직렬 급전 어레이 안테나로 설계할 수 있다.The design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention uses Equation 1 to sequentially calculate the distance (d n ) while changing the number applied to n to determine the distance between arrayed antenna elements. By applying it to calculate the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without iterative optimization, the microstrip traveling wave serial feed array antenna can be designed as a patch serial feed array antenna or a combline serial feed array antenna.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 수학식 1을 이용하여 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 전송 선로들의 유도파장(λg), 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)에 기반한 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정할 수 있다.The design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention uses Equation 1 to calculate the length (L out,n ) of the output transmission line of the Nth antenna element and the input of the N+1th antenna element. Length of the transmission line (L in,n+1 ), guided wavelength of the transmission lines (λ g ), phase of the radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), N antenna element Phase of the radiation field in the reference direction (∠E r,n ), transmission coefficient phase of the first antenna element (∠S 21,1 ) to transmission coefficient phase of the N+1 antenna element (∠S 21,n+1 ) The distance (d n ) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element based on can be determined.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 전력 흐름에 따른 안테나 소자간 결합 효율을 설명하는 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating coupling efficiency between antenna elements according to power flow of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 전력 흐름을 예시한다.Figure 2 illustrates the power flow of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나는 콤라인 어레이 안테나로서, 제N 안테나 소자(200) 및 제N+1 안테나 소자(201)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention is a combline array antenna and includes an Nth antenna element 200 and an N+1th antenna element 201.
제N 안테나 소자(200) 및 제N+1 안테나 소자(201)와 관련하여 Pin, Pout 및 Prad는 n또는 n+1번째 안테나 소자의 입력, 출력 및 방사 전력으로 정의되며 제N 안테나 소자(200)에 기반한 간단한 관계는 하기 수학식 2와 같다.With respect to the Nth antenna element 200 and the N+1th antenna element 201, P in , P out , and P rad are defined as the input, output, and radiation power of the n or n+1th antenna element, and are defined as the input, output, and radiation power of the Nth antenna element. A simple relationship based on the element 200 is as shown in Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
결합 효율(Cn)은 n번째 안테나 소자의 입력 전력에 대한 복사전력의 비율로 결정될 수 있으며, 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The coupling efficiency (C n ) can be determined as the ratio of radiated power to the input power of the nth antenna element, and can be expressed as Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
결합 효율을 달성하기 위해 제N+1 안테나 소자(201)의 입력 전력(Pin,n+1)을 수학식 2 및 3을 기반으로 제N 안테나 소자(200)와 제N+1 안테나 소자(201) 사이의 전력 손실(Ploss,n)과 제N 안테나 소자(200)의 출력 전력(Pin,n)을 고려하여 하기 수학식 4와 같이 산출될 수 있다.In order to achieve combination efficiency, the input power (P in,n+1 ) of the N+1th antenna element 201 is divided into the Nth antenna element 200 and the N+1th antenna element (P in,n+1) based on Equations 2 and 3. 201), it can be calculated as in Equation 4 below, considering the power loss (P loss,n ) and the output power (P in,n ) of the Nth antenna element 200.
[수학식 4][Equation 4]
본 발명의 일실시예에 따르면 콤라인 어레이 안테나의 각 소자인 제N 안테나 소자(200) 및 제N+1 안테나 소자(201)의 상대 여기 진폭(an)으로 하기 수학식 5와 같이 변환할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the relative excitation amplitude (a n ) of each element of the comb line array antenna, the Nth antenna element 200 and the N+1th antenna element 201 , can be converted as shown in Equation 5 below. You can.
[수학식 5][Equation 5]
본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 수학식 1에 기반하여 결정된 거리(dn)에 따른 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the design method of the microstrip traveling wave serial feed array antenna is the power loss (P loss) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element according to the distance (d n ) determined based on Equation 1. By considering ,n ), the combining efficiency can be determined.
따라서, 본 발명은 패치 어레이 안테나와 콤라인 어레이 안테나의 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides a design method for a microstrip traveling wave serial feed array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of the patch array antenna and the combline array antenna. .
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 패치 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.3A to 3C are diagrams illustrating a design method of a patch array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따라 낮은 반사 계수로 광범위한 결합 효율을 달성하기 위한 제1 타입 내지 제3 타입의 패치 안테나 소자를 예시한다.3A to 3C show first to third types of patches for achieving a wide range of coupling efficiency with a low reflection coefficient according to a design method of a patch array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention. An antenna element is illustrated.
도 3a를 참고하면, 제1 타입의 안테나 소자(300)는 제1 포트(301) 및 제2 포트(302)가 있고, 일반적인 패치 안테나 소자이며, 패치의 길이(Lp)와 너비(Wp)는 76.5GHz에서 입력 반사를 최소화하도록 고정되었다.Referring to FIG. 3A, the first type of antenna element 300 has a first port 301 and a second port 302, is a general patch antenna element, and has the length (L p ) and width (W p ) of the patch. ) was fixed to minimize input reflections at 76.5 GHz.
또한, 제1 타입의 안테나 소자(300)는 입력 전송 선로의 길이(Lin)와 출력 전송 선로의 길이(Lout)을 전송 계수 위상(∠S21)가 "0"이 되도록 조절된다.In addition, the first type of antenna element 300 adjusts the length of the input transmission line (L in ) and the length of the output transmission line (L out ) so that the transmission coefficient phase (∠S 21 ) is “0”.
도 3b를 참고하면, 제2 타입의 안테나 소자(310)는 제1 포트(311) 및 제2 포트(312)가 있고, 슬릿(slit)이 삽입되어 결합 효율이 증가된 패치 안테나 소자이며, 패치의 길이(Lp)와 너비(Wp)는 1.3mm 내지 1.6mm 이고, 76.5GHz에서 입력 반사를 최소화하도록 고정되었으며, 길이(Ls)와 너비(Ws)로 출력 측에 정사각형 모양의 컷이 삽입되었고, 입력 측에는 입력 반사를 줄이기 위해 길이(Lslit)와 너비(Wslit)를 갖는 슬릿이 추가되었으며 그 위치는 슬릿과 패치 사이의 거리인 Dslit에 따라 결정된다.Referring to FIG. 3B, the second type of antenna element 310 is a patch antenna element that has a first port 311 and a second port 312 and has increased coupling efficiency by inserting a slit. The length (L p ) and width (W p ) are 1.3 mm to 1.6 mm, fixed to minimize input reflections at 76.5 GHz, and a square-shaped cut on the output side with length (L s ) and width (W s ). was inserted, and a slit with length (L slit ) and width (W slit) was added to the input side to reduce input reflection, and its position is determined by D slit , the distance between the slit and the patch.
길이(Ls)와 너비(Ws)가 0.3mm 이상인 경우에만 입력 전송 라인에 슬릿을 추가한다.Add slits to the input transmission line only if the length (L s ) and width (W s ) are greater than 0.3 mm.
도 3b를 참고하면, 제2 타입의 안테나 소자(310)는 제1 포트(311) 및 제2 포트(312)가 있고, 슬릿(slit)이 삽입되어 결합 효율이 증가된 패치 안테나 소자이며, 패치의 길이(Lp)와 너비(Wp)는 1.3mm 내지 1.6mm 이고, 76.5GHz에서 입력 반사를 최소화하도록 고정되었으며, 길이(Ls)와 너비(Ws)로 출력 측에 정사각형 모양의 컷이 삽입되었고, 입력 측에는 입력 반사를 줄이기 위해 길이(Lslit)와 너비(Wslit)를 갖는 슬릿이 추가되었으며 그 위치는 슬릿과 패치 사이의 거리인 Dslit에 따라 결정된다.Referring to FIG. 3B, the second type of antenna element 310 is a patch antenna element that has a first port 311 and a second port 312 and has increased coupling efficiency by inserting a slit. The length (L p ) and width (W p ) are 1.3 mm to 1.6 mm, fixed to minimize input reflections at 76.5 GHz, and a square-shaped cut on the output side with length (L s ) and width (W s ). was inserted, and a slit with length (L slit ) and width (W slit) was added to the input side to reduce input reflection, and its position is determined by D slit , the distance between the slit and the patch.
길이(Ls)와 너비(Ws)가 0.3mm 이상인 경우에만 입력 전송 라인에 슬릿을 추가한다.Add slits to the input transmission line only if the length (L s ) and width (W s ) are greater than 0.3 mm.
도 3c를 참고하면, 제3 타입의 안테나 소자(320)는 제1 포트(321) 및 제2 포트(322)가 있고, 슬릿(slit)이 삽입되어 결합 효율이 증가되면서, 패치와 출력 라인 사이에 간격(g)이 삽입되는 패치 안테나 소자이며, 패치의 길이(Lp)와 너비(Wp)는 1.3mm 내지 1.6mm 이고, 76.5GHz에서 입력 반사를 최소화하도록 고정되었으며, 패치와 출력 라인 사이에 간격(g)이 0.1mm 내지 0.15mm로 조절되고, 출력 라인과 패치 사이의 거리(Dp)는 고정된다.Referring to FIG. 3C, the third type of antenna element 320 has a first port 321 and a second port 322, and a slit is inserted to increase coupling efficiency, thereby increasing the coupling efficiency between the patch and the output line. It is a patch antenna element in which a gap (g) is inserted, and the length (L p ) and width (W p ) of the patch are 1.3 mm to 1.6 mm, fixed to minimize input reflection at 76.5 GHz, and between the patch and the output line. The spacing (g) is adjusted from 0.1 mm to 0.15 mm, and the distance (D p ) between the output line and the patch is fixed.
또한, 입력 라인상에 너비(Wp)에 따른 낮은 반사 손실을 위해 길이(Ls)와 너비(Ws)로 출력 측에 정사각형 모양의 컷이 삽입되었다.Additionally, for low reflection loss according to the width (W p ) on the input line, square-shaped cuts were inserted on the output side with length (L s ) and width (W s ).
본 발명의 일실시예에 따르면 제2 타입의 안테나 소자(310) 및 제3 타입의 안테나 소자(320)는 조절되는 슬릿의 크기에 따라 슬릿의 길이(Lslit), 너비(Wslit) 및 안테나 소자 모서리에서 슬릿까지의 거리(Dslit)을 조절하여 상기 전송 선로 중 입력 포트에서 반사를 감소시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second type of antenna element 310 and the third type of antenna element 320 have a slit length (L slit ), a width (W slit ), and an antenna according to the size of the slit to be adjusted. By adjusting the distance (D slit ) from the edge of the device to the slit, reflection at the input port of the transmission line can be reduced.
또한, 제2 타입의 안테나 소자(310) 및 제3 타입의 안테나 소자(320)는 각각의 너비(W)에 따른 반사 손실을 조절하기 위해 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절되어 정사각형 컷의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절된다.In addition, the width (W s ) and length (L s ) of the second type antenna element 310 and the third type antenna element 320 are adjusted to adjust the reflection loss according to each width (W ) . The width (W s ) and length (L s ) of the square cut are adjusted.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating the characteristics of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to a design method of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나가 제1 타입의 패치 어레이 안테나인 경우에 안테나 특성을 예시한다.Figure 4a illustrates antenna characteristics when the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to the design method of the patch array antenna according to an embodiment of the present invention is a first type of patch array antenna.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나가 제2 타입의 패치 어레이 안테나인 경우에 안테나 특성을 예시한다.Figure 4b illustrates antenna characteristics when the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to the design method of the patch array antenna according to an embodiment of the present invention is a second type of patch array antenna.
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나가 제3 타입의 패치 어레이 안테나인 경우에 안테나 특성을 예시한다.Figure 4c illustrates antenna characteristics when the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to the design method of the patch array antenna according to an embodiment of the present invention is a third type of patch array antenna.
도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 제1 타입 내지 제3 타입 패치 안테나 소자가 복합적으로 이용된 경우에 안테나의 특성을 예시한다.Figure 4d illustrates the characteristics of the antenna when the first to third type patch antenna elements according to the design method of the patch array antenna according to an embodiment of the present invention are used in combination.
그래프(400)는 0.4mm에서 1.3mm까지 안테나 소자의 너비(WP)의 변화가 있는 76.5GHz에서 제1 타입의 안테나 소자의 Lin 및 ∠Er을 나타낸다.Graph 400 shows L in and ∠E r of the first type of antenna element at 76.5 GHz with changes in the width (W P ) of the antenna element from 0.4 mm to 1.3 mm.
더 넓은 너비(WP)는 0에 가까운 ∠S21을 유지하기 위해 더 낮은 Lin을 필요로 하고 조준에서 더 높은 ∠Er로 이어진다.A larger width (W P ) requires a lower L in to maintain ∠S 21 close to zero and leads to a higher ∠E r at boresight.
이것은 더 넓은 너비(WP)가 더 많은 신호 전파와 더 적은 복사 지연으로 이어진다는 것을 나타낸다.This indicates that a larger width (W P ) leads to more signal propagation and less radiation delay.
그래프(410)는 너비(Ws)와 너비(Wp)가 클수록 Lin이 낮아지고 ∠Er이 높아지는 것을 나타낸다.The graph 410 shows that as the width (W s ) and width (W p ) increase, L in decreases and ∠E r increases.
또한 출력 전송선로에서의 컷 크기(Ws)가 패치 안테나의 너비(Wp)에 비해 Lin 및 ∠Er에 더 큰 영향을 미친다는 것을 나타낸다.It also shows that the cut size (W s ) in the output transmission line has a greater effect on L in and ∠E r than the width (W p ) of the patch antenna.
그래프(420)는 출력단면에서 방사에 대한 전류 경로가 증가하기 때문에 제3 타입의 안테나 소자의 ∠Er이 다른 유형에 비해 더 낮다는 것을 보여준다.Graph 420 shows that the ∠E r of the third type of antenna element is lower than that of the other types because the current path for radiation in the output cross-section increases.
간격(g)이 ∠Er에 미미한 영향을 미친다는 사실이 이러한 추론을 확인시켜준다.The fact that the spacing (g) has a minor effect on ∠E r confirms this inference.
대신, 간격(g)과 너비(Wp)는 주로 안테나 내부의 신호 전파 경로에 의해 결정되는 Lin에 영향을 미칠 수 있다.Instead, spacing (g) and width (W p ) can affect L in , which is primarily determined by the signal propagation path inside the antenna.
그래프(430)는 제1 타입(431), 제2 타입(432) 및 제3 타입(433)의 특성을 나타낸다.The graph 430 shows the characteristics of the first type 431, the second type 432, and the third type 433.
제1 타입(431)의 결합 효율을 검은색 실선으로 표시한 것으로, 너비(Wp)가 클수록 효율이 0.6% 내지 7.3%의 제한된 범위로 증가한다.The coupling efficiency of the first type 431 is indicated by a black solid line, and as the width (W p ) increases, the efficiency increases within a limited range of 0.6% to 7.3%.
제2 타입(432)의 결합 효율은 8.4%에서 66.6%까지 제1 타입(431)에 대비하여 증가된다.The coupling efficiency of the second type 432 increases compared to the first type 431 from 8.4% to 66.6%.
제3 타입(433)의 결합 효율은 간격(g)가 클수록 복사 전력에 더 많은 결합을 유도하고 제2 타입(432)의 동일한 너비(WP) 범위를 갖는 제3 타입(433)이 53.4%에서 75.7%까지 가장 높은 결합 효율을 포함함을 나타낸다.The coupling efficiency of the third type 433 is that the larger the gap (g), the more coupling it induces to the radiated power, and the third type 433 with the same width (W P ) range of the second type 432 is 53.4%. It shows that it contains the highest binding efficiency up to 75.7%.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.Figures 5a and 5b are diagrams illustrating a design method of a comb line array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 중 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따라 낮은 반사 계수로 광범위한 결합 효율을 달성하기 위한 제1 타입 및 제2 타입의 콤라인 안테나 소자를 예시한다.5A and 5B are diagrams of a first type and a second type for achieving a wide range of coupling efficiency with a low reflection coefficient according to a design method of a combline array antenna among microstrip traveling wave serial feed array antennas according to an embodiment of the present invention. A combline antenna element is illustrated.
일례로, 제1 타입 및 제2 타입의 콤라인 안테나 소자는 안테나 소자의 모서리를 둥글게(round) 처리하여 제조 오류로 인한 메인 빔 틸팅과 높은 SLL를 방지한다.For example, the first and second types of combline antenna elements have rounded corners to prevent main beam tilting and high SLL due to manufacturing errors.
슬릿 너비(Wslit)¸ 길이(Lslit) 및 거리(Dslit)는 입력 포트에서 반사를 줄이기 위해 적절하게 수정될 수 있다.The slit width (W slit )¸ length (L slit ) and distance (D slit ) can be modified appropriately to reduce reflections at the input port.
도 5a를 참고하면, 제1 타입의 콤라인 안테나 소자(500)는 전형적인 콤라인 안테나 소자이고, 모서리로부터의 방사소자의 길이 Le와 안테나 소자의 너비를 입력포트에 맞게 조절될 수 있다. 그런 다음 ∠S21을 "0"으로 유지하기 위해 같은 수로 Lin과 Lout이 조절될 수 있다.Referring to FIG. 5A, the first type of comb line antenna element 500 is a typical comb line antenna element, and the length L e of the radiating element from the corner and the width of the antenna element can be adjusted to suit the input port. Then L in and L out can be adjusted by the same number to keep ∠S21 at “0”.
도 6b를 참고하면, 제2 타입의 콤라인 안테나 소자(510)는 원형 스터브 일체형 안테나 소자를 사용하는 제2 타입이고, 여기서 서브 급전선이 있는 방사 소자의 입력에 스터브가 추가된다.Referring to FIG. 6B, the second type of comb line antenna element 510 uses a circular stub-integrated antenna element, and here, a stub is added to the input of the radiating element with the sub-feed line.
스터브의 길이(Ls)와 폭(Ws), 스터브와 방사체 사이의 간격(g), 소자 끝단에서 연결되는 거리(D)를 추가로 조절되고, L과 Le는 제1 타입의 콤라인 안테나 소자(500)와 동일할 수 있다.The length (L s ) and width (W s ) of the stub, the gap between the stub and the radiator (g), and the distance connected to the end of the element (D) are further adjusted, and L and L e are the first type of comb line. It may be the same as the antenna element 500.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.6A to 6C are diagrams illustrating the characteristics of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to a design method of a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나가 제1 타입의 콤라인 어레이 안테나인 경우에 안테나 특성을 예시한다.Figure 6a illustrates antenna characteristics when the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to the design method of the combline array antenna according to an embodiment of the present invention is a first type of combline array antenna.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나가 제2 타입의 콤라인 어레이 안테나인 경우에 안테나 특성을 예시한다.Figure 6b illustrates antenna characteristics when the microstrip traveling wave serial feed array antenna according to the design method of the combline array antenna according to an embodiment of the present invention is a second type of combline array antenna.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나의 설계 방법에 따른 제1 타입 및 제2 타입 패치 안테나 소자가 복합적으로 이용된 경우에 안테나의 특성을 예시한다.Figure 6c illustrates the characteristics of the antenna when the first type and the second type patch antenna elements according to the design method of the comb line array antenna according to an embodiment of the present invention are used in combination.
그래프(600)에서는 76.5GHz에서 제1 타입 콤라인 안테나 소자의 Lin 및 ∠Er를 보여주며 We의 변화는 0.1mm에서 1.0mm이다.The graph 600 shows L in and ∠E r of the first type combline antenna element at 76.5 GHz, and the change in W e is from 0.1 mm to 1.0 mm.
We가 넓을수록 신호 및 방사 경로가 단축되어 거의 0에 가까운 ∠S21에 대해 더 긴 Lin과 더 큰 ∠Er이 생성된다.A wider W e shortens the signal and radiation path, producing a longer L in and larger ∠E r for ∠S 21 which is close to zero.
그래프(610)에서는 Ws가 넓을수록 ∠Er이 커지고 We가 넓을수록 Lin은 길어지고 ∠Er은 낮아진다.In the graph 610, the wider W s , the larger ∠E r , and the wider W e , the longer L in and the lower ∠E r .
스터브 결합 소자(Stub-integrated element)는 Ws가 증가함에 따라 더 많은 위상 지연을 가지지만 우리는 그 지연을 상쇄할 수 잇다.Stub-integrated elements have more phase delay as W s increases, but we can cancel out that delay.
그래프(620)는 제1 타입(621) 및 제2 타입(622)의 결합 효율을 나타내는데, 제1 타입(621) 콤라인 안테나 소자는 여기가 점진적으로 증가함에 따라 결합 효율도 증가하여 2.3%에서 26.8%의 범위를 차지한다.The graph 620 shows the coupling efficiency of the first type 621 and the second type 622. The coupling efficiency of the first type 621 combline antenna element increases as the excitation gradually increases, from 2.3%. It covers a range of 26.8%.
한편, 제2 타입(622) 콤라인 안테나 소자는 Ws는 We보다 커플링 효율에 더 큰 영향을 미치고, 결합 효율은 32.4%에서 91.1%까지 가장 높은 결합 효율을 광범위하게 다룬다.Meanwhile, for the second type (622) combline antenna element, W s has a greater effect on coupling efficiency than W e , and the highest coupling efficiency ranges from 32.4% to 91.1%.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나를 설명하는 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating a patch array antenna and a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법을 통해 설계된 패치 어레이 안테나를 예시하고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법을 통해 설계된 콤라인 어레이 안테나를 예시한다.Figure 7a illustrates a patch array antenna designed through a microstrip traveling wave serial feed array antenna design method according to an embodiment of the present invention, and Figure 7b illustrates a microstrip traveling wave serial feed array antenna design method according to an embodiment of the present invention. An example of a comb line array antenna designed through .
도 7a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나(700)는 10개의 패치 안테나 소자(a1 내지 a10)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 7A, the patch array antenna 700 according to an embodiment of the present invention is composed of 10 patch antenna elements (a 1 to a 10 ).
여기서, 10개의 패치 안테나 소자(a1 내지 a10)는 도 3a에서 설명된 제1 타입(701)의 패치 안테나 소자, 도 3b에서 설명된 제2 타입(702)의 패치 안테나 소자 및 도 3c에서 설명된 제3 타입(703)의 패치 안테나 소자 및 마지막 패치 안테나 소자(704)로 구성된다.Here, 10 patch antenna elements (a 1 to a 10 ) are a patch antenna element of the first type 701 described in FIG. 3A, a patch antenna element of the second type 702 described in FIG. 3B, and a patch antenna element of the second type 702 described in FIG. 3C. It consists of a patch antenna element of the described third type (703) and a last patch antenna element (704).
예를 들어, 제1 안테나 소자가 제1 패치 안테나 소자(a1)이고, 제N 안테나 소자가 제2 패치 안테나 소자(a2)이며, 제N+1 안테나 소자가 제3 패치 안테나 소자(a3)이면, 본 발명의 일실시예 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 제2 패치 안테나 소자(a2)와 제3 패치 안테나 소자(a3) 간의 사이 거리(d2)를 결정할 수 있다.For example, the first antenna element is the first patch antenna element (a 1 ), the N-th antenna element is the second patch antenna element (a 2 ), and the N+1-th antenna element is the third patch antenna element (a 3 ), the microstrip traveling wave serial feed array antenna design method according to an embodiment of the present invention can determine the distance (d 2 ) between the second patch antenna element (a 2 ) and the third patch antenna element (a3). .
동상 여기에 대한 패치 안테나의 각 안테나 소자의 매개변수(parameter)는 하기 표 1을 통해 정리할 수 있다.The parameters of each antenna element of the patch antenna for in-phase excitation can be summarized in Table 1 below.
mmtype
mm
deg.L in, n
deg.
deg.∠E r,n
deg.
deg.∠S 21,n
deg.
deg.∠S 21,1~n+1
deg.
도 7b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 콤라인 어레이 안테나(710)는 10개의 콤라인 안테나 소자(a1 내지 a10)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 7B, the comb line array antenna 710 according to an embodiment of the present invention is composed of 10 comb line antenna elements (a 1 to a 10 ).
여기서, 10개의 콤라인 안테나 소자(a1 내지 a10)는 도 5a에서 설명된 제1 타입(711)의 콤라인 안테나 소자, 도 5b에서 설명된 제2 타입(712)의 콤라인 안테나 소자 및 마지막 콤라인 안테나 소자(713)로 구성된다.Here, the ten comb line antenna elements (a 1 to a 10 ) are a comb line antenna element of the first type 711 illustrated in FIG. 5A, a comb line antenna element of the second type 712 illustrated in FIG. 5B, and It consists of the last comb line antenna element 713.
예를 들어, 제1 안테나 소자가 제1 콤라인 안테나 소자(a1)이고, 제N 안테나 소자가 제2 콤라인 안테나 소자(a2)이며, 제N+1 안테나 소자가 제3 콤라인 안테나 소자(a3)이면, 본 발명의 일실시예 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법은 제2 콤라인 안테나 소자(a2)와 제3 콤라인 안테나 소자(a3) 간의 사이 거리(d2)를 결정할 수 있다.For example, the first antenna element is the first comb line antenna element (a 1 ), the Nth antenna element is the second comb line antenna element (a 2 ), and the N+1 antenna element is the third comb line antenna. If the element (a 3 ), the microstrip traveling wave serial feed array antenna design method according to an embodiment of the present invention is the distance between the second comb line antenna element ( a 2 ) and the third comb line antenna element (a 3 ) (d 2 ) can be determined.
따라서, 본 발명은 동위상 방사를 보장하면서 위상 오프셋을 보상하고, 패치(patch) 및 콤라인(comb-line) 유형에 모두 적용할 수 있는 안테나 소자들 간의 거리를 결정하는 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 설계되는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides a design method for compensating for phase offset while ensuring in-phase radiation and determining the distance between antenna elements that can be applied to both patch and comb-line types, and the design method thereof. A microstrip traveling wave serial feed array antenna designed by can be provided.
동상 여기에 대한 콤라인 안테나의 각 안테나 소자의 매개변수(parameter)는 하기 표 2를 통해 정리할 수 있다.The parameters of each antenna element of the combline antenna for in-phase excitation can be summarized in Table 2 below.
mmtype
mm
deg.L in, n
deg.
deg.∠E r,n
deg.
deg.∠S 21,n
deg.
deg.∠S 21,1~n+1
deg.
본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나(700) 및 콤라인 어레이 안테나(710)의 특성은 도 8a 내지 도 8c에서 설명한다.The characteristics of the patch array antenna 700 and the comb line array antenna 710 according to an embodiment of the present invention are described in FIGS. 8A to 8C.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 특성을 설명하는 도면이다.Figures 8A to 8C are diagrams explaining the characteristics of a patch array antenna and a comb line array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 8a의 그래프(800)는 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나와 관련하여 -20dB의 SLL(sidelobe level)에 대한 상대 진폭 및 결합 효율을 예시한다.Graph 800 in FIG. 8A illustrates the relative amplitude and combining efficiency for a sidelobe level (SLL) of -20 dB for a patch array antenna and a combline array antenna.
그래프(800)에서 그래프선(801)은 패치 어레이 안테나를 나타낼 수 있고, 그래프선(802)은 콤라인 어레이 안테나를 나타낼 수 있다.In the graph 800, the graph line 801 may represent a patch array antenna, and the graph line 802 may represent a comb line array antenna.
그래프(800)의 가로축은 안테나 소자(element)의 수를 나타내고, 좌세로축은 상대 진폭(relative amplitude)를 나타내며, 우세로축은 결합 효율(coupling efficiency)를 나타내고 있다.The horizontal axis of the graph 800 represents the number of antenna elements, the left vertical axis represents relative amplitude, and the dominant axis represents coupling efficiency.
도 8a의 그래프(800)를 참고하면, 제1 번째 안테나 소자부터 9번째 안테나 소까지 직렬 공급 패치 및 콤라인 어레이 안테나는 결합 효율의 범위가 각각 0.8% 내지 59.2% 및 2.3% 내지 79.8%여야함을 확인할 수 있다.Referring to the graph 800 in FIG. 8A, the serially supplied patch and combline array antennas from the first antenna element to the ninth antenna element must have coupling efficiencies in the range of 0.8% to 59.2% and 2.3% to 79.8%, respectively. can confirm.
그래프(800)에 따르면, 패치 및 콤라인 어레이 안테나의 진폭 분포는 돌프체비세브(Dolph-Chebyshev) 어레이 인자의 진폭 분포와 비교하여 대칭적이지 않다.According to graph 800, the amplitude distribution of patch and combline array antennas is not symmetrical compared to the amplitude distribution of the Dolph-Chebyshev array factor.
이것은 안테나 소자가 돌프체비세브 어레이 계수 계산의 경우가 아닌 진행파 직렬 급전 어레이 안테나에서 이상적인 포인트 소스가 아니기 문일 수 있고, 진행파 모드에서 마지막 안테나 소자는 남은 모든 전력을 방출하는 것이 바람직하다.This may be because the antenna element is not an ideal point source in a traveling wave serial feed array antenna, which is not the case in the Dolphchebyshev array coefficient calculation, and in traveling wave mode it is desirable for the last antenna element to radiate all remaining power.
도 8b의 그래프(810)는 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 마지막 안테나 소자의 반사 계수를 예시한다.Graph 810 in FIG. 8B illustrates the reflection coefficient of the last antenna element of a patch array antenna and a combline array antenna.
도 8b의 그래프(810)를 참고하면, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 반사 계수(reflection coefficient)를 나타내며, 그래프선(811)은 패치 어레이 안테나의 마지막 안테나 소자를 나타내고, 그래프선(812)은 콤라인 어레이 안테나의 마지막 안테나 소자를 나타낼 수 있다.Referring to the graph 810 in FIG. 8B, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the reflection coefficient, the graph line 811 represents the last antenna element of the patch array antenna, and the graph line 812 represents the It can represent the last antenna element of a comb line array antenna.
패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 마지막 안테나 소자와 관련하여 Ls10은 0.4 mm이고, Ws10은 0.24 mm이며, L은 1.31 mm이고, W는 1.32 mm일 수 있다.With respect to the last antenna element of the patch array antenna and the combline array antenna, L s10 may be 0.4 mm, W s10 may be 0.24 mm, L may be 1.31 mm, and W may be 1.32 mm.
패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 마지막 안테나 소자는 각 편광 방향으로 향하고 입력 포트와 일치하여 잔류 전력을 효율적으로 방출할 수 있다.The last antenna element of the patch array antenna and combline array antenna is oriented in each polarization direction and coincides with the input port, so that residual power can be efficiently dissipated.
그래프(810)의 시뮬레이션 결과는 직렬 공급 패치 및 콤라인 배열의 마지막 요소의 반사 계수가 76.5GHz에서 각각 -22dB 및 -25dB임을 보여줍니다.The simulation results in graph 810 show that the reflection coefficients of the series-fed patch and the last element of the combline array are -22 dB and -25 dB, respectively, at 76.5 GHz.
예를 들어, 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나의 마지막 안테나에서 방사 전기장의 위상은 각각 97º 및 -10º일 수 있다.For example, the phase of the radiated electric field at the last antenna of a patch array antenna and a combline array antenna may be 97º and -10º, respectively.
도 8c의 그래프(820)는 패치 어레이 안테나 및 콤라인 어레이 안테나에서 동상 여기(in phase excitation)를 위한 안테나 소자 간의 거리를 나타낸다.Graph 820 in FIG. 8C shows the distance between antenna elements for in phase excitation in a patch array antenna and a combline array antenna.
그래프(820)에 따른 거리는 수학식1에 기반하여 계산된 거리일 수 있다.The distance according to the graph 820 may be a distance calculated based on Equation 1.
동상 여기에 대한 각 안테나 소자의 매개변수(parameter)는 상기 표 1 및 표 2를 통해 정리할 수 있다.The parameters of each antenna element for in-phase excitation can be summarized through Tables 1 and 2 above.
입력 전송 선로의 길이(Lin)는 전송 계수 위상(∠S21)을 거의 "0"으로 만들기 위해 결정될 수 있다.The length of the input transmission line (L in ) can be determined to make the transmission coefficient phase (∠S 21 ) approximately “0”.
따라서, 전송 계수 위상(∠S21)은 동상 여기를 위한 거리를 결정하는데 무시할 수 있다.Therefore, the transmission coefficient phase (∠S 21 ) can be neglected in determining the distance for in-phase excitation.
그러나, 안테나 소자를 연결하면 두 안테나 소자의 상호 결합으로 인해 원치 않는 위상 오프셋이 발생하므로 최초 안테나 소자부터 제N+1 안테나 소자까지의 전송 계수 위상(∠S21,1~n+1)을 사용하여 오프셋을 식별할 수 있다.However, when connecting antenna elements, an unwanted phase offset occurs due to mutual coupling of the two antenna elements, so the transmission coefficient phase (∠S 21,1~n+1 ) from the first antenna element to the N+1 antenna element is used. This allows the offset to be identified.
예를 들어, 안테나 소자의 타입이 변하면 안테나 소자 사이의 거리가 변경되는데, 패치 배열 안테나에서 제7 거리(d7)에서 가장 짧은 거리가 제2 타입에서 제3 타입으로 전환하여 해당되는 것을 확인할 수 있다.For example, when the type of antenna element changes, the distance between the antenna elements changes, and it can be confirmed that the shortest distance in the seventh distance (d 7 ) in the patch array antenna corresponds to the switch from the second type to the third type. there is.
그 이유는 전송 선로의 출력 포트에서 결합 구조를 이용한 제8 안테나 소자는 낮은 복사장의 위상(∠Er)을 가진다.The reason is that the eighth antenna element using a coupling structure at the output port of the transmission line has a low radiation field phase (∠E r ).
제8 거리(d8)의 급증은 제8 안테나 소자와 제9 안테나 소자 사이의 유사한 복사장의 위상(∠Er)때문이다.The sharp increase in the eighth distance (d 8 ) is due to the similar phase of the radiation field (∠E r ) between the eighth and ninth antenna elements.
유사하게 콤라인 어레이 안테나에서 제4 거리(d4)의 감소는 주로 제1 유형에서 제2 유형으로의 상당한 복사장의 위상(∠Er)의 하락 때문이다.Similarly, the reduction of the fourth distance (d 4 ) in a combline array antenna is mainly due to a significant drop in the phase (∠E r ) of the radiated field from the first type to the second type.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 시뮬레이션 결과를 설명하는 도면이다.9A and 9B are diagrams illustrating simulation results of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 모의 방사 패턴을 예시한다.Figure 9a illustrates a simulated radiation pattern of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 9a의 그래프(900)를 참고하면, 설계 주파수에서 기존 방법과 본 발명을 사용하여 시뮬레이션된 공편광 방사 패턴을 예시한다.Referring to graph 900 in FIG. 9A, it illustrates co-polarized radiation patterns simulated using existing methods and the present invention at design frequencies.
그래프(900)의 가로축은 각도를 나타내고, 세로축은 정규화된 이득(normalized gain)을 나타내며, 그래프선(901)은 종래 기술에 따른 패치 어레이 안테나를 나타내고, 그래프선(902)은 본 발명에 따른 패치 어레이 안테나를 나타내며, 그래프선(903)은 종래 기술에 따른 콤라인 어레이 안테나를 나타내고, 그래프선(904)은 본 발명에 따른 콤라인 어레이 안테나를 나타낸다.The horizontal axis of the graph 900 represents the angle, the vertical axis represents the normalized gain, the graph line 901 represents a patch array antenna according to the prior art, and the graph line 902 represents the patch according to the present invention. It represents an array antenna, and the graph line 903 represents a comb line array antenna according to the prior art, and the graph line 904 represents a comb line array antenna according to the present invention.
그래프선(901) 및 그래프선(903)을 보면, 종래 기술은 상호 결합 효과를 보상하지 못했고, 그 결과 직렬 공급 패치 및 콤라인 선 어레이는 각각 -4º 및 -3º의 메인 빔 방향을 가졌다.Looking at graph lines 901 and 903, the prior art failed to compensate for the mutual coupling effect, and as a result, the series-fed patch and combline line arrays had main beam directions of -4º and -3º, respectively.
또한 각각 -18.3dB 및 -18.5dB의 SLL이 있고, 종래 기술에 따른 패치 배열 안테나 및 콤라인 안테나 모두에서 보상되지 않은 위상 지연은 메인 로브(main lobe)를 기울이고 SLL을 증가시킴을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that there are SLLs of -18.3dB and -18.5dB, respectively, and that the uncompensated phase delay in both the patch array antenna and the combline antenna according to the prior art tilts the main lobe and increases the SLL.
한편, 본 발명은 상호 결합 효과에 의한 위상 지연을 제거하기 위해 ∠S21,1~n+1을 고려함에 따라 어레이에서 최적의 거리를 찾기 위한 반복 과정 없이 제안된 방정식인 수학식 1은 직렬 급전 패치 어레이 안테나와 콤라인 어레이 안테나의 메인 빔 방향을 각각 0º 및 SLL -21.7 dB 및 -20.1 dB로 만들었다.Meanwhile, the present invention considers ∠S 21,1~n+1 to eliminate the phase delay due to the mutual coupling effect, so Equation 1, the proposed equation without an iterative process to find the optimal distance in the array, The main beam directions of the patch array antenna and combline array antenna were set to 0º and SLL -21.7 dB and -20.1 dB, respectively.
따라서 이러한 결과는 안테나 소자들 사이의 최적 거리에 대해 제안된 방정식인 수학식 1이 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 위상 지연을 성공적으로 보상할 수 있음을 입증한다.Therefore, these results demonstrate that Equation 1, the proposed equation for the optimal distance between antenna elements, can successfully compensate for the phase delay of the microstrip traveling wave serial feed array antenna.
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 반사 계수를 예시한다.Figure 9b illustrates the reflection coefficient of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 9b의 그래프(910)를 참고하면, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 반사 계수를 나타내며, 그래프선(911)은 패치 어레이 안테나의 측정 값을 나타내고, 그래프선(912)은 콤라인 어레이 안테나의 측정 값을 나타내며, 그래프선(913)은 패치 어레이 안테나의 시뮬레이션 값을 나타내고, 그래프선(914)은 콤라인 어레이 안테나의 시뮬레이션 값을 나타낸다.Referring to the graph 910 in FIG. 9B, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the reflection coefficient, the graph line 911 represents the measured value of the patch array antenna, and the graph line 912 represents the measurement value of the comb line array antenna. It represents the measured value, and the graph line 913 represents the simulation value of the patch array antenna, and the graph line 914 represents the simulation value of the comb line array antenna.
반사 계수는 벡터 네트워크 분석기인 Agilent E8364B를 사용하여 측정되었고, 직렬 급전 패치와 콤라인 어레이 안테나의 측정된 반사 계수는 76.5GHz의 설계 주파수에서 -21.8dB 및 -15.4dB이다.The reflection coefficient was measured using a vector network analyzer, Agilent E8364B, and the measured reflection coefficients of the series-fed patch and combline array antenna are -21.8 dB and -15.4 dB at the design frequency of 76.5 GHz.
측정된 결과는 시뮬레이션된 결과와 비교하여 약간의 저하와 함께 더 낮은 주파수에서 최소 반사를 나타내고, 공진 이동의 주요 원인은 기판의 유전 상수 오프셋과 백쇼트(back-short)의 제조 오류에서 비롯될 것으로 예상된다.The measured results show minimal reflection at lower frequencies with a slight degradation compared to the simulated results, and the main causes of the resonance shift are expected to come from manufacturing errors in the substrate's dielectric constant offset and back-shorts. It is expected.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 설명하는 도면이다.Figure 10 is a diagram illustrating a design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 예시한다.Figure 10 illustrates a design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, 단계(1001)에서 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상 내지 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상을 고려하여 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 거리를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 10, in step 1001, the design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention includes the transmission coefficient phase of the first antenna element to the transmission coefficient phase of the N+1th antenna element. Taking this into account, the distance between the Nth antenna element and the N+1th antenna element can be determined.
즉, 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 전송 선로들의 유도파장(λg), 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 이용하여 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정할 수 있다.In other words, the design method of the microstrip traveling wave serial feed array antenna is the length of the output transmission line of the Nth antenna element (L out,n ), and the length of the input transmission line of the N+1th antenna element (L in,n+1 ). , the induced wavelength of the transmission lines (λ g ), the phase of the radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), and the phase of the radiation field in the reference direction of the N antenna element (∠E r, n ), the Nth antenna element and the N+1th antenna element using the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1th antenna element. The distance (d n ) between antenna elements can be determined.
한편, 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 상술한 수학식 1을 이용하여 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정할 수 있다.Meanwhile, the design method of the microstrip traveling wave serial feed array antenna can determine the distance (d n ) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element using Equation 1 described above.
단계(1002)에서 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 거리에 따른 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실을 고려하여 결합 효율을 결정할 수 있다.In step 1002, the design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention can determine the coupling efficiency by considering the power loss between the Nth antenna element and the N+1th antenna element according to the distance. .
즉, 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 단계(1001)에서 결정된 거리(dn)에 기반한 제N 안테나 소자와 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정할 수 있다.In other words, the design method of the microstrip traveling wave serial feed array antenna is combined by considering the power loss (P loss,n ) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element based on the distance (d n ) determined in step 1001. Efficiency can be determined.
예를 들어, 패치 배열 안테나의 경우에 거리(dn)는 전송 계수 위상 및 기준방향에서 복사장의 위상과 관련하여 위상은 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하거나, 제1 안테나 소자, 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 적용되는 정사각형 컷(square-shaped cut)의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하거나, 전송 선로들 중 어느 하나의 전송 선로와 제1 안테나 소자, 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자 각각의 중심 간의 사이 간격을 조절하여 조절될 수 있다.For example, in the case of a patch array antenna, the distance (d n ) is related to the transmission coefficient phase and the phase of the radiation field in the reference direction, and the phase is related to the width (W) and length (L) of the transmission lines. ), or adjust the width (W) of the square-shaped cut applied to the width (W) and length (L) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element. s ) and length (L s ), or by adjusting the distance between the centers of any one of the transmission lines and the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element. there is.
또한, 콤라인 배열 안테나의 경우에 거리(dn)는 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하거나, 제1 안테나 소자, 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(We)를 조절하거나, 제1 안테나 소자, 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자 각각에서 스터브를 추가하고, 추가된 스터브의 길이(Ls) 및 너비(Ws), 추가된 스터브와의 사이 간격(g) 및 끝단에서 연결되는 거리(D)를 조절하여 조절될 수 있다.In addition, in the case of a comb line array antenna, the distance (d n ) adjusts the size of the inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines, or the size of the inserted slit or the first antenna element and the Nth antenna element. And adjusting the width (W e ) of each of the N+1 antenna elements, or adding stubs to each of the first antenna element, the N antenna element, and the N+1 antenna element, and the length of the added stub (L s ). And it can be adjusted by adjusting the width (W s ), the distance between the added stubs (g), and the distance connected at the end (D).
단계(1003)에서 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 결합 효율에 기반하여 안테나 소자들을 배열할 수 있다.In step 1003, the design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna according to an embodiment of the present invention can arrange antenna elements based on coupling efficiency.
즉, 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 단계(1002)에서 결정된 결합 효율에 기반하여 제1 안테나 소자, 제N 안테나 소자 및 제N+1 안테나 소자를 배열할 수 있다.That is, the design method of the microstrip traveling wave serial feed array antenna may arrange the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element based on the coupling efficiency determined in step 1002.
예를 들어, 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법은 N이 3인 경우에 제3 안테나 소자와 제4 안테나 소자의 최적 거리에 기반하여 제4 안테나 소자를 배열하고, N이 4인 경우에 대하여 순차적으로 안테나 소자를 배열할 수 있다.For example, the design method of a microstrip traveling wave serial feed array antenna is to arrange the fourth antenna element based on the optimal distance between the third and fourth antenna elements when N is 3, and when N is 4 Antenna elements can be arranged sequentially.
따라서, 본 발명은 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계에서 반복적인 최적화 과정 없이 기준방향에서 동위상 복사 필드에 대한 최적 거리를 결정하는 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나의 설계 방법을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a design method for a microstrip traveling wave serial feed array antenna that determines the optimal distance to the in-phase radiation field in the reference direction without an iterative optimization process in the design of the microstrip traveling wave serial feed array antenna.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
Claims (13)
상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 고려하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정하는 단계;
상기 결정된 거리(dn)에 따른 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 결합 효율에 기반하여 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자를 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.In the microstrip traveling wave serial feed array antenna design method including a first antenna element, an N-th antenna element, and an N+1-th antenna element interconnected by transmission lines,
Considering the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element, the Nth antenna element and the N+ 1 determining the distance (d n ) between antenna elements;
determining coupling efficiency by considering power loss (P loss,n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element according to the determined distance (d n ); and
And arranging the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element based on the determined coupling efficiency.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 고려하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)를 결정하는 단계는,
상기 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 상기 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 상기 전송 선로들의 유도파장(λg), 상기 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 상기 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 이용하여 상기 거리(dn)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 1,
Considering the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) of the first antenna element to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element, the Nth antenna element and the N+ 1 The step of determining the distance (d n ) between antenna elements is:
Length of the output transmission line of the Nth antenna element (L out,n ), length of the input transmission line of the N+1th antenna element (L in,n+1 ), and guided wavelength of the transmission lines (λ g ) , the phase of the radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), the phase of the radiation field in the reference direction of the Nth antenna element (∠E r,n ), the first antenna element Characterized by determining the distance (d n ) using the transmission coefficient phase (∠S 21,1 ) to the transmission coefficient phase (∠S 21,n+1 ) of the N+1 antenna element. to do
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계;
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 적용되는 정사각형 컷(square-shaped cut)의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계; 및
상기 전송 선로들 중 어느 하나의 전송 선로와 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 중심 간의 사이 간격을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 1,
Adjusting the size of the inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines;
Width (W s ) and length of a square-shaped cut applied to the width (W ) and length (L) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element adjusting (L s ); and
Further comprising the step of adjusting the distance between any one of the transmission lines and the centers of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계는,
상기 조절되는 슬릿의 크기에 따라 슬릿의 길이(Lslit), 너비(Wslit) 및 안테나 소자 모서리에서 슬릿까지의 거리(Dslit)을 조절하여 상기 전송 선로 중 입력 포트에서 반사를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 3,
The step of adjusting the size of the inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines is,
A step of reducing reflection at the input port of the transmission line by adjusting the length (L slit ), width (W slit ), and distance from the edge of the antenna element to the slit (D slit ) of the slit according to the size of the adjusted slit. Characterized by including
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 적용되는 정사각형 컷의 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계는,
상기 전송 선로들 중 입력 측에서 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(W)에 따른 반사 손실을 조절하기 위해 너비(Ws)와 길이(Ls)를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 3,
Adjusting the width (W s ) and length (L s ) of the square cut applied to the width (W) and length (L) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N +1-th antenna element. The steps are:
In order to adjust the return loss according to the width (W) of each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element on the input side of the transmission lines, the width (W s ) and the length (L s ), characterized in that it includes the step of adjusting
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 전송 선로들 중 어느 하나의 전송 선로와 상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 중심 간의 사이 간격을 조절하는 단계는,
상기 조절된 사이 간격에 기반하여 복사 전력에 대한 결합 유도를 조절하고, 상기 조절된 결합 유도에 기반하여 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 3,
The step of adjusting the distance between any one of the transmission lines and the centers of each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element includes,
Characterized in that it comprises the step of adjusting the coupling induction for radiated power based on the adjusted spacing, and adjusting the coupling efficiency based on the adjusted coupling induction.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
전송 선로들의 너비(W) 및 길이(L)에 대하여 삽입되는 슬릿(slit)의 크기를 조절하는 단계;
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(We)를 조절하는 단계; 및
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각에서 스터브를 추가하고, 상기 추가된 스터브의 길이(Ls) 및 너비(Ws), 상기 추가된 스터브와의 사이 간격(g) 및 끝단에서 연결되는 거리(D)를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 1,
Adjusting the size of the inserted slit with respect to the width (W) and length (L) of the transmission lines;
adjusting the width (W e ) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element; and
A stub is added to each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element, and the length (L s ) and width (W s ) of the added stub, and the distance between the added stub and the added stub, Characterized in that it further comprises the step of adjusting the gap (g) and the distance connected from the end (D)
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각의 너비(We)를 조절하는 단계는,
상기 조절된 너비(We)에 따라 신호 및 방사 경로를 조절하여 "0"에 가까운 전송 계수 위상(∠S21)에 대해 입력 전송 선로의 길이(Lin)와 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er)이 조절되어 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.In clause 7,
The step of adjusting the width (W e ) of each of the first antenna element, the N-th antenna element, and the N+1-th antenna element is,
By adjusting the signal and radiation path according to the adjusted width (W e ), the length of the input transmission line (L in ) and the phase of the radiation field in the reference direction (∠ E r ) is adjusted to control the binding efficiency.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자 각각에서 스터브를 추가하고, 상기 추가된 스터브의 길이(Ls) 및 너비(Ws), 상기 추가된 스터브와의 사이 간격(g) 및 끝단에서 연결되는 거리(D)를 조절하는 단계는,
상기 너비(Ws)의 크기를 조절하여 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er)을 조절하여 상기 결합 효율을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.In clause 7,
A stub is added to each of the first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element, and the length (L s ) and width (W s ) of the added stub, and the distance between the added stub and the added stub, The step of adjusting the gap (g) and the distance connected from the end (D) is,
Characterized by controlling the coupling efficiency by adjusting the size of the width (W s ) and the phase (∠E r ) of the radiation field in the reference direction.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자는 패치 직렬 급전 어레이 안테나 소자 및 콤라인 직렬 급전 어레이 안테나 소자 중 어느 하나의 안테나 소자인 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 설계 방법.According to paragraph 1,
The first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element are any one of a patch serial feed array antenna element and a comb line serial feed array antenna element.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna design method.
상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)에 기반하여 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)가 결정되고, 상기 결정된 거리(dn)에 따른 상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 전력 손실(Ploss,n)을 고려하여 결합 효율을 결정되며, 상기 결정된 결합 효율에 기반하여 상기 제1 안테나 소자와 함께 배열되는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나.It includes a first antenna element, an N-th antenna element, and an N+1-th antenna element that are interconnected by transmission lines,
The Nth antenna element and the N+1th antenna element have a transmission coefficient phase of the first antenna element (∠S 21,1 ) to a transmission coefficient phase of the N+1th antenna element (∠S 21,n+1 ) is determined based on the distance (d n ) between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element, and between the N-th antenna element and the N+1-th antenna element according to the determined distance (d n ) The coupling efficiency is determined considering the power loss (P loss,n ), and is arranged together with the first antenna element based on the determined coupling efficiency.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna.
상기 제N 안테나 소자와 상기 제N+1 안테나 소자 간의 거리(dn)는 상기 제N 안테나 소자의 출력 전송 선로의 길이(Lout,n), 상기 제N+1 안테나 소자의 입력 전송 선로의 길이(Lin,n+1), 상기 전송 선로들의 유도파장(λg), 상기 제N+1 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n+1), 상기 제N 안테나 소자의 기준방향에서 복사장의 위상(∠Er,n), 상기 제1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,1) 내지 상기 제N+1 안테나 소자의 전송 계수 위상(∠S21,n+1)을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나.According to clause 11,
The distance (d n ) between the Nth antenna element and the N+1th antenna element is the length of the output transmission line of the Nth antenna element (L out,n ), and the length of the input transmission line of the N+1th antenna element. Length (L in,n+1 ), guided wavelength of the transmission lines (λ g ), phase of the radiation field in the reference direction of the N+1 antenna element (∠E r,n+1 ), and the N antenna element Phase of the radiation field in the reference direction (∠E r,n ), transmission coefficient phase of the first antenna element (∠S 21,1 ) to transmission coefficient phase of the N+1 antenna element (∠S 21,n+ 1 ), characterized in that it is determined using
Microstrip traveling wave serial feed array antenna.
상기 제1 안테나 소자, 상기 제N 안테나 소자 및 상기 제N+1 안테나 소자는 패치 직렬 급전 어레이 안테나 소자 및 콤라인 직렬 급전 어레이 안테나 소자 중 어느 하나의 안테나 소자인 것을 특징으로 하는
마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나.According to clause 11,
The first antenna element, the Nth antenna element, and the N+1th antenna element are any one of a patch serial feed array antenna element and a comb line serial feed array antenna element.
Microstrip traveling wave serial feed array antenna.
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