시퀀셜 로테이션 분배기 구조를 이용한 X-band 마이크로스트립 4×4 광대역 원형 편파 배열 안테나

Abstract

본 논문은 X-band에서 동작하는 마이크로스트립 원형 편파 <TEX>$4{\times}4$</TEX> 배열 안테나의 설계와 제작에 대해 다룬다. 단일 안테나는 정사각형 패치를 사용하고 비대칭 십자 개구 결합 급전 구조를 사용하여 RHCP(Right Handed Crcularly Polarization)로 동작하도록 하였다. 기존의 배열 안테나의 소자간의 간격을 0.8 <TEX>${\lambda}_0$</TEX>에서 0.45 <TEX>${\lambda}_0$</TEX>로 간격을 줄여 실장 면적을 감소시켰다. 급전 선로는 시퀀셜 로테이션 분배기로 <TEX>$2{\times}2$</TEX> 배열 안테나를 설계하여 양호한 이득과 축비 대역폭을 나타내었다 <TEX>${\lambda}/4$</TEX> Transformer와 T-junction 전력 분배기로 <TEX>$4{\times}4$</TEX> 배열 안테나로 확장하였다. 시뮬레이션으로 확인한 결과 최대 방사 이득은 15.09 dBi로 나타났으며, 축비 대역폭은 3 dB 기준 <TEX>$9.05{\sim}10.4$</TEX> GHz(13.5%)의 양호한 특성을 보였다. 제작된 <TEX>$4{\times}4$</TEX>배열 안테나는 10 GHz에서 측정 결과 임피던스 대역폭(<TEX>$VSWR{\leq}2$</TEX>)은 <TEX>$8.45{\sim}11.84$</TEX> GHz(33.9%)로 나타났으며, 최대방사 이득은 11.10 dBi를 얻었다. 또한 측정된 축비 대역폭은 <TEX>$9.42{\sim}10.47$</TEX> GHz(10.5%)를 얻었다. In this paper, the circularly polarized <TEX>$4{\times}4$</TEX> array antenna is proposed for the X-band. A single antenna consists of square patch and unequal cross-aperture coupled feeding. The RHCP(Right Handed Circularly Polarization) is generated by unequal cross-aperture coupled feeding. By reducing space among elements of way antenna from 0.8 <TEX>${\lambda}_0$</TEX> to 0.45 <TEX>${\lambda}_0$</TEX>, the mounting area of array antenna is miniaturized. The <TEX>$2{\times}2$</TEX> array antenna is designed using sequential rotation feeding network. The good level of gain, axial ratio, and impedance bandwidth are achieved. The <TEX>$4{\times}4$</TEX> array antenna is extended by <TEX>${\lambda}/4$</TEX> transformer and T-junction power divider. The simulated maximum radiation gain is 15.09 dBi at 10 GHz. The simulated 3 dB Axial Ratio bandwidth is from 9.05 to 10.4 GHz(13.5%). Also the measured impedance bandwidth(<TEX>$VSWR{\leq}2$</TEX>) of manufactured <TEX>$4{\times}4$</TEX> array antenna is from 8.45 to 11.84 GHz(33.9%). The measured maximum radiation gain is 11.10 dBi at 10 GHz. The measured 3 dB Axial Ratio bandwidth is from 9.42 to 10.47 GHz(10.5%).