패치의 폭이 핀 배열 패치 안테나의 방사 특성에 미치는 효과

윤영민(Young-Min Yoon),김태영(Tae-Young Kim),조명기(Myung-Ki Cho),김부균(Boo-Gyoun Kim) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.1

여러 가지 기판 두께에서 5×4 핀 배열 패치 안테나와 5×2 핀 배열 패치 안테나의 방사특성을 전산모의한 결과를 비교하였다. 5×2 핀 배열 패치 안테나는 5×4 핀 배열 패치 안테나와 비교하면 단위 셀의 개수가 반으로 줄어 사용하는 핀의 개수가 반으로 줄며 패치 폭의 크기도 크게 감소하나 전방방사 이득과 수평방향 방사 억제와 같은 방사특성은 매우 비슷함을 볼 수 있었다. Radiation characteristics of 5×4 pin array patch antennas are compared to those of 5×2 pin array patch antennas for several substrate thicknesses using the computer simulation. Since the number of unit cells of a 5×2 pin array patch antenna is half of that of a 5×4 pin array patch antenna, the number of pins used in a 5×2 pin array patch antenna is half of that in a 5×4 pin array patch antenna and the patch width of a 5×2 pin array patch antenna is very small compared to that of a 5×4 pin array patch antenna. However, the radiation characteristics of a 5×2 pin array patch antenna are almost similar to those of a 5×4 pin array patch antenna.

폭이 좁아진 주 패치와 U자 형태의 기생 패치를 이용한 소형화된 광대역 기생 패치 안테나 설계

위상혁,김우태,홍영표,육재림,육종관,Wi, Sang-Hyuk,Kim, Woo-Tae,Hong, Young-Pyo,Yuk, Jai-Rim,Yook, Jong-Gwan 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.4

This paper proposes miniaturized broadband parasitic patch antenna. The proposed antenna consists of a probe fed reduced size main patch and U-shaped parasitic patches. The parasitic patches are incorporated to the radiating edges of the main patch to miniaturize the antenna size. The broadband impedance matching can be achieved by either E-plane or H-plane electromagnetic coupling between main patch and parasitic elements. The size of radiating elements is $18{\times}17.6\;mm^2$ and the overall dimension of designed antenna with substrate and ground plane is $25{\times}30{\times}4\;mm^3$. The fabricated antenna on a FR4 substrate shows two resonant frequencies(5.12 GHz and 6.08 GHz) with 27.3 %(1.5 GHz) fractional bandwidth at 5.5 GHz center frequency. The calculated and measured radiation patterns are almost similar to conventional patch antenna. 본 논문은 크기가 소형화된 광대역 기생 패치 안테나를 제안한다. 폭이 좁아진 주 패치의 두 방사 모서리부에 U자 형태의 기생 패치를 설계하여 안테나 전체 크기를 감소시키고, 주 패치와 기생 패치 사이의 E-plane 및 H-plane을 통한 electromagnetic coupling에 의해 광대역 특성을 얻는다. 안테나 방사 소자들의 전체 크기는 $18{\times}17.6\;mm^2$ 이고, 접지면과 유전체를 포함한 전체 크기는 $25{\times}30{\times}4\;mm^3$이다. 설계된 안테나는 FR4 유전체를 이용해 제작하였으며, 5.12 GHz와 6.08 GHz의 공진 주파수와 5.5 GHz 중심 주파수를 기준으로 27.3 %(1.5 GHz)의 대역폭을 갖는다. 측정된 안테나의 방사 패턴은 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나와 유사하다.

Design of 60-GHz Back-to-back Differential Patch Antenna on Silicon Substrate

심동하,김덕기,Juhyeong Seo,Seungmin Ryu,Sangyoon Lee,JaeHyun Noh,Byeongju Kang,Donghyuk Jung,김사라은경 한국반도체디스플레이기술학회 2023 반도체디스플레이기술학회지 Vol.22 No.4

This paper presents a novel design of a differential patch antenna for 60-GHz millimeter-wave applications. The design process of the back-to-back (BTB) patch antenna is based on the conventional single-patch antenna. The initial design of the BTB patch antenna (Type-I) has a patch size of 0.66 × 0.98 mm² and a substrate size of 0.99 × 1.48 mm². It has a gain of 1.83 dBi and an efficiency of 94.4% with an omni-directional radiation pattern. A 0.4 mm-thick high-resistivity silicon (HRS) is employed for the substrate of the BTB patch antenna. The proposed antenna is further analyzed to investigate the effect of substrate size and resistivity. As the substrate resistivity decreases, the gain and efficiency degrade due to the substrate loss. As the substrate (HRS) size decreases approaching the patch size, the resonant frequency increases with a higher gain and efficiency. The BTB patch antenna has optimal performances when the substrate size matches the patch size on the HRS substrate (Type-II). The antenna is redesigned to have a patch size of 0.81 × 1.18 mm2 on the HRS substrate in the same size. It has an efficiency of 94.9% and a gain of 1.97 dBi at the resonant frequency of 60 GHz with an omni-directional radiation pattern. Compared to the initial design of the BTB patch antenna (Type-I), the optimal BTB patch antenna (Type-II) has a slightly higher efficiency and gain with a considerable reduction in antenna area by 34.8%.

10.525 GHz 대역 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나

여준호,이종익 한국항행학회 2024 韓國航行學會論文誌 Vol.28 No.1

본 논문에서는 10.525 GHz 대역에서 동작하는 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나는 3개의 폭이 좁은 직사각형 패치로 구성된다. 중앙 패치의 중심에서 2개의 대칭적인 측면 패치들이 스트립 도체로 연결되어 중간 패치에 대해 수직 방향으로 엇갈리게 중심이 이동하여 배치되었다. 성능 비교를 위해 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 실험 결과, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 전압 정재파비가 2 이하인 주파수 대역은 10.036-11.051 GHz (9.63%)이고, 제작된 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나의 측정 입력 반사 계수의 주파수 대역은 10.306-10.772 GHz (4.42%)이다. 따라서, 제작된 광대역 인셋-급전 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사 계수 주파수 대역폭은 기존의 인셋-급전 정사각형 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 2.18배 증가하였다. In this paper, a broadband inset-fed microstrip patch antenna operating at 10.525 GHz band was proposed. The proposed broadband inset-fed microstrip patch antenna consists of three narrow rectangular patches. At the center of the center patch, two symmetrical side patches were connected by a strip conductor and were arranged with their centers shifted in a perpendicular direction with respect to the center patch. For performance comparison, a conventional inset-fed square microstrip patch antenna was designed. Experiment results show that the frequency band of the measured input reflection coefficient with a voltage standing wave ratio less than 2 for the broadband inset-fed microstrip patch antenna was 10.036-11.051 GHz (9.63%), whereas that for the conventional inset-fed rectangular microstrip patch antenna was 10.306-10.772 GHz (4.42%). Therefore, the input reflection coefficient frequency bandwidth of the fabricated broadband inset-fed microstrip patch antenna was increased by 2.18 times, compared to the conventional inset-fed square microstrip patch antenna.

1× 6 배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치 각도 변화에 따른 특성 연구

강상원,장대순,최광제 한국인터넷방송통신학회 2018 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.18 No.2

In this paper, we analyze the characteristics of the antenna by changing the structure of the radiator and the angle of the branch of the array patch antenna. First, the structure of the radiator was changed from the rectangular patch to a hexagonal patch, a triangular patch. Secondly, we changed the angle of the feeder branch to 5∘,6∘,15∘,20∘. When the branch angle is 10∘ , the measured 10dB frequency band is 23.38 GHz-24.19GHz and the bandwidth is 810MHz. The fabricated antenna has a gain of 9.65-10.06dBi at 24.05 GHz. The beam width of the main lobe is 12∘ , and the antenna size is 70 × 36 mm2. In addition to the rectangular patch, it is possible to maintain the performance by using patches of other shapes, and it is confirmed that by changing the feeder branch at various angles, it is possible to reduce the substrate size and contribute to diversity in the fabrication of the array antenna. 본 논문에서는 1× 6 배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치의 각도를 변화시켜 안테나의 특성을분석하였다. 첫 번째로 복사기 구조를 기존 직사각형 패치를 육각형 패치, 삼각형 패치로 변경하였다. 두 번째로 급전선 브랜치의 각도를 5∘,6∘,15∘,20∘ 로 변화를 주었다. 브랜치 각도를 10∘ 로 꺾을 경우 측정된 10dB 주파수 대역은23.38GHz-24.19GHz이고 대역폭은 810MHz이다. 제작된 안테나는 24.05GHz에서 9.65-10.06dBi 이득을 갖는다. 메인로브의 빔폭은 12∘ 이고, 안테나 크기는 70 × 36 mm2이다. 직사각형 패치 외에 다른 모양의 패치를 사용해도 기존 성능을유지할 수 있으며, 급전선 브랜치를 다양한 각도로 변화시킴으로 배열 안테나 제작에 있어 기판의 크기를 줄이고 제작상에 다양성에 기여할 수 있음을 확인했다.

1×6배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치 각도 변화에 따른 특성 연구

Kang, Sang-Won,Chang, Tae-Soon,Choe, Gwang-Je 한국인터넷방송통신학회 2018 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.18 No.2

본 논문에서는 $1{\times}6$ 배열 패치 안테나의 복사기 구조와 급전선 브랜치의 각도를 변화시켜 안테나의 특성을 분석하였다. 첫 번째로 복사기 구조를 기존 직사각형 패치를 육각형 패치, 삼각형 패치로 변경하였다. 두 번째로 급전선 브랜치의 각도를 $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$ 로 변화를 주었다. 브랜치 각도를 $10^{\circ}$로 꺾을 경우 측정된 10dB 주파수 대역은 23.38GHz-24.19GHz이고 대역폭은 810MHz이다. 제작된 안테나는 24.05GHz에서 9.65-10.06dBi 이득을 갖는다. 메인로브의 빔폭은 $12^{\circ}$이고, 안테나 크기는 $70{\times}36mm^2$이다. 직사각형 패치 외에 다른 모양의 패치를 사용해도 기존 성능을 유지할 수 있으며, 급전선 브랜치를 다양한 각도로 변화시킴으로 배열 안테나 제작에 있어 기판의 크기를 줄이고 제작상에 다양성에 기여할 수 있음을 확인했다. In this paper, we analyze the characteristics of the antenna by changing the structure of the radiator and the angle of the branch of the array patch antenna. First, the structure of the radiator was changed from the rectangular patch to a hexagonal patch, a triangular patch. Secondly, we changed the angle of the feeder branch to $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$. When the branch angle is $10^{\circ}$, the measured 10dB frequency band is 23.38 GHz-24.19GHz and the bandwidth is 810MHz. The fabricated antenna has a gain of 9.65-10.06dBi at 24.05 GHz. The beam width of the main lobe is $12^{\circ}$, and the antenna size is $70{\times}36mm^2$. In addition to the rectangular patch, it is possible to maintain the performance by using patches of other shapes, and it is confirmed that by changing the feeder branch at various angles, it is possible to reduce the substrate size and contribute to diversity in the fabrication of the array antenna.

LTCC 공정을 이용한 송신 30GHz/수신 20GHz 이중급전 원형편파 패치 안테나 설계

김성남,오민석,천영민,최재익,표철식,이종문,천창율 대한전기학회 2004 전기학회논문지C Vol.53 No.8

In this paper, circular polarized antennas of Tx 30GHz and Rx 20GHz are implemented in LTCC process. Tx antenna has a circular patch structure and Rx antenna has a ring patch structure. The feeding line of Tx antenna is placed in the center hole of Rx ring patch antenna which is printed under Tx circular patch antenna layer. It makes antenna size smaller. Tx antenna's return loss in under -l0dB level from 30GHz to 31GHz and Rx antenna is under -10 dB from 20GHz to 21GHz. The isolation between two antennas is less than -20dB. Axial ratio is less than 3dB thoughout each band.

Design and Development of Symmetrical E-Shaped Microstrip Patch Antenna for Multiband Wireless Applications

Pavneet Kaur,Gurmohan Singh,Jaspal Singh,Manjit Kaur 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Signal Processing, Image Vol.9 No.10

Microstrip patch antennas have made great advancements in wireless communication field in recent years. They have many advantages like light weight, low cost, smaller size, easy fabrication, high data rates, and capability to operate at multiband and wideband. They can be directly printed on a PCB and are gaining popularity in mobile phones. As the demand of operational bands increases, the design procedure of microstrip antenna is becoming very difficult. The microstrip antenna must be compact in size to employ them in miniaturized portable devices. Microstrip antenna comprise of rectangle, square, circle, triangle, donut, and dipole shaped patches. This paper presents design and development of a microstrip patch antenna for multiband wireless applications. The proposed geometry contains a substrate having rectangular radiating patch with symmetrical E-shaped slots on one side and a ground plane on other side. The designed miniaturized antenna has dimensions of 25 x 25 x 1.58 mm. The performance parameters-operating frequency, return loss (S11), and voltage standing wave ratio (VSWR) are computed for the designed geometry. The fabricated antenna exhibits five frequency bands from 6.166 to 10.500 GHz. The computed return loss values are -14.9, -10.7, -14.3, -13.5 and -14.6 dB at frequencies 6.166, 6.833, 8.166, 9.500 and 10.500 GHz respectively. The observed VSWR values for the resonant frequency peaks are 1.43, 1.82, 1.48, 1.54 and 1.46 respectively. The values obtained for VSWR (between 1 and 2) and S11 (below -10dB) are within recommended range for the desired frequency bands. FR4 substrate is used for the fabrication of the antenna having permittivity of 4.4. The performance parameters of fabricated antenna geometry are computed using VNA tool.

근접 스터브와 뒤집힌 기생 패치를 이용한 2.5GHz용 광대역 마이크로스트립 안테나의 설계

조기량,김대익,김건균 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.3

In this paper, we studied a method for a broadband stacked patch antenna structure which is widely used for bandwidth improvement. The characteristics according to the distance between two patches were analyzed and the impedance matching was optimized by connecting parallel open stubs to the main patch feed line. The shunt matching stub is inserted underneath the parasitic patch and so it does not require additional space, which enables the proposed antenna structure to be advantageous in miniaturizing antenna. The effects of the various parameters on the antenna performance are examined, and we introduced the design procedure for the proposed antenna to operate in the frequency range of 2.3~2.7GHz. Experimental results show that the bandwidth of the proposed antenna is about 480MHz with 2.27~2.75GHz bandwidth. And the antenna gain was 5.8dBi at 2.3GHz and 7.8dBi at 2.6GHz within the bandwidth. 본 논문에서는 마이크로스트립 안테나의 대역폭을 넓히기 위해 많이 사용되는 적층형 구조를 연구하였다. 두 패치간 거리에 따른 특성을 분석하고 주 패치 급전 선로에 병렬 개방 스터브를 연결하여 임피던스 정합을 최적화하였다. 병렬 스터브는 기생 패치와 접지면 사이로 이루어지는 영역 내부에 삽입되므로 정합회로를 위한 별도의 공간이 필요하지 않아서 소형화에 유리한 구조이다. 여러 가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고, 제안된 구조의 안테나를 2.3~2.7GHz 대역에 적합하도록 최적화하였다. 실험 결과, 제안한 안테나의 주파수대역은 2.27~2.75GHz로써 대역폭은 약 480MHz이며, 스터브가 없는 스택 구조 안테나에 비해 약 160MHz의 광대역 특성을 얻었다. 안테나 이득은 대역폭 내에서 2.3GHz에서 최소 5.8dBi, 최대 2.6GHz에서 7.8dBi를 얻었다.

새로운 메타물질 Single-Layer를 이용한 2.4GHz 대역을 위한 고 이득 메타물질 패치 안테나

박관영,양승인 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.6

In this paper, a high gain patch antenna using a single layer metamaterial superstrate with a near-to-zero refractive index (n) is proposed. Simulations for an ordinary patch antenna and our proposed metamaterial patch antenna were conducted. Our proposed metamaterial patch antenna was implemented and measured. The gain of our proposed metamaterial patch antenna is 6.77dB higher than that of an ordinary patch antenna. 이 논문에서는 ‘0’에 가까운 굴절률을 갖는 단일층 메타물질 커버를 이용한 고 이득 패치 안테나를 제안하였다. 보통의 패치안테나와 제안된 메타물질 패치 안테나를 전산모의를 통해 비교하였고, 제안된 메타물질 패치 안테나를 제작 및 측정하였다. 제안된 메타물질 패치 안테나는 보통의 패치 안테나에 비해 6.77dB 만큼 더 높은 이득을 가진다.