회전형 시퀀셜 급전 구조를 갖는 안테나-인-패키지용 원형편파 배열안테나 설계 = Design of Circularly Polarized Array Antennas with a Rotated Sequential Feeding Network for Antenna-in-Package Applications

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 회전형 시퀀셜 급전 구조를 통해 축비 대역폭 확장이 가능한 안테나-인-패키지용 원형편파 배열안테나를 제안한다. 제안된 개별 안테나는 삼각 배열을 위해 육각형 형태를 가지며 원형편파 특성을 구현하기 위한 90°의 위상차를 갖는 분배선로를 통해 두 개의 핀으로 원형 패치에 급전된다. 설계된 개별 안테나를 기반으로 한 2×2 부배열 안테나는 각각의 개별 안테나를 90°씩 회전 배열함으로써 축비 대역폭을 개선함과 동시에 빔 대칭성을 확보하여 축비 특성이안정적으로 유지되도록 설계하였다. 그리고 90° 위상 분배층을 통해 개별 안테나 급전 위치를 재배열하고 위상차를 보정함으로써, 일반적인 빔조향 알고리즘을 적용할 수 있도록 설계하였다. 제안된 형상을 바탕으로 4×4 배열안테나 모델을디자인하였다. 시뮬레이션 결과 90° 위상 분배 층은 목표 대역 내에서 5° 이내의 오차를 가지며, 축비 대역폭은 7.1 %에서 75 %로 확장되었다. 또한, 빔조향 시에도 θ0=±60° 범위에서 축비 특성이 안정적으로 유지됨을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a circularly polarized antenna-in-package array antenna with an expandable axial ratio bandwidth was proposed using a rotating sequential feed structure. Each antenna in the proposed design had a hexagonal shape for a triangular array configuration and featured a circular radiating patch. In addition, it was fed by two pins through a feed line with a 90° phase difference to implement circular polarization characteristics. A 2×2 subarray antenna was designed to enhance the axial ratio bandwidth by rotating each antenna by 90° and ensuring beam symmetry. This maintained stable axial ratio characteristics. A 90° phase distribution layer was used to rearrange the feed positions and correct the phase differences, allowing the use of conventional beam steering algorithms. A 4×4 array antenna model was designed based on the proposed configuration, and the antenna characteristics were analyzed. The simulation results showed that the 90° phase distribution layer exhibited an error within 5° in the target bandwidth, and the axial ratio bandwidth expanded from 7.1 % to 75 %. Furthermore, during beam steering within the range of θ0=60°, the axial ratio characteristics remained stable compared with those of conventional array antennas.