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-1 Mode Circular Polarization Antenna Design by Using Cross Aperture-Coupled Feed

십자 개구 결합 급전을 이용한 -1 모드 원형 편파 안테나

  • Kim, Jun-Sik (Department of Electronic Information and Communication Engineering, Hongik University) ;
  • Lee, Jeong-Hae (Department of Electronic Information and Communication Engineering, Hongik University)
  • 김준식 (홍익대학교 전자정보통신공학과) ;
  • 이정해 (홍익대학교 전자정보통신공학과)
  • Received : 2013.10.28
  • Accepted : 2014.02.10
  • Published : 2014.02.28

Abstract

In this paper, a compact circularly polarized metamaterial patch antenna using cross aperture-coupled feed is proposed. The CP antenna utilizes the -1 mode that is induced by the composit right-left handed(CRLH) transmission line. Since the -1 mode has the same properties with the $TM_{010}$ mode of the conventional patch antenna, the circular polarization(CP) can be realized. If two orthogonal modes are excited with $90^{\circ}$ phase difference, the CP property can be obtained. In order to obtain two orthogonal modes and $90^{\circ}$ phase difference, 4 mushroom structures having the shape of square are employed. The width and length of the cross aperture are optimized through the design algorithm. The fabricated antenna is based on RT/duroid5880 substrate and the total area of the 4 mushroom is $0.25{\lambda}_0{\times}0.25{\lambda}_0$. The center frequency of the LHCP(Left-Handed Circular Polarization) antenna is measured as 1.622 GHz and circular polarization bandwidth(3 dB) is measured as 3 MHz. The center frequency of the RHCP(Right-Handed Circular Polarization) antenna is measured as 1.609 GHz and circular polarization bandwidth (3 dB) is measured as 3 MHz, respectively. The measured radiation efficiency of LHCP antenna is 61.1 % and the measured radiation efficiency of RHCP antenna is 54.5 %.

본 논문에서는 composit right-left handed (CRLH) 전송 선로에서 발생하는 -1 모드를 이용하여 십자 개구 결합 급전을 갖는 소형 원형 편파 메타 물질 안테나를 제안한다. -1 모드는 일반적인 패치 안테나의 기본 모드인 $TM_{010}$ 모드와 동일한 성질을 가지고 있기 때문에, 원형 편파의 동작원리를 동일하게 적용할 수 있다. 원형 편파는 두 개의 수직인 모드가 $90^{\circ}$의 위상 차이를 가질 때 형성된다. 두 개의 -1 모드를 얻기 위해서 사각형 형태를 갖는 4개의 버섯 구조를 이용하였고, 모드 간에 $90^{\circ}$의 위상차를 인가하기 위해서 십자형 개구의 폭과 길이를 최적화 하였다. 제작된 안테나의 4개로 배열된 버섯 구조의 면적은 $0.34{\lambda}_g{\times}0.34{\lambda}_g$이며, RT/duroid5880 기판에 설계되었다. 제안된 안테나의 중심 주파수는 좌수 원형 편파 안테나의 경우 1.622 GHz 원형 편파의 3 dB 대역폭은 3 MHz로 측정되었다. 우수 원형 편파 안테나의 경우, 중심 주파수는 1.609 GHz로 원형 편파의 3 dB 대역폭은 3 MHz로 측정되었다. 각각 안테나의 효율은 좌수 원형 편파 안테나의 경우 61.1 %, 우수 원형 편파 안테나의 경우 54.5 %로 측정되었다.

Keywords

References

  1. 고승태, 박병철, 이정해, "CRLH 전송 선로 구조를 이용한 -1 모드 원형 편파 패치 안테나", 한국전자파학회논문지, 23(9), pp. 1034-1041, 2012년 9월. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2012.23.9.1034
  2. P. C. Sharma, K. C. Gupta, "Analysis and optimized design of single feed circularly polarized microstrip antennas", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 31, pp. 945-955, Nov. 1983.
  3. D. M. Pozar, S. M. Duffy, "A dual-band circularly polarized aperture-coupled stacked microstrip antenna for global positioning satellite", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 45, pp. 1618-1625, Nov. 1997. https://doi.org/10.1109/8.650073
  4. C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd Ed., New York: Wiley, 2005.
  5. B. Aljibouri, et al., "Transmission line modelling of the cross-aperture-coupled circular polarised microstrip patch antenna", IEEE Proc. Microw., Antenna Propag., vol. 147, no. 2, pp. 82-86, 2000. https://doi.org/10.1049/ip-map:20000069
  6. H. M. Chen, Y. K. Wang, Y. F Lin, and S. C. Pan, "Microstrip-fed circularly polarized square-ring patch antenna for GPS applications", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 4, pp. 1264-1267, Apr. 2009. https://doi.org/10.1109/TAP.2009.2015855
  7. O. P. Falade, M. U. Rehman, Y. Gao, X. Chen, and C. G. Parini, "Single feed stacked patch circular polarized antenna for triple band GPS receivers", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 10, pp. 4479-4484, Oct. 2012. https://doi.org/10.1109/TAP.2012.2207354