Journal of the Korea Society of Computer and Information (한국컴퓨터정보학회논문지)

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Design of Microstrip Array Antenna for Satellite Reception

위성수신용 마이크로스트립 어레이 안테나 설계

  • Received : 2014.07.04
  • Accepted : 2014.07.30
  • Published : 2014.10.31
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Abstract

In this paper, the microstrip array antenna is studied to replace the parabolic antenna in the direct satellite reception. A microstrip array antenna has been used in extremely limited area, but if it is applied to practical life like a direct satellite reception antenna, we expect that it will be used in various way. First of all, if we use a microstrip array antenna for a direct satellite reception antenna, it should be guaranteed characteristics of broadband frequency. Therefore, the goal of this paper is designing technique an antenna which guarantees broadband frequency band for a direct satellite reception. In this paper, the proposed microstrip antenna is fed by orthogonal two feed lines to a rectangular patch and a sequentially rotated feeding technique is designed proposed for a good axial ratio in broadband frequency band. The rectangular patch is designed to satellite reception band, and the width and length are W=L=8.9 mm ($0.352{\lambda}o$) respectively. The antenna's ground plane has dimensions of $250{\times}250mm$. The experimental results verify that the proposed antenna had the axial ratio of above 1dB broader than that of the conventional feeding antenna. In order to verify the performance, a $8{\times}8$ array having two pairs was fabricated and tested. The maximum gain is 20.8 dB, the sidelobe level confirm less than -10 dB. It is verified by link budget calculation that C/N=6.7 dB can be obtained for domestic use if this proposed antenna is used in Koreasat reception system.

본 논문은 현재 직접 위성수신용 안테나로 사용 중인 파라볼릭 안테나를 대체할 수 있는 마이크로스트립 어레이 안테나를 연구하였다. 마이크로스트립 어레이 안테나는 극히 제한적인 분야에서 사용되었으나 직접위성 수신용 안테나와 같이 우리 실생활에 직접 적용할 수 있다면 많은 분야에서 활용이 예상된다. 마이크로스트립 어레이 안테나가 직접 위성수신용 안테나로 활용되려면 우선적으로 광대역 특성이 요구된다. 따라서 본 논문의 목표를 직접 위성수신을 위한 광대역 주파수 대역이 보장되는 안테나 설계기술로 설정하였다. 본 논문에서 제안된 마이크로스트립 안테나는 사각형 패치에 직교하는 두 개의 급전선로에 의해서 급전되도록 하였으며 순차 회전 급전기술로 광대역에서 좋은 축비를 얻을 수 있도록 설계하였다. 사각형 패치는 위성수신 주파수 대역에서 설계되었으며 폭과 길이는 W=L=8.9 mm ($0.352{\lambda}o$)이며 전체 크기는 $250{\times}250mm$이다. 제안된 안테나는 기존 급전방식의 안테나에 비해서 1 dB 이상의 축비가 개선되는 것을 실험을 통하여 입증하였다. 안테나의 성능 입증을 위해서 두 개의 $8{\times}8$ 어레이 안테나를 제작하여 실험하였다. 안테나의 최대 이득은 20.8 dB, 사이드로브 레벨 -10 dB 이하를 확인하였다. 본 논문의 안테나를 국내 무궁화 위성수신 시스템에 적용한다면 C/N=6.7 dB의 수신성능이 확보됨을 링크버짓 계산을 통하여 입증하였다.

Keywords

References

  1. T. Yasin, T, R. Baktur, "Circularly Polarized Meshed Patch Antenna for Small Satellite Application," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp.1057-1060, Aug. 2013. https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2280131
  2. M. Maqsood, S. Gao, "Low-Cost Dual-Band Circularly Polarized Switched-Beam Array for Global Navigation Satellite System," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, pp.1975-1982, Apr. 2014. https://doi.org/10.1109/TAP.2014.2301435
  3. M. M. Bilgic, K. Yegin, "Low Profile Wideband Antenna Array With Hybrid Microstrip and Waveguide Feed Network for Ku Band Satellite Reception Systems," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, pp.2258-2263, Apr. 2014. https://doi.org/10.1109/TAP.2013.2297696
  4. Y. M. Madany, A. F. Miligy, "Compact C-Band slotted waveguide array antenna using multi-mode metamaterial array and multi-mode extractor converter structure," Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), pp.1548-1549, Jul. 2013.
  5. N. Tung, H. Ueda, J. Hirokawa, M. S. Ando, "A Radial Line Slot Antenna for an Elliptical Beam," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, pp.5531-5537, Dec. 2014.
  6. H. Pues, A. Capelle, "Accurate transmission-line model for the rectangular microstrip antenna," IEE Proceeding, vol. 131, Part H, pp.334-340, 1984.
  7. A. B. Smolders, R. M. C. Mestrom, A. C. F. Reniers, M. Geurts, "A Shared Aperture Dual-Frequency Circularly Polarized Microstrip Array Antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp.120-123, Mar. 2013. https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2242427
  8. Jangwook Kim, "Design of Wide Band Antennas for Mobile Communications," The Korea Society of Computer and Information Letters, vol. 18, pp. 27-34, Mar. 2013. https://doi.org/10.9708/jksci.2013.18.3.027
  9. Koreasat System Specification Documents, KT.
  10. Introduction of Direct Broadcasting Satellite Reception, NHK, Association of Japan Broadcasting Publishers.
  11. I. Yasushi, "The Characteristics of CN Ratio using Different Antenna Type," Japan Television Society Technical Report, vol. 11, pp.1-4, Feb. 1990.