KR101409768B1 - Multi-band gps attenna - Google Patents

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KR101409768B1
KR101409768B1 KR1020130062767A KR20130062767A KR101409768B1 KR 101409768 B1 KR101409768 B1 KR 101409768B1 KR 1020130062767 A KR1020130062767 A KR 1020130062767A KR 20130062767 A KR20130062767 A KR 20130062767A KR 101409768 B1 KR101409768 B1 KR 101409768B1
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arm
ring
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박익모
손 쑤앗 타
한재진
박진원
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단암시스템즈 주식회사
아주대학교산학협력단
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Abstract

A multi-band GPS antenna is disclosed. The multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention includes a substrate; an upper dipole which is formed on the upper surface of the substrate; a lower dipole which is formed on the lower surface of the substrate; a reflection unit which has a box shape whose upper surface is opened and reflects, to an upper surface direction, a circularly polarized electromagnetic wave in a GPS frequency band radiating to the rear of the upper dipole and the lower dipole; and a feeding unit which feeds the upper dipole and the lower dipole. The upper dipole is composed of a first dipole arm and a second dipole arm forming a right angle structure, and an upper ring formed on a portion where the first dipole arm and the second dipole arm meet vertically and having an opened portion. The lower dipole is composed of a third dipole arm and a fourth dipole arm forming a right angle structure, and a lower ring formed on a portion where the third dipole arm and the fourth dipole arm meet vertically and having an opened portion. The first dipole arm, the second dipole arm, the third dipole arm, and the fourth dipole arm are composed of branches with different lengths.

Description

다중대역 ＧＰＳ안테나{MULTI-BAND GPS ATTENNA}Multi-band GPS antenna {MULTI-BAND GPS ATTENNA}

본 발명은 다중대역 GPS(Global Positioning System) 안테나에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 모든 GPS 주파수 대역에서 동작 가능한 다중대역 GPS 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-band global positioning system (GPS) antenna, and more particularly to a multi-band GPS antenna operable in all GPS frequency bands.

GPS는 공간 기반 위성 네비게이션 시스템으로, 사용자가 위치한 곳의 위치정보 및 시간정보를 사용자에게 제공하는 시스템이다. 이러한 GPS는 원형 편파 복사(circularly polarized radiation)를 사용한다. 원형 편파 복사는 GPS 수신기와 위성 간에 신호들이 전리층을 통과할 때 덜 민감한 성질을 갖는다. GPS 위성은 일반적으로 2개의 주파수 대역, 즉 L1 대역(1.5754GHz) 및 L2 대역(1.2276GHz)을 사용한다. GPS is a space-based satellite navigation system that provides users with location information and time information of where they are located. Such GPS uses circularly polarized radiation. Circularly polarized radiation is less sensitive when signals travel between the GPS receiver and the satellite through the ionosphere. GPS satellites generally use two frequency bands: the L1 band (1.5754 GHz) and the L2 band (1.2276 GHz).

최근 L3 대역(1.38105GHz), L4 대역(1.379913 GHz) 및 L5 대역(1.17645 GHz)이 특수한 응용, 예를 들어 핵 폭발 검출(nuclear detonation detection) 등을 위해서 추가되었다.Recently, the L3 band (1.38105 GHz), the L4 band (1.379913 GHz) and the L5 band (1.17645 GHz) have been added for special applications such as nuclear detonation detection.

한편 다양한 종류의 원형 편파 안테나들이 광대역(broad band), 이중 대역(dual band), 삼중 대역(tri-band) 동작들을 가진 GPS 및 위성통신에서의 사용을 위해서 보고되고 있다. Meanwhile, various types of circularly polarized antennas have been reported for use in GPS and satellite communications with broadband, dual band, and tri-band operations.

교차 다이폴들(two crossed dipoles)은 동일 진폭 및 90°여기 위상 차(excitation phase difference)를 가진다. 그러나 상기 교차 다이폴들은 스트레이트 다이폴(straight 다이폴들을 사용하기 때문에 부피가 크다는 단점을 가진다. 교차 다이폴 형태들(crossed dipole shapes)은 NFRP(Near-Field Resonant Parasitic) 안테나들의 복사체로 이용되어서 원형 편파 복사 및 컴팩트(compact) 사이즈(size)를 달성한다. 단층 및 다층 기판들(single-layer and multi-layer substrates)을 이용하는 마이크로 스트립 안테나들은 그들 사이에 90°시간-위상 차(time-pahse difference)로 두 개의 직각 모드들(two orthogonal modes)을 여기시켜서 얻어지는 원형 편파 복사를 가지는 것으로 소개되었다. 마이크로스트립-fed 안테나들은 다른 슬롯 형태들(differentially slotted shapes)을 가져서 원형 편파 복사 및 다중 대역 동작(multi-band operation)을 하는 것으로 알려져 있다. 적층 패치(stacked-patch) 안테나들은 하이브리드(hybrid) 또는 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson power divider)를 경유하는 복잡한 급전 구조(more complicated feeding structure)에 의해서 급전되었다. The two crossed dipoles have the same amplitude and a 90 ° excitation phase difference. However, the crossed dipoles have the disadvantage of being bulky due to the use of straight dipoles. The crossed dipole shapes are used as a copy of Near-Field Resonant Parasitic (NFRP) antennas so that circularly polarized radiation and compact The microstrip antennas using single-layer and multi-layer substrates have a 90 ° time-to-chamfer difference between them with two Has been introduced to have circularly polarized radiation obtained by exciting two orthogonal modes. Microstrip-fed antennas have differentially slotted shapes and are used for multi-band operation ) Stacked-patch antennas are known as hybrid or Wilkinson < RTI ID = 0.0 > And was fed by a more complicated feeding structure via a Wilkinson power divider.

그러나, 상기 단층 및 다층 기판들을 이용하는 마이크로 스트립 안테나들, 상기 적층 패치 안테나들 등은 어느 하나도 원형 편파 방사 및 단일 방향 방사(unidirectional radiation)를 하면서 모든 GPS 주파수 대역, 즉 L1 대역, L2 대역, L3 대역, L4 대역 및 L5 대역을 커버 하는 (covering) 대역폭(bandwidth)을 갖지 못한다.
However, the microstrip antennas using the single and multi-layer substrates, the stacked patch antennas and the like can be used in all GPS frequency bands, i.e., L1 band, L2 band, L3 band , And does not have a covering bandwidth covering the L4 and L5 bands.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1063636호(등록일: 2011년 09월 01일)가 있다.A prior art related to the present invention is Korean Patent No. 10-1063636 (registered on September 01, 2011).

원형 편파 방사 및 단일 방향 방사(unidirectional radiation)를 하면서 모든 GPS 주파수 대역, 즉 L1 대역, L2 대역, L3 대역, L4 대역 및 L5 대역을 커버 하는 (covering) 대역폭(bandwidth)을 갖는 다중대역 GPS 안테나가 제안된다.
Band GPS antenna with a bandwidth covering all the GPS frequency bands, L1, L2, L3, L4 and L5, while performing circularly polarized radiation and unidirectional radiation Is proposed.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems that are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 양상에 따른 다중대역 GPS 안테나는, 기판; 상기 기판의 상면에 형성되는 상면 다이폴; 상기 기판의 하면에 형성되는 하면 다이폴; 상부면이 개방되어 있는 상자형태를 가지며 상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴의 후방으로 복사되는 GPS 주파수 대역의 원형편파(circularly polarized)의 전자기파를 상기 상부면 방향으로 반사하는 반사부; 및 상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴을 급전(feed)하는 급전부를 포함하며, 상기 상면 다이폴은 직각구조를 형성하는 제1다이폴 암(dipole arm) 및 제2다이폴과, 상기 제1다이폴 암 및 제2다이폴 암이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 상면 링(ring)으로 이루어지며, 상기 하면 다이폴은 직각구조를 형성하는 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암과, 상기 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 하면 링으로 이루어지며, 상기 제1다이폴 암, 제2다이폴 암, 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암 각각은 서로 다른 길이를 갖는 브랜치(branch)들로 이루어진다.A multi-band GPS antenna according to one aspect of the present invention includes: a substrate; An upper surface dipole formed on an upper surface of the substrate; A bottom dipole formed on a lower surface of the substrate; A reflector for reflecting the circularly polarized electromagnetic waves of the GPS frequency band, which has a box shape in which an upper surface is opened and is radiated to the rear of the upper surface dipole and lower surface dipole, in the upper surface direction; And a feed part feeding the upper surface dipole and the lower surface dipole, wherein the upper surface dipole has a first dipole arm and a second dipole forming a right angle structure, and a second dipole Wherein the lower dipole comprises a third dipole arm and a fourth dipole arm forming a right angle structure and a third dipole arm and a fourth dipole arm forming a right angle structure, The first dipole arm, the second dipole arm, the third dipole arm, and the fourth dipole arm are formed in a branch having different lengths (the first dipole arm, the second dipole arm, the third dipole arm, and the fourth dipole arm) branch.

상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 미앤더 라인(meander) 구조를 가질 수 있다. Each of the branches formed in the upper surface dipole and lower surface dipoles may have a meander structure.

상기 상면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 상기 상면 링과 접하지 않는 끝단(end) 부분이 상기 상면 링 방향으로 꺾여질 수 있다.Each of the branches formed in the upper surface dipole can be bent in the upper surface ring direction at an end portion not in contact with the upper surface ring.

상기 하면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 상기 하면 링에 접하지 않은 끝단 부분이 상기 하면 링 방향으로 꺾여질 수 있다. In this case, each of the branches formed in the dipole can be bent in the direction of the lower surface of the lower ring, so that an end portion of the branch that is not in contact with the lower surface ring can be folded.

상기 반사부는, 상기 반사부의 하면(bottom)의 면적보다 개구된 상부면의 면적이 넓은 구조를 갖는 상자 형태를 가질 수 있다. The reflector may have a box shape having a structure in which an area of an upper surface of the opening is larger than an area of a bottom of the reflector.

상기 상면 링의 폭이 증가함에 따라 상기 다중대역 GPS 안테나의 반사계수(reflection coefficient)가 감소할 수 있다. As the width of the top ring increases, the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna may decrease.

상기 하면 링의 폭이 증가함에 따라 상기 다중대역 GPS 안테나의 반사계수가 감소할 수 있다. As the width of the ring increases, the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna may decrease.

상기 상면 링의 반지름이 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형편파 중심(center) 주파수가 증가할 수 있다.As the radius of the upper surface ring increases, the resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band may increase.

상기 하면 링의 반지름이 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형편파 중심 주파수가 증가할 수 있다. The resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band may increase as the radius of the ring increases.

상기 원형 편파 중심 주파수는 상기 다중대역 GPS 안테나가 최소 축비(axial ratio)를 갖는 GPS 주파수 대역의 주파수일 수 있다.The circular polarization center frequency may be a frequency of a GPS frequency band having a minimum axial ratio of the multi-band GPS antenna.

본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나에 따르면, 원형 편파 방사 및 단일 방향 방사를 하면서 모든 GPS 주파수 대역, 즉 L1 대역, L2 대역, L3 대역, L4 대역 및 L5 대역을 커버 할 수 있다.
According to the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention, it is possible to cover all the GPS frequency bands, i.e., the L1 band, the L2 band, the L3 band, the L4 band, and the L5 band while performing circularly polarized radiation and unidirectional radiation.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 평면도를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나를 구성하는 다이폴 암의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 단면도를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나에서 시뮬레이션 결과 얻어진 표면 전류 분포(simulated surface current distributions)를 나타낸 도면이다.
도 5는 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 반지름값 들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수(reflection coefficient)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 반지름값 들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비(axial ratio)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 폭(width)들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 폭(width)들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수에 대한 시뮬레이션 결과 및 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비에 대한 시뮬레이션 결과 및 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.175GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.225GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.380GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.575GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.1 is a plan view of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed configuration diagram of a dipole arm constituting a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing simulated surface current distributions obtained as a result of a simulation in a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing simulation results for reflection coefficients of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention, with respect to different radial values of a partially open ring structure.
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of an axial ratio of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention with respect to different radial values of a partially open ring. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing simulation results for reflection coefficients of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention, with respect to different widths of a partially open ring structure.
FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the axial ratio of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention, with respect to different widths of the ring of the partially opened structure.
9 is a diagram illustrating simulation results and measurement results of reflection coefficient of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating simulation results and measurement results of the axial ratio of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a radiation pattern at 1.175 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a radiation pattern at 1.225 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a radiation pattern at 1.380 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.
14 is a view showing a radiation pattern at 1.575 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　 Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in various other forms, The present invention is not limited to the following embodiments. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an," and "the" include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, regions and / or regions, it should be understood that these elements, components, regions, layers and / Do. These terms do not imply any particular order, top, bottom, or top row, and are used only to distinguish one member, region, or region from another member, region, or region. Thus, the first member, region or region described below may refer to a second member, region or region without departing from the teachings of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions illustrated herein, including, for example, variations in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 평면도를 예시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나를 구성하는 다이폴 암의 상세 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 단면도를 예시한 도면이다.FIG. 1 is a plan view of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed view of a dipole arm constituting a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention. 1 is a cross-sectional view of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나(1)는 기판(2), 기판(2)의 상면에 형성되는 상면 다이폴(23), 기판(2)의 하면에 형성되는 하면 다이폴(24), 상부면이 개방되어 있는 상자형태를 가지며 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)의 후방으로 복사되는 GPS 주파수 대역의 원형 편파(circularly polarized)의 전자기파를 상기 상부면 방향으로 반사하는 반사부(21) 및 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)을 급전(feed)하는 급전부(27)를 포함한다.1 to 3, a multi-band GPS antenna 1 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 2, an upper surface dipole 23 formed on the upper surface of the substrate 2, A circularly polarized electromagnetic wave of a GPS frequency band radiated to the rear of the upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 is formed in a box shape having an open top surface, And includes a reflecting portion 21 that reflects in the planar direction and a feed portion 27 that feeds the upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24.

이때 반사부(21)는 반사부(21)의 하면(bottom)(22)의 면적보다 개구된 상부면의 면적이 넓은 구조를 갖는 상자 형태일 수 있다. 즉 도 1 및 도 3에 예시된 바와 같이 상부면이 개구된 역 피라미드(inverted pyramidal) 구조를 갖는 상자일 수 있다. 이는 예시에 불과하며 상기 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)의 후방으로 복사되는 GPS 주파수 대역의 원형 편파의 전자기파가 상기 상부면 방향으로 반사될 수 있는 구조라면 어느 것이라도 무방하다. At this time, the reflection portion 21 may be in the form of a box having a structure in which the area of the upper surface opened is larger than the area of the bottom 22 of the reflection portion 21. [ That is, a box having an inverted pyramidal structure in which the upper surface is opened as illustrated in Figs. 1 and 3. This is merely an example, and any structure may be used as long as the electromagnetic waves of the circularly polarized wave of the GPS frequency band radiated backward of the upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 can be reflected in the upper surface direction.

상면 다이폴(23)은 직각구조를 형성하는 제1다이폴 암(dipole arm)(3) 및 제2다이폴(4)과, 제1다이폴 암(3) 및 제2다이폴 암(4)이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 상면 링(ring)(5)으로 이루어진다. 이때 상기 상면 링(5)의 폭, 도 2에서 Wr이 증가함에 따라 다중대역 GPS 안테나(1)의 반사계수(reflection coefficient)가 감소할 수 있다. 그리고 상기 상면 링(5)의 반지름, 도 2에서 Ri가 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형 편파 중심(center) 주파수가 증가할 수 있다. 상기 원형 편파 중심 주파수는 상기 다중대역 GPS 안테나(1)가 가장 최소의 축비(axial ratio)를 갖는 GPS 주파수 대역의 주파수일 수 있으며 이하에서 동일한 의미로 사용된다.The upper surface dipole 23 has a first dipole arm 3 and a second dipole 4 forming a right angle structure and a second dipole 4 having a first dipole arm 3 and a second dipole arm 4, And a top ring 5 formed at a portion thereof and partially open. At this time, the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna 1 may decrease as the width of the upper surface ring 5, W r in FIG. 2 increases. 2, the resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band may increase as the R i increases in the upper ring 5. The circular polarization center frequency may be a frequency of a GPS frequency band in which the multi-band GPS antenna 1 has the smallest axial ratio, and is used in the following sense.

하면 다이폴(24)은 직각구조를 형성하는 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)과, 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 하면 링(8)으로 이루어진다. 이때 상기 하면 링(8)의 폭이 증가함에 따라 상기 다중대역 GPS 안테나(1)의 반사계수가 감소할 수 있다. 그리고 상기 하면 링(8)의 반지름이 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형편파 중심 주파수가 증가할 수 있다. The dipole 24 is formed at a portion where the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 meet at right angles with the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 forming the right angle structure, And a bottom ring 8 partially opened. At this time, the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna 1 may decrease as the width of the lower surface ring 8 increases. As the radius of the ring 8 increases, the resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band may increase.

상기 제1다이폴 암(3), 제2다이폴 암(4), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7) 각각은 서로 다른 길이를 갖는 브랜치(branch)들로 이루어질 수 있다. Each of the first dipole arm 3, the second dipole arm 4, the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 may be made up of branches having different lengths.

예를 들어, 도 2에 예시된 제2다이폴 암(4)은 제1브랜치(9), 제2브랜치(10), 제3브랜치(11) 및 제4브랜치(12)으로 이루어져 있다. 이는 제1다이폴 암(3), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)의 경우도 동일하게 적용될 수 있다.For example, the second dipole arm 4 illustrated in FIG. 2 comprises a first branch 9, a second branch 10, a third branch 11, and a fourth branch 12. The same applies to the case of the first dipole arm 3, the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7.

이러한 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)에 형성된 브랜치들 각각은 미앤더 라인(meander) 구조를 가질 수 있다.Each of the branches formed in the upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 may have a meander structure.

예를 들어, 도 2에 예시된 제2다이폴 암(4)은 제1브랜치(9), 제2브랜치(10), 제3브랜치(11) 및 제4브랜치(12)으로 이루어져 있는데, 제1브랜치(9)는 제1미앤더 라인(13) 구조를 가지며 제2브랜치(10)는 제2미앤더 라인(14) 구조를 가지며 제3브랜치(11)는 제3미앤더 라인(15) 구조를 가지며 제4브랜치(12)는 제4미앤더 라인(16) 구조를 가질 수 있다.For example, the second dipole arm 4 illustrated in Fig. 2 comprises a first branch 9, a second branch 10, a third branch 11 and a fourth branch 12, The branch 9 has a first meander line structure 13 and the second branch 10 has a second meander line structure 14 and the third branch 11 has a third meander line structure 15, And the fourth branch 12 may have a fourth meander line 16 structure.

제1다이폴 암(3), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)의 경우에도 제2다이폴 암(4)의 경우와 마찬가지로 4개의 브랜치들로 이루어져 있으며 각 브랜치들은 미앤더 라인의 구조를 가질 수 있다.As in the case of the second dipole arm 4, the first dipole arm 3, the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 are formed of four branches, . ≪ / RTI >

그리고 상면 다이폴(23)에 형성된 브랜치들, 즉 제1다이폴 암(3) 및 제2다이폴암(4) 각각에 형성된 브랜치들은 상면 링(5)과 접하지 않은 끝단(end) 부분이 상기 상면 링(5) 방향으로 꺾여져 있을 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 상면 다이폴(23)의 제2다이폴 암(4)에 형성된 제1브랜치(9)는 상면 링(5)과 접하지 않은 끝단 부분(17)이 상기 상면 링(5) 방향으로 꺾여져서 가시가 돋힌(barbed) 형상을 이루고 있다. 마찬가지로 제2브랜치(10)는 상면 링(5)과 접하지 않은 끝단 부분(18)이 상기 상면 링(5) 방향으로 꺾여져서 가시가 돋힌(barbed) 형상을 이루고 있다. 그리고 제3브랜치(11)는 상면 링(5)과 접하지 않은 끝단 부분(19)이 상기 상면 링(5) 방향으로 꺾여져서 가시가 돋힌(barbed) 형상을 이루고 있다. 마지막으로 제4브랜치(12)는 상면 링(5)과 접하지 않은 끝단 부분(20)이 상기 상면 링(5) 방향으로 꺾여져서 가시가 돋힌(barbed) 형상을 이루고 있다.Branches formed in the upper surface dipole 23, that is, the branches formed in the first dipole arm 3 and the second dipole arm 4, respectively, are formed such that the end portions not in contact with the upper surface ring 5, (5) direction. 2, the first branch 9 formed on the second dipole arm 4 of the upper face dipole 23 is configured such that an end portion 17 which is not in contact with the upper face ring 5, 5) direction to form a barbed shape. Similarly, the end portion 18 of the second branch 10, which is not in contact with the upper face ring 5, is bent in the direction of the upper face ring 5 to form a barbed shape. The third branch 11 has a barbed shape in which the end portion 19 not contacting the top ring 5 is bent in the direction of the top ring 5. Lastly, the fourth branch 12 has a barbed shape in which the end portion 20 not in contact with the upper face ring 5 is bent in the direction of the upper face ring 5.

상기 제2다이폴 암(4) 형성된 브랜치들 각각의 끝단 부분의 구조는 제1다이폴 암(3)에 형성된 브랜치들 각각의 끝단 부분의 구조에도 적용될 수 있다.The structure of the end portion of each of the branches formed with the second dipole arm 4 can be applied to the structure of the end portion of each of the branches formed in the first dipole arm 3. [

한편 하면 다이폴(24)에 형성된 브랜치들, 즉 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7) 각각에 형성된 브랜치들은 하면 링(8)과 접하지 않은 끝단(end) 부분이 상기 하면 링(8) 방향으로 꺾여져 있을 수 있다. 즉 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7) 각각에 형성된 브랜치들 각각의 끝단 부분은 도 2에 예시된 제2다이폴 암(4)에 형성된 브랜치들 각각의 끝단 부분의 구조를 가질 수 있다.On the other hand, the branches formed in the lower dipole 24, that is, the branches formed in the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7, (8). The end portions of each of the branches formed in each of the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 have the structure of the end portions of each of the branches formed in the second dipole arm 4 illustrated in Fig. .

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 특성들을 살펴보기로 한다. Hereinafter, characteristics of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention will be described.

이를 위해서 도 1 내지 도 3에 도시된 구조를 갖는 다중대역 GPS 안테나가 설계되었다.To this end, a multi-band GPS antenna having the structure shown in Figs. 1 to 3 has been designed.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 반사부(21)는 120mm×120mm의 직사각형 하면(rectangular bottom)(22), 160mm×160mm 크기의 개구된 상부면, 40mm의 높이를 갖는 역 피라미드(inverted pyramidal) 구조를 갖는다. 1 to 3, the reflector 21 is a rectangular bottom 22 of 120 mm x 120 mm, an open top of 160 mm x 160 mm, an inverted pyramidal with a height of 40 mm, Structure.

급전부(27)는 내부 공동인 외부 도체(outer conductor)(26) 및 상기 외부 도체(26)의 내부 공동을 접촉하면서 관통하는 내부 도체(inner conductor)(25)로 이루어진다. 상기 외부 도체(26)는 하면 다이폴(24)에 전기적으로 연결되어 하면 다이폴(24)을 급전(feeding)하고 상기 내부 도체(25)는 기판(2)을 관통하여 상면 다이폴(23)에 전기적으로 연결되어 상면 다이폴(23)을 급전한다. 즉 상기 외부 도체(26)는 하면 다이폴(24)의 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)과 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 내부 도체(25)는 상면 다이폴(23)의 제1다이폴 암(3) 및 제2다이폴 암(4)과 전기적으로 연결된다.The feeding part 27 is composed of an outer conductor 26 which is an inner cavity and an inner conductor 25 which penetrates through the inner cavity of the outer conductor 26 while contacting the inner cavity. The outer conductor 26 is electrically connected to the bottom dipole 24 to feed the dipole 24 and the inner conductor 25 penetrates the substrate 2 to electrically connect the top dipole 23 So that the upper surface dipole 23 is fed. That is, the external conductor 26 is electrically connected to the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 of the under dipole 24. The inner conductor 25 is electrically connected to the first dipole arm 3 and the second dipole arm 4 of the upper surface dipole 23.

상면 다이폴(23)은 기판(2)의 상면에 인쇄되어 형성되고 하면 다이폴(24)은 기판(2)의 하면에 인쇄되어 형성될 수 있다. 상기 기판(2)은 상대 유전율(relative permittivity) 3.38, (유전)손실 탄젠츠(loss tangent) 0.0027, 두께(thickness) 0.508을 갖는 62mm×62mm 크기의 Rogers RO4003기판으로 구성된다. The upper surface dipole 23 is printed on the upper surface of the substrate 2 and the lower surface dipole 24 can be printed on the lower surface of the substrate 2. [ The substrate 2 is composed of a 62 mm x 62 mm Rogers RO 4003 substrate having a relative permittivity of 3.38, a (dielectric) loss tangent of 0.0027, and a thickness of 0.508.

제1다이폴 암(3), 제2다이폴 암(4), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7) 각각에 형성된 브랜치들은 GPS 주파수 대역, L5 대역, L2 대역, L3/4 대역 및 L1 대역에서 동작하도록 설계되었다. The branches formed in each of the first dipole arm 3, the second dipole arm 4, the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 are the GPS frequency band, the L5 band, the L2 band, the L3 / 4 band And the L1 band.

상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)은 90°위상 지연라인(phase delay line)으로 동작하여서 원형 편파 복사(circularly polarized radiation)를 하는 상면 링(5) 및 하면 링(8)을 통하여 서로 교차된다.The upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 are connected to each other through a top ring 5 and a bottom ring 8 that operate in a 90 DEG phase delay line and perform circularly polarized radiation, do.

본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 특성들을 조사하는데 ANSYS-HFSS(Ansoft high-frequency structure simulator)가 이용되었다. 최적화된 안테나 설계 변수들(optimized antenna design parameters)가 원형 편파 복사 및 GPS 주파수 대역들 즉 L1 대역, L2 대역, L3 대역, L4 대역 및 L5 대역을 커버하는 다중대역 동작을 위해서 선택되었다.ANSYS-HFSS (Ansoft high-frequency structure simulator) was used to investigate the characteristics of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention. Optimized antenna design parameters were selected for multi-band operation covering the circular polarization and GPS frequency bands, namely L1, L2, L3, L4 and L5.

이러한 안테나 설계 변수들은 다음과 같다. W1 = 62 mm, W2 = 50 mm, W3 = 42 mm, Wc1 = 38 mm, Wc2 = 39 mm, Wc3 = 25 mm, Wc4 = 22.5 mm, Ri = 6.2 mm, Wr = 1.2 mm, ws1 = ws2 = 1.2 mm, ws3 = ws4 = 1.6 mm, Lb1 = 30.4 mm, wi1 = 0.4 mm, gi1 = 0.6 mm, Li1 = 5 mm, Lb2 = 34 mm, wi2 = 0.4 mm, gi2 = 0.6 mm, Li2 = 5 mm, Lb3 = 16 mm, wi3 = 0.6 mm, gi3 = 0.6 mm, Li3 = 7.8 mm, Lb4 = 14 mm, wi4 = 0.4 mm, gi4 = 0.6 mm, Li4 = 7.8 mm, Wb1 = 5.6 mm, Wb2 = Wb3 = 0.8 mm, S1 = S2 = S3 = 0.4 mm, Hc = 40 mm, and H = 40 mm.
These antenna design parameters are as follows. W 1 = 62 mm, W 2 = 50 mm, W 3 = 42 mm, W c1 = 38 mm, W c2 = 39 mm, W c3 = 25 mm, W c4 = 22.5 mm, R i = 6.2 mm, W r = 1.2 mm, w s1 = w s2 = 1.2 mm, w s3 = w s4 = 1.6 mm, L b1 = 30.4 mm, w i1 = 0.4 mm, g i1 = 0.6 mm, L i1 = 5 mm, L b2 = 34 mm, w i2 = 0.4 mm, g i2 = 0.6 mm, L i2 = 5 mm, L b3 = 16 mm, w i3 = 0.6 mm, g i3 = 0.6 mm, L i3 = 7.8 mm, L b4 = 14 mm, w i4 = 0.4 mm, g i4 = 0.6 mm, L i4 = 7.8 mm, W b1 = 5.6 mm, W b2 = W b3 = 0.8 mm, S 1 = S 2 = S 3 = , H c = 40 mm, and H = 40 mm.

상기한 바와 같이 제1다이폴 암(3), 제2다이폴 암(4), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7) 각각의 브랜치들은 GPS 주파수 대역 즉 L5 대역, L2 대역, L3/4 대역 및 L1 대역으로 구별되어 설계된다. 이것은 도 4에 예시되어 있는데, 1.175GHz, 1.225GHz, 1.380GHz 및 1.575GHz에서 제1다이폴 암(3), 제2다이폴 암(4), 제3다이폴 암(6) 및 제4다이폴 암(7)에 의한 표면 전류 분포(surface current distribution)에 대한 시뮬레이션 결과를 보여준다. As described above, the branches of the first dipole arm 3, the second dipole arm 4, the third dipole arm 6, and the fourth dipole arm 7 each have a GPS frequency band, that is, L5 band, L2 band, L3 / 4 band and L1 band. This is illustrated in FIG. 4 where the first dipole arm 3, the second dipole arm 4, the third dipole arm 6 and the fourth dipole arm 7 at 1.175 GHz, 1.225 GHz, 1.380 GHz and 1.575 GHz ) Shows the simulation results for the surface current distribution.

각 GPS 주파수 대역에서 가중 강한 전류 분포(the strong current distribution)가 각 브랜치에서 나타난다. 즉 두 개의 가장 긴 브랜치들 중 좌측의 브랜치는 GPS 주파수 대역 L5 대역(1.175GHz)으로 동작하였고 우측의 브랜치는 L2 대역(1.225GHz)으로 동작하였고, 가장 우측에 있는 브랜치는 GPS 주파수 대역 L3 대역(1.3799GHz) 및 L4 대역(1.381GHz)으로 동작하였고, 가장 짧은 브랜치는 GPS 주파수 대역인 L1 대역(1.575GHz)으로 동작하였다.
In each GPS frequency band, the strong current distribution appears at each branch. That is, the left branch of the two longest branches operated in the L5 band (1.175GHz) of the GPS frequency band, the right branch operated in the L2 band (1.225GHz), and the branch on the right side was in the L3 band 1.3799 GHz) and the L4 band (1.381 GHz), and the shortest branch operated at the L1 band (1.575 GHz), which is the GPS frequency band.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나는 미앤더 라인 구조 및 각 브랜치의 가시가 돋힌 형상을 이용해서 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)의 길이 등을 줄인다.The multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention reduces the length of the upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 by using a meander line structure and a visible shape of each branch.

L5 대역으로 동작하는 브랜치 및 L2 대역으로 동작하는 브랜치의 전체 길이는 대략 87.7mm(1.175GHz에서 0.343λ0이고 1.225GHz에서 0.358λ0임)이고 반면 L3/L4 대역으로 동작하는 브랜치의 길이는 70.7mm(1.380GHz에서 0.325λ0)이고 L1 대역으로 동작하는 브랜치의 길이는 59.4mm(1.575GHz에서 0.312λ0)이다.The total length of the branch operating in the L5 band and the branch operating in the L2 band is approximately 87.7 mm (0.343? 0 at 1.175 GHz and 0.358? 0 at 1.225 GHz) while the length of the branch operating in the L3 / L4 band is 70.7 mm (at 1.380GHz 0.325λ 0) and the length of the branches serving as the L1 band is 59.4mm (0.312λ 0 at 1.575GHz).

복사체인 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나는 62mm×62mm 크기를 가질 수 있는데, 이는 가시가 돋힌 다이폴들이 직사각형 기판의 대각선으로 배열되기 때문이다.The multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention can have a size of 62 mm x 62 mm because the visible dipoles are arranged diagonally on a rectangular substrate.

도 5는 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 반지름값 들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수(reflection coefficient)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 6은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 반지름값 들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비(axial ratio)에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. Figure 5 shows the simulation results for the reflection coefficient of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention for different radial values of a partially open ring, Figure 6 shows a simulation result of a reflection coefficient of a multi- The simulation results for the axial ratio of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention are shown for the different radial values of the ring of the structure.

본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나는 일부가 개방된 구조의 링의 반지름 Ri이 다른 안테나일 수 있다. 반사계수 및 축비는 모든 GPS 주파수 대역에서 Ri에 민감하다. Ri가 0.4mm단위로 5.5mm에서 6.6mm까지 변할 때, 모든 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형 편파 중심 주파수는 증가한다. 이때 상기 원형 편파 중심 주파수는 상기 다중대역 GPS 안테나가 최소 축비(axial ratio)를 갖는 GPS 주파수 대역의 주파수로 정의될 수 있다.The multi-band GPS antenna according to an exemplary embodiment of the present invention may be a different antenna with a radius R i of a partially open ring structure. The reflection coefficient and the axial ratio are sensitive to R i in all GPS frequency bands. When R i varies from 5.5 mm to 6.6 mm in 0.4 mm increments, the resonance frequency and the circular polarization center frequency of all GPS frequency bands increase. At this time, the circular polarization center frequency may be defined as a frequency of a GPS frequency band having a minimum axial ratio of the multi-band GPS antenna.

도 7은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 폭(width)들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 8은 일부가 개방된 구조의 링의 서로 다른 폭(width)들에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. FIG. 7 shows simulation results for the reflection coefficient of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention, with respect to different widths of a partially open ring structure, and FIG. The simulation results for the axial ratios of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention are shown for different widths of the ring.

일부가 개방된 구조의 링, 상면 링 및 하면 링의 폭 Wr이 0.2mm단위로 1mm에서 1.4mm까지 변할 때 반사계수는 모든 GPS 주파수 대역에서 감소함을 확인할 수 있다.It can be seen that the reflection coefficient decreases in all GPS frequency bands when the width W r of the partially open ring, top ring and bottom ring changes from 1 mm to 1.4 mm in 0.2 mm increments.

3-dB 축비 대역폭은 하위 대역 및 상위 대역에서 약간 변화가 있었지만, 중간 대역에서 감소했다. 이때 하위대역은 L5 대역(1.17645 GHz) 및 L2 대역(1.2276GHz)일 수 있으며, 상위대역은 L1 대역(1.5754GHz)일 수 있으며, 중간대역은 L3 대역(1.38105GHz) 및 L4 대역(1.379913 GHz)일 수 있는데, 이는 실험을 위해서 선택된 것들이며 이에 한정되지는 않음에 유의하여 한다. The 3-dB axial ratio bandwidth varied slightly in the lower and upper bands, but decreased in the middle bands. The upper band may be the L1 band (1.5754 GHz), the middle band may be the L3 band (1.38105 GHz), and the L4 band (1.379913 GHz). The lower band may be the L5 band (1.17645 GHz) and the L2 band (1.2276 GHz) It should be noted that these are selected for the experiment and are not limited thereto.

상기 도 5 내지 8에서 보여지는 바와 같이, 일부가 개방된 구조의 링이 위상지연라인으로 사용되어 원형 편파 복사를 생성하는데 이용된다는 것이다.
As shown in FIGS. 5 to 8 above, a partially open ring is used as a phase delay line to be used to generate circularly polarized radiation.

본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 상면 다이폴(23) 및 하면 다이폴(24)은 Rogers RO4003 기판의 양면에 표준 에칭 기술(standard etching technology)을 통해서 20μm 두께를 갖는 동(copper)으로 형성될 수 있다. 그리고 역 피라미드 캐비티(inverted pyramidal cavity) 구조를 갖는 반사부(21)는 0.02mm 두께를 갖는 5개의 동판들(copper plates)로 구현되었다. The upper surface dipole 23 and the lower surface dipole 24 of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention are formed on both sides of a Rogers RO4003 substrate by copper using a standard etching technology, . And the reflector 21 having an inverted pyramidal cavity structure was implemented with five copper plates having a thickness of 0.02 mm.

이렇게 구현된 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 프로토타입(prototype)에 대한 특성들을 측정하기 위해서, 에질런트(Agilent)사의 N5230A 네트워크 애널라이저(Network analyzer) 및 3.5mm 동축 캘리브레이션 스탠다드(coaxial calibration standard) GCS35M이 이용되었다.In order to measure the characteristics of the prototype of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention thus implemented, an Agilent N5230A network analyzer and a 3.5 mm coaxial calibration standard standard) GCS35M was used.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 반사계수에 대한 시뮬레이션 결과 및 측정결과를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating simulation results and measurement results of reflection coefficient of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, -10dB 반사계수에 대해서 측정된 임피던스 대역폭들은 1.131~1.312, 1.369~1.421 및 1.543~1.610 GHz인데, 시뮬레이션 된 임피던스 대역폭들은 오히려 1.130~1.295, 1.365~1.415 및 1.556~1.610 GHz에 가깝다. 상기 측정 결과들과 시뮬레이션 결과들 사이의 약간의 불일치는 기판의 다른 면에 형성된 다이폴 암들의 배치가 어긋나는 것(misalignment)에 기인한다.9, the measured impedance bandwidths for the -10dB reflection coefficient are 1.131 to 1.312, 1.369 to 1.421 and 1.543 to 1.610 GHz, with simulated impedance bandwidths of about 1.130 to 1.295, 1.365 to 1.415, and 1.556 to 1.610 GHz close. Some mismatch between the measurement results and the simulation results is due to misalignment of the dipole arms formed on the other side of the substrate.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 축비에 대한 시뮬레이션 결과 및 측정결과를 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating simulation results and measurement results of the axial ratio of the multi-band GPS antenna according to the embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 축비에 대한 시뮬레이션 결과 및 측정결과 사이에서는 양호한 일치(good agreement)가 관측되었다. 상기 측정된 3-dB 축비 대역폭들은 1.165~1.185, 1.195~1.240, 1.375~1.390 및 1.565~1.580 GHz인 반면, 시뮬레이션된 3-dB 축비 대역폭들은 각각 1.163~1.189, 1.208~1.244, 1.378~1.392 및 1.569~1.582 GHz이다.Referring to FIG. 10, a good agreement was observed between the simulation results and the measurement results for the axial ratio. The simulated 3-dB axial ratio bandwidths are 1.163 to 1.189, 1.208 to 1.244, 1.378 to 1.392 and 1.569, respectively, while the measured 3-dB axial ratio bandwidths are 1.165 to 1.185, 1.195 to 1.240, 1.375 to 1.390 and 1.565 to 1.580 GHz, To 1.582 GHz.

상기 측정값들은 0.83, 0.96, 0.94 및 1.4 dB에 대응되는 1.175, 1.225, 1.380 및 1.570 GHz의 4개의 대역들에 대한 원형 편파 중심 주파수들을 나타낸다.
The measured values represent the circularly polarized center frequencies for the four bands of 1.175, 1.225, 1.380 and 1.570 GHz corresponding to 0.83, 0.96, 0.94 and 1.4 dB.

1.175, 1.225, 1.380 및 1.575 GHz에서 상기 다중대역 GPS 안테나의 방사 패턴들이 도 11 내지 도 14에 도시되어 있는데, 즉 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.175GHz에서의 방사 패턴을 나타내고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.225GHz에서의 방사 패턴을 나타내고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.380GHz에서의 방사 패턴을 나타내고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 GPS 안테나의 1.575GHz에서의 방사 패턴을 나타내는데, 측정결과들과 시뮬레이션 결과들 사이에 양호한 일치(good agreement)를 나타낸다.The radiation patterns of the multi-band GPS antenna at 1.175, 1.225, 1.380 and 1.575 GHz are shown in FIGS. 11-14, i.e., FIG. 11 shows the radiation patterns at 1.175 GHz of the multi- FIG. 12 shows a radiation pattern at 1.225 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention, FIG. 13 shows a radiation pattern at 1.380 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention , Fig. 14 shows a radiation pattern at 1.575 GHz of a multi-band GPS antenna according to an embodiment of the present invention, showing a good agreement between the measurement results and the simulation results.

상기 방사는 x-z 및 y-z 평면들에서 RHCP(Right-Hand Circular Polarization) 특성을 하며 대칭을 이룬다. 1.175GHz에서 측정값들은 이득 7.55dBic, 전후전계비(front to back ratio) 24dB 및 x-z 및 y-z 평면들에서 각각 HPBW(half-power beamwidth) 100° 및 102°를 나타낸다.The radiation is right-hand circular polarized (RHCP) in the x-z and y-z planes and is symmetrical. Measured values at 1.175 GHz exhibit a gain of 7.55 dBic, a front to back ratio of 24 dB and half-power beamwidth (HPBW) of 100 ° and 102 °, respectively, in the x-z and y-z planes.

1.225GHz에서 측정값들은 이득 7.7dBic, 전후전계비(front to back ratio) 26dB 및 x-z 및 y-z 평면들에서 각각 HPBW(half-power beamwidth) 100° 및 102°를 나타낸다.Measured values at 1.225 GHz exhibit a gain of 7.7 dBic, a front to back ratio of 26 dB and half-power beamwidth (HPBW) of 100 ° and 102 °, respectively, in the x-z and y-z planes.

1.380GHz에서 측정값들은 이득 8.1dBic, 전후전계비(front to back ratio) 25dB 및 x-z 및 y-z 평면들에서 각각 HPBW(half-power beamwidth) 105° 및 103°를 나타낸다.Measurements at 1.380 GHz show a gain of 8.1 dBic, a front to back ratio of 25 dB and half-power beamwidth (HPBW) of 105 ° and 103 ° in the x-z and y-z planes, respectively.

1.575GHz에서 측정값들은 이득 7.94dBic, 전후전계비(front to back ratio) 27dB 및 x-z 및 y-z 평면들에서 각각 HPBW(half-power beamwidth) 90°및 96°를 나타낸다. Measurements at 1.575 GHz exhibit a gain of 7.94 dBic, a front-to-back ratio of 27 dB, and half-power beamwidth (HPBW) of 90 ° and 96 ° in the x-z and y-z planes, respectively.

또한 측정값들은 모든 대역에서 높은 안테나 효율(>90%)을 나타낸다. 여기에서, 상기 측정된 안테나 효율은 상기 측정된 이득을 상기 시뮬레이션 된 지향성(simulated directivity)으로 나눈 값으로 정의된다.
The measurements also show high antenna efficiency (> 90%) in all bands. Here, the measured antenna efficiency is defined as a value obtained by dividing the measured gain by the simulated directivity.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. The present invention has been described above with reference to the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims and equivalents thereof.

Claims (10)

기판;
상기 기판의 상면에 형성되는 상면 다이폴;
상기 기판의 하면에 형성되는 하면 다이폴;
상부면이 개방되어 있는 상자형태를 가지며 상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴의 후방으로 복사되는 GPS 주파수 대역의 원형편파(circularly polarized)의 전자기파를 상기 상부면 방향으로 반사하는 반사부; 및
상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴을 급전(feed)하는 급전부를 포함하며,
상기 상면 다이폴은 직각구조를 형성하는 제1다이폴 암(dipole arm) 및 제2다이폴과, 상기 제1다이폴 암 및 제2다이폴 암이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 상면 링(ring)으로 이루어지며,
상기 하면 다이폴은 직각구조를 형성하는 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암과, 상기 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암이 직각으로 만나는 부분에 형성되고 일부가 개방된 하면 링으로 이루어지며,
상기 제1다이폴 암, 제2다이폴 암, 제3다이폴 암 및 제4다이폴 암 각각은 서로 다른 길이를 갖는 브랜치(branch)들로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.Board;
An upper surface dipole formed on an upper surface of the substrate;
A bottom dipole formed on a lower surface of the substrate;
A reflector for reflecting the circularly polarized electromagnetic waves of the GPS frequency band, which has a box shape in which an upper surface is opened and is radiated to the rear of the upper surface dipole and lower surface dipole, in the upper surface direction; And
And a feeding part for feeding the upper face dipole and the lower face dipole,
Wherein the upper surface dipole has a first dipole arm and a second dipole forming a right angle structure and a top ring formed at a portion where the first dipole arm and the second dipole arm meet at right angles, Lt; / RTI >
The dipole includes a third dipole arm and a fourth dipole arm forming a rectangular structure, and a bottom ring formed at a portion where the third dipole arm and the fourth dipole arm meet at right angles,
Wherein each of the first dipole arm, the second dipole arm, the third dipole arm, and the fourth dipole arm comprises branches having different lengths. 청구항 1에 있어서,
상기 상면 다이폴 및 하면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 미앤더 라인(meander) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1,
Wherein each of the branches formed in the top surface and bottom surface dipoles has a meander configuration. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 상면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 상기 상면 링과 접하지 않는 끝단(end) 부분이 상기 상면 링 방향으로 꺾여지는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1 or 2,
Wherein each of the branches formed on the upper surface dipole has an end portion that is not in contact with the upper surface ring bent in the upper surface ring direction. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 하면 다이폴에 형성된 브랜치들 각각은 상기 하면 링에 접하지 않은 끝단 부분이 상기 하면 링 방향으로 꺾여지는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1 or 2,
Wherein each of the branches formed on the dipole is bent in a direction of the lower surface of the lower ring. 청구항 1에 있어서,
상기 반사부는,
상기 반사부의 하면(bottom)의 면적보다 개구된 상부면의 면적이 넓은 구조를 갖는 상자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나. The method according to claim 1,
The reflector includes:
Wherein the reflector has a box shape having a structure in which an area of an upper surface that is opened is larger than an area of a bottom of the reflector. 청구항 1에 있어서,
상기 상면 링의 폭이 증가함에 따라 상기 다중대역 GPS 안테나의 반사계수(reflection coefficient)가 감소하는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna is reduced as the width of the top ring increases. 청구항 1에 있어서,
상기 하면 링의 폭이 증가함에 따라 상기 다중대역 GPS 안테나의 반사계수가 감소하는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the reflection coefficient of the multi-band GPS antenna decreases as the width of the lower ring increases. 청구항 1에 있어서,
상기 상면 링의 반지름이 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형편파 중심(center) 주파수가 증가하는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1,
And the resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band increase as the radius of the upper surface ring increases. 청구항 1에 있어서,
상기 하면 링의 반지름이 증가함에 따라 상기 GPS 주파수 대역의 공진 주파수 및 원형편파 중심 주파수가 증가하는 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the resonance frequency and the circular polarization center frequency of the GPS frequency band increase as the radius of the ring increases. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 원형 편파 중심 주파수는 상기 다중대역 GPS 안테나가 최소 축비(axial ratio)를 갖는 GPS 주파수 대역의 주파수인 것을 특징으로 하는 다중대역 GPS 안테나.









The method according to claim 8 or 9,
Wherein the circular polarization center frequency is a frequency of a GPS frequency band having a minimum axial ratio of the multi-band GPS antenna.









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