KR102508317B1

KR102508317B1 - Folded Patch Antenna for Mobile Terminal

Info

Publication number: KR102508317B1
Application number: KR1020180168496A
Authority: KR
Inventors: 최인태; 신호섭
Original assignee: 군산대학교산학협력단
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2023-03-10
Also published as: KR20190000358A; KR20180080067A

Abstract

이동통신 단말기용 폴디드 패치 안테나를 개시한다.
본 발명의 실시예들은 이동통신 단말기를 위한 안테나에 있어, 소형화에 따른 높은 Q값, 협대역 및 초지향성 특성을 극복하고 사용주파수가 상이한 다양한 통신시스템을 제공할 수 있도록 광대역 주파수 특성을 갖는 소형의 안테나를 제공하는데 주된 목적이 있다.Disclosed is a folded patch antenna for a mobile communication terminal.
Embodiments of the present invention are small-sized antennas for mobile communication terminals having wideband frequency characteristics to overcome high Q values, narrowband and super-directional characteristics due to miniaturization and to provide various communication systems with different used frequencies. Its main purpose is to provide an antenna.

Description

Folded patch antenna for mobile communication terminal {Folded Patch Antenna for Mobile Terminal}

본 발명은 이동통신 단말기를 위한 폴디드 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a folded patch antenna for a mobile communication terminal.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this part merely provide background information on the present embodiment and do not constitute prior art.

이동통신 기술의 발전과 보다 다양한 서비스를 원하는 소비자의 요구가 맞물리면서 이동통신 서비스는 계속 진화하고 있다. 초기 이동통신 서비스는 단순히 음성통화만을 제공하였으나, 최근 이동통신 서비스에는 방송 등 멀티미디어 콘텐츠 전송이 가능하도록 수백 Mbps에서 수 Gbps까지의 무선 데이터 속도를 지원하는 것을 목표로 하고 있다.Mobile communication services continue to evolve as the development of mobile communication technology and consumer demand for more diverse services are met. Early mobile communication services simply provided voice calls, but recent mobile communication services aim to support wireless data rates from hundreds of Mbps to several Gbps so that multimedia contents such as broadcasting can be transmitted.

이를 위해서는 채널당 40 MHz 폭 이상의 광대역 주파수를 필요로 하는데 동일대역에서 광대역의 주파수폭 확보가 어려운 상황이다. 이에 따라 기존의 비연속적인 여러 이동통신 주파수를 묶어 연속적인 광대역과 동일한 성능을 낼 수 있는 주파수 집성기술(CA: Carrier Aggregation)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 기술을 적용하기 위해 이동통신 단말기 역시 다중대역 및 광대역 주파수를 제공할 수 있어야 한다. 그러나 이동통신 단말기의 크기가 소형화되는 경향에 따라 안테나의 크기 역시 소형화됨으로써 구현에 어려움이 있다.To this end, a wideband frequency of 40 MHz or more per channel is required, but it is difficult to secure a wideband frequency width in the same band. Accordingly, the development of a frequency aggregation technology (CA: Carrier Aggregation) capable of generating the same performance as a continuous broadband by combining several existing non-contiguous mobile communication frequencies is being actively pursued. To apply this technology, a mobile communication terminal must also be able to provide multi-band and broadband frequencies. However, as the size of the mobile communication terminal tends to be reduced, the size of the antenna is also reduced, making implementation difficult.

구체적으로, 안테나의 물리적인 크기(길이, 면적 등)는 주파수 의존적이어서 그 크기가 작아질수록 목적하는 주파수는 높아진다. 이에 따라, 안테나의 크기가 작아지면 안테나의 반사저항 및 리액턴스도 주파수 변화에 따라 달라지게 되어 안테나에서 부하로, 또는 발진기에서 안테나로의 전력 전달이 어려워진다. 이로 인해 안테나는 높은 Q값과 좁은 대역폭을 갖고, 이에 더하여 초지향성까지 갖는 경향이 있어 문제가 된다.Specifically, the physical size (length, area, etc.) of the antenna is frequency-dependent, so that the smaller the size, the higher the target frequency. Accordingly, when the size of the antenna is reduced, the reflection resistance and reactance of the antenna also change according to the frequency change, making it difficult to transfer power from the antenna to the load or from the oscillator to the antenna. Due to this, the antenna has a high Q value and a narrow bandwidth, and in addition, it tends to have super-directionality, which is a problem.

본 발명의 실시예들은 이동통신 단말기를 위한 안테나에 있어, 소형화에 따른 높은 Q값, 협대역 및 초지향성 특성을 극복하고 사용주파수가 상이한 다양한 통신시스템을 제공할 수 있도록 광대역 주파수 특성을 갖는 소형의 안테나를 제공하는데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention are small-sized antennas for mobile communication terminals having wideband frequency characteristics to overcome high Q values, narrowband and super-directional characteristics due to miniaturization and to provide various communication systems with different used frequencies. Its main purpose is to provide an antenna.

본 발명의 실시예들이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .

본 발명의 실시예에 의하면, 이동통신 단말기용 폴디드 패치 안테나(Folded Patch Antenna)에 있어서, 유전체 기판; 유전체 기판의 일면 상에 모노폴의 방사패턴으로서, L자 형상으로 형성되는 제1 패턴, 제1 패턴의 일단에서 연장되어 미앤더(meander) 선로 구조로 형성되는 제2 패턴, 및 제1 패턴의 일단에서 직선으로 연장되어 ㄷ자 형상으로 절곡 형성되는 제3 패턴을 포함하는 방사패치; 일단은 제1, 제2 및 제3 패턴 각각의 일단과 연결되고 타단은 전원과 연결되는 급전부; 및, 방사패치 및 급전부와 소정 간격 이격되어 방사패치 및 급전부를 둘러싸는 구조로 형성되는 접지부를 포함하는 폴디드 패치 안테나를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a folded patch antenna for a mobile communication terminal includes a dielectric substrate; As a radiation pattern of a monopole on one surface of a dielectric substrate, a first pattern formed in an L shape, a second pattern extending from one end of the first pattern and formed in a meander line structure, and one end of the first pattern a radiation patch including a third pattern extending straight from and bent in a U-shape; a power supply unit having one end connected to one end of each of the first, second and third patterns and the other end connected to a power source; And, a folded patch antenna including a ground portion formed in a structure spaced apart from the radiation patch and the feeder by a predetermined distance and surrounding the radiation patch and the feeder is provided.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 이동통신 단말기를 위한 안테나에 있어, 소형화에 따른 높은 Q값, 협대역 및 초지향성을 갖는 특성을 극복하고 사용주파수가 상이한 다양한 통신시스템을 제공할 수 있도록 광대역 주파수 특성을 갖는 소형의 안테나를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, in an antenna for a mobile communication terminal, it overcomes the characteristics of having a high Q value, narrow band, and super directivity due to miniaturization, and provides various communication systems with different use frequencies. There is an effect of providing a compact antenna having a broadband frequency characteristic so as to be able to do so.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극 변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 반사손실 특성 모의실험 결과와 실제 제작된 안테나의 반사손실 측정 결과를 비교한 결과이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 폴디드 패치 안테나에 대하여 측정된 방사패턴이다.1 is a structural diagram of a folded patch antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a ground part of a folded patch antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a grounding part of a folded patch antenna according to another embodiment of the present invention.
4 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a grounding part of a folded patch antenna according to another embodiment of the present invention.
5 is a result of comparing return loss characteristics simulation results of a folded patch antenna according to an embodiment of the present invention with measurement results of return loss of an actually manufactured antenna.
6 to 8 are radiation patterns measured for a folded patch antenna fabricated according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing the components of the embodiment according to the present invention, symbols such as first, second, i), ii), a), b) may be used. These codes are only for distinguishing the component from other components, and the nature or sequence or order of the corresponding component is not limited by the codes. In the specification, when a part is said to 'include' or 'include' a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless explicitly stated otherwise. . In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기용 폴디드 패치 안테나(Folded Patch Antenna)에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a folded patch antenna for a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 구조도이다. 폴디드 패치 안테나(100)는 평면형 구조를 가지며, 유전체 기판(110)과 유전체 기판(110)의 일면 상에 형성된 단일평면 도파관(CPW: Coplanar Wave Guide) 구조의 도체(120)를 포함한다. 본 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나(100)의 바람직한 크기는 44.9 × 35 × 1 mm³이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.1 is a structural diagram of a folded patch antenna according to an embodiment of the present invention. The folded patch antenna 100 has a planar structure and includes a dielectric substrate 110 and a conductor 120 having a Coplanar Wave Guide (CPW) structure formed on one surface of the dielectric substrate 110 . A preferred size of the folded patch antenna 100 according to the present embodiment is 44.9 × 35 × 1 mm ³ , but is not necessarily limited thereto.

유전체 기판(110)은 저온 소성 세라믹(LTCC, Low Temperature Co-fired Ceramic), 세라믹, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 적어도 하나의 재질을 선택하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 안테나(100)의 두께를 줄일 수 있다. 유전체 기판(110)으로는 예를 들어, 두께가 1.0 mm이고 비유전율은 4.2이며, 손실 탄젠트는 0.019인 FR-4 기판이 이용될 수 있다.The dielectric substrate 110 is made of at least one material selected from Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC), ceramic, printed circuit board (PCB), silicon (Si), and gallium arsenide (GaAs). can be formed by Preferably, the thickness of the antenna 100 can be reduced by using a printed circuit board (PCB). As the dielectric substrate 110, for example, an FR-4 substrate having a thickness of 1.0 mm, a dielectric constant of 4.2, and a loss tangent of 0.019 may be used.

도체(120)에는 방사패치(130), 급전부(140) 및 접지부(150)가 포함된다. 도체는 동일한 재질의 금속일 수 있으며, 예를 들어 구리(Copper), 은(Silver), 금(Gold), 알루미늄(Aluminum) 중 어느 하나인 단일 금속 물질 또는 적어도 둘 이상을 포함하는 합금(Alloy)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 단일평면 도파관(CPW) 구조에 따라, 방사패치(130), 급전부(140) 및 접지부(150)는 동일 평면상에 형성된다. 예를 들어, 모두 한번의 식각(Etching) 공정으로 형성되거나 직접 인쇄(Direct Printing) 공정으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The conductor 120 includes a radiation patch 130, a power supply unit 140, and a ground unit 150. The conductor may be a metal of the same material, for example, a single metal material of any one of copper, silver, gold, and aluminum, or an alloy containing at least two or more It may be, but is not necessarily limited thereto. According to the single planar waveguide (CPW) structure, the radiation patch 130, the power supply unit 140, and the ground unit 150 are formed on the same plane. For example, all of them may be formed in a single etching process or formed in a direct printing process, but are not necessarily limited thereto.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나(100)의 도체(120)에 형성되는 구성요소에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, components formed on the conductor 120 of the folded patch antenna 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 실시예의 방사패치(130)는 안테나 길이를 4배 줄일 수 있는 1/4λ모노폴 안테나를 이용하고, 기하학적 형태로는 폴디드 선로(Folded Line)와 미앤더 선로(Meander Line) 구조를 이용함으로써 안테나를 소형화한다. 방사패치(130)는 다중대역의 공진주파수를 형성하도록 다양한 패턴의 조합으로 이루어진다.The radiation patch 130 of this embodiment uses a 1/4λ monopole antenna capable of reducing the length of the antenna by 4 times, and uses a folded line and meander line structure as a geometrical shape. miniaturize The radiation patch 130 is formed of a combination of various patterns to form a multi-band resonant frequency.

도 1을 참조하면, 방사패치(130)는 유전체 기판(110)의 일면 상에 모노폴의 방사패턴으로서, 제1 패턴(132), 제2 패턴(134) 및 제3 패턴(136)을 포함한다. 도 1에 나타난 파라미터들 중 Lx는 방사패치(130)를 구성하는 선로(또는 세그먼트)들의 길이를 나타내고, 각각의 선로(또는 세그먼트)를 지칭하기 위한 부호로도 병용될 수 있다. Wx는 방사패치(130)를 구성하는 선로(또는 세그먼트)들의 폭을 나타내며, Gapx는 구성요소들 간의 간극을 나타낸다.Referring to FIG. 1 , a radiation patch 130 is a monopole radiation pattern on one surface of a dielectric substrate 110 and includes a first pattern 132 , a second pattern 134 and a third pattern 136 . . Among the parameters shown in FIG. 1, Lx indicates the length of lines (or segments) constituting the radiation patch 130, and may also be used as a symbol to indicate each line (or segment). Wx represents the width of the lines (or segments) constituting the radiation patch 130, and Gapx represents the gap between components.

제1 패턴(132)은 L자 형상으로 형성된다. 구체적으로, 직선 형태의 주 선로(L2) 및 주 선로(L2)의 일단에서 주 선로(L2)의 폭방향으로 연장되는 부 선로(L1)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 패턴(132)는 폴디드 선로 구조를 가지며 주 선로(L2) 및 부 선로(L1) 사이에 하나의 절곡부를 가질 수 있다. 제1 패턴(132)은 폴디드 선로 구조로서 길이(L1+L2)는 바람직하게 약 133.6 mm가 될 수 있다.The first pattern 132 is formed in an L shape. Specifically, it may include a linear main line L2 and a secondary line L1 extending in the width direction of the main line L2 from one end of the main line L2. That is, the first pattern 132 may have a folded line structure and may have one bent portion between the main line L2 and the sub line L1. The first pattern 132 is a folded line structure, and preferably has a length (L1+L2) of about 133.6 mm.

제2 패턴(134)은 제1 패턴(132)의 일단에서 연장되어 미앤더 선로 구조로 형성된다. 미앤더 선로 구조의 안테나는 도선을 구부려 접어서 크랭크 모양으로 만든 것으로, 안테나의 길이, 폭, 접어진 단수, 도선의 폭, 도선의 간격 등에 의하여 안테나의 파라미터가 결정된다. 제1 패턴(132)의 부 선로(L1)의 일단에서 주 선로(L2)와 평행하게 연장되어 형성될 수 있다. 제2 패턴(134)의 일단은 제1 패턴(132)와 연결되고 타단은 개방된다.The second pattern 134 extends from one end of the first pattern 132 to form a meander line structure. The antenna of the meander line structure is made into a crank shape by bending and folding a conductor, and the parameters of the antenna are determined by the length, width, number of folded stages, width of the conductor, spacing of the conductor, and the like. It may be formed extending parallel to the main line L2 from one end of the sub line L1 of the first pattern 132 . One end of the second pattern 134 is connected to the first pattern 132 and the other end is open.

제2 패턴(134)은 공진주파수에 따라 접어진 단수를 다양하게 변형할 수 있으나, 바람직하게는, 6번 절곡되어 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 패턴(134)은 제1 패턴(132)의 주 선로(L2)와 평행하게 형성되는 세그먼트들(L3, L5, L7, L9) 및 이들로부터 직각으로 절곡되어 형성되는 세그먼트들(L4, L6, L8)로 구성될 수 있다. The second pattern 134 may be variously modified in the number of folded stages according to the resonant frequency, but preferably, it may be formed by being bent six times. In this case, the second pattern 134 includes segments L3, L5, L7, and L9 formed parallel to the main line L2 of the first pattern 132 and segments formed by bending them at right angles ( L4, L6, L8).

제2 패턴(134)의 각 세그먼트들(L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9)들의 폭(W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9)은 모두 동일할 필요는 없으며 공진주파수에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 제2 패턴(134)의 길이(L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9)는 바람직하게는 약 17.4 mm가 될 수 있다.The widths W3, W4, W5, W6, W7, W8, and W9 of each of the segments L3, L4, L5, L6, L7, L8, and L9 of the second pattern 134 do not have to be the same, and resonance It can be formed in various ways according to the frequency. The length (L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9) of the second pattern 134 may preferably be about 17.4 mm.

제3 패턴(136)은 제1 패턴(132)의 일단에서 직선으로 연장되어 ㄷ자 형상으로 절곡되어 형성된다. 구체적으로, 제3 패턴(136)은 직선 선로(L10) 및 폴디드 선로(L11+L12+L13)를 포함할 수 있다. 직선 선로(L10)는 제1 패턴(132)의 부 선로(L1)의 일단에서 주 선로(L2)에 수직하게 연장되고, 폴디드 선로(L11+L12+L13)는 직선 선로(L10)의 말단에서 수직으로 절곡하여 ㄷ자 형상으로 형성될 수 있다. 제3 패턴(136)의 폴디드 선로(L11+L12+L13) 중 두 선로(L11, L13)는 제1 패턴(132)의 주 선로(L2)와 평행하게 형성될 수 있다. 제3 패턴(136)의 길이(L10+L11+L12+L13)는 바람직하게는 약 94.2 mm가 될 수 있다.The third pattern 136 extends straight from one end of the first pattern 132 and is formed by bending it into a U shape. Specifically, the third pattern 136 may include a straight line L10 and a folded line L11+L12+L13. The straight line (L10) extends perpendicular to the main line (L2) from one end of the sub line (L1) of the first pattern (132), and the folded line (L11 + L12 + L13) is the end of the straight line (L10). It can be formed into a U-shape by bending it vertically in Among the folded lines L11 + L12 + L13 of the third pattern 136 , two lines L11 and L13 may be formed parallel to the main line L2 of the first pattern 132 . The length (L10+L11+L12+L13) of the third pattern 136 may preferably be about 94.2 mm.

제2 패턴(134)은 제1 패턴(132) 및 제3 패턴(136) 사이에 형성될 수 있다. 제1 패턴(132), 제2 패턴(134) 및 제3 패턴(136)의 일단은 모두 접지부(140)와 연결되고 타단은 개방될 수 있다.The second pattern 134 may be formed between the first pattern 132 and the third pattern 136 . One ends of the first pattern 132 , the second pattern 134 , and the third pattern 136 may all be connected to the ground portion 140 and the other ends may be open.

방사패치(130)는 제2 패턴(134)의 미앤더 선로를 구성하는 복수 개의 세그먼트들 중 적어도 하나의 세그먼트와 접지부(150)의 간극(Gap)의 변화에 따라 달라지는 하나 이상의 공진주파수 대역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공진주파수 대역은 제1 공진주파수 대역, 제2 공진주파수 대역 및 제3 공진주파수 대역을 포함하고, 제1 공진주파수 대역은 893 MHz 내지 1145 MHz, 제2 공진주파수 대역은 1759 MHz 내지 2168 MHz, 제3 공진주파수 대역은 2258 MHz 내지 2460 MHz가 될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 폴디드 패치 안테나(100)는 LTE, WCDMA, US-PCS, WLAN 등을 포함한 서로 다른 주파수를 사용하는 다양한 형태의 이동통신 시스템을 지원할 수 있다.The radiation patch 130 has one or more resonant frequency bands that vary according to a change in the gap between at least one of the plurality of segments constituting the meander line of the second pattern 134 and the ground portion 150. can form For example, the resonant frequency band includes a first resonant frequency band, a second resonant frequency band, and a third resonant frequency band, the first resonant frequency band is 893 MHz to 1145 MHz, the second resonant frequency band is 1759 MHz to 2168 MHz, the third resonant frequency band may be 2258 MHz to 2460 MHz. Accordingly, the folded patch antenna 100 of this embodiment can support various types of mobile communication systems using different frequencies including LTE, WCDMA, US-PCS, and WLAN.

급전부(140)는 방사패치(130)와 연결되어 이에 전기 에너지를 공급하도록 형성된다. 급전부(140)의 일단은 제1 패턴(132), 제2 패턴(134) 및 제3 패턴(136) 각각의 일단과 연결되고 타단은 전원과 연결된다.The power supply unit 140 is connected to the radiation patch 130 to supply electrical energy thereto. One end of the power supply unit 140 is connected to one end of each of the first pattern 132, the second pattern 134 and the third pattern 136, and the other end is connected to a power source.

접지부(150)는 방사패치(130) 및 급전부(140)와 소정 간격 이격되어 방사패치(130) 및 급전부(140)를 둘러싸는 구조로 형성된다. 예를 들어, 접지부(150)는 유전체 기판(110) 상에 형성된 도체(120)에서, 방사패치(130)와 급전부(140) 및 이들로부터의 소정 간격을 포함한 부분을 제외한 나머지 부분들을 모두 포함할 수 있다. 접지부(150)와 방사패치(130) 및 급전부(140)의 간극은 모두 동일할 필요는 없으며 각각의 선로에 따라 접지부(150)와의 간격을 상이하게 둘 수 있다.The ground unit 150 is spaced apart from the radiation patch 130 and the power supply unit 140 by a predetermined distance and is formed to surround the radiation patch 130 and the power supply unit 140 . For example, the grounding unit 150 is all of the remaining parts of the conductor 120 formed on the dielectric substrate 110, except for the portion including the radiation patch 130 and the power supply unit 140 and a predetermined distance therefrom. can include Gaps between the grounding unit 150, the radiation patch 130, and the power feeding unit 140 do not all need to be the same, and the distances between the grounding unit 150 and the grounding unit 150 may be different according to each line.

본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나(100)의 구성요소들에 대한 바람직한 파라미터 값은 [표 1]과 같다.Preferred parameter values for the components of the folded patch antenna 100 according to an embodiment of the present invention are shown in [Table 1].

[표 1]은 본 실시예의 폴디드 패치 안테나(100)의 크기(Dimension)가 44.9 × 35 × 1 mm³인 경우에 각 파라미터들의 최적값을 나타낸다.[Table 1] shows the optimal values of each parameter when the dimension of the folded patch antenna 100 of this embodiment is 44.9 × 35 × 1 mm ³ .

우선, 급전부(140)의 폭(W0)은 2.7 mm, 길이(L0)는 3.95 mm, 접지부(150)와의 간극(Gap0)은 0.8 mm가 바람직하다. 제1 패턴(132)을 구성하는 선로들의 길이(L1, L2)는 각각 2.1 mm, 15.3 mm, 폭(W1, W2)은 각각 0.6 mm, 1.2 mm, 접지부(150)와의 간극(Gap2)는 0.3 mm가 바람직하다. 제2 패턴(134)을 구성하는 선로들의 길이(L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9)는 각각 28.15 mm, 8.2 mm, 25 mm, 8.2 mm, 25.7 mm, 12.8 mm, 25.6 mm, 폭(W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9)는 각각 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.7 mm, 0.9 mm, 0.5 mm, 2.7 mm, 접지부(150)와의 간극(Gap3, Gap4, Gap5)은 0.5 mm, 0.5 mm, 0.5 mm가 바람직하다. 제3 패턴(136)을 구성하는 선로들의 길이(L10, L11, L12, L13)는 각각 29.5 mm, 28.1 mm, 5.75 mm, 30.9 mm, 폭(W10, W11, W12, W13)은 각각 0.55 mm, 1.4 mm, 0.9 mm, 2.35 mm, 접지부(150)와의 간극(Gap1)은 0.6 mm가 바람직하다.First, the width (W0) of the power supply unit 140 is preferably 2.7 mm, the length (L0) is 3.95 mm, and the gap (Gap0) with the ground unit 150 is preferably 0.8 mm. The lengths L1 and L2 of the lines constituting the first pattern 132 are 2.1 mm and 15.3 mm respectively, the widths W1 and W2 are 0.6 mm and 1.2 mm respectively, and the gap Gap2 with the ground part 150 is 0.3 mm is preferred. The lengths (L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9) of the lines constituting the second pattern 134 are 28.15 mm, 8.2 mm, 25 mm, 8.2 mm, 25.7 mm, 12.8 mm, 25.6 mm, The widths (W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9) are 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.7 mm, 0.9 mm, 0.5 mm, 2.7 mm, and the gaps with the ground part 150 (Gap3, Gap4) , Gap5) is preferably 0.5 mm, 0.5 mm, or 0.5 mm. The lengths (L10, L11, L12, and L13) of the lines constituting the third pattern 136 were 29.5 mm, 28.1 mm, 5.75 mm, and 30.9 mm, and the widths (W10, W11, W12, and W13) were 0.55 mm, respectively. 1.4 mm, 0.9 mm, 2.35 mm, and the gap Gap1 with the ground portion 150 is preferably 0.6 mm.

이하, [표 1]에 도시된 파라미터 값들로 설계된 폴디드 패치 안테나(100)에 대한 반사손실 특성 모의실험 결과에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 참고로, 도 2 내지 도 5는 안테나 분석기(Antenna Analyzer, Anritsu S331D)를 이용하여 측정된 결과이다.Hereinafter, simulation results of return loss characteristics for the folded patch antenna 100 designed with the parameter values shown in Table 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5 . For reference, FIGS. 2 to 5 are results measured using an antenna analyzer (Anritsu S331D).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극 변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다. 구체적으로, 파라미터 Gap3의 변화에 따른 반사손실을 나타낸다. Gap3가 증가함에 따라 첫 번째 대역의 중심주파수는 높아지고 대역폭은 감소되지만, 두 번째 대역은 첫 번째 대역과 반대되는 경향을 나타냄을 알 수 있다.2 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a ground part of a folded patch antenna according to an embodiment of the present invention. Specifically, it represents the return loss according to the change of the parameter Gap3. As Gap3 increases, the center frequency of the first band increases and the bandwidth decreases, but the second band exhibits the opposite trend to the first band.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다. 구체적으로 파라미터 Gap4의 변화에 따른 반사손실을 나타낸다. Gap4가 증가함에 따라 첫 번째 대역의 대역폭에는 큰 변화가 없지만 중심 주파수는 높아지고, 반대로 두 번째 대역의 중심주파수는 큰 변화가 없으나 대역폭에는 변화가 많음을 알 수 있다.3 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a grounding part of a folded patch antenna according to another embodiment of the present invention. Specifically, it shows the return loss according to the change of the parameter Gap4. As Gap4 increases, there is no significant change in the bandwidth of the first band, but the center frequency increases.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나의 미앤더 선로와 접지부의 간극변화에 따른 반사손실 특성 모의실험 결과이다. 구체적으로 파라미터 Gap5의 변화에 따른 반사손실을 나타낸다. Gap5의 변화에 따른 반사손실 특성은 Gap4의 경우와 유사하게 나타남을 알 수 있다.4 is a simulation result of return loss characteristics according to a change in the gap between a meander line and a grounding part of a folded patch antenna according to another embodiment of the present invention. Specifically, it represents the return loss according to the change of the parameter Gap5. It can be seen that the return loss characteristic according to the change of Gap5 appears similar to that of Gap4.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 [표 1]의 파라미터 값을 갖는 폴디드 패치 안테나의 반사손실(Return Loss) 특성 모의실험 결과와 실제 제작된 안테나의 반사손실 측정 결과를 비교한 결과이다. 본 실시예의 방사패치(130)가 제공하는 제1 공진주파수, 제2 공진주파수 및 제3 공진주파수 대역에서의 반사손실은 -6 dB이다. 도 5의 측정 결과는 모의실험 결과와 반사손실의 차이가 있으나, 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)가 3보다 작은 즉, 반사손실이 -6 dB 이하인 임피던스 대역폭에서 LTE, WCDMA, DCS, US-PCS, WLAN의 주파수들을 모두 수용할 수 있음을 알 수 있다.5 is a result of comparing return loss measurement results of a fabricated antenna with simulation results of return loss characteristics of a folded patch antenna having parameter values in [Table 1] according to an embodiment of the present invention. The return loss in the first resonant frequency band, the second resonant frequency band, and the third resonant frequency band provided by the radiation patch 130 of this embodiment is -6 dB. Although the measurement results of FIG. 5 are different from the simulation results in return loss, LTE, WCDMA, DCS, It can be seen that both US-PCS and WLAN frequencies can be accommodated.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 [표 1]의 파라미터 값을 갖도록 제작된 폴디드 패치 안테나에 대하여 측정된 방사패턴이다. 구체적으로, 도 6은 본 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나(100)의 x-z 평면의 방사패턴, 도 7은 y-z 평면의 방사패턴, 도 8은 x-y 평면의 방사패턴을 나타낸다. 방사패턴의 측정은 MTG사의 전자파 무반사실(Anechoic Chamber)에서 이루어졌으며, 송신안테나로 표준 혼안테나(Horn Antenna)를 사용하였다.6 to 8 are radiation patterns measured for a folded patch antenna manufactured to have parameter values in [Table 1] according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 6 shows the radiation pattern of the x-z plane of the folded patch antenna 100 according to this embodiment, FIG. 7 shows the radiation pattern of the y-z plane, and FIG. 8 shows the radiation pattern of the x-y plane. The radiation pattern was measured in MTG's anechoic chamber, and a standard horn antenna was used as a transmitting antenna.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 3면(x-z면, y-z면, x-y면)에서 전방향성에 가까운 복사패턴을 나타낸다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 폴디드 패치 안테나(100)는 모노폴 안테나처럼 전방향성에 가까운 방사패턴을 요구하는 이동통신 단말기용 안테나의 조건을 만족한다고 할 수 있다.Referring to FIGS. 6 to 8 , radiation patterns close to omnidirectionality are shown in three planes (x-z plane, y-z plane, and x-y plane). Accordingly, it can be said that the folded patch antenna 100 according to the present embodiment satisfies the condition of an antenna for a mobile communication terminal requiring a radiation pattern close to omnidirectionality like a monopole antenna.

이득을 보면, 0.945 GHz에서 평균이득은 -6.42 dBi이고 최대이득은 -1.35 dBi이며, 2.045 GHz에서 평균이득은 -3.90 dBi이고 최대이득은 2.01 dBi이며, 2.400 GHz에서 평균이득은 -4.23 dBi이고 최대이득은 2.55 dBi이다.Looking at the gain, at 0.945 GHz the average gain is -6.42 dBi and the maximum gain is -1.35 dBi, at 2.045 GHz the average gain is -3.90 dBi and the maximum gain is 2.01 dBi, and at 2.400 GHz the average gain is -4.23 dBi and the maximum gain is The gain is 2.55 dBi.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

100: 폴디드 패치 안테나
110: 유전체 기판
120: 도체
130: 방사패치
132: 제1 패턴
134: 제2 패턴
136: 제3 패턴
140: 급전부
150: 접지부100: folded patch antenna
110: dielectric substrate
120: conductor
130: radiation patch
132: first pattern
134: second pattern
136: third pattern
140: power supply
150: grounding part

Claims

In a folded patch antenna for a mobile communication terminal,
dielectric substrate;
As a radiation pattern of a monopole on one surface of the dielectric substrate, a first pattern formed in an L-shape, a second pattern extending from one end of the first pattern and formed in a meander line structure, and the first pattern a radiation patch including a third pattern that extends straight from one end of the pattern and is bent in a U-shape;
a power supply unit having one end connected to one end of each of the first, second, and third patterns and the other end connected to a power source; and
A ground portion formed of a conductive pattern surrounding each of the lines of the radiation patch at a predetermined interval on one surface of the dielectric substrate so that the segments constituting the lines of the radiation patch do not face each other.
including,
The first pattern has a shorter line length than the third pattern,
Each of the first pattern, the second pattern, and the third pattern has a tendency that the width of the segments constituting the line of each pattern widens as the distance from one end connected to the power supply unit increases,
The radiating patch forms a plurality of resonant frequency bands that vary according to a change in a gap between at least one of the plurality of segments constituting the meander line of the second pattern and the ground portion. .

According to claim 1,
The first pattern includes a linear main line and a sub line extending in a width direction of the main line from one end of the main line,
The folded patch antenna of claim 1 , wherein the second pattern extends from one end of the sub line in parallel with the main line.

According to claim 2,
The third pattern includes a straight line extending perpendicularly to the main line at one end of the sub line and a folded line formed in a U shape by bending vertically at an end of the straight line Folded patch, characterized in that antenna.

According to claim 1,
The second pattern is a folded patch antenna, characterized in that formed between the first pattern and the third pattern.

According to claim 1,
The radiating patch, the feeding part, and the grounding part are formed on the same plane.

According to claim 1,
The one or more resonant frequency bands include a first resonant frequency band, a second resonant frequency band, and a third resonant frequency band,
The first resonant frequency band is 893 MHz to 1145 MHz, the second resonant frequency band is 1759 MHz to 2168 MHz, and the third resonant frequency band is 2258 MHz to 2460 MHz. Folded patch antenna.

According to claim 6,
A folded patch antenna, characterized in that the return loss in the first, second and third resonant frequency bands is -6 dB or less.