KR100272716B1 - 마이크로스트립 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마이크로스트립 안테나는 접지 도체판, 유전체 기판 및 함께 적층된 방사 도체판을 기본 구조로 한다. 방사 도체판이 형성된 유전체 기판에서, 두 무선파 반사기는 방사 도체판을 가로질러 대면하도록 서로 평행하게 위치되어 있다. 서로 내면하는 2개의 무선파 반사기의 두 표면은 유전체 기판에 수직이거나 또는 두 표면이 유전체 기판으로부터 멀리 떨어질 때 2개의 표면 사이의 거리가 증가된다. 상기 구조로 인하여, 안테나 지향성에서의 변분(variation)을 증가시킴으로써, 안테나는 안테나 근처의 잡음으로부터 발생된 잡음에 덜 영향을 받는다. 또한, 무선파 반사기가 방사 도체판 가까이 위치될 수 있으므로 안테나는 소형으로 될 수 있다.

Description

마이크로스트립 안테나

본 발명은 판형 무선파 방사 도체를 갖춘 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.

종래 휴대형 무선 장치에 사용된 마이크로스트립 안테나는 예를 들면, 일본 특허 공개 번호 3-166802호에 기재된 바와 같은 기본 구조로 설치되어 있다. 간략하게, 이것은 구리 포일 도체판 등의 접지 도체와, 수지 기판 등의 유전체 기판 및, 상기 접지 도체보다는 더욱 작은 영역을 갖지만 상기 접지 도체와는 동일한 재료의 방사 도체판을 적층한 층 구조물이다. 상기 방사 도체판은 정사각형 또는 직사각형이고 거의 유전체 기판 중심부분에 위치된다. 방사 도체판은 그 주변에 형성된 다수의 관통 구멍에 의해 접지 도체판에 연결되어 있다. 급전 점(feeding point)은 방사 도체판의 중심부분으로부터 관통 구멍들의 변(side) 쪽으로 다소 떨어져 형성되어 있다.

상기 안테나는 방사 도체판(1)의 방사 표면(판 표면)의 모든 방향으로 대략 균일한 세기의 직접파를 방사하는 지향성 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다. 이것은 마찬가지로 방사 도체판의 후방 방향으로 안테나 이득을 가진다.

상술된 바와 같은 안테나에 의해 무선 신호를 송신 및수신하는 무선 장치는 일반적으로 근처의 잡음으로부터 발생된 잡음의 수신을 최소화시킬 필요가 있다. 통상적으로, 잡음의 영향을 피하기 위해, 잡음·차폐기가 사용되거나 또는 안테나가 잡음을 덜 수신하는 위치에 위치된다. 그러나, 잡음 차폐기로 인하여 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 잡음에 의한 영향을 덜 받는 위치에 안테나를 위치시켜야 하는 문제점으로 인하여, 안테나의 크기가 제한된다.

또한, 일본 특허 공개 번호 4-160801호에는 어레이 구조를 가진 마이크로스 트립 안테나를 사용차여 안테나 지향성을 제어함으로써 잡음의 방향의 안테나 이득을 줄여 무선 장치가 잡음을 수신할 수 있다. 또한, 지향성은 방사 도체판보다 상당히 큰 접지 도체판 영역을 형성함으로써 어느 정도까지는 예리해진다.

그러나, 큰 영역을 요구하는 이들 구조물로 된 장치는, 작은 크기 및 가벼운 중량이 요구되는 휴대형 무선 장치에 적용하기에는 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 작은 크기와 그 요구된 지향성을 갖는 마이크로스트립 안테나를 제공함으로써 상술된 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판과, 유전체 판 표면의 한 면상에 형성된 접지 도체판과, 유전체 기판의 다른 면의 표면상의 중심부에 형성되고 유전체 기판보다 작은 영역을 가진 방사 도체판 및, 방사 도체판으로부터 방사된 대부분의 무전파가 반사되는 무선파 반사기를 가진다. 상기 방사 도체판은 상기 접지 도체판과 단락되고 급전선과 연결되어 있다. 상기 무선파 반사기가 방사 도체판으로부터 고정 간격으로 및 상기 유전체 기판 표면상의 보더(border)상에 형성되면 바람직하다.

두 무선파 반사기들이 방사 도체판을 에워싸도록, 두 무선파 반사기들은 유전체 기판 보더의 표면상에서 서로 마주보도록 위치될수 있다. 서로 마주보는 무선파 반사기들의 두 면들은 방사 도체판의 표면에 수직인 평면 표면들일 수도 있으며, 또는, 두 면들이 유전체 기판의 표면으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 두 표면들간의 간격이 확대되도록 두 면은 구성될수도 있다.

이러한 종류의 구조를 가진 마이크로스트립 안테나는 소형 및 요구된 지향성을 갖도록 실현될 수 있다.

제1도는 종래 마이크로스트립 안테나의 횡단면도.

제2도는 제1도의 마이크로스트립 안테나의 평면도.

제3도는 제1도의 마이크로스트립 안테나의 지향성 패턴을 도시한 도면.

제4(a)도, 제4(b)도는 본 발명의 마이크로스트립의 양호한 실시예를 도시하는 횡단면도로서,

제4(a)도는 무선파 반사기들에 평행한 방향으로의 횡단면도.

제4(b)도는 무선파 반사기들에 수직 방향으로의 횡단면도.

제5도는 제4(a)도 및 제4(b)도에서 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 양호한 실시예를 도시한 평면도.

제6도는 제4(a)도 및 제4(b)도에서 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 지향성 패턴을 도시한 도면.

제7도는 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 다른 양호한 실시예를 도시하는 횡단면도.

제8도는 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 다른 양호한 실시예를 도시하는 횡단면도.

제9도는 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 다른 양호한 실시예를 도시하는 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사 도체판 4 : 관통 구멍

8a, 8b : 금속체 61a, 61b, 71a, 71b, 81a, 81b : 반사 표면

본 발명의 또다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 하기 상세한 설명으로부터 분명해진다.

우선, 본 발명과의 비교를 위해 종래의 마이크로스트립 안테나가 설명된다. 제1도 및 제2도 각각 종래의 마이크로스트립 안테나의 횡단면도 및 평면도이다. 구리 포일로 된 도체판 등의 접지 도체판(2)과, 수지 기판 등의 유전체 기판(3) 및, 접지 도체판(2)과 동일한 재료이지만 방사 도체판(1)은 더 작은 면적을 갖는 층 형태로 연속적으로 적층된다. 방사 도체판(1)은 형태에 있어 거의 정사각형이고, 다수의 관통 구멍들(4)은 그 에지들중의 한 에지부근에 일렬로 형성되고 방사 도체판(1)을 접지 도체판(2)에 접속시킨다. 급전 점(P)은 상기 관통 구멍이 형성된 변(side)의 중심과 방사 도체판(1)의 중심(0)을 연결한 선에 위치되어 있다.

제3도는 상기 마이크로스트립 안테나의 지향성 패턴을 나타낸다. 동심원 각각의 폭은 10 dB을 나타낸다. Y 축은 그 중심으로부터 방사 도체판의 판에 수직인 방향의 축이다. 상기 안테나는 직접파(Wd2)가 예를 들면, X축에서 Y 축까지의 모든 각들(θ)로, 방사 도체판(1)의 방사 표면(판 표면)상의 모든 방향으로 거의 동일 세기로 방사되는 지향성 패턴을 가지는 특징이 있다. 또한, 상기 안테나는 -Y 방향으로 어느 범위까지는 안테나 이득을 갖는다.

상기 안테나에 의해 수신 및 전송하는 라디오 장치를 사용하면, 지향성이 대략 균일하므로, 라디오 장치는 안테나 주위의 잡음 소스로부터 발생된 잡음에 의해 쉽게 영향을 받게 된다.

이하, 본 발명의 마이크로스트립 안테나는 제4(a)도 내지 제6도에 의거하여 설명된다. 제4(a)도에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(3)은 접지 도체판(2)상에 형성되고, 방사 도체판(1)은 유전체 기판(3)의 중심부에 위치된다. 2개의 금속체들, 즉, 무선파 반사기들(5a, 5b)은 유전체 기판(3)상에서 대향 위치로 평행하게 위치되어, 방사 도체판(1)을 둘러싼다. 무선파 반사기들(5a, 5b)은 서로 마주보는 직각 평행육면체이고, 표면들(51a, 51b; 반사기 표면들)은 서로 마주보고 유전체 기판(3)에 수직이다. 무선파 반사기들은 고정된 간격(d)으로 방사 도체판(1)으로부터 분리된다. 제4(b)도는 X 축 방향으로의 횡단면도이다. 급전선(10)은 접지 도체판으로부터 급전 점(P)에 접속된다. 또한, 방사 도체판(1)과 접지 도체판(2)은 관통 구멍(4)에 의해 연결된다. 제5도에 도시된 바와 같이, 무선파 반사기들(5a, 5b)은 유전체 기판(3)의 에지들을 따라 위치된다. 또한, 다수의 관통 구멍들(4)은 방사 도체판(1)의 한 변을 따라 일렬로 형성된다. 방사 도체판(1)은 상기 관통 구멍들(4)에 의해 접지 도체판(2)에 단락된다. 급전 점(P)은 그 중심점을 가로지르는 선내의 방사 도체판(1)상에 위치된다. 전원은 접지 도체판(2) 측으로부터 급전 점(P)에 공급된다.

상기 마이크로스트립 안테나에서, 방사 도체판(1)의 중심점을 통과하는 무선파 반사기들에 평행한 축은 Z 축이다. 방사 도체판(1)의 중심점을 통과하지만 직각으로 무선파 반사기들을 가로지르고 관통 구멍들(4)의 행(row)에 평행인 축은 X 축이다. 결국, 상기 중심점을 통과하고 방사 도체판(1)에 수직인 축은 Y축이다.

상기 구조를 가진 마이크로스크립 안테나는 X 축에서 Y 축까지의 모든 각도(θ)로 방사 도체판(1)의 표면(판 표면)으로부터 거의 균일한 세기의 무선파를 방사할 것이다. 그러나, 무선파들의 일부는 무선파 반사기들(5a, 5b)의 반사기 표면들(51a, 51b)에 의해 반사되고 간접파들(Wi1)로서 공간내에 재방사될 것이다. 반사기 표면들(51a, 51b)에 의해 반사되지 않는 무선파들은 공간안으로 직접 방사된 직접파들(Wd1)이 된다. 간접파들(Wi1)과 직접파들(Wd1)로 된 방사파들간의 분할점인 임계각(θ0)은 무선파의 주파수(파장)와, 방사 도체판(1)상의 관통 구멍(4)에 대응되는 변의 길이(2L)와, 방사 도체판(1)과 반사기 표면들(51a, 51b)사이의 거리(d) 및, 금속체(5a, 5b)의 높이(h; 즉, 반사기 표면들(51a, 51b)의 높이)등에 따라 변한다.

상기 마이크로스트립 안테나로부터 먼 직접파들(Wd1)과 간접파들(Wi1)의 무선파 진행 간격들에서의 차들로부터 발생하는 위상차로 인하여, 두 파들은 위상들이 동일한 방향으로는 강해지고 위상이 반대인 방향으로는 약해질 것이다. 간접파들(Wil)을 발생하는 무선파 방사의 최대각(θ0)(임계각)은, 방사 도체판(1)과 반사기 표면들(51a, 51b)간의 간격(d)이 작아지고 반사기 표면들(51a, 51b)의 높이(h)가 커질수록 증가할 것이다. 상기 임계각(θ0)이 클 때, 안테나 이득은 X축의 방향과 -Y 방향으로 감소될 것이다. 상기 간접파(Wi1)의 세기가 임계각(θ0) 보다 다소 큰 각도(θ)에서 최대가 되어, 금속체들(5a, 5b)을 갖지 않는 것에 비해 안테나 이득 차는 상기 각도에서 증가될 수 있다.

제6도의 지향성 패턴을 금속체들(5a, 5b)의 존재로 인하여 단순하게 예시되며, 상기 파라미터들은 직접파(Wd1)와 간접파(Wi1)가 -Y 방향과 X축 방향의 안테나 이득을 줄일수 있는 것외에, 임계각(θ0)보다 다소 큰 각도(θw1)로 먼속에서 반대 위상을 가질수 있도록 설정된다. 상기 파라미터들을 적절하게 설정함으로써, Y 축 방향의 안테나 이득은 증가되고 X 축 근처 및 -Y 방향에서의 안테나 이득은 제1도의 마이크로스트립 안테나에 비해 감소된다. 동일 각도(θw1)에서, 직접파(Wd)와 간접파(Wi)는 먼곳에서 동일 위상을 갖도록 상기 파라미터들을 설정함으로써 각도(θw1)로 안테나 이득을 증가시킬 수 있다.

상술된 바와 같이, 상기 실시예의 형태의 마이크로스트립 안테나를 사용하여, 방사 도체판(1)의 주위에 금속체들(5a, 5b)을 위치시킴으로써 안테나 지향성을 변화시킬 수 있다. 또한, 유전체 기판(3)의 방향(-Y 방향)으로 잡음 소스가 있는 위치들에서, 안테나를 강제로 사용하도록 된 경우, 상술된 바와 같이, -Y 방향으로 안테나 이득을 감소시킬 수 있다. 이것은 다이폴 안테나, 반전된 F형 안테나, 또는 헬리컬 안테나보다 잡음에 의해 영향을 덜 받는 마이크로스트립 안테나가 제조되는 효과를 갖는다.

또한, 상기 안테나를 사용하여, 방사 도체판(1)에 매우 가까운 거리(d)의 위치에서 금속체들(5a, 5b)의 반사기 표면들(51a, 51b)을 위치시킴으로써 상기 안테나 지향성을 변화시킬 수 있다. 이것은 작은 크기, 가벼운 중량의 장치를 실현할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 상기 안테나를 사용하여, 금속체들(5a, 5b)은 안테나를 덮기 위해 일반적으로 사용된 외부 케이스와 방사 도체판(1)사이에 위치된다. 그러므로, 금속체들(5a, 5b)은 외부 케이스와 방사 도체판(1) 사이의 공간으로서 작용하는 기능을 가진다.

제7도의 마이크로스트립 안테나는 본 발명의 다른 실시예이다. 삼각형 횡단면을 가진 금속체들(6a, 6b)은 무선파 반사기들로서 사용된다. 방사 도체판(1)과 마주보는 금속체(6a)의 표면(61a)은, 표면(61a)이 수직 방향으로 유전체 기판(3)의 표면으로부터 멀어질 때 표면(61a)이 방사 도체판(1)으로부터 -X 방향으로 움푹 들어가도록 형성된 평면 표면이다. 또한, 방사 도체판(1)과 마주보는 금속체(6b)의 표면(61b)은, 표면(61b)이 수직 방향으로 유전체 기판(3)의 표면으로부터 멀어질 때 표면(61b)이 방사 도체판(1)으로부터 -X 방향으로 움푹 들어가도록 형성된 평면 표면이다. 즉, 표면들(61a, 61b)간의 간격은 상기 표면들이 유전체 기판으로부터 멀어질 때 더욱 커진다.

상기 안테나를 사용하여, 방사 도체판(1)으로부터 방사된 파장들로부터, 간접파(Wi2)는 제4도와 동일한 무선파 방사각(θ)으로 Y 축에 더욱 가까운 방향으로 반사될 것이다. 상기 안테나를 사용하여, 간접파(Wi2)의 방사각은, X 축에 관련한 반사 표면들(61a, 61b)에 의해 형성된 각도가 45도와 가까울 때 Y 축에 가장 가깝다. 즉, 그때에 Y 축 방향으로 안테나 이득을 변화시킬 수 있다.

제8도의 마이크로스트립 안테나에 있어서, 무선파 반사기들인 금속체들(7a, 7b)의 반사 표면들(71a, 71b)은, 그 표면들(71a, 71b)이 수직 방향으로 유전체 기판(3)의 표면으로부터 멀어질 때, 표면들(71a, 71b)이 방사 도체판(1)으로부터 각각 멀어지도록, 형태면에서 오목한 표면들로 형성된다.

마이크로스트립 안테나 구조를 사용하여, 무선파 방사각(θ )이 증가할 때, 방사 도체판(1)으로부터 방사된 간접파(Wi3)의 방사각은, 무선파 방사각(θ)의 편차보다 큰 범위로 X 축 방향에서 Y 축 방향까지 변화한다. 상기 안테나는 간접파(Wi3)의 세기가 Y 축 방향(큰 상승각 방향)으로 증가되는 구조를 갖는다. 그러므로 상기 안테나는 Y 축 방향의 안테나 이득에서 변화를 증가시킬수 있는 특성을 갖는다.

제9도의 마이크로스트립 안테나에서, 무선파 반사기들인 금속체들(8a, 8b)의 반사기 표면들(81a, 81b)은, 그 표면들(81a, 81b)이 수직 방향으로 유전체 기판(3)의 표면으로부터 멀어질 때 계단형으로 구성된다. 금속체들의 반사기 표면들(81a, 81b)을 계단형으로 형성함으로써, 상기 간접파의 에너지는 더욱 증가될 수 있다. 이것은 마이크로스트립 안테나의 안테나 지향성에서의 변화를 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 금속체들은 관통 구멍들(4)의 행에 직각으로 변들(sides)상에만 위치된다. 그러나, 상기 금속체들은 상기 금속체들이 관통 구멍들(4)에 평행한 변을 둘러싸도록 방사 도체판(1)의 상기 평행한 변에 평행하게 위치될수도 있다. 이 경우에서, 마이크로스트립 안테나의 안테나 지향성을 Z축 방향으로 변화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 마이크로스트립 안테나는 방사 도체판의 근처에 무선파 반사기를 위치시킴으로써 희망된 방향으로 안테나 지향성을 변화시킬 수 있다. 상기 이유로 인하여, 안테나는 다른 안테나에 비해, 그 주위의 잡음 소스들로부터 발생된 잡음에 의해 영향을 덜 받게 된다.

또한, 상기 무선파 반사기들이 상기 방사 도체판에 극히 가까운 거리에 위치되므로, 이것은 작은 크기, 가벼운 중량의 장치를 실현할수 있게 하는 효과를 갖는다.

또한, 상기 안테나 장치를 사용하여, 상기 금속체들은 외부 케이스와 방사 도체판 사이에 공간이 설정되도록, 외부 케이스와 방사 도체판사이에 위치된다. 이것은 외부 케이스의 외측으로부터 외압에 대하여 보호하고 외부 케이스등의 파손으로부터 손상을 보호하는 효과를 갖는다.

상술된 바와 같이 마이크로스트립 안테나는, 다층 회로 기판들과 동일한 제조 방법들을 사용하여 기본적으로 제조된다. 간략하게는, 본 발명의 안테나 기본구조는 글라스 에폭시 또는 세라믹 기판의 양면에 구리 도금 또는 에칭에 의해 이루어진다. 접지 도체판과 방사 도체판용으로 동일 재료를 사용할 필요는 없다. 방사 도체판은 은 또는 금과 같은 고전도성을 가진 재료로 이루어진 포일일 수 있지만, 스틸 포일은 접지 도체판 용으로 사용될 수 있다. 유전체 상수 2~3을 갖는 유전체 판과 약 1GHz의 무선파를 채택할 때, 안테나는 한 변이 약 8cm~10cm인 접지 도체판 및 한 변이 약 7cm~8cm인 방사 도체판을 지닌 정사각형 또는 직사각형일 수 있다. 접지 도체판이 직사각형인 경우, 그 길이가 관통 구멍선와 근처의 변으로부터 대향 변까지 약 7cm~8cm일 수 있고, 무선파 반사기들을 따르는 두 변들간의 간격이 약2cm~3cm일 수 있다. 재료의 유전체 상수에 의존적일지라도, 유전체 기판의 두께는 약 1mm~2mm일 수도 있다. 접지 도체판과 방사 도체판의 두께는 약 0.5mm~1mm일 수도 있다. 무선파 반사기들은 약 1cm의 횡단면을 갖는 정사각형의 스틸 또는 구리 바(bar)상에 도금된 금 또는 은일 수도 있다. 무선파 반사기들 및 유전체 기판은 접착제를 사용하여 부착된다. 무선파 반사기들과 방사 도체판 사이의 거리(d)는 약 5mm~10mm일 수도 있다.

관통 구멍들을 형성하는 공정들로서, 한 방법은 유전체 기판에 관통 구멍들을 형성하고 이어서 내부들에 도금하는 것이며, 또다른 방법은 관통 구멍들상에 도체를 위치시키는 것이다. 또한, 급전선은 접지 도체판의 면상의 접지 도체판으로부터 절연되고 방사 도체판상의 급전 점으로부터 안내된다.

본 발명을 특정의 양호한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명에 의해 실현된 주요 사상은 상기 특정의 실시예에 한정되지 않는다. 반대로, 하기 특허청구 범위와 기술 사상내에 포함될 수 있는 모든 변형 및 동등물을 포함하도록 의도된다.

이러한 종류의 구조를 가진 마이크로스트립 안테나는 소형 및 요구된 지향성을 갖도록 실현될 수 있다.

Claims (9)

1. 마이크로스트립 안테나에 있어서, 유전체 기판과; 상기 유전체 기판의 한 표면상에 형성된 접지 도체판과; 상기 유전체 기판의 대향 표면상의 중심부에 형성되고, 상기 접지 도체판의 영역보다 작은 영역을 가지며, 상기 접지 도체판과 단락되고 급전선에 접속되는, 방사 도체판; 및 상기 방사 도체판으로부터 방사된 무선파들의 일부를 반사시키는 무선파 반사기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 무선파 반사기들은 유전체 기판상에 형성되는 마이크로스트립 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 무선파 반사기들은 상기 유전체 기판의 에지들상에 형성되는 마이크로스트립 안테나.
4. 제1항에 있어서, 두 개의 상기 무선 반사기들은 상기 방사 도체판을 둘러싸도록 상기 유전체 기판상에서 상호 마주보도록 위치 설정되는 마이크로스트립 안테나.
5. 제4항에 있어서, 서로 마주보는 상기 무선파 반사기들의 두 표면들은 상기 방사 도체판의 표면에 수직인 평면 표면들인 마이크로스트립 안테나.
6. 제4항에 있어서, 서로 마주보는 상기 무선파 반사기들의 두 표면들간의 거리는, 상기 두 표면들이 수직 방향으로 상기 유전체 기판의 표면으로부터 멀어질 때 확대되는 마이크로스트립 안테나.
7. 제6항에 있어서, 서로 마주보는 무선파 반사기들의 두 표면들은 평면 표면인 마이크로스트립 안테나.
8. 제6항에 있어서, 서로 마주보는 무선파 반사기들의 두 표면들은 곡면인 마이크로스트립 안테나.
9. 제6항에 있어서, 서로 마주보는 무선파 반사기들의 두 표면들은 계단형으로 각각 형성되는 마이크로스트립 안테나.

Images