KR100277675B1 - 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자하는 과제
본 발명은 마이크로스트립 선로의 종단 홈을 이용하여, 마이크로스트립 선로와 방사소자를 급전하고 안테나의 커넥터와 마이크로스트립 선로를 연결하므로써, 마이크로스트립 안테나의 광대역화와 저자세화를 실현할 수 있는 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 마이크로스트립 선로의 종단에 마이크로스트립 선로의 진행 방향으로 일정한 길이의 홈을 만드는 제 1 단계; 금속 프로브의 제 1 측단을 마이크로스트립 선로 종단의 홈에 삽입하는 제 2 단계; 금속 프로브의 제 2 측단을 상기 방사소자에 수직으로 삽입하는 제 3 단계; 및 마이크로스트립 선로를 반사판과 방사소자 사이에 구성하는 제 4 단계를 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 마이크로스트립 안테나를 구현하는데 이용됨.
Description
본 발명은 마이크로스트립(Microstrip) 선로와 안테나(Antenna)의 정합(Matching) 방법에 관한 것으로서, 특히 마이크로스트립 선로와 방사소자를 급전하고 안테나의 커넥터(Connector)와 마이크로스트립 선로를 연결하기 위한 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 관한 것이다.
최근, 이동통신의 발달과 함께 건물 옥상의 철탑 위에 설치되는 이동통신용 기지국 안테나의 수가 증가하므로써, 도시 미관을 크게 훼손시키게 되었다.
이를 해결하기 위해서는, 철탑 위보다는 건물 외벽에 부착하여 주위 미관을 해치지 않는 환경 친화적 기지국 안테나가 요구되는데, 이러한 안테나는 종래의 기지국 안테나의 성능은 그대로 유지하면서 추가적으로 기하학적으로 두께가 얇은-저자세화(low-profile) 안테나가 사용되어야 한다.
그런데, 종래의 기지국용 안테나로 널리 사용되고 있는 다이폴(dipole) 안테나는 방사소자와 반사판이 사분의 일 파장(즉, λ/4임)을 유지해야만 하는 전기적 특성상 저자세화 하는데 많은 어려움이 있기 때문에, 마이크로스트립 형태의 안테나를 기지국 안테나를 적용하려는 연구가 진행되고 있다.
그러나, 마이크로스트립 안테나는 자체 구조 및 방사소자로 인하여 동작 주파수 대역이 좁기 때문에, 실제 이동통신용 기지국 안테나로 이용하기 위해서는 안테나의 광대역화가 선결되어야 한다.
이러한, 종래의 다이폴 안테나의 저자세화와 마이크로스트립 안테나의 협대역특성 등의 단점을 동시에 개선한 안테나가 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시된 U자형 슬롯(Slot)을 가진 마이크로스트립 안테나이다.
도 1a는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 방사소자의 평면도로서, 도면 부호 12, 14 및 15는 각각 마이크로스트립의 방사소자, 급전점 및 안테나의 광대역화를 위한 U자형 슬롯을 나타낸다.
여기서, SL1는 U자형 슬롯의 가로 길이, SL2는 U자형 슬롯의 세로 길이, 그리고 Sw는 U자형 슬롯의 폭이다.
도 1b는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 동축 급전 구조도로서, 안테나의 접지면 혹은 반사판(11)과, 마이크로스트립의 방사소자(12)와, 동축선의 내부 도체 또는 급전용 프로브(probe)(13)와, 동축선(coaxial cable)(16)으로 구성된다.
여기서, h는 안테나의 접지면 혹은 반사판(11)과 마이크로스트립의 방사소자(12)의 간격이다.
도 2a는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 방사소자의 평면도이다.
도 2a에서, 도면 부호 12, 14, 15 및 17은 각각 마이크로스트립의 방사소자, 급전점, 안테나의 광대역화를 위한 U자형 슬롯 및 마이크로스트립 선로를 나타낸다.
도 1a에서와 마찬가지로, SL1, SL2 및 Sw는 각각 U자형 슬롯의 가로 길이, U자형 슬롯의 세로 길이, 그리고 U자형 슬롯의 폭이다.
도 2b는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 동축 급전 구조도로서, 안테나의 접지면 혹은 반사판(11)과, 마이크로스트립의 방사소자(12)와, 동축선의 내부 도체 또는 급전용 프로브(probe)(13)와, 마이크로스트립 선로(17)로 구성된다.
여기서, h는 안테나의 접지면 혹은 반사판(11)과 마이크로스트립의 방사소자(12)의 간격이다.
이와 같은, 종래의 U자형 슬롯을 가지는 마이크로스트립 안테나는, 이미 1995년 흄(Huynh)과 리(Lee)에 의해 제안된 구조이지만, 현재까지 사용하고 있는 이 안테나의 급전 구조는 전기적 특성상 전술한 바와 같이 급전 프로브가 접지면을 뚫어서 설치되는 방식을 취하므로 인해 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 상기한 바와 같은 종래의 마이크로스트립 안테나의 급전 구조의 특성상 금속접지면에 천공작업을 해야 하기 때문에, 기구적으로 구현하기 어렵다는 단점이 있는데, 설사 이러한 방식으로 급전 구조를 구현하였다고 하더라도 급전 구조로 인해 안테나의 두께가 너무 많이 두꺼워지는 문제점이 있었다.
둘째, 종래의 급전 방식은 안테나의 주파수 대역폭을 넓히기 위해 방사소자와 반사판의 간격(h)을 증가시킬 경우, 프로브가 길어짐에 따라 급전 구조에서 불요 방사가 지나치게 증가하여 안테나의 성능 저하를 초래할 뿐만 아니라, 프로브의 인덕턴스(Inductance) 성분이 증가하기 때문에 안테나의 임피던스(Impedence) 정합 특성(즉, 안테나의 광대역 특성임)을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로스트립 안테나를 구현함에 있어, 마이크로스트립 선로의 종단 홈을 이용하여, 마이크로스트립 선로와 방사소자를 급전하고 안테나의 커넥터와 마이크로스트립 선로를 연결하므로써, 전력의 급전과 임피던스 정합을 동시에 달성할 수 있는 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 2a는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 방사소자의 평면도.
도 1b 및 도 2b는 종래의 U자형 슬롯(slot)을 가진 마이크로스트립 안테나의 동축 및 마이크로스트립 선로 급전 구조도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 대한 일실시예 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 대한 다른 실시예 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11: 반사판 12: 방사소자
13: 급전용 프로브 14: 급전점
15: U자형 슬롯 16: 동축선
17: 마이크로스트립 선로 18: 마이크로스트립 선로의 종단
19: 커넥터 20: 커넥터의 내부 도체
21: 반사판의 홈 22: 마이크로스트립 선로의 홈
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기적 신호의 입출력용 급전선인 마이크로스트립(Microstrip) 선로와 방사소자의 급전을 위한 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 있어서, 상기 마이크로스트립 선로의 종단에 상기 마이크로스트립 선로의 진행 방향으로 일정한 길이의 홈을 만드는 제 1 단계; 금속 프로브(probe)의 제 1 측단을 마이크로스트립 선로 종단의 홈에 삽입하는 제 2 단계; 상기 금속 프로브의 제 2 측단을 상기 방사소자에 수직으로 삽입하는 제 3 단계; 및 상기 마이크로스트립 선로를 반사판과 상기 방사소자 사이에 구성하는 제 4 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 안테나를 외부의 케이블(cable)과 연결하는 커넥터(Connector)와 마이크로스트립(Microstrip) 선로를 결합하기 하기 위한 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 있어서, 상기 마이크로스트립 선로 종단에 상기 마이크로스트립 선로의 진행방향으로 일정한 길이의 제 1 홈을 만드는 제 1 단계; 반사판에 제 2 홈을 만드는 제 2 단계; 상기 커넥터의 내부 도체의 끝부분을 상기 반사판의 제 2 홈에 삽입하는 제 3 단계; 및 상기 커넥터의 내부 도체의 끝부분을 상기 마이크로스트립 선로 종단의 제 1 홈에 삽입하는 제 4 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 대한 일실시예 평면도로서, 도 3a는 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나에 사용된 급전 구조의 측면도이다. 그리고, 도 3b는 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나에 사용된 급전 구조의 핵심 부분을 보다 상세히 도시한 것으로서, 도 3a의 B 부분을 상세히 도시한 것이다.
도면에서, 도면 부호 11, 12, 13, 17 및 18은 각각 금속 접지면, 마이크로스트립의 방사소자, 급전용 프로브, 마이크로스트립 선로, 마이크로스트립 선로의 종단(즉, 개방 스터브(open stub)임) 및 안테나의 커넥터를 나타낸다.
즉, 도 3a는 안테나 입력 신호가 안테나 커넥터(18)에 인가되어 마이크로스트립 선로(17)를 따라 전달되면서, 최종적으로는 방사소자(12)에서 전자파로 방사되는 과정을 도시한 것으로, 마이크로스트립 선로(17)는 접지면(11)으로부터 위쪽으로 최소 3mm의 거리에 위치하도록 하였다. 이는, 마이크로스트립 선로(13)가 습기나 비로 인해 접지면(11)과 전기적 단락(short)되는 것을 방지하기 위함이다.
그리고, 급전선은 50옴(ohm) 마이크로스트립 선로(17)의 종단 부분에 프로브(13)를 수직으로 연결하여 안테나를 급전토록 하였다.
마이크로스트립 선로의 종단(18)부분은 프로브(13)와 연결하기 위해 끝부분에, 도 3b와 같이 종단 홈(groove)을 만들었다.
이와 같이, 종단 홈은 마이크로스트립 선로(17)와 프로브(13)의 연결로 인한 불연속으로 인해 발생하는 고차 모드의 발생을 최소화하는 역할을 한다.
특히, 본 발명에서 제안한 급전 방식은 동축 프로브 급전 방식과는 달리 방사소자와 동일 평면에 마이크로스트립 선로가 위치하고 있기 때문에, 기존 방식보다는 안테나의 전후 방비를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 마이크로스립 선로의 종단(18)은 캐패시턴스(Capacitance) 역할을 하므로 수직으로 연결된 프로브(13)의 인턱턴스 성분을 줄일 수 있는 역할을 한다.
그리고, 또 다른 중요한 장점은 마이크로스트립의 종단(18)이 임피던스 정합용 개방 스터브(open stub)로 동작하기 때문에, 도 3b의 프로브 위치를 변화시킴에 따라 개방 스터브의 길이를 변화시킬 수 있기 때문에 임피던스 정합용으로 급전구조를 이용할 수 있다.
도 4는 도 3a의 A부분을 확대한 것으로 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 대한 다른 실시예 평면도로서, 안테나의 커넥터와 마이크로스트립 선로의 결합을 나타내는 것이다.
도 4에서, 도면 부호 11, 17, 19, 20, 21 및 22는 각각 금속 접지면 혹은 반사판, 마이크로스트립 선로, 안테나의 커넥터, 커넥터의 내부 도체, 접지면의 홈, 마이크로스트립 선로의 홈을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같은 구조로 안테나의 커넥터와 마이크로스트립 선로를 연결할 경우, 안테나의 커넥터(19)의 위치를 반사판(11)과 마이크로스트립 선로(17)의 홈을 따라 아래위로 움직일 수 있다.
이와 같은 방식은, 마이크로스트립 종단의 역할인 임피던스 정합용 개방 스터브의 길이를 변화시키므로 인해 커넥터(19)의 입력 임피던스를 원하는 값으로 조정할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서 제안한 급전선 및 안테나를 적용할 경우 현재 무선통신 대역(즉, 800MHz임)의 기지국 안테나를 최소 6cm이하의 두께로도 제작할 수 있으며, 안테나의 급전 커넥터를 안테나의 측면에 부착시킬 수 있기 때문에 벽면 부착이 용이한 구조로 안테나를 설계 및 제작할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 마이크로스트립 선로의 종다 홈을 이용해서 마이크로스트립 선로와 방사소자를 급전하고 안테나의 커넥터와 마이크로스트립 선로를 연결시켜 전력의 급전과 임피던스 정합을 동시에 달성하므로써, 마이크로스트립 안테나의 광대역화와 저자세화를 실현할 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 전기적 신호의 입출력용 급전선인 마이크로스트립(Microstrip) 선로와 방사소자의 급전을 위한 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 있어서,상기 마이크로스트립 선로의 종단에 상기 마이크로스트립 선로의 진행 방향으로 일정한 길이의 홈을 만드는 제 1 단계;금속 프로브(probe)의 제 1 측단을 마이크로스트립 선로 종단의 홈에 삽입하는 제 2 단계;상기 금속 프로브의 제 2 측단을 상기 방사소자에 수직으로 삽입하는 제 3 단계; 및상기 마이크로스트립 선로를 반사판과 상기 방사소자 사이에 구성하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로스립 선로 종단은,캐패시턴스(Capacitance) 역할을 하므로 수직으로 연결된 상기 프로브의 인턱턴스(Inductance) 성분을 줄이고, 임피던스(Impedence) 정합용 개방 스터브(open stub)로 동작하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법.
- 안테나를 외부의 케이블(cable)과 연결하는 커넥터(Connector)와 마이크로스트립(Microstrip) 선로를 결합하기 하기 위한 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법에 있어서,상기 마이크로스트립 선로 종단에 상기 마이크로스트립 선로의 진행방향으로 일정한 길이의 제 1 홈을 만드는 제 1 단계;반사판에 제 2 홈을 만드는 제 2 단계;상기 커넥터의 내부 도체의 끝부분을 상기 반사판의 제 2 홈에 삽입하는 제 3 단계; 및상기 커넥터의 내부 도체의 끝부분을 상기 마이크로스트립 선로 종단의 제 1 홈에 삽입하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 반사판의 제 2 홈음 상기 마이크로스트립 선로 종단의 제 1 홈은 동일 한 모양인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 커넥터는 상기 제 1 및 제 2 홈에 삽입되면, 상기 제 1 및 제 2 홈의 길이방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법.
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| KR1019980054895A KR100277675B1 (ko) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 마이크로스트립 선로와 안테나의 정합 방법 |
Publications (2)
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| KR (1) | KR100277675B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160104699A (ko) * | 2013-12-31 | 2016-09-05 | 알까뗄-루슨트 상하이 벨 씨오., 엘티디 | 다중 대역 안테나 |
-
1998
- 1998-12-14 KR KR1019980054895A patent/KR100277675B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160104699A (ko) * | 2013-12-31 | 2016-09-05 | 알까뗄-루슨트 상하이 벨 씨오., 엘티디 | 다중 대역 안테나 |
| KR101881236B1 (ko) * | 2013-12-31 | 2018-07-23 | 알까뗄-루슨트 상하이 벨 씨오., 엘티디 | 다중 대역 안테나 |
| US10224639B2 (en) | 2013-12-31 | 2019-03-05 | Nokia Shanghai Bell Co., Ltd. | Multi-band antenna |
Also Published As
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