KR100461767B1 - KU-BAND Microstrip patch array antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안테나의 크기를 소형화하여 휴대와 설치가 간편하고, 가격이 저렴한 고이득의 안테나를 제공하고, 임피던스 정합도를 나타내는 전압정재파비(VSWR)가 1.5이하이면서 이득이 27dB 이상인 케이유밴드용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나에 관한 것으로, 상기 패치 소자는 소정의 사각형상을 갖으며 유전체의 상부에 소정의 간격을 두고 다수개가 배열되며, 상기 패치 소자를 통해 수신되는 전파를 3C자 형상의 마이크로스트립선로를 통해 전파가 수신되는 평면안테나와; 상기 마이크로스트립 선로의 일측에 일체로 형성되며, 상기 패치 소자를 통해 수신한 주파수를 상기 스트립라인으로 인가될 수 있도록 임피던스정합과 심한 굴곡을 없애기 위한 S자 형상의 마이크로스트립선로를 포함하는 것을 특징으로 하며, 평면형의 유전체 기판을 사용함으로써 제작이 용이하고 경량화 및 소형화가 가능하며 제작비용과 안테나의 설치비를 감소시킬 수 있고, 제작공정의 단순화에 따른 불필요한 인건비의 지출을 줄일 수 있으며, 고이득을 갖는 안테나가 가능하여 실외뿐 아니라 실내에서도 설치 할 수 있다.The present invention provides a high-gain antenna that is easy to carry and install by miniaturizing the size of the antenna, and is inexpensive, and has a voltage standing wave ratio (VSWR) of 1.5 or less and a gain of 27 dB or more, indicating impedance matching. The present invention relates to a microstrip patch array antenna, wherein the patch elements have a predetermined quadrangular shape and a plurality of patch elements are arranged at predetermined intervals on the top of the dielectric, and the radio waves received through the patch elements have a 3C shape microstrip line. A plane antenna through which radio waves are received; It is formed integrally on one side of the microstrip line, characterized in that it comprises an S-shaped microstrip line for eliminating impedance matching and severe bending so that the frequency received through the patch element can be applied to the strip line. In addition, by using a flat dielectric substrate, it is easy to manufacture, light weight and small size can be reduced, manufacturing cost and installation cost of the antenna can be reduced, unnecessary labor cost due to the simplification of the manufacturing process, high gain The antenna can be installed in indoor as well as outdoor.
또한, 하나의 평면 안테나로 여러개의 위성 주파수 신호를 수신할 수 있으며 여분의 분배/결합 마이크로스트립 선로를 이용하여 패치 소자 수를 증가하여 사용할 수 있는 효과를 가져온다.In addition, a single plane antenna can receive several satellite frequency signals, and the use of redundant distribution / combination microstrip lines increases the number of patch elements.
Description
본 발명은 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나의 크기를 소형화하여 휴대와 설치가 간편하고, 가격이 저렴한 고 이득의 안테나를 제공하고, 임피던스 정합도를 나타내는 전압정재파비(VSWR)가 1.5이하이면서 이득이 27dB 이상인 고 이득의 케이유밴드용(10.7∼12.72 GHz) 마이크로스트립 패치 어레이 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-strip patch array antenna for KU-BAND, and more particularly, to provide a high-gain antenna with low cost, easy to carry and install, and low-cost antenna. The present invention relates to a high gain K-band (10.7 to 12.72 GHz) microstrip patch array antenna having a voltage standing wave ratio (VSWR) of 1.5 or less and a gain of 27 dB or more.
현재 가장 주목받고 있는 것은 인공위성 탑재용이나 위성 방송 수신용의 평면 안테나이다. 특히 위성 방송 수신용으로써 현재 시판되고 있는 파라볼라 안테나(parabolic antenna)는 적설량이 많은 지방에서는 안테나 이득이 급히 감소되는 일이 있으므로 적설량이 많은 지방에서는 파라볼라 안테나에 비해 유리한 방식이며, 벽 같은 곳에 설치하기 편리하며 미관상 유리한 장점을 가지고 있다.At present, the most attention is the plane antenna for satellite mounting or satellite broadcasting reception. In particular, the parabolic antenna currently available for satellite broadcasting reception may have a drastically reduced antenna gain in a snowy area, which is more advantageous than a parabolic antenna in a snowy area, and is convenient to install on a wall. It has an aesthetic advantage.
상기 파라볼라 안테나는 마이크로파에 사용되는 안테나로서, 송신 측에는 회전 포물면을 갖는 반사경의 초점에 위치한 투사기에서 전파를 발사시키면, 전파의 위상이 동일 평면상에 갖추어지므로 지향성이 좋은 안테나가 되어 이득이 높게 된다.The parabolic antenna is an antenna used for microwaves. When the radio wave is emitted from the projector positioned at the focal point of the reflector having a rotating parabolic plane on the transmitting side, the phase of the radio wave is arranged on the same plane, so that the gain is high because the antenna is well directed.
또한, 수신 측에서는 수신 전파가 회전 포물면의 반사 중에 반사되어 모든 에너지가 초점에 집중되어 수신기로 보내지면 매우 유효한 에너지의 전달이 행해진다. 반사경은 원형, 구형 또는 타원형의 것이 많이 사용되고 있다.In addition, on the receiving side, when the received radio waves are reflected during reflection of the rotating parabolic surface and all the energy is concentrated and sent to the receiver, highly effective energy transfer is performed. Reflectors are often used round, spherical or elliptical.
그러나, 구조가 크고 정밀도에 문제가 있으며, 포물면에 비, 바람의 침입을 방지하는 장치가 필요하고 공사 상에도 문제가 있다.However, the structure is large and there is a problem in precision, and a device for preventing rain and wind from entering the parabolic surface is required and there is a problem in construction.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 고 이득을 갖으며 실외뿐 아니라 실내에서도 설치할 수 있으며, 설치도 간편하고 휴대용으로 사용 가능하며, 제작이 쉽고 경량이며, 소형화가 가능한 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, the present invention has a high gain and can be installed not only outdoors but also indoors, and easy to install and can be used as a portable, easy to manufacture, lightweight, and miniaturized It is an object of the present invention to provide a microstrip patch array antenna for KU-BAND.
도 1은 본 발명에 의한 구성을 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a configuration according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 케이유밴드(KU-Band)용 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나 의 세부 구성도.Figure 2 is a detailed configuration diagram of a micro strip patch array antenna for KU-Band according to the present invention.
도 3은 도 2의 다른 실시 예를 보인 세부 구성도.3 is a detailed block diagram showing another embodiment of FIG.
도 4는 도 2의 다른 실시 예를 보인 세부 구성도.4 is a detailed block diagram showing another embodiment of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 평면안테나 110 : 유전체100: plane antenna 110: dielectric
111 : 공간부 120 : 패치 소자111: space portion 120: patch element
130 : 분배/결합마이크로스트립선로130: Distribution / Combined Microstrip Line
140 : 3C자 형상의 임피던스정합 및 출력용 마이크로스트립 선로140: 3C-shaped impedance matching and output microstrip line
150 : 여분의 분배/결합 마이크로스트립선로150: extra distribution / combination microstrip line
160 : 접지판160: ground plate
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공중 전파된 전파를 상부의 유전체 기판에 배열된 다수의 패치 소자가 수신하고, 수신된 전파는 마이크로스트립 선로를 통해 전달되며 이 전송선로의 소정위치에 프로브의 급전구조를 갖는 평면안테나에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of patch elements arranged on an upper dielectric substrate to receive air propagated radio waves, and the received radio waves are transmitted through a microstrip line. In a planar antenna having a feeding structure,
상기 패치 소자는 소정의 사각형상을 갖으며 유전체의 상부에 소정의 간격을 두고 다수개가 배열되며, 상기 패치 소자를 통해 수신되는 전파를 3C자 형상의 마이크로스트립선로를 통해 전파가 수신되는 평면안테나와; 상기 마이크로스트립 선로의 일측에 일체로 형성되며, 상기 패치 소자를 통해 수신한 주파수를 상기 스트립라인으로 인가될 수 있도록 임피던스정합과 심한 굴곡을 없애기 위한 S자 형상의 마이크로스트립선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나를 제공한다.The patch elements have a predetermined rectangular shape and a plurality of the patch elements are arranged at predetermined intervals on the top of the dielectric, and the planar antenna receives the radio waves received through the patch elements through a 3C-shaped microstrip line. ; It is formed integrally on one side of the microstrip line, characterized in that it comprises an S-shaped microstrip line for eliminating impedance matching and severe bending so that the frequency received through the patch element can be applied to the strip line. It provides a microstrip patch array antenna for KU-BAND.
또한, 본 발명에 따른 주파수를 수신하는 상기 패치소자, 분배/결합회로인 S자형성의 마이크로스트립선로가 하나의 유전체 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the patch element for receiving the frequency according to the present invention, characterized in that the S-shaped microstrip line which is a distribution / coupling circuit is formed on one dielectric.
또한, 본 발명에 따른 상기 유전체에 형성되는 상기 패치 소자와 마이크로스트립선로가 유전체의 상하부 각각의 모서리부에 소정의 공간을 두고 십자모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the patch element and the microstrip line formed in the dielectric according to the present invention is characterized in that it is formed in a cross shape with a predetermined space at each corner of the upper and lower portions of the dielectric.
또한 본 발명에 따른 상기 유전체의 상하부 모서리에는 정확하게 연결되지 못한 패치 소자들을 연결하여 사용할 수 있도록 여분의 분배/결합 마이크로스트립선로가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper and lower edges of the dielectric according to the present invention is characterized in that the extra distribution / coupling microstrip line is further formed to connect and use the patch elements that are not accurately connected.
이하 본 발명에 의한 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a microstrip patch array antenna for a KU-BAND according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나의 세부 구성도이며, 도 3은 도 2의 다른 실시 예를 보인 세부 구성도이다.1 is a cross-sectional view showing a configuration according to the present invention, Figure 2 is a detailed configuration diagram of a microstrip patch array antenna for KU-BAND according to the present invention, Figure 3 is another embodiment of FIG. Detailed configuration diagram shown.
도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 평면 안테나(100)는, 상기 유전체(110)의 상부에는 주파수 신호를 수신하는 사각형상의 패치 소자(120)가 다수개 배열되고, 다수개의 상기 패치 소자(120)가 수신한 주파수 신호는 패치 소자와 분배/결합간의 임피던스 정합 및 출력용 의 3C자 형상의 마이크로스트립 선로를 통하여 급전점(미도시)쪽으로 모아져서 출력될 수 있는 마이크로스트립 패치 어레이 안테나가 형성되며 상기 유전체(110) 배면에는 동박 형태의 접지판(160)을 포함한다.1 or 2, in the planar antenna 100 of the present invention, a plurality of rectangular patch elements 120 for receiving a frequency signal are arranged on the dielectric 110, and a plurality of the patches are provided. The frequency signal received by the device 120 is a microstrip patch array antenna which can be output to the feed point (not shown) through a 3C-shaped microstrip line for impedance matching and output between the patch element and the distribution / combination. It is formed and the back of the dielectric 110 includes a ground plate 160 of the copper foil shape.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 도 1에서 설명한 바와 같은 구성과 형상으로 이루어지며 그 구성과 형상을 이용하여 이득을 높이기 위해서는 패치 소자(120)의 개수를 증가하여 형성 할 수도 있다. 그리고, 상기 패치 소자(120)와 상기 분배/결합회로(130)를 연결하는 보조 임피던스정합 및 심한굴곡을 없애기위해(140) S자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 3, the configuration and shape as described above with reference to FIG. 1 may be formed, and the number of patch elements 120 may be increased in order to increase the gain by using the configuration and shape. Then, in order to eliminate the secondary impedance matching and severe bending connecting the patch device 120 and the distribution / coupling circuit 130 (140) is characterized in that it is formed in an S-shape.
도 4는 도 2의 다른 실시 예를 보인 세부 구성도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 평면 안테나(100)는 상기 유전체(110)의 상부에 주파수 신호를 수신하는 패치 소자(120)들의 배열형태는 십자 형상으로 형성되고, 상기 패치 소자(120)가 형성되지 아니한 공간부(111)에는 소정의 형상을 갖는 여분의 분배/결합 마이크로스트립 선로(150)가 더 형성된다.FIG. 4 is a detailed block diagram showing another embodiment of FIG. 2. As shown in the drawing, the planar antenna 100 of the present invention receives a patch device 120 that receives a frequency signal on the dielectric 110. The arrangement form of the cross is formed in a cross shape, an additional distribution / coupling microstrip line 150 having a predetermined shape is further formed in the space portion 111 in which the patch element 120 is not formed.
상기 여분의 분배/결합 마이크로스트립 선로(150)는 주파수를 수신하는 패치 소자들(미도시)을 더 추가적으로 연결하기 위하여 사용되고, 여분의 분배/결합 마이크로스트립 선로(150)에 연결된 패치 소자에서 수신된 주파수 신호는 그 일측에 동축케이블(미도시)을 통해 수신되는 주파수 신호를 사용자가 필요로 하는 수신장비에 주파수를 출력한다.The redundant distribution / coupling microstrip line 150 is used to further connect patch elements (not shown) receiving the frequency, and is received at the patch elements connected to the redundant distribution / combination microstrip line 150. The frequency signal outputs a frequency signal to a receiving device that requires a frequency signal received through a coaxial cable (not shown) on one side thereof.
그리고, 상기 유전체(110)의 상부에 십자 형상으로 형성된 패치 소자(120)들의 배열 형태는 주파수 신호를 수신하여 급전점으로 모아서 출력할 수 있도록 분배/결합 마이크로스트립 선로가(130)가 형성되고, 상기 분배/결합 마이크로스트립 선로(130)와 연결되어 주파수 신호를 수신할 수 있도록 3C자 형상의 임피던스정합 및 출력용의 마이크로스트립선로(140)가 형성된다.In addition, the arrangement of the patch elements 120 formed in a cross shape on the dielectric 110, the distribution / coupling microstrip line 130 is formed to receive and output the frequency signal to the feed point, A microstrip line 140 for impedance matching and output having a 3C shape is formed to be connected to the distribution / combination microstrip line 130 to receive a frequency signal.
이하, 본 발명에 의한 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a microstrip patch array antenna for a KU-BAND according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 사용자가 선택한 주파수 신호대를 수신하는 과정을 보면, 지구국, 송신탑 또는 위성 등에서 전파되는 주파수 신호를 유전체(110)의 상부에 형성된 패치 소자(120)를 통해 수신된 신호는 S자형 마이크로스트립 선로와 3C자형 마이크로스트립 선로을 통해 동축케이블로 급전된 급전점을 통하여 외부 수신장비와 연결된다.First, in the process of receiving the frequency signal band selected by the user, the signal received through the patch element 120 formed on the dielectric 110, the frequency signal propagated from the earth station, transmission tower or satellite, and the like S-shaped microstrip line It is connected to external receiving equipment through feed point fed by coaxial cable through 3C-shaped microstrip line.
상기 분배/결합 마이크로스트립선로(130)로 인가된 주파수신호는 급전점으로 모아지게 되고, 모아진 주파수 신호는 급전점과의 임피던스 정합을 위해 미리 설정되어 있는 마이크로스트립선로(130)의 폭에 의해 항상 일정한 임피던스 값을 제공한다.The frequency signals applied to the distribution / combination microstrip line 130 are collected at feed points, and the collected frequency signals are always set by the width of the microstrip line 130 which is preset for impedance matching with the feed points. Provide a constant impedance value.
단, 여기에서 상기 마이크로스트립선로(130)의 폭(넓이)을 조정하면 그 고유의 임피던스 값이 변화하므로 한곳에 모여 출력되는 주파수 신호의 임피던스 값 또한 변화한다.However, if the width (width) of the microstrip line 130 is adjusted here, since its inherent impedance value changes, the impedance value of the frequency signals gathered and output in one place also changes.
상기 마이크로스트립선로(130)의 일측에 모아져 출력되는 주파수 신호는 급전선로을 통해 사용자가 원하는 기기에 인가되므로 사용자는 위성방송 등을 시청, 청취, 데이터의 수신을 할 수 있는 것이다.The frequency signal collected and output on one side of the microstrip line 130 is applied to a device desired by the user through a feed line, so that the user can watch, listen to, and receive satellite broadcasts.
그리고 본 발명은 비 유전율( epsilon _r)이 2.6 이하인 유전체 기판을 사용하여 케이유 밴드에서 설계한 패치 어레이 안테나로써 전압정재파비(VSWR)가 1.5이하를 얻을 수 있고, 이득(GAIN)은 27dB 이상의 고 이득을 얻을 수 있다.In addition, the present invention is a patch array antenna designed in the K-U band using a dielectric substrate having a specific dielectric constant (epsilon _r) of 2.6 or less, so that the voltage standing wave ratio (VSWR) can be 1.5 or less, and the gain (GAIN) is 27dB or more. You can benefit.
또한, 이득이 더 큰 안테나를 제작할 시에는 여분의 분배/결합 마이크로스트립선로(150)를 이용하여 패치 소자(120)의 수를 증가하는 방법으로 확장설계가 가능하다. 패치 소자(120)의 간격과 마이크로스트립 선로(130)구조를 변경하여 빔의 지향성을 조절 할 수 있으며 여러 방향으로의 지향성을 주어 다수의 위성 신호를 동시에 받을 수 있는 장점 또한 있다.In addition, when fabricating a larger gain antenna, it is possible to expand the design by increasing the number of patch elements 120 by using an extra distribution / coupling microstrip line 150. It is possible to adjust the directivity of the beam by changing the spacing of the patch element 120 and the structure of the microstrip line 130, and also has the advantage of being able to receive a plurality of satellite signals at the same time by giving the directivity in several directions.
이하 본 발명에 의한 케이유밴드(KU-BAND)용 마이크로스트립 패치 어레이 안테나의 효과를 살펴보면, 평면형의 유전체 기판을 사용함으로써 제작이 쉽고 경량이며, 소형화가 가능하며 제작비용과 안테나의 설치비용을 감소시킬 수 있고, 제작공정의 단순화에 따른 인건비의 지출비용을 줄이는 이점 및 대량생산이 가능하며 고 이득의 특성을 갖으므로 실외뿐 아니라 실내에서도 설치 할 수 있다.Looking at the effect of the microstrip patch array antenna for KU-BAND according to the present invention, by using a planar dielectric substrate is easy to manufacture, light weight, miniaturization, and reduce the manufacturing cost and installation cost of the antenna It is possible to reduce the labor cost of labor cost by simplifying the manufacturing process, mass production is possible, and it can be installed not only outdoors but also indoors.
또한, 하나의 평면 안테나로 여러개의 위성 주파수 신호를 수신할 수 있으며 여분의 분배/결합 마이크로스트립 선로를 이용하여 패치 소자 수를 증가하여 사용할 수 있는 효과를 가져온다.In addition, a single plane antenna can receive several satellite frequency signals, and the use of redundant distribution / combination microstrip lines increases the number of patch elements.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| R401 | Registration of restoration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20101202 Year of fee payment: 7 |