KR100477278B1 - 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직사각체를 이루는 유전체(11)의 상면 일측의 폭(W) 중심에 뚫려진 급전홀(12)과, 상기 급전홀(12) 주위에 씌워지면서 상기 급전홀(12)의 직경 크기의 폭으로 상기 유전체(11)의 상면 타측을 향하여 연장됨과 동시에 전체 폭(W)으로 씌워진 후 상기 유전체(11)의 타측면을 따라 하면의 일부까지 씌워진 방사패치 라인(13)과, 상기 유전체(11) 하면의 방사패치 라인(13)으로부터 이격되어 전체 폭(W)으로 상기 유전체(11)의 일측을 향하여 씌워진 그라운드 라인(14)과, 상기 유전체(11) 하면의 급전홀(12)로부터 이격된 지점으로부터 상기 유전체(11)의 타측을 향하여 상호 대향되는 알파벳 L자 형상으로 스트립된 한 쌍의 스트립 라인(15)과, 상기 급전홀(12)을 중심으로 하여 양측 폭(W)방향으로 이격되는 지점에 뚫려져 도금된 한 쌍의 연결홀(16)을 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

Description

마이크로스트립 듀얼밴드 안테나{MICROSTRIP DUAL BAND ANTENNA}

본 발명은 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ISM 대역에서의 통신기기에 적합한 반사손실 및 정재파비를 얻을 수 있고 양호한 복사패턴을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 크기를 극소화시킬 수 있으며 통신 장비에 소형으로 설치할 수 있는 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(Microstrip Dual Band Antenna)에 관한 것이다.

최근 들어 통신기기의 소형화가 이루어지고 있고 내장형 안테나가 등장하고 있으며, 다양한 통신 서비스가 본격화됨에 따라 고품질의 서비스를 효과적으로 제공하기 위하여 안테나 역시 소형, 경량이면서 외장형 안테나의 단점을 극복할 수 있는 마이크로 칩 안테나가 개발되고 있다. 그리고, 그 중 여러 종류의 서비스를 통합적으로 충족시킬 수 있는 듀얼밴드 안테나(Dual Band Antenna)가 중요시되고 있다.

그런데, 종래의 마이크로 칩 안테나는 이러한 시대적 요구에도 불구하고 소형화 및 디자인에 대한 문제점을 해결하지 못하고 있을 뿐만 아니라 듀얼밴드의 문제점이라 할 수 있는 대역폭 확장 역시 특별히 개발진척을 보여주지 못하고 있으며, 특히 종래 기술의 안테나는 주로 외장형으로 임피던스 정합회로를 구현하여 공정수가 많고 생산단가가 비싼 단점을 지니고 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 통신장비에 소형으로 설치할 수 있도록 ISM 대역에 적합한 반사손실을 얻을 수 있고 정재파비가 양호하며 우수한 복사패턴을 구현할 수 있는 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

직사각체를 이루는 유전체의 상면 일측의 폭 중심에 뚫려진 급전홀과,

상기 급전홀 주위에 씌워지면서 상기 급전홀의 직경 크기의 폭으로 상기 유전체의 상면 타측을 향하여 연장됨과 동시에 전체 폭으로 씌워진 후 상기 유전체의 타측면을 따라 하면의 일부까지 씌워진 방사패치 라인과,

상기 유전체 하면의 방사패치 라인으로부터 이격되어 전체 폭으로 상기 유전체의 일측을 향하여 씌워진 그라운드 라인과,

상기 유전체 하면의 급전홀로부터 이격된 지점으로부터 상기 유전체의 타측을 향하여 상호 대향되는 알파벳 L자 형상으로 스트립된 한 쌍의 스트립 라인과,

상기 급전홀을 중심으로 하여 양측 폭방향으로 이격되는 지점에 뚫려져 도금된 한 쌍의 연결홀을 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이들 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

전파통신 기술의 발달로 일반가정, 사무실 등 옥내·외 무선통신망 구축이 널리 등장하고 있다. 그러나, 한정된 전파자원의 효율적인 이용과 전파간섭 없이 전파를 사용하기 위해 국제적으로나 국내적으로 규정을 정하고 있다. 따라서, 전파자원을 용이하게 사용하기 위한 대역으로 별도의 무선국허가절차 없이 정부가 정한 주파수대, 출력 등 관련 기술적인 조건을 충족하면 무선국을 개설할 수 있는 주파수대역이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다. 그 중 산업·과학·의료 분야의 주파수 대역이 바로 ISM(Indutrial, Scientific and Medical) 대역이다.

이 ISM 대역은 국제전기통신연합(ITU)에서 국제적으로 지정하였으며 우리나라에 해당하는 대역은 6.765∼6.795㎒, 13.553∼13.567㎒, 26.957∼27.283㎒, 40.66∼40.70㎒, 2.40∼2.50㎓, 5.725∼5.875㎓, 24.00∼24.25㎓, 61.00∼61.50㎓, 122.00∼123.00㎓ 및 244.00∼246.00㎓으로 10개 대역이 지정되어 있다.

이 대역을 사용하는 ISM 장비는 전기통신 분야를 제외한 산업적, 과학적, 의학적 목적 또는 그와 비슷한 목적으로 RF 에너지를 생성하여 사용하도록 설계된다.

한편, 90년대부터 미국을 중심으로 한 북미에서 ISM 대역 중 일부대역을 이용하여 타 무선시설에 전파간섭을 주지 않는 스펙트럼확산(Spread Spectrum)방식을 적용한 무선기기에 대하여 허가없이 사용을 인정하고 있어 무선전화기, 블루투스(Bluetooth), 무선 LAN 등 다양한 용도로 활용되고 있고, 우리나라에서도 통신사업자, 제조업체 등 ISM 대역사용에 관심을 많이 가지고 있는 추세이다.

본 발명은 이처럼 ISM 대역에 사용할 수 있는 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 제안하고 더욱 구체적으로 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 나타내는 급전 케이블(20)을 포함한 사시도로서 직사각체로 된 에폭시 재질의 유전체(11)를 기준으로 하여 상면에 방사패치 라인(13)을 구현하고 하면에 그라운드 라인(14)을 구현한 모습을 보여주고 있고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 나타내는 사시도로서 직사각체로 된 유전체(11)의 길이(L=48.5㎜), 폭(W=8㎜), 높이(H=1㎜)를 하나의 실시예로서 제시하고 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)의 하면을 보여주기 위한 사시도로서 유전체(11)의 상면을 생략 내지는 점선으로 표현하여 그 하면의 모습을 확인할 수 있도록 하였다.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 나타내는 평면도로서 방사패치 라인(13)을 명확히 나타내고 있고, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 나타내는 저면도로서 그라운드 라인(14)을 자세히 보여주고 있다.

본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 에폭시로 된 유전체(11)를 기준으로 하여 상면에 방사패치 라인(13)을 구현하고 하면에 그라운드 라인(14)을 구현하였다.

바람직한 실시예로서, 직사각체로 된 유전체(11)의 길이(L)는 48.5㎜, 폭(W)은 8㎜, 높이(H)는 1㎜로 하였고, 유전체(11)의 상면 일측의 폭(W) 중심에는 급전홀(12)을 뚫었다.

그리고, 급전홀(12) 주위에 씌워지면서 급전홀(12)의 직경 크기에 비례한 폭으로 유전체(11)의 상면 타측을 향하여 연장됨과 동시에 전체 폭(W)으로 씌워진 후 다시 유전체(11)의 타측면을 따라 하면의 일부까지 씌워진 방사패치 라인(13)을 제공하였다.

또한, 유전체(11) 하면의 방사패치 라인(13)으로부터 이격되어 전체 폭(W)으로 유전체(11)의 일측을 향하여 씌워진 그라운드 라인(14)과, 유전체(11) 하면의 급전홀(12)로부터 이격된 지점으로부터 유전체(11)의 타측을 향하여 상호 대향되는 알파벳 L자 형상으로 스트립된 한 쌍의 스트립 라인(15)을 구현하였다.

더불어, 급전홀(12)을 중심으로 하여 양측 폭(W)방향으로 이격되는 지점에 뚫려진 후 도금된 한 쌍의 연결홀(16)을 구비시켰다.

한편, 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)는 ISM 대역에서 사용되는 기판(미 도시됨)의 크기한계를 고려하여 급전 케이블(20)을 용이하게 받아들이면서 급전홀(12)에 접속시킬 수 있도록 급전홀(12)로부터 유전체(11)의 일측을 향하여 케이블 홀(17)을 뚫었고, 이 케이블 홀(17)에는 급전홀(12)에 접속되는 급전 케이블(20)이 끼워질 수 있도록 하였다.

이와 같은 형상 및 구조에 의하여 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)는 2㎓ 대역과 5㎓ 대역의 특성을 각각 얻을 수 있어 ISM 대역으로서의 활용가치를 다시 한번 확인할 수 있고, 이에 대한 구체적인 특성을 도 6 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

종래에 일반적으로 사용되던 마이크로스트립 적층 안테나는 근본적인 속성이 공진형 안테나이므로 주파수 대역폭이 수％ 이하로 매우 좁고 복사이득이 낮은 단점을 지니고 있으며, 이득이 좋지 않아 여러 장의 패치를 어레이시키거나 적층시켜야만 하기 때문에 안테나의 크기 및 두께가 당연히 커질 수밖에 없었다.

그러나, 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)는 광범위의 주파수 대역폭을 가질 뿐만 아니라 누설전류를 작게 하여 이득을 보다 좋게 할 수 있으며 특히 정재파비를 개선하여 소형의 크기로 각종 통신장비의 극소화를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)의 주파수에 대한 반사손실(RETURN LOSS)을 나타내는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)의 서비스 대역은 ISM 대역으로 2.40000∼2.48350㎓(마커 1∼마커 2) 및 5.15000∼5.82500㎓의 듀얼밴드로서 구현된다.

도 7은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)의 주파수에 대한 정재파비(VSWR)를 나타내는 그래프로서 ISM 동작 주파수 대역에서 공진 임피던스 50Ω에 대하여 최대 정재파비가 1:1.6923∼1.7793과 1:1.3860∼1.7623으로 나타나는 것을 보여주고 있다.

즉, 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)에 있어서의 정재파비가 1이 이상적이라 했을 때, ISM 대역인 마커 1에서의 정재파비는 1.7793으로 나타나고 이때의 주파수는 2.40000㎓이며, 마커 2에서의 정재파비는 1.6923, 주파수는 2.48350㎓이고, 마커 3에서의 정재파비는 1.7623, 주파수는 5.15000㎓, 마커 4에서의 정재파비는 1.3860, 주파수는 5.82500㎓으로 각각 나타남을 알 수 있고, 이러한 상태는 ISM 대역에서의 공진 임피던스 50Ω에 대한 정재파비가 매우 좋게 구현되고 있음을 반증한다 할 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 설명하기 위한 스미스 챠트(Smith Chart)이다.

도 8에 도시된 바와 같이 ISM 주파수 대역에서 공진 임피던스를 50Ω으로 기준하였을 때, 마커 1은 임피던스가 36.215Ω으로 나타나고, 이때의 주파수는 2.40000㎓이며, 마커 2에서의 임피던스는 39.107Ω, 주파수는 2.48350㎓이다. 그리고, 마커 3은 임피던스가 55.316Ω, 주파수는 5.15000㎓이며, 마커 4의 임피던스는 37.037Ω, 주파수는 5.82500㎓로 각각 나타남을 알 수 있고, 이러한 상태는 ISM 대역에서의 공진 임피던스가 전체적으로 36.215∼39.107Ω과 37.037∼55.316Ω을 구현하고 있어 듀얼밴드에서의 활용가치를 더욱 명확화하는 바람직한 값이라 할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)를 설명하기 위한 복사패턴(Radiation Pattern)으로서 전자파 무반사실에서 측정한 결과 전방향성 복사패턴을 구현하고 있고, 이로써 어느 위치에서라도 송수신이 가능하며 방향성 문제를 해결할 수 있음을 확인할 수 있다. 이때, 본 발명의 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10)의 측정은 전기적 장애물이 없는 무반사실 및 전후방 50m 내에 장애물이 없는 필드에서 측정하여야 하고, 이에 따라 본 자체기술시험에서는 무반사실에서 측정을 하였으며 각 마커 포인트의 주전계면과 주자계면의 복사패턴을 측정한 결과 각 측정 주파수에서 주전계면과 주자계면의 복사패턴은 전방향성을 나타내어 ISM 대역에 있어서의 송수신용 안테나로서 매우 적합한 것임을 다시 한번 확인할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나는 ISM 대역에서 -10dB 이하의 반사손실을 얻을 수 있고, 정재파비가 ISM 동작 주파수 대역에서 1:1.6923∼1.7793과 1:1.3860∼1.7623으로 양호하며, 공진 임피던스는 ISM 대역에서 36.215∼39.107Ω과 37.037∼55.316Ω로서 실현하고, 복사패턴이 전방향에 대하여 이루어지며, 기판 크기의 한계를 고려하여 급전 케이블을 받아들이면서 급전홀에 접속될 수 있도록 하여 ISM 대역에서 매우 용이하게 응용할 수 있는 탁월한 효과를 발휘한다.

특히, 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나는 듀얼밴드를 이용할 수 있을 뿐만 아니라 누설전류를 작게 하여 이득을 좋게 할 수 있으며 정재파비를 개선할 수 있기 때문에 소형의 크기로 각종 통신장비에 설치할 수 있는 유용함을 발휘한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 나타내는 급전 케이블을 포함한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나의 하면을 보여주기 위한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 나타내는 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 나타내는 저면도.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나의 주파수에 대한 반사손실(RETURN LOSS)을 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나의 주파수에 대한 정재파비(VSWR)를 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 설명하기 위한 스미스 챠트(Smith Chart).

도 9는 본 발명에 따른 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나를 설명하기 위한 복사패턴(Radiation Pattern).

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나 11 : 유전체

12 : 급전홀 13 : 방사패치 라인

14 : 그라운드 라인 15 : 스트립 라인

16 : 연결홀 17 : 케이블 홀

20 : 급전 케이블 H : 높이

L : 길이 W : 폭

Claims (2)

1. 직사각체를 이루는 유전체(11)의 상면 일측의 폭(W) 중심에 뚫려진 급전홀(12)과,

   상기 급전홀(12) 주위에 씌워지면서 상기 급전홀(12)의 직경 크기의 폭으로 상기 유전체(11)의 상면 타측을 향하여 연장됨과 동시에 전체 폭(W)으로 씌워진 후 상기 유전체(11)의 타측면을 따라 하면의 일부까지 씌워진 방사패치 라인(13)과,

   상기 유전체(11) 하면의 방사패치 라인(13)으로부터 이격되어 전체 폭(W)으로 상기 유전체(11)의 일측을 향하여 씌워진 그라운드 라인(14)과,

   상기 유전체(11) 하면의 급전홀(12)로부터 이격된 지점으로부터 상기 유전체(11)의 타측을 향하여 상호 대향되는 알파벳 L자 형상으로 스트립된 한 쌍의 스트립 라인(15)과,

   상기 급전홀(12)을 중심으로 하여 양측 폭(W)방향으로 이격되는 지점에 뚫려져 도금된 한 쌍의 연결홀(16)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10).
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 급전홀(12)로부터 상기 유전체(11)의 일측을 향하여 뚫려져 급전 케이블(20)이 끼워지는 케이블 홀(17)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 듀얼밴드 안테나(10).