KR100517291B1 - Planar microstrip array antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동 단말기에 부착할 수 있는 간단한 구조를 가지며, 소형, 경량, 박형의 고이득 특성을 갖는 평면형 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a planar microstrip array antenna having a simple structure that can be attached to a mobile terminal, and having small size, light weight, and thin high gain characteristics.
본 발명에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나는, 구조물을 지지하는 마이크로스트립 기판과, 상기 마이크로스트립 기판상에 형성되며 매트릭스 구조로 배치된 다수의 방사 소자와, 상기 각 방사 소자를 분리할 수 있도록 각 방사 소자의 측면 양쪽 또는 측면 모두에 형성된 도체 반사판과, 상기 도체 반사판의 상부로부터 소정 깊이까지 씌워져 있는 전파 흡수체를 포함한다. The planar microstrip array antenna according to the present invention includes a microstrip substrate for supporting a structure, a plurality of radiating elements formed on the microstrip substrate and arranged in a matrix structure, and each radiating element to separate the radiating elements. And a conductor reflecting plate formed on both sides or both sides of the element, and a radio wave absorber covering from the upper portion of the conductor reflecting plate to a predetermined depth.
상기 안테나에서는 광대역화로 야기되는 표면파와 이에 따른 여러 불필요한 전파의 방사로 인해 방사 패턴이나 편파의 왜곡을 발생하는 것을 억제함으로써 방소 소자 사이의 결합(coupling)이 최소화될 수 있다. In the antenna, coupling between fire protection elements can be minimized by suppressing generation of a radiation pattern or a polarization distortion due to the radiation of surface waves caused by wideband and various unnecessary radio waves.
Description
본 발명은 평면 마이크로스트립 배열 안테나(planar microstrip array antenna)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 단말기에 부착할 수 있는 간단한 구조를 가지며, 소형, 경량, 박형의 고이득 특성을 갖는 평면형 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a planar microstrip array antenna, and more particularly, to a planar microstrip array antenna having a simple structure that can be attached to a mobile terminal, and having a small, light weight and thin high gain characteristics. It is about.
일반적으로, 마이크로스트립 안테나는 만들기가 쉽고 소형, 경량, 박형이라는 장점을 가지는 반면, 대역폭이 작다는 단점을 가진다. 이러한 작은 대역폭의 문제는 기생 소자를 사용하거나, 손실이 있는 매질 등을 사용하는 방법으로 해결하고 있다. 주파수 대역폭을 증가시키는 이러한 방법들은 방사 소자와 접지면 사이에 위치한 유전체의 두께를 증가시킨다. 특히, 이런 과정에서 표면파(surface wave)를 발생시키는 문제점이 발생한다. 따라서, 유전체의 두께가 두꺼워짐에 따라 안테나의 방사 효율은 감소하고, 여러 불필요한 방사(spurious radiation)로 인해 방사 패턴이나 편파를 왜곡시키는 원인이 되기도 한다. 이를 배열 안테나로 확장할 경우 빔을 주사시, 배열 소자 사이의 상호 결합을 야기하게 되어 패치 안테나 소자와 급전선 간의 매칭을 방해하는 역할을 할 수도 있다. In general, a microstrip antenna has the advantages of being easy to make and small, light and thin, while having a small bandwidth. This small bandwidth problem is solved by using parasitic elements or using a lossy medium. These methods of increasing frequency bandwidth increase the thickness of the dielectric located between the radiating element and the ground plane. In particular, the problem of generating a surface wave (surface wave) occurs in this process. Therefore, as the thickness of the dielectric becomes thicker, the radiation efficiency of the antenna decreases, which may cause distortion of radiation patterns or polarization due to various spurious radiations. Extending it to the array antenna may cause a mutual coupling between the array elements when the beam is scanned, and thus may interfere with matching between the patch antenna element and the feed line.
최근에는 마이크로스트립 패치 안테나 뒤편에 도체 반사판으로 공진기를 만들어 표면파를 억제하도록 하여, 주사 영역의 제한 없이 두꺼운 유전체를 사용하여 배열 안테나의 주사 특성을 향상하도록 하는 기술도 알려지고 있다. Recently, a technique has been known in which a resonator is made of a conductor reflector behind a microstrip patch antenna to suppress surface waves, thereby improving scanning characteristics of an array antenna by using a thick dielectric without limiting a scanning area.
한편, 관련 선행 특허로서, 이중 편파 개구면 결합 패치 안테나에 대해 미국 특허 제5,896,107호(등록일 : 1999년 4월 20일)에 공개되어 있고, 마이크로스트립 패치 안테나 구조에 대해 미국 특허 제5,210,542호(등록일 : 1993년 5월 11일)에 공개되어 있다. Meanwhile, as a related prior patent, it is disclosed in U.S. Patent No. 5,896,107 for a dual polarization aperture coupled patch antenna and a U.S. Patent No. 5,210,542 for a microstrip patch antenna structure (registration date). Published May 11, 1993).
상기 이중 편파 개구면 결합 패치 안테나는 하나의 급전망으로 포트 사이의 격리도를 향상시키기 위하여 한쪽 면에 패치가 인쇄되어 있는 패치면과, 양면에 각각 슬롯이 위치한 접지면과, 급전선이 위치한 급전면이 있는 접지면과 배면으로 구성되어 있으며, 접지면 상의 슬롯은 패치 안테나 쪽으로, 급전면은 배면을 향하여 높은 후 이를 패치면과 배면 사이에 위치시킨 구조이다. The dual polarized aperture coupling patch antenna includes a patch surface having a patch printed on one surface, a ground surface having slots on both sides, and a feed surface having a feed line in order to improve isolation between ports with a single feed network. It consists of a ground plane and a rear surface, and the slot on the ground plane is positioned toward the patch antenna, the feed surface is high toward the rear side and then placed between the patch surface and the rear surface.
상기 마이크로스트립 패치 안테나 구조는 박형인 특성을 유지하면서 대역폭 향상과 소자간 결합을 감소시키기 위하여 안테나의 상단에 일종의 전기벽이 구비되고, 안테나 소자는 공통 평면 도파관(coplanar waveguide) 방식으로 된 급전 선로와 연결되는 구조이다. The microstrip patch antenna structure is provided with a kind of electrical wall at the top of the antenna in order to maintain a thin characteristic and improve bandwidth and reduce coupling between elements, and the antenna element is connected to a feed line of a common planar waveguide method. It is a structure.
그러나 상기 선행 특허는 불필요한 방사로 인해 방사 패턴이나 편파의 왜곡이 발생하는 것을 해결하기 위한 기술적 수단을 제시하지는 못하고 있다. However, the above patent does not propose a technical means for solving the occurrence of distortion of the radiation pattern or polarization due to unnecessary radiation.
본 발명은 상기 설명한 바와 같은 종래의 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각 방사 소자 사이에 도체 반사판을 위치시키고 그 도체 반사판의 상단에는 전파 흡수체를 부착함으로써 소자 사이의 결합을 최소화할 수 있는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the conventional technical problems as described above, the planar microstrip to minimize the coupling between the elements by placing a conductor reflector between each radiating element and attaching a radio wave absorber to the upper end of the conductor reflector It is an object to provide an array antenna.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나에서는 방사 소자 주위에 금속으로 이루어진 도체 반사판이 위치하여 불필요한 전파의 방사를 감소시키도록 한 구조적 특징이 있다. 마이크로스트립 기판의 내부에서는 방사 소자 사이에 도체 반사판이 위치하여 유전체를 따라 진행되는 표면파가 인접 방사 소자로 향하는 것이 억제되며, 마이크로스트립 기판 외부에서는 방사 소자 사이에 도체 반사판이 위치함과 동시에 상기 반사판의 소정 깊이까지 전파 흡수체가 씌워져서 방사 소자 사이의 불필요한 전파가 상기 전파 흡수체에 의해 흡수됨으로써 안테나의 방사 효율이 증가될 수 있다. In the planar microstrip array antenna according to an aspect of the present invention for achieving the above object, there is a structural feature that a conductive reflector plate made of metal is positioned around the radiating element to reduce unnecessary radiation. Inside the microstrip substrate, the conductor reflector is positioned between the radiating elements, and the surface wave propagating along the dielectric is suppressed toward the adjacent radiating element. Outside the microstrip substrate, the conductor reflector is located between the radiating elements and at the same time The radio wave absorber is covered to a predetermined depth so that unnecessary radio waves between the radiating elements are absorbed by the radio wave absorber, thereby increasing the radiation efficiency of the antenna.
이하에서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기 도 1의 단일 방사 소자의 측단면이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 상기 도 3의 단일 방사 소자의 측단면이 도시되어 있다. 1 shows a perspective view of a planar microstrip array antenna according to a first embodiment of the invention, FIG. 2 shows a side cross section of the single radiating element of FIG. 1, and FIG. 3 shows a second aspect of the invention. A perspective view of a planar microstrip array antenna according to an embodiment is shown, and FIG. 4 shows a side cross section of the single radiating element of FIG. 3.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 설명한다. First, a planar microstrip array antenna according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나는 유전체와 접지판으로 구성된 2층 구조이며 구조물을 지지하는 마이크로스트립 기판(2)과, 상기 마이크로스트립 기판(2) 상에 형성되며 매트릭스(matrix) 구조로 배치된 다수의 방사 소자(1)와, 상기 각 방사 소자(1)를 분리할 수 있도록 각 방사 소자(1)의 측면 양쪽 또는 측면 모두에 형성된 도체 반사판(3)과, 상기 도체 반사판(3)의 상부로부터 소정 깊이까지 씌워져 있는 전파 흡수체(4)로 구성되어 있다. 상기 도체 반사판(3)은 각 방사 소자(1) 뿐만 아니라 각 방사 소자(1) 아래의 기판(2)까지도 단위 방사 소자(1) 별로 분리되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 도체 반사판(3)이 방사 소자(1)와 동등한 깊이 또는 상기 방사 소자(1) 아래의 마이크로스트립 기판(2)까지 이를 정도로 깊게 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 1, the planar microstrip array antenna according to the first embodiment of the present invention has a two-layer structure consisting of a dielectric and a ground plate, and supports a structure, and a microstrip substrate 2 and the microstrip substrate 2. ) And a plurality of radiating elements 1 formed in a matrix structure and conductor reflecting plates formed on both sides or both sides of each radiating element 1 so as to separate the radiating elements 1. (3) and the electromagnetic wave absorber 4 covered from the upper part of the said conductor reflection plate 3 to predetermined depth. The conductor reflector 3 may be formed to separate not only each radiating element 1 but also the substrate 2 under each radiating element 1 by the unit radiating element 1. That is, the conductor reflector 3 may be formed deep enough to reach the same depth as the radiating element 1 or to the microstrip substrate 2 under the radiating element 1.
도 2에는 상기 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 어느 한 방사 소자(1)에 대한 측단면 구조가 도시되어 있다. 도 2에서, 도면 부호 21은 접지판이고, 도면 부호 22는 유전체이며, 상기 접지판(21)과 유전체(22)가 합쳐져서 마이크로스트립 기판(2)을 구성한다. 본 실시예에서는 상기 도체 반사판(3)이 유전체(22)와 동등한 깊이로 형성되어 있으나 이것은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않으며, 필요에 따라 접지판(21)과 동등한 깊이로 형성될 수도 있다. 2 shows a side cross-sectional structure of one radiating element 1 of the planar microstrip array antenna. In Fig. 2, reference numeral 21 denotes a ground plate, reference numeral 22 denotes a dielectric, and the ground plate 21 and the dielectric 22 are combined to form a microstrip substrate 2. In the present embodiment, the conductive reflector 3 is formed to the same depth as the dielectric 22, but this does not limit the technical scope of the present invention, and may be formed to the same depth as the ground plate 21 as necessary.
상기 방사 소자(1)는 전파의 송신과 수신을 담당한다. 상기 설명된 바와 같은 구조를 갖는 평면 마이크로스트립 배열 안테나에서는 상기 각 방사 소자(1) 주위에 형성된 도체 반사판(3)에 의해 불필요한 전파가 인접한 다른 방사 소자(1)에 영향을 주는 간섭 현상이 억제된다. 즉, 상기 방사 소자(1)의 아래에 위치한 마이크로스트립 기판(2) 내부에서는 상기 방사 소자(1) 사이에 도체 반사판(3)이 위치하여 상기 마이크로스트립 기판(2)의 유전체(22)를 따라 진행하는 표면파(surface wave)가 인접한 방사 소자로 향하는 것이 억제된다. 또한, 상기 방사 소자(1)의 상부에서는 상기 각 방사 소자(1) 사이에 도체 반사판(3)이 위치되어 있고, 상기 각 도체 반사판(3)의 소정 깊이로 전파 흡수체(4)가 씌워져 있으므로, 상기 방사 소자의 상부에서 송수신되는 불필요한 전자파가 상기 전파 흡수체(4)에 의해 흡수될 수 있다. 따라서, 불필요한 전파의 방사로 인해 방사 패턴이나 편파의 왜곡이 방지될 수 있다. 상기 전파 흡수체(4)의 형상은 둥근 모양, 다각형 모양 등 다양한 형태로 만들어질 수 있다. The radiating element 1 is responsible for the transmission and reception of radio waves. In the planar microstrip array antenna having the structure as described above, the interference phenomenon in which unnecessary radio waves affect other adjacent radiating elements 1 is suppressed by the conductor reflecting plates 3 formed around the radiating elements 1. . That is, inside the microstrip substrate 2 positioned below the radiating element 1, a conductor reflecting plate 3 is positioned between the radiating elements 1 and along the dielectric 22 of the microstrip substrate 2. It is suppressed that the traveling surface wave is directed to the adjacent radiating element. In addition, since the conductor reflecting plate 3 is positioned between the radiating elements 1 on the upper portion of the radiating element 1, and the radio wave absorber 4 is covered with a predetermined depth of the respective conductor reflecting plates 3, Unnecessary electromagnetic waves transmitted and received at the top of the radiating element may be absorbed by the electromagnetic wave absorber 4. Therefore, distortion of the radiation pattern or polarization can be prevented due to unnecessary radiation of radio waves. The shape of the electromagnetic wave absorber 4 may be made in various shapes such as round shape, polygonal shape, and the like.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 설명한다. Next, a planar microstrip array antenna according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
상기 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나는 유전체와 접지판으로 구성된 2층 구조이며 구조물을 지지하는 마이크로스트립 기판(2)과, 상기 마이크로스트립 기판(2) 상에 형성되며 매트릭스(matrix) 구조로 배치된 다수의 방사 소자(1)와, 상기 각 방사 소자(1)를 분리할 수 있도록 각 방사 소자(1)의 측면 양쪽 또는 측면 모두에 형성된 도체 반사판(3)과, 상기 도체 반사판(3)의 상부로부터 소정 깊이까지 씌워져 있는 전파 흡수체(41)로 구성되어 있다. 상기 제2실시예에서는 전파의 흡수 효율을 증가시키기 위해 상기 전파 흡수체(41)의 상부가 수평 방향으로 연장된 형태를 가진다는 점에 특징이 있다. As shown in FIG. 3, the planar microstrip array antenna according to the second embodiment of the present invention has a two-layer structure consisting of a dielectric and a ground plate, and supports a structure, and a microstrip substrate 2 and the microstrip substrate ( 2) a plurality of radiating elements 1 formed on and arranged in a matrix structure, and conductors formed on both sides or both sides of each radiating element 1 so as to separate the radiating elements 1 from each other; It consists of the reflecting plate 3 and the electromagnetic wave absorber 41 covered from the upper part of the said conductor reflecting plate 3 to predetermined depth. In the second embodiment, the upper part of the radio wave absorber 41 has a form extending in the horizontal direction in order to increase the absorption efficiency of radio waves.
상기 도체 반사판(3)은 각 방사 소자(1) 뿐만 아니라 각 방사 소자(1) 아래에 위치한 기판(2)까지도 단위 방사 소자(1) 별로 분리되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 도체 반사판(3)이 방사 소자(1)와 동등한 깊이 또는 상기 방사 소자(1) 아래의 마이크로스트립 기판(2)까지 이를 정도로 깊게 형성될 수도 있다. The conductor reflector 3 may be formed to separate not only each radiating element 1 but also the substrate 2 positioned under each radiating element 1 by the unit radiating element 1. That is, the conductor reflector 3 may be formed deep enough to reach the same depth as the radiating element 1 or to the microstrip substrate 2 under the radiating element 1.
도 4에는 상기 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 어느 한 방사 소자(1)에 대한 측단면 구조가 도시되어 있다. 도 4에서, 도면 부호 21은 접지판이고, 도면 부호 22는 유전체이며, 상기 접지판(21)과 유전체(22)가 합쳐져서 마이크로스트립 기판(2)을 구성한다. 본 실시예에서는 상기 도체 반사판(3)이 상기 유전체(22)와 동등한 깊이로 형성되어 있으나 이것은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않으며, 필요에 따라 접지판(21)과 동등한 깊이로 형성될 수도 있다. 4 shows a side cross-sectional structure of one radiating element 1 of the planar microstrip array antenna. In Fig. 4, reference numeral 21 denotes a ground plate, reference numeral 22 denotes a dielectric material, and the ground plate 21 and the dielectric material 22 are combined to form a microstrip substrate 2. In the present embodiment, the conductive reflector 3 is formed to the same depth as the dielectric 22, but this does not limit the technical scope of the present invention, and may be formed to the same depth as the ground plate 21 as necessary. .
상기 전파 흡수체(41)의 형상은 둥근 모양, 다각형 모양 등 다양한 형태로 만들어질 수 있다. The shape of the electromagnetic wave absorber 41 may be made in various shapes such as a round shape and a polygonal shape.
상기 설명된 구조를 갖는 평면 마이크로스트립 배열 안테나가 실제 응용될 때에는 각 방사 소자에서 유기되는 신호를 개별 변조 또는 복조하는 회로를 갖는 무선 시스템, 예를 들어 스마트 안테나 시스템과 결합되어 제작될 수 있다. When the planar microstrip array antenna having the above-described structure is actually applied, it can be manufactured in combination with a wireless system, for example, a smart antenna system, having a circuit for individually modulating or demodulating a signal induced in each radiating element.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상에서와 같이, 본 발명의 평면 마이크로스트립 배열 안테나는 이동 단말기에 부착할 수 있는 간단한 구조로 소형, 경량, 박형의 고이득 특성을 가진다. 상기 안테나에서는 광대역화로 야기되는 표면파와 이에 따른 여러 불필요한 전파의 방사로 인해 방사패턴이나 편파의 왜곡을 발생하는 것을 억제하기 위해 각 배열 소자 사이에 도체 반사판을 위치되어 있고, 상기 도체 반사판 상단에 전파 흡수체가 부착되어 소자간의 결합(coupling)이 최소화된다. As described above, the planar microstrip array antenna of the present invention has a high gain characteristic of small size, light weight, and thinness with a simple structure that can be attached to a mobile terminal. In the antenna, a conductor reflector is positioned between each array element to suppress distortion of a radiation pattern or polarization due to surface waves caused by wideband, and radiation of various unnecessary radio waves, and a radio wave absorber is placed on top of the conductor reflector. Is attached to minimize coupling between elements.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 사시도.1 is a perspective view of a planar microstrip array antenna according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 상기 도 1에 도시된 단일 방사 소자의 측단면도.2 is a side cross-sectional view of the single radiating element shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 평면 마이크로스트립 배열 안테나의 사시도.3 is a perspective view of a planar microstrip array antenna according to a second embodiment of the present invention;
도 4는 상기 도 3에 도시된 단일 방사 소자의 측단면도.4 is a side cross-sectional view of the single radiating element shown in FIG. 3.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1 : 방사 소자 2 : 마이크로스트립 기판1: radiating element 2: microstrip substrate
3 : 도체 반사판 4 : 전파 흡수체3: conductor reflector 4: radio wave absorber
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20080905 Year of fee payment: 4 |
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