KR100527851B1 - 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립안테나 - Google Patents
개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립안테나 Download PDFInfo
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 방사패치와 기생패치 사이에 일정 크기의 개구면을 갖는 금속판을 삽입하여 일종의 공진기 구조를 구현함으로써, 기존의 적층형 마이크로스트립 안테나의 구조에 큰 변화를 주지 않고 안테나의 이득특성을 개선한, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 있어서, 급전부와 전기적으로 연결된 하층의 방사패치; 및 상기 방사패치의 상단에 일정한 높이의 간격을 두고 적층된 기생패치를 구비하되, 상기 방사패치와 상기 기생패치 사이에 소정 크기의 개구면을 가지는 상기 금속판을 배치한 것을 특징으로 함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 RF 송수신 시스템 등에 이용됨.
Description
본 발명은 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사패치와 기생패치 사이에 일정 크기의 개구면을 가지는 금속판을 삽입하여 공진기를 구현함으로써, 안테나의 이득특성을 개선한, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 적층형 마이크로스트립 안테나는 급전부와 연결되는 방사패치의 상단에 기생패치를 배치함으로써, 다수의 안테나에 의한 복합적인 공진특성을 이용하여 안테나의 대역폭 및 이득특성의 개선을 도모한다.
또한, 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나는 방사패치와 기생패치의 사이에 일정 간격을 두고 유전체나 공기층을 형성함으로써, 목적하는 전기적 특성의 개선 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 측면도이고, 도 2는 상기 도 1의 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나는 접지면(105)과 하층 유전체(101)로 구성된 하층기판 상에, 일정 주파수에서 동작하도록 설계된 방사패치(103)와, 상기 방사패치(103)의 상단에 일정 높이의 공기층(106)을 두고 위치하는 기생패치(104)를 구비한다.
이때, 두개의 패치(방사패치와 기생패치) 사이에 공기층을 형성시키기 위하여, 상층 유전체(102)와 하층 유전체(101)의 외곽에 스페이서(Spacer)(109)를 설치한다. 또한, 방사패치(103)에 신호전력을 여기시키기 위하여 RF(Radio Frequency) 커넥터(Connector)(107)의 커넥터 핀(Pin)(108)을 통한 프로브 급전(Probe feeding)을 수행한다.
상기와 같은 종래의 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성을 개선하기 위한 기술이 대한민국 특허 제349422호(마이크로스트립 안테나)에 개시되어 있다.
상기 대한민국 특허 제 349422호에 개시된 종래 기술은, 급전선로가 위치되는 그라운드 패치(방사패치)와 상기 그라운드 패치 위에 적층된 유전체를 포함하며, 상기 그라운드 패치의 일단이 단락되고, 상단의 유전체 상단에 적층된 좌측 방사패치와 그라운드 패치의 타단에 단락되며 상술한 그라운드패치의 좌측 상단에 위치한 방사슬롯을 통하여 신호전력이 여기되도록 안테나를 구성함으로써, 광범위한 주파수 대역폭과 함께 이득특성을 조절할 수 있는 구조적 특징을 갖는다.
그러나, 상기 대한민국 특허 제349422호에 개시된 종래 기술은, 안테나의 이득특성을 개선하기 위하여 누설 동축선로 안테나로 구현함으로써, 다양한 통신 시스템의 배열안테나에는 적용이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 방사패치와 기생패치 사이에 일정 크기의 개구면을 갖는 금속판을 삽입하여 일종의 공진기 구조를 구현함으로써, 기존의 적층형 마이크로스트립 안테나의 구조에 큰 변화를 주지 않고 안테나의 이득특성을 개선한, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다중으로 적층된 각 방사패치와 각 기생패치 사이에 일정 크기의 개구면을 갖는 금속판을 각각 삽입하여 일종의 공진기 구조를 구현함으로써, 기존의 적층형 마이크로스트립 안테나의 구조에 큰 변화를 주지 않고 안테나의 이득특성을 개선한, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 있어서, 급전부와 전기적으로 연결된 하층의 방사패치; 및 상기 방사패치의 상단에 일정한 높이의 간격을 두고 적층된 기생패치를 구비하되, 상기 방사패치와 상기 기생패치 사이에 소정 크기의 개구면을 가지는 상기 금속판을 배치한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 장치는, 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 있어서, 급전부와 전기적으로 연결된 하층의 방사패치; 및 상기 방사패치의 상단에 일정한 높이의 간격을 두고 적층된 기생패치를 포함하는 적층구조를 다중으로 구비한 다중 적층구조를 가지되, 다중으로 적층된 상기 각 방사패치와 상기 각 기생패치 사이에 소정 크기의 개구면을 가지는 상기 금속판을 각각 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 종래의 적층형 마이크로스트립 안테나의 일반적인 구조에서, 방사패치와 상기 방사패치와 일정간격을 두고 위치한 기생패치의 사이에, 상기 방사패치의 전력 방사에 영향을 미치지 않도록 하고 동작주파수 대역에서 최적의 전기적 성능을 도모하도록 설계된 개구면을 갖는 금속판을 삽입하는 구조적 특징을 갖는다.
여기서, 방사패치와 기생패치 사이에 삽입된 금속판은 방사패치의 동작 주파수에서 일종의 공진기 역할을 수행하여 방사패치의 전력방사에 대한 방향성(Directivity)을 증대시키고, 유전체 기판상을 진행하는 표면파(Surface Wave)를 억제시키는 역할을 수행함으로써, 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성 개선을 도모할 수 있도록 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 측면도이고, 도 4는 상기 도 3의 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나는, RF 커넥터(107)의 핀(108)을 통하여 프루브 급전되는 방사패치(103)와 상기 방사패치(103)의 상단에 놓인 기생패치(104)의 사이에 존재하는 공기층에, 소정 크기의 사각 개구면을 갖는 금속판(301)이 삽입되어 있다. 상층기판과 하층기판의 연결은 일예로 나사 체결부(303)의 체결 나사(302)에 의해 구현될 수 있으며, 그외의 다른 방식으로 연결될 수도 있다.
그 외 구성요소는 상기 도 1과 같은 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 설명과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 삽입된 상기 금속판(301)에 위치하는 개구면의 크기(n)는, 상기 방사패치(103)의 전력 방사에 영향을 미치지 않고, 상기 방사패치(103)의 동작주파수에 대하여 공진할 수 있도록, 상기 방사패치(103)로부터 약 λo/4(λo는 동작주파수임) 정도의 이격거리(A)를 고려하여 결정할 수 있다.
이때, 안테나 사이에 삽입된 상기 금속판(301)은 방사패치의 동작주파수에서 일종의 공진기 역할을 수행한다.
따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 금속판(301)을 적층형 마이크로스트립 안테나에 삽입함으로써, 전력방사에 대한 지향성을 개선하고, 이를 통하여 안테나의 이득특성을 개선하는 효과를 도모할 수 있다.
또한, 상층기판과 하층기판 사이에 공기층이 존재하는 일반적인 구조의 경우에 상층기판에 가해진 외부의 힘에 의하여 안테나가 파손될 수 있는 구조적인 문제를 갖으나, 본 발명과 같이 두 개의 기판사이에 금속판을 삽입하는 경우에 이에 대한 구조적 결함을 보완함으로써 보다 견고한 구조를 갖는 안테나를 구현할 수 있다.
도 5는 상기 도 1 및 상기 도 3의 각각의 안테나의 이득특성을 비교하기 위한 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성(D)은, 종래의 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성(C)에 비해, 약 2dB 정도의 이득특성의 개선을 보여, 종래의 안테나보다 우수한 효과를 보임을 알 수 있다.
도 6a는 상기 도 1의 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 그래프이고, 도 6b는 상기 도 3의 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나는 종래의 공기층을 포함하는 적층형 마이크로스트립 안테나의 패턴과 유사한 형태를 보이며, 금속판의 개구면의 영향으로 인하여, 3dB 빔폭이 약 7°정도 좁아져 있음을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 급전부와 연결된 방사패치와, 상기 방사패치의 상단에 일정간격을 두고 놓이는 기생패치를 구비한 적층구조와 함께, 방사패치 및 기생패치 사이에 일정크기의 개구면을 갖는 금속판을 삽입한다.
여기서, 안테나 사이에 삽입된 금속판은 방사패치의 동작주파수에서 일종의 공진기 역할을 수행하여, 방사패치의 전력방사에 대한 방향성을 증대시키고, 유전체 기판상을 진행하는 표면파를 억제하는 역할을 수행함으로써, 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 전술한 이중 적층구조와 같은 방식으로 다중 적층구조를 취하고, 각각의 적층된 안테나 사이에 일정한 크기의 개구면을 갖는 금속판을 삽입하여 구현할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 방사패치와 기생패치 사이에 일정크기의 개구면을 갖는 금속판을 삽입함으로써, 방사패치의 전력방사에 대한 방향성을 증대시키고, 유전체 기판상을 진행하는 표면파를 억제하는 역할을 수행하여, 적층형 마이크로스트립 안테나의 이득특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 적층형 마이크로스트립 안테나의 여타의 전기적 특성을 변화시키지 않는 간단한 구조로 구현이 가능하므로, 다양한 통신시스템의 배열 안테나에 적용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 기판사이에 금속판을 삽입하여, 외부의 힘에 의하여 안테나가 파손될 수 있는 구조적 결함을 보완함으로써 보다 견고한 구조를 갖는 안테나를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 측면도.
도 2는 상기 도 1의 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 측면도.
도 4는 상기 도 3의 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 일실시예 구조도.
도 5는 상기 도 1 및 상기 도 3의 각각의 안테나의 이득특성을 비교하기 위한 일실시예 그래프.
도 6a는 상기 도 1의 일반적인 적층형 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 그래프.
도 6b는 상기 도 3의 본 발명에 따른 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 일실시예 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 하층 유전체 102 : 상층 유전체
103 : 방사패치 104 : 기생패치
105 : 접지면 106 : 공기층
107 : RF 커넥터 108 : 커넥터 핀
109 : 스페이서 301 : 개구면을 가지는 금속판
302 : 체결 나사 303 : 나사 체결부
Claims (4)
- 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 있어서,급전부와 전기적으로 연결된 하층의 방사패치; 및상기 방사패치의 상단에 일정한 높이의 간격을 두고 적층된 기생패치를 구비하되,상기 방사패치와 상기 기생패치 사이에 소정 크기의 개구면을 가지는 상기 금속판을 배치한 것을 특징으로 하는 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나.
- 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나에 있어서,급전부와 전기적으로 연결된 하층의 방사패치; 및상기 방사패치의 상단에 일정한 높이의 간격을 두고 적층된 기생패치를 포함하는 적층구조를 다중으로 구비한 다중 적층구조를 가지되,다중으로 적층된 상기 각 방사패치와 상기 각 기생패치 사이에 소정 크기의 개구면을 가지는 상기 금속판을 각각 배치한 것을 특징으로 하는 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 개구면의 크기는,상기 방사패치로부터 실질적으로 λo/4(λo는 동작주파수임) 정도의 이격거리를 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판은,상기 방사패치의 동작주파수에서 공진기로 동작하는 것을 특징으로 하는 개구면을 가지는 금속판을 이용한 적층형 마이크로스트립 안테나.
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