KR100532587B1 - Linearly polarized microstrip patch array antennas with metallic strips on a superstrate to increase an antenna gain - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 상부 유전체층의 금속스트립을 이용한 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것임.The present invention relates to a high gain linearly polarized microstrip patch array antenna using a metal strip of an upper dielectric layer.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
본 발명은 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 상부에 금속스트립을 갖는 유전체층을 위치시켜 제작이 용이하면서도 주파수 대역 특성이 좋은 고이득 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 제공하고자 함.An object of the present invention is to provide a high gain microstrip patch array antenna having a frequency band characteristic that is easy to manufacture by placing a dielectric layer having a metal strip on top of the microstrip patch array antenna.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 있어서, 하면에 접지도체를 위치시키고, 상면에 급전선과 이와 전기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제1 방사패치가 형성된 제1 하부 유전체층; 상기 제1 하부 유전체층의 상부에 위치하고, 주파수 대역폭 증가(광대역)를 위해 일면에 상기 제1 방사패치와 전자기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제2 방사패치가 형성된 제2 하부 유전체층; 및 상기 제2 하부 유전체층의 상부에 이격되어 위치하고, 일면에 '기판표면파의 전파방향을 조정하여 안테나 이득을 높이기 위한 금속스트립'을 갖는 상부 유전체층을 포함함.According to an aspect of the present invention, there is provided a linear polarization microstrip patch array antenna, comprising: a first lower dielectric layer having a ground conductor disposed on a lower surface thereof, a first radiation patch formed on the upper surface thereof, and a first radiation patch electrically coupled thereto with a feed line; A second lower dielectric layer disposed above the first lower dielectric layer and having a second radiation patch electromagnetically coupled to the first radiation patch to radiate energy on one surface thereof to increase a frequency bandwidth (broadband); And an upper dielectric layer spaced apart from the upper portion of the second lower dielectric layer and having a metal strip on one surface of which adjusts the propagation direction of the substrate surface wave to increase the antenna gain.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 패치 배열 안테나에 이용됨.The present invention is used in a patch array antenna.
Description
본 발명은 선형편파용 고이득 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 상부에 금속스트립을 갖는 상부 유전체층을 위치시켜, 높은 안테나 이득을 갖는 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a high gain microstrip patch array antenna for linear polarization, and more particularly to a microstrip patch array antenna having a high antenna gain by placing an upper dielectric layer having a metal strip on top of the microstrip patch array antenna. It is about.
마이크로스트립 패치 배열 안테나는 에칭과 같은 공정으로 제작이 용이하고 크기가 작으며 경량 박형이라는 장점이 있어 현재 가장 널리 사용되고 있다. Microstrip patch array antennas are the most widely used because they are easy to manufacture, small in size, and lightweight in a process such as etching.
일반적인 통신 환경에서 안테나 이득이 커지면 기기의 전력 소비를 줄일 수 있고, 다른 전자파와의 간섭이 줄어드는 장점이 있다. 이러한 고이득 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 얻기 위한 방법으로는 배열을 이용하는 방법, 유전체 렌즈를 이용하는 방법, 상부에 고유전율이나 고투자율의 기판을 위치시키는 방법 등이 있다. In a typical communication environment, the antenna gain is increased to reduce the power consumption of the device, and the interference with other electromagnetic waves is reduced. As a method for obtaining such a high gain microstrip patch array antenna, there is a method using an array, a method using a dielectric lens, a method of placing a substrate having a high dielectric constant or high permeability thereon.
그러나, 배열을 이용하면 전반적으로 안테나의 크기가 커지게 되고, 유전체 렌즈를 이용하는 방법은 제작에 어려움이 있으며, 고유전율의 유전체층을 이용하여 안테나 이득을 높이려면 높은 유전율과 적절한 두께를 가진 기판이 필요하다. 또한, 안테나 이득이 증가할수록 주파수 대역 특성이 나빠지는 문제점이 있다. 또한, 밀리미터파 영역에서 일반적인 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 설계하면 기판 표면파 발생이 커지기 때문에 높은 안테나 이득을 얻기는 힘들어진다. 또한, 광대역 특성을 얻기 위하여 기판의 두께를 높이면 안테나 이득은 더욱 떨어지게 된다. 또한, 마이크로스트립 패치를 작게 만들기 위하여 기판을 고유전율로 택하면 이득이 떨어지는 문제점이 있다. 이를 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. However, the use of an array increases the overall antenna size, and the method of using a dielectric lens is difficult to fabricate. To increase the antenna gain using a high dielectric constant dielectric layer, a substrate having a high dielectric constant and an appropriate thickness is required. Do. In addition, there is a problem that the frequency band characteristics worsen as the antenna gain increases. In addition, designing a general microstrip patch array antenna in the millimeter wave region makes it difficult to obtain high antenna gains because of the large substrate surface wave generation. In addition, if the thickness of the substrate is increased in order to obtain broadband characteristics, the antenna gain is further reduced. In addition, if the substrate is selected at a high dielectric constant in order to make the microstrip patch small, there is a problem that the gain is lowered. This will be described with reference to the drawings.
도 1 및 도 2 는 종래기술에 따른 상부 유전체층이 있는 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 사시도와 단면도이다.1 and 2 are perspective and cross-sectional views of a linearly polarized microstrip patch array antenna with a top dielectric layer according to the prior art.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 상부 유전체층이 있는 선형편파 마이크스트립 패치 배열 안테나는, 하부 유전체층(10)의 아랫면에 형성되어 있는 접지도체(11), 하부 유전체층(10)의 윗면에 형성되어 있고 도체로 이루어진 방사패치(13)와 급전선(12), 그리고 이러한 마이크로스트립 패치 상단에 일정한 거리를 두고 위치한 상부 유전체층(20)으로 구성되어 있다. As shown in FIGS. 1 and 2, the linearly polarized microphone strip patch array antenna having the upper dielectric layer according to the related art includes a ground conductor 11 and a lower dielectric layer 10 formed on the lower surface of the lower dielectric layer 10. It is formed on the upper surface of the conductive patch consisting of a radiation patch 13 and the feed line 12, and the upper dielectric layer 20 is placed at a certain distance on the top of the microstrip patch.
그러나, 전술한 바와 같이 종래기술에 따른 상부 유전체층(20)이 있는 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 기판 표면파 발생 등으로 인해 안테나의 이득이 현저히 저하되고, 고이득을 얻기 위해서는 높은 유전율과 적절한 두께를 가진 기판이 반드시 필요하고, 또한 안테나 이득이 증가할수록 주파수 대역폭이 좁아지는 문제점이 있었다. However, as described above, the linearly polarized microstrip patch array antenna having the upper dielectric layer 20 according to the prior art significantly reduces the gain of the antenna due to substrate surface wave generation and the like, and has a high dielectric constant and an appropriate thickness in order to obtain high gain. Excitation is necessary and there is a problem that the frequency bandwidth is narrowed as the antenna gain is increased.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 상부에 금속스트립을 갖는 유전체층을 위치시켜 제작이 용이하면서도 주파수 대역 특성이 좋은 고이득 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, to provide a high-gain microstrip patch array antenna having a good frequency band characteristics by placing a dielectric layer having a metal strip on top of the microstrip patch array antenna. There is this.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 있어서, 하면에 접지도체를 위치시키고, 상면에 급전선과 이와 전기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제1 방사패치가 형성된 제1 하부 유전체층; 상기 제1 하부 유전체층의 상부에 위치하고, 주파수 대역폭 증가(광대역)를 위해 일면에 상기 제1 방사패치와 전자기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제2 방사패치가 형성된 제2 하부 유전체층; 및 상기 제2 하부 유전체층의 상부에 이격되어 위치하고, 일면에 '기판표면파의 전파방향을 조정하여 안테나 이득을 높이기 위한 금속스트립'을 갖는 상부 유전체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object, in the linearly polarized microstrip patch array antenna, the ground conductor is located on the lower surface, the first lower surface is formed on the upper surface and the first radiation patch is electrically coupled to the feed line and radiates energy Dielectric layers; A second lower dielectric layer disposed above the first lower dielectric layer and having a second radiation patch electromagnetically coupled to the first radiation patch to radiate energy on one surface thereof to increase a frequency bandwidth (broadband); And an upper dielectric layer spaced apart from the upper portion of the second lower dielectric layer and having a metal strip on one surface of which adjusts the propagation direction of the substrate surface wave to increase the antenna gain.
본 발명은 기판 표면파 발생 등으로 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 이득이 저하되는 것을 금속스트립을 가진 상부 유전체층을 이용하여 개선하고자 한다. 이 상부 유전체층은 단순히 금속스트립을 지지하기 위해 사용되므로 구입 가능한 기판을 사용하면 되고, 금속스트립의 길이, 폭, 하부의 방사패치와의 거리를 조정하여 안테나 이득을 높인다. 또한, 금속스트립을 가진 상부 유전체층은 하부의 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 주파수 특성에 거의 영향을 미치지 아니한다. The present invention aims to improve the reduction of the gain of the microstrip patch array antenna due to substrate surface wave generation using an upper dielectric layer having a metal strip. Since the upper dielectric layer is simply used to support the metal strip, a commercially available substrate can be used, and the antenna gain is increased by adjusting the length, width, and distance of the lower radiation patch from the metal strip. In addition, the upper dielectric layer with the metal strip hardly affects the frequency characteristics of the lower microstrip patch array antenna.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 유전체층의 금속스트립을 이용한 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 사시도와 단면도이다.3 and 4 are a perspective view and a cross-sectional view of a high gain linearly polarized microstrip patch array antenna using a metal strip of an upper dielectric layer in accordance with one embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 유전체층의 금속스트립을 이용한 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나는, 하면에 접지도체(31)를 위치시키고, 상면에 급전선(32)과 이와 전기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제1 방사패치(33)가 형성된 하부 제1 유전체층(30)과, 하부 제1 유전체층(30)의 상부에 위치하고, 주파수 대역폭 증가(광대역)를 위해 일면에 제1 방사패치(33)와 전자기적으로 결합되어 에너지를 방사하는 제2 방사패치(41)가 형성된 하부 제2 유전체층(40)과, 하부 제2 유전체층(40)의 상부에 이격되어 위치하고, 일면에 안테나 이득을 높이기 위한 금속스트립(51)을 갖는 상부 유전체층(제3 유전체층)(50)을 포함한다. 3 and 4, in the high gain linearly polarized microstrip patch array antenna using the metal strip of the upper dielectric layer according to the present invention, the ground conductor 31 is disposed on the lower surface, and the feed line 32 is disposed on the upper surface. And a lower first dielectric layer 30 having a first radiation patch 33 electrically coupled thereto to form energy, and located above the lower first dielectric layer 30, and on one surface for increasing frequency bandwidth (broadband). A lower second dielectric layer 40 having a second radiation patch 41 electromagnetically coupled with the first radiation patch 33 to form energy, and spaced apart from the upper portion of the lower second dielectric layer 40 An upper dielectric layer (third dielectric layer) 50 having a metal strip 51 for increasing the antenna gain.
본 발명에서는 제1 및 제2 방사패치(33,41)가 위치하는 제1 및 제2 유전체층(30,40) 상부에 안테나 이득을 높이기 위한 금속스트립(51)을 가진 제3 유전체층(50)을 위치시킨다. 그리고, 광대역 특성을 확보하기 위하여 급전선(32)과 제1 방사패치(33)가 있는 제1 유전체층(30) 바로 위에 제2 유전체층(40)을 형성한다. 이 제2 유전체층(40)에는 광대역 특성을 얻기 위한 제2 방사패치(41)가 있다. According to the present invention, a third dielectric layer 50 having a metal strip 51 for increasing antenna gain is formed on the first and second dielectric layers 30 and 40 where the first and second radiation patches 33 and 41 are positioned. Position it. In order to secure broadband characteristics, the second dielectric layer 40 is formed directly on the first dielectric layer 30 having the feed line 32 and the first radiation patch 33. The second dielectric layer 40 has a second radiation patch 41 for obtaining broadband characteristics.
즉, 본 발명의 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 하부 제1 유전체층(30)의 하면에 접지도체(31)가 형성되어 있고, 하부 제1 유전체층(30)의 상면에는 마이크로스트립 라인으로 이루어진 급전선(32)과 제1 방사패치(33)가 형성되어 있다. 이 급전선(32)과 제1 방사패치(33)는 전기적으로 직접 연결되어 있다. 그리고, 급전선(32)과 제1 방사패치(33)에 밀착되어 있는 새로운 유전체층(하부 제2 유전체층)(40)이 존재한다. 이 하부 제2 유전체층(40)의 상면에는 금속으로 이루어진 제2 방사패치(41)가 주파수 대역폭 증가를 위해 형성되어 있다. 이 두 하부 유전체층(30,40)이 기본적으로 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 형성한다. 그리고, 마이크로스트립 패치 배열 안테나 상단에는 안테나 이득 증가를 위해 새로운 상부 유전체층(제3 유전체층)(50)이 공기층이나 폼층을 사이에 두고 존재한다. 이 제3 유전체층(50)에는 에칭과 같은 공정으로 형성된 금속스트립(51)이 존재한다. 이 금속스트립(51)의 길이(52), 폭(53), 제1 및 제2 방사패치(33,41)와의 거리를 조정하여 안테나 이득을 높인다. 또한, 안테나의 주파수 대역폭을 넓히기 위하여 안테나 이득을 다소 저하시킬 수도 있다. That is, in the high gain linearly polarized microstrip patch array antenna of the present invention, a ground conductor 31 is formed on a lower surface of the lower first dielectric layer 30, and a microstrip line is formed on the upper surface of the lower first dielectric layer 30. The feed line 32 and the first radiation patch 33 are formed. The feed line 32 and the first radiation patch 33 are electrically connected directly. Then, there is a new dielectric layer (lower second dielectric layer) 40 in close contact with the feed line 32 and the first radiation patch 33. On the upper surface of the lower second dielectric layer 40, a second radiation patch 41 made of metal is formed to increase the frequency bandwidth. These two lower dielectric layers 30 and 40 form a linearly polarized microstrip patch array antenna. In addition, a new upper dielectric layer (third dielectric layer) 50 is disposed on the top of the microstrip patch array antenna with an air layer or a foam layer interposed therebetween to increase antenna gain. The third dielectric layer 50 has a metal strip 51 formed by a process such as etching. The antenna gain is increased by adjusting the length 52 of the metal strip 51, the width 53, and the distance from the first and second radiation patches 33 and 41. In addition, the antenna gain may be somewhat lowered to increase the frequency bandwidth of the antenna.
여기서, 상기 공기층 혹은 폼층은 제3 유전체층(50)이 제2 방사패치(41)의 근거리장에 영향을 주지 않을 만큼 충분한 두께로 존재하여야 한다. 따라서, 공기층 혹은 폼층은 약 의 두께를 가져야 한다. 여기서, 는 공기중의 파장이다.In this case, the air layer or the foam layer should be thick enough so that the third dielectric layer 50 does not affect the near field of the second radiation patch 41. Thus, the air or foam layer is about It should have a thickness of. here, Is the wavelength in air.
공기층이 약 정도의 두께로 존재하면, 제3 유전체층(50)과 제1 및 제2 유전체층(30,40) 사이에서 공진을 일으켜 안테나 이득을 약간 증가시킨다. 또한, 제3 유전체층(50)의 유전율과 두께를 증가시키면 안테나 이득도 비례하여 커진다. 그러나, 본 발명에서 제3 유전체층(50)은 금속스트립(51)을 지지하기 위하여 사용될 뿐이므로 구입 가능한 유전체 기판을 사용하면 된다. 즉, 상부 유전체층(50)으로 얇은 저유전율 기판을 사용하여도 무방하다.Air layer is about When present in a thickness, the antenna gain is slightly increased by causing resonance between the third dielectric layer 50 and the first and second dielectric layers 30 and 40. In addition, increasing the dielectric constant and thickness of the third dielectric layer 50 also increases the antenna gain in proportion. However, in the present invention, since the third dielectric layer 50 is only used to support the metal strip 51, a commercially available dielectric substrate may be used. That is, a thin low dielectric constant substrate may be used as the upper dielectric layer 50.
안테나 이득을 높이는 부분인 제3 유전체층(50) 윗면에 형성되어 있는 금속스트립(51)의 크기는 기판 표면파의 파장 와 관계가 있다. 기판 표면파는 마이크로스트립의 불연속 구조로 인해 제1 및 제2 유전체층(30,40)에서 발생할 수 있다. 제3 유전체층(50) 윗면에 위치한 금속스트립(51)의 크기는 대략 길이(52)가 , 폭(53)이 정도이다. 길이(52)가 약 이므로 해당하는 기판 표면파에 대해 마이크로스트립 패치와 동일한 방식으로 공진하여 전자기파를 복사한다.The size of the metal strip 51 formed on the upper surface of the third dielectric layer 50, which is an antenna gain increasing portion, is the wavelength of the surface wave of the substrate. Has a relationship with Substrate surface waves may occur in the first and second dielectric layers 30 and 40 due to the discontinuous structure of the microstrip. The size of the metal strip 51 located on the upper surface of the third dielectric layer 50 is approximately 52 , Width (53) It is enough. Length (52) is approximately Therefore, the electromagnetic wave is radiated by resonating with respect to the corresponding surface wave of the substrate in the same manner as the microstrip patch.
또한, 폭(53)이 보다 커지게 되면 교차 편파가 발생하여 방사 패턴이 나빠져 오히려 안테나 이득을 저하시킨다. 따라서, 제3 유전체층(50)에 위치한 금속스트립(51)의 위치는, 제1 및 제2 유전체층(30,40)에 위치한 제1 및 제2 방사패치(33,41)의 모서리를 제3 유전체층(50)에 투영시킨 위치(54)로부터 제3 유전체층(50)에 형성된 금속스트립(51)의 최외곽변(55)까지의 거리가 약 만큼 이격되도록 한다. 이는 발생한 기판 표면파가 금속스트립(51)에 반사되어 기판 표면파의 발생을 억제하기 위한 조건이다. 한편, 이는 금속스트립(51)에서 복사되는 전자기파와 직접파인 방사패치(33,41)에서 복사되는 전자기파를 동위상으로 맞추기 위한 조건이다.In addition, the width 53 If it becomes larger, cross polarization will occur and the radiation pattern will worsen, which will lower the antenna gain. Accordingly, the position of the metal strips 51 positioned on the third dielectric layer 50 may include the edges of the first and second radiation patches 33 and 41 positioned on the first and second dielectric layers 30 and 40. The distance from the position 54 projected to 50 to the outermost side 55 of the metal strip 51 formed in the third dielectric layer 50 is about Spaced apart. This is a condition for suppressing generation of the substrate surface wave by reflecting the generated substrate surface wave on the metal strip 51. On the other hand, this is a condition for matching the electromagnetic waves radiated from the metal strip 51 and the electromagnetic waves radiated from the radiation patches 33 and 41 which are direct waves in phase.
이러한 방법으로 기판 표면파의 전파방향을 조정하여 안테나 이득을 높이게 되면, 제1 및 제2 방사패치(33,41)의 주파수 대역폭 특성이 약간 달라질 수 있으므로, 필요한 조건에 따라 금속스트립(51)의 크기와 상대 거리는 조정될 수 있다.In this way, if the antenna gain is increased by adjusting the propagation direction of the surface wave of the substrate, the frequency bandwidth characteristics of the first and second radiation patches 33 and 41 may be slightly different. And relative distance can be adjusted.
상기 제3 유전체층(50)에 형성된 금속스트립(51)의 구조를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. Looking at the structure of the metal strip 51 formed on the third dielectric layer 50 in more detail as follows.
도 5에 도시된 바와 같이 제3 유전체층(50) 위에 존재하는 금속스트립(51)을 직사각형 형태로 만들 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 주파수 대역폭 특성을 향상하기 위해 금속스트립(51)의 길이 방향 끝부분을 비스듬히 잘라 사다리꼴 모양으로 만들 수도 있다. 또한, 광대역 특성을 얻기 위하여 제1 방사패치(33)와 제2 방사패치(41)의 중심은 일치시키고, 각각의 크기는 다르게 잡는 것이 바람직하다. 다만, 제1 방사패치(33)와 제2 방사패치(41)의 크기의 차이가 현저하여야 하는 것은 아니다. 한편, 방사패치(33,41)의 크기를 줄이기 위하여 제1 및 제2 유전체층(30,40)을 고유전율 기판으로 사용할 수 있다.As shown in FIG. 5, the metal strip 51 existing on the third dielectric layer 50 may be formed in a rectangular shape, and as shown in FIG. 6, the length of the metal strip 51 may be improved to improve frequency bandwidth characteristics. You can also cut the end of the direction obliquely to form a trapezoid. In addition, in order to obtain broadband characteristics, it is preferable that the centers of the first radiation patch 33 and the second radiation patch 41 coincide with each other, and the size of each of them is different. However, the difference between the sizes of the first radiation patch 33 and the second radiation patch 41 does not have to be remarkable. Meanwhile, in order to reduce the size of the radiation patches 33 and 41, the first and second dielectric layers 30 and 40 may be used as high dielectric constant substrates.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 안테나와 종래기술에 따른 안테나의 단일 패치 구조에서 반사전력과 안테나 이득 특성을 각각 비교한 특성도이다. 7 and 8 are characteristic diagrams comparing reflected power and antenna gain characteristics in a single patch structure of an antenna according to an embodiment of the present invention and an antenna according to the prior art, respectively.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고이득 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 금속스트립(51)이 존재하더라도 반사계수는 거의 -10dB 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 금속스트립(51)이 존재하더라도 반사손실은 거의 변함이 없음을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, it can be seen that the high gain microstrip patch array antenna according to the present invention has a reflection coefficient of approximately -10 dB or less even though the metal strip 51 is present. That is, even if the metal strip 51 is present, it can be seen that the reflection loss hardly changes.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나의 이득은 방사패치만 존재하는 안테나 혹은 상부 유전체층만 존재하는 안테나에 비해 안테나 이득이 월등히 높은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 안테나는 단일 패치인 경우 종래기술에 따른 안테나 보다 안테나 이득이 약 5dBi ~ 6dBi 향상되었다. As shown in Figure 8, the gain of the antenna according to the present invention can be seen that the antenna gain is significantly higher than the antenna having only the radiation patch or the antenna having only the upper dielectric layer. That is, the antenna according to the present invention has an antenna gain of about 5 dBi to 6 dBi than the antenna according to the prior art in the case of a single patch.
본 발명은 배열 형태로 구성하여 마이크로스트립 배열 안테나에도 사용될 수 있다. 기판 표면파가 발생하면 배열 안테나 설계가 까다로워지나 상부 유전체층(50)에 금속스트립(51)이 있는 구조를 사용하면 기판 표면파의 진행 방향을 조정할 수 있으므로 일반적인 마이크로스트립 패치 배열 안테나 기법으로 설계할 수 있다.The present invention can also be used in microstrip array antennas in an array configuration. When the surface wave of the substrate is generated, the design of the array antenna becomes difficult, but when the structure having the metal strip 51 in the upper dielectric layer 50 is used, the direction of propagation of the surface wave of the substrate may be adjusted, and thus, it may be designed using a general microstrip patch array antenna technique.
본 발명에 따라 구성된 4x4 배열 안테나는 -10dB 반사손실 대역폭 특성이 약 4GHz (중심주파수 42GHz)이고, 42GHz에서 전계면에서의 부엽레벨은 -20dB 이하, 자계면에서의 부엽레벨은 -40dB 이하이다. 전방으로의 교차편파 레벨은 -20dB 이하이다. 그리고, 본 발명에 따른 4x4 배열 안테나의 이득은 약 19dBi로, 종래기술에 의한 구조 보다 약 5 dBi 높다.The 4x4 array antenna constructed according to the present invention has a -10dB return loss bandwidth characteristic of about 4 GHz (center frequency 42 GHz), and at 42 GHz, the side lobe level in the field is -20 dB or less and the side lobe level in the magnetic interface is -40 dB or less. The forward polarization level is below -20 dB. In addition, the gain of the 4x4 array antenna according to the present invention is about 19 dBi, which is about 5 dBi higher than that of the conventional structure.
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.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기한 바와 같은 본 발명은, 기판 표면파 발생 등으로 인해 안테나 이득이 낮아진 경우, 방사패치의 주파수 대역폭 특성에 변화를 주지 않고 안테나 이득을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of increasing the antenna gain without changing the frequency bandwidth characteristics of the radiation patch when the antenna gain is lowered due to substrate surface wave generation or the like.
또한, 본 발명은 마이크로스트립 배열 안테나에도 사용될 수 있고, 일반적인 마이크로스트립 패치 배열 안테나 기법으로 설계할 수 있으며, 동일한 이득을 가진다고 하면 종래기술에 따른 위성 통신 및 위성 방송에 사용되는 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 비해 크기를 줄일 수 있어, 고이득이면서 안테나 크기에 제한이 있는 응용에 사용될 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can also be used in a microstrip array antenna, can be designed by a general microstrip patch array antenna technique, and having the same gain to the microstrip patch array antenna used for satellite communication and satellite broadcasting according to the prior art The size can be reduced, so that it can be used in applications with high gain and limited antenna size.
도 1 은 종래기술에 따른 상부 유전체층이 있는 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 사시도.1 is a perspective view of a linearly polarized microstrip patch array antenna with a top dielectric layer according to the prior art;
도 2 는 종래기술에 따른 상부 유전체층이 있는 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 단면도.2 is a cross-sectional view of a linearly polarized microstrip patch array antenna with a top dielectric layer according to the prior art.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 상부 유전체층의 금속스트립을 이용한 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 사시도.3 is a perspective view of a high gain linearly polarized microstrip patch array antenna using a metal strip of an upper dielectric layer in accordance with one embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 유전체층의 금속스트립을 이용한 고이득 선형편파 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 단면도.4 is a cross-sectional view of a high gain linearly polarized microstrip patch array antenna using a metal strip of an upper dielectric layer in accordance with one embodiment of the present invention.
도 5 는 본 발명에 따른 제3 유전체층에 형성된 금속스트립의 일실시예 구조도.5 is a structural diagram of an embodiment of a metal strip formed on a third dielectric layer according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 따른 제3 유전체층에 형성된 금속스트립의 다른 실시예 구조도.6 is a structural diagram of another embodiment of a metal strip formed on the third dielectric layer according to the present invention;
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 안테나와 종래기술에 따른 안테나의 반사계수를 비교한 설명도.Figure 7 is an explanatory diagram comparing the reflection coefficient of the antenna according to the embodiment of the present invention and the antenna according to the prior art.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 안테나와 종래기술에 따른 안테나의 이득 특성을 비교한 설명도.8 is an explanatory diagram comparing the gain characteristics of the antenna according to the embodiment of the present invention and the antenna according to the prior art.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10,20,30,40,50 : 유전체층 11,31 : 접지도체10,20,30,40,50: Dielectric layer 11,31: Grounding conductor
12,32 : 급전선 13,33,41 : 방사패치12,32 Feeder 13,33,41 Radiation Patch
51 : 금속스트립51: metal strip
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