KR100562787B1

KR100562787B1 - 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나

Info

Publication number: KR100562787B1
Application number: KR1020030077981A
Authority: KR
Inventors: 우종명
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2006-03-27
Also published as: KR20050043178A

Abstract

동일 공진주파수에서 소형화가 가능하도록, 소정의 형상으로 형성되는 접지판과, 접지판과 소정의 간격을 두고 설치되고 하나이상의 모서리 일부를 소정의 형상으로 잘라내어 하나이상의 슬릿을 형성하는 패치와, 접지판과 패치 사이에 설치되는 유전체층을 포함하는 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다.

슬릿은 사각형상, 삼각형상, 전구형상, "T"형상, 별형상, 십자형상 등 다양한 형상으로 패치의 모서리 일부를 잘라내어 형성하고, 패치에는 모서리를 계단형상으로 접지판쪽을 향하여 접어내려 굴곡부를 형성한다.

마이크로스트립 패치 안테나, 슬릿, 계단형상, 소형화, 휴대폰, 빔폭, 이득, 중심주파수

Description

슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나 {Miniaturized Microstrip Patch Antenna with Slit Structure}

도 1은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 나타내는 분해사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 나타내는 평면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예를 나타내는 평면도이다.

도 5는 90mm×84mm 평면 패치를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 6은 도 5의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 7은 도 5의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 사각형상 슬릿의 폭(W)과 깊이(D)를 변경시키는 상태를 설명하기 위한 평면도이다.

도 9는 도 8의 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 사각형상 슬릿의 폭(W)과 깊이(D)를 변경시킴에 따른 공진주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 10은 40mm×84mm 평면 패치를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 11은 도 10의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 12는 도 10의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 그래프이다.

도 13은 폭(W) 30mm× 깊이(D) 24mm 의 직사각형 슬릿을 형성한 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 14는 도 13의 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 15는 도 13의 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 그래프이다.

도 16은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 삼각형 슬릿을 형성하는 상태를 나타내는 패치의 평면도이다.

도 17은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나 에 있어서 전구형 슬릿을 형성하는 상태를 나타내는 패치의 평면도이다.

도 18은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예에 있어서 "T"형 슬릿의 규격을 설정한 상태를 설명하는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 19는 도 18에 나타낸 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 20은 도 18에 나타낸 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 사용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 그래프이다.

도 21은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예에 있어서 "T"형 슬릿의 규격을 설정한 상태를 설명하는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 22는 도 21에 나타낸 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 23은 82mm×86.5mm의 평면 패치를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 24는 도 23의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 25는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예를 나타내는 사시도이다.

도 26은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나 의 제3실시예를 나타내는 단면도이다.

도 27은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제4실시예를 나타내는 사시도이다.

도 28은 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제5실시예를 나타내는 사시도이다.

도 29는 양쪽 모서리를 계단형상으로 접어내려 굴곡부를 형성한 패치를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 30은 도 29의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 31은 네모서리를 계단형상으로 접어내려 굴곡부를 형성한 패치를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

도 32는 도 31의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

도 33은 도 31의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 그래프이다.

도 34는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제6실시예를 나타내는 사시도이다.

도 35는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나 의 제6실시예를 사용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 형상의 슬릿을 형성하는 것에 의하여 소형화가 가능한 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술이 발달함에 따라 휴대폰, PDA, GPS 시스템 등과 같은 정보통신단말기의 보편화, 대중화가 이루어지고 있다. 이들 정보통신단말기에는 소형이며 경량인 안테나가 필수적으로 요구되고, 평면형으로 얇게 제조하는 것이 가능하며 대량생산이 가능한 마이크로스트립 패치 안테나가 주로 사용된다.

종래의 마이크로스트립 패치 안테나는 소정의 두께로 형성되는 유전체층을 사이에 두고, 한쪽(위쪽)에는 안테나의 역할을 하는 평면형상의 패치(patch)가 설치되고, 반대쪽(아래쪽)에는 접지판이 설치되는 구성으로 이루어진다.

일반적으로 마이크로스트립 패치 안테나의 크기는 설계 주파수의 파장에 비례하며, 동일한 주파수에 대하여 크기를 줄여 소형화하기 위해서는 유전체층을 형성하는 유전체를 비유전율이 높은 재질로 사용하여야 한다. 그러나 비유전율이 높은 유전체를 사용하게 되면 안테나의 방사특성이 저하되어 결과적으로 이득이 저하되므로 한계가 있다. 그리고 유전체에 있어서 비유전율이 높아지면, 유전체 손실의 증대 및 상대적으로 제조원가가 상승함은 물론 생산수율이 급격하게 저하되므 로, 비유전율이 높은 유전체를 사용하여 안테나의 크기를 단축하는 데에도 한계가 있다.

본 발명자는 마이크로스트립 패치 안테나의 소형화를 위하여 다양하게 패치의 형상을 변형시키면서 각 안테나의 특성을 측정하던 중에, 패치의 비방사슬롯상에 사각형의 슬릿을 형성하는 경우에 동일 면적의 패치에서 공진주파수가 낮아짐을 발견하고, 이에 대한 연구를 진행하여 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 이러한 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 슬릿 및/또는 계단형상의 굴곡부를 형성하는 것에 의하여 공진주파수를 낮추므로 소형화가 가능한 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 제안하는 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나는 소정의 형상으로 형성되는 접지판과, 상기 접지판과 소정의 간격을 두고 설치되고 하나이상의 모서리 일부를 소정의 형상으로 잘라내어 하나이상의 슬릿을 형성하는 패치와, 상기 접지판과 패치 사이에 설치되는 유전체층을 포함하여 이루어진다.

상기 슬릿은 사각형상, 삼각형상, 전구형상, "T"형상, 별형상, 십자형상 등 다양한 형상으로 패치의 모서리 일부를 잘라내어 형성한다.

상기 슬릿은 패치의 비방사슬롯상의 모서리에 형성한다.

상기 패치는 방사슬롯상의 모서리 또는 전체 모서리를 계단형상으로 접지판쪽을 향하여 접어내리는 것도 가능하다.

다음으로 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예는 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 소정의 형상으로 형성되는 접지판(10)과, 상기 접지판(10)과 소정의 간격을 두고 설치되고 하나이상의 모서리 일부를 소정의 형상으로 잘라내어 하나이상의 슬릿(22)을 형성하는 패치(20)와, 상기 접지판(10)과 패치(20) 사이에 설치되는 유전체층(30)을 포함하여 이루어진다.

상기 패치(20)에는 상기 접지판(10)에 설치되는 급전부재(40)와 연결되는 급전선(42)이 연결된다.

상기 접지판(10)에는 상기 급전선(42)이 접지판(10)과 전기적으로 단락되지 않는 상태로 급전부재(40)와 연결되도록 급전선(42)이 관통하여 설치되는 급전구멍(14)을 형성한다.

상기 급전부재(40)는 상기 접지판(10)과 전기적으로 단락되지 않도록 상기 접지판(10)과의 사이에 절연부재(도면에 나타내지 않음)를 설치한다.

상기 급전부재(40) 및 급전선(42)은 실제 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서는 인쇄되어 형성되는 도전선로 등으로 이루어진다. 상기 급전부재(40) 및 급전선(42)은 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 패치(20)와 접지판(10)은 전기전도도가 우수한 금속박판을 이용하여 형성한다. 예를 들면 상기 패치(20)와 접지판(10)은 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등의 금속박판을 사용하는 것도 가능하고, 전기전도도가 우수하고 성형성과 가공성이 좋은 은(Ag), 금(Au) 등의 금속박판을 사용하는 것도 가능하다.

상기 유전체층(30)을 구성하는 유전체로는 공기층을 이용하는 것도 가능하며, 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시, 합성수지 등과 같은 다양한 재질의 유전체를 적용하는 것이 가능하다.

상기에서 유전체층(30)으로 공기층을 이용하는 경우에는 패치(20)와 접지판(10)의 간격을 유지하며 패치(20)를 지지하기 위하여 간격유지부재(32)를 접지판(10)에 설치한다.

상기 간격유지부재(32)는 패치(20)를 안정적으로 지지하면서 유전율에 영향을 미치지 않도록 패치(20)의 모서리부분 및/또는 중앙부분에 소정의 패턴으로 배치하여 설치하는 것이 바람직하다. 또 상기 간격유지부재(32)는 유전체층(30)의 유전율에 영향을 미치지 않도록 합성수지나 목재 등의 유전율이 낮은 비금속성 재료나 비전도성 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 슬릿(22)은 "T"형상으로 패치(20)의 비방사슬롯상의 모서리 일부를 잘라내어 형성한다. 즉 직선편파를 얻기 위한 경우에는 상기 슬릿(22)을 패치(20)의 비방사슬롯 양쪽에 대칭형상으로 형성한다.

그리고 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 슬릿(22)을 네모서리에 서로 마주보는 변끼리 대칭형상을 이루도록 형성한다.

상기와 같이 슬릿(22)을 네모서리에 서로 마주보는 변끼리 대칭형상을 이루 도록 형성하면, 패치(20)의 가로 및 세로 길이를 모두 축소시키는 것이 가능하므로 보다 소형화가 가능하다.

또 상기와 같이 구성하는 경우에는 상기 패치(20)의 가로 및 세로의 길이를 서로 다르게 구성하거나 위상차를 갖도록 급전하는 등의 방법으로 원편파를 구현하는 것도 가능하다.

상기에서는 패치(20)의 형상을 사각형상으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 원, 삼각형, 오각형 등의 다양한 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

다음으로 상기 슬릿(22)이 안테나의 공진주파수에 미치는 영향에 대하여 설명한다.

먼저 비교를 위하여 도 5에 나타낸 바와 같이, 300mm×300mm의 사각형상인 접지판(2)의 중앙부에 3mm의 간격을 두고 90mm×84mm의 사각형상인 패치(4)를 설치하고, 패치(4)의 90mm인 양쪽 모서리가 방사슬롯이 되고 84mm인 양쪽 모서리가 비방사슬롯이 되도록 급전점을 형성한 일반적인 평면형 패치(4)를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하고, 반사손실 및 방사패턴을 측정하여 도 6 및 도 7에 나타낸다.

도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 반사손실은 -28.3dB, -10dB 대역폭은 41MHz(2.6%)로 측정되었으며, 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이 이득은 7.7dBd, -3dB 빔폭은 H-평면 67.7°, E-평면 69.1°로 측정되었다.

그리고 도 8에 나타낸 바와 같이, 300mm×300mm의 사각형상인 접지판(10)의 중앙부에 3mm의 간격을 두고 90mm×84mm의 사각형상인 패치(20)를 설치하고, 상기 패치(20)의 비방사슬롯이 되는 82mm 양쪽 모서리에 폭(W)과 깊이(D)를 서로 다르게 설정하여 사각형상 슬릿(22)을 형성한 다음 공진주파수를 측정하여 그 결과를 도 9에 나타낸다.

상기에서 슬릿(22)의 깊이(D)는 20mm와 30mm로 각각 설정하고, 각 깊이(D)에 대하여 슬릿(22)의 폭(W)을 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm로 다르게 설정하였다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 슬릿(22)의 폭(W)이 증가하면서 공진주파수는 저하되는 추세를 보이다가 슬릿(22)의 폭(W)이 패치(20) 공진길이의 50%인 40mm 부근을 경계로 포화되어 소폭 상승하는 경향을 보였다. 그리고 슬릿(22)의 깊이(D)가 20mm인 경우보다 30mm인 경우가 공진주파수가 대략 300MHz 정도 수직 하강하는 경향을 보였다. 이들로부터 슬릿(22)의 폭(W)보다는 깊이(D)가 공진주파수의 변화에 더 크게 작용하는 것을 알 수 있다.

또 상기와 같이 공진주파수의 변화에 더 크게 작용하는 슬릿(22)의 깊이(D) 자체만의 영향에 의한 공진주파수의 변화를 확인하기 위하여 도 10에 나타낸 바와 같이, 방사슬롯의 폭을 90mm에서 40mm로 감소(44.4% 감소)시킨 40mm×84mm의 슬릿이 없는 사각형상인 패치(8)를 적용한 안테나의 반사손실 및 방사패턴을 측정하여 도 11 및 도 12에 나타낸다.

상기와 같이 패치(8)의 폭만을 줄인 경우에는 도 11에 나타낸 바와 같이, 공진주파수는 일반적인 패치(4)를 적용한 도 6과 같이 1.575GHz에서 나타났다. 따라 서 비방사슬롯상의 슬릿(22)에 의한 공진주파수의 저하효과는 슬릿(22)의 폭(W)과 깊이(D)를 모두 고려하여야 하며, 패치(20)의 폭 또는 길이만을 축소시키는 것은 공진주파수의 저하에 효과가 없음을 확인할 수 있다. 그리고 -10dB 대역폭의 경우 29MHz(1.84%)로 일반적인 패치(4)를 적용하여 측정한 도 6의 41MHz(2.6%)에 비하여 12MHz 감소하였는 데, 이는 패치(8)의 면적이 감소함에 따른 패치(8) 밑면의 전류분포의 경로가 상대적으로 감소한 결과이다.

또 도 12에 나타낸 바와 같이, 도 9의 패치(8)를 사용한 경우에는 이득이 6.7dBd로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 7의 7.7dBd에 비하여 1.0dB 감소하였고, -3dB 빔폭의 경우 E-평면은 62°로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 7에 비하여 5.7° 감소하였고, H-평면은 84°로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 7에 비하여 14.9° 증가하였지만, 대체적으로는 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 공진모드를 유지함을 확인하였다.

그리고 도 13에 나타낸 바와 같이, 비방사슬롯의 길이(공진길이)를 84mm에서 50mm로 축소(40.5% 축소)하고 폭(W) 30mm, 깊이(D) 24mm의 슬릿(22)을 비방사슬롯의 중앙부에 1개씩 형성한 패치(20)를 사용한 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 제작하여 반사손실과 방사패턴을 측정하고 이를 도 14 및 도 15에 나타낸다.

도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, -10dB 대역폭의 경우 13MHz(2%)로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 6의 41MHz에 비하여 28MHz 감소하였는 데, 이는 패치(20) 밑면의 전류분포의 경로가 보다 축소됨에 따른 것이다. 그리고 도 15로 부터 알 수 있는 바와 같이, 이득은 6.1dBd로 일반적인 패치(2)를 적용한 도 7의 7.7dBd에 비하여 1.6dB 감소하였으며, -3dB 빔폭의 경우 E-평면은 66.3°로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 7에 비하여 1.4° 감소하였고, H-평면은 86.4°로 일반적인 패치(4)를 적용한 도 7에 비하여 17.3°증가하였다.

상기 슬릿(22)의 형상은 도 13에 나타낸 바와 같이 사각형상으로 형성하는 것도 가능하고, 도 2에 나타낸 바와 같이 "T"형상으로 형성하는 것도 가능하고, 도 16에 나타낸 바와 같이 삼각형상으로 형성하는 것도 가능하고, 도 17에 나타낸 바와 같이 전구형상으로 형성하는 것도 가능하다.

또 상기 슬릿(22)의 형상은 도면에 나타내지 않았지만, 역삼각형상이나 마름모형상, 별형상, 십자형상 등 다양한 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 슬릿(22)의 형상에 따른 공진주파수와 반사손실의 변화를 알기 위하여 동일한 위치에 동일한 갯수(예를 들면 한쪽 모서리에 3개씩 6개)의 슬릿(22)을 최대 깊이(D)가 동일하도록 형성한 패치(20)를 이용하여 공진주파수와 반사손실을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.

구분	공진주파수 (GHz)	-10dB 대역폭 (MHz)
삼각형 슬릿 (도 16)	1.345	21.4
직사각 슬릿 (도 13)	1.28	15.0
전구형 슬릿 (도 17)	1.26	15.6
"T"형 슬릿 (도 2)	1.20	12.6

상기한 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진주파수의 저하는 슬릿(22)을 "T"형상으로 형성하는 경우에 가장 크게 나타나고, 다양한 형상의 슬릿(22)에 대하 여 모두 공진주파수가 낮아졌다. 이는 상대적으로 전류분포가 큰 비방사슬롯상의 모서리부분에서 전류의 경로를 슬롯(22)이 없는 경우에 비하여 상대적으로 길게 하기 때문에 나타나는 현상이다.

그리고 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예에 있어서, 패치(20)의 크기 및 "T"형상 슬롯(22)을 도 18과 같이 형성하여 반사손실 및 방사패턴을 측정하여 도 19 및 도 20에 나타낸다.

도 18에 있어서 도 5와 비교하면 동일한 중심주파수(1.575GHz)에서 패치(20)의 길이가 84mm에서 48mm로 42.9% 축소되었다.

또 도 19 및 도 20으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 6 및 도 7과 비교하면 패치(20)의 크기축소로 인한 -10dB 대역폭의 감소가 나타나고, E-평면에서 -3dB 빔폭의 광각화가 나타나며, 이득의 감소가 나타난다.

그리고 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예에 있어서, 패치(20)의 크기 및 "T"형상 슬롯(22)을 도 21과 같이 형성하여 반사손실을 측정하여 도 22에 나타낸다. 또 비교를 위하여 도 23과 같이 86.5mm×82mm의 평면 패치(4)를 적용한 안테나의 반사손실을 측정하여 도 24에 나타낸다.

도 22 및 도 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 54.2%의 면적축소 효과가 있으면서 중심주파수 1.575GHz를 얻을 수 있었다.

그리고 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예는 도 25 및 도 26에 나타낸 바와 같이, 패치(20)의 슬릿(22)이 형성되지 않는 방사슬롯상의 양쪽 모서리를 계단형상으로 접지판(10)쪽을 향하여 접어내려 굴곡부(24)를 형성한다.

또 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제4실시예는 도 27에 나타낸 바와 같이, 패치(20)의 전체 모서리를 계단형상으로 접지판(10)쪽을 향하여 접어내려 굴곡부(24)를 형성한다.

상기에서 굴곡부(24)의 이웃하는 수평부가 만나는 구석부는 서로 연결되지 않도록 잘라낸다.

상기에서 직선편파를 얻기 위한 경우에는 슬릿(22)을 비방사슬롯상의 양쪽 모서리에만 형성(도면에 나타내지 않음)하는 것도 가능하며, 원편파를 얻기 위한 경우에는 모든 모서리에 슬릿(22)을 형성(도 27 참조)하여야 한다.

상기 슬릿(22)은 굴곡부(24)의 수평부에 형성하는 것이 제조상 용이하지만, 슬릿(22)의 형성은 도 28에 나타낸 바와 같이 굴곡부(24)를 지나 패치(20)의 상면에까지 확대하여 형성하는 것도 가능하다.

다음으로 굴곡부(24)를 형성함에 따른 안테나의 특성변화를 확인하기 위하여 도 29에 나타낸 바와 같이 패치(20)를 형성하여 반사손실을 측정하고, 그 결과를 도 30에 나타낸다. 도 29의 경우 패치(20)의 공진길이가 45mm로 단축되었으며, 중심주파수 1.575MHz에서 -10dB 대역폭이 85MHz(5.4%)로 측정되었다.

그리고 도 31에 나타낸 바와 같이 원편파를 얻을 수 있도록 패치(20)를 설치하여 반사손실 및 방사패턴을 측정하여 도 32 및 도 33에 나타낸다. 도 31의 경우 패치(20)의 평면적인 54.2mm×61.5mm로 크게 축소되었으며, 도 32에 나타낸 바와 같이 중심주파수 1.575GHz에서 반사손실은 -10.5dB 이었으며, 도 33에 나타낸 바와 같이 이득은 저하되고 -3dB 빔폭은 확대되는 결과를 얻었다. 이는 패치(20)의 면적이 축소됨에 의한 것이며, GPS 시스템 등에서는 상대적으로 이득에 비하여 -3dB 빔폭이 중요시되므로 크게 문제가 되지 않는다.

상기와 같이 굴곡부(24)만 형성하는 경우에도 패치(20)를 축소하는 것이 가능하므로, 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예 및 제4실시예와 마찬가지로 패치(20)에 슬릿(22)과 굴곡부(24)를 함께 형성하는 경우에는 패치(20)의 축소효과가 더 증가한다는 것을 알 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 제6실시예는 도 34에 나타낸 바와 같이, 상기 슬릿(22)을 2단이상으로 연이어서 형성한다.

상기와 같이 슬릿(22)을 2단이상으로 연이어서 다단으로 형성하는 경우에는 도 35에 나타낸 바와 같이 공진주파수가 여러 포인트에서 나타나고, 다중 대역에서 사용이 가능하다.

또 상기에서는 설명하지 않았지만 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서는 다양한 슬릿(22)의 형상을 조합하여 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면 삼각형상의 슬릿(22)과 "T"형상의 슬릿(22)을 함께 형성하는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니 고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나에 의하면, 슬릿 및/또는 계단형상의 굴곡부를 형성하는 것에 의하여 동일한 중심주파수(공진주파수)를 갖는 경우에는 패치의 면적을 40%이상 축소하는 것이 가능하므로 소형화 및 경량화가 가능하여 휴대폰이나 PDA, GPS 등의 정보통신기기에 적용하기가 매우 용이하다.

그리고 패치면적의 축소에 따라 발생하는 이득의 저하보다는 GPS 시스템에서 보다 중요하게 영향을 미치는 -3dB 빔폭의 확대가 보다 크게 작용하므로 소형화와 더불어 큰 이점이 있다.

Claims

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소정의 형상으로 형성되는 접지판과, 상기 접지판과 소정의 간격을 두고 설치되고 하나이상의 모서리 일부를 소정의 형상으로 잘라내어 하나이상의 슬릿을 형성하는 패치와, 상기 접지판과 패치 사이에 설치되는 유전체층을 포함하고,

상기 슬릿은 사각형상, 삼각형상, 전구형상, "T"형상, 역삼각형상, 마름모형상, 십자형상, 별형상 중에서 하나이상을 선택하여 단독 또는 조합하여 형성하고,

상기 패치의 모서리 하나이상을 계단형상으로 접지판쪽을 향하여 접어내려 계단형상의 굴곡부를 형성하는 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나.
소정의 형상으로 형성되는 접지판과, 상기 접지판과 소정의 간격을 두고 설치되고 하나이상의 모서리 일부를 소정의 형상으로 잘라내어 하나이상의 슬릿을 형성하는 패치와, 상기 접지판과 패치 사이에 설치되는 유전체층을 포함하고,

상기 슬릿은 사각형상, 삼각형상, 전구형상, "T"형상, 역삼각형상, 마름모형상, 십자형상, 별형상 중에서 하나이상을 선택하여 단독 또는 조합하여 형성하고,

상기 슬릿을 2단이상으로 연이어서 형성하는 슬릿구조를 갖는 소형 마이크로스트립 패치 안테나.