KR100573415B1 - 마이크로스트립 다이폴 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신이나 데이터통신에 사용되는 다이폴 안테나에 관한 것으로, 특히 마이크로스트립 기판 상에 안테나 소자를 배치 설계한 것이다. 필요에 따라 안테나 소자는 이격 또는 교차배열(어레이)될 수 있으며, 본 발명에 의한 안테나는 종래의 것에 비하여 향상된 전방향 이득 평탄도를 얻을 수 있어 안정된 송수신을 가능케하고, 제작이 간편하게 생산성이 향상되는 효과가 있다.

안테나, 다이폴, 마이크로스트립

Description

마이크로스트립 다이폴 안테나{Microstrip dipole antenna}

도 1은 종래의 다이폴 안테나의 방사 패턴도이다.
도 2는 본 발명에 따른 안테나의 소자배치에 관한 도면으로 (a)는 전면도, (b)는 후면도이다.

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도 3a는 도 2 안테나의 정재파비를 나타낸 그래프이다.
도 3b는 도 2 안테나의 방사 패턴도이다.

도 4는 도 2 안테나의 어레이에 관한 도면으로, (a)(b)는 공간 다이버시티를 위한 제1실시예의 전면도 및 후면도이고, (c)(d)는 편파 다이버시티를 위한 제2실시예의 전면도 및 후면도이다.

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* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102. 급전부, 104. 매칭부,

106. 제 1방사부, 108. 제 2방사부,

110. 그라운드부, 111.후면 방사부,

112. 튜닝부

본 발명은 이동통신(셀룰러, PCS, IMT-2000 등 ) 및 데이터 통신(ISM_band, WLAN 등)에 사용되는 다이폴 옴니(전방향 지향성) 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 기판상에 안테나 소자를 설계하여 송수신 특성이 향상되도록 한 마이크로스트립 다이폴 안테나에 관한 것이다.

통신용 옴니 안테나로서는 λ/4 수직접지 안테나, 헤리컬 안테나, 이득개선용 5λ/8 로드 안테나, 다이폴 안테나 및 상기한 안테나들을 응용 제작한 다이폴어레이 안테나, 슬리브어레이 안테나, 로드어레이 안테나 등이 있다.

통상의 개인 휴대통신 서비스나 무선통신에서 흔히 사용되는 케이블을 이용하는 전형적인 슬리브 타입의 λ/2 다이폴 안테나는 한단 λ/4는 관을 이용하여 그라운드와 쇼트시키고, 상판 λ/4 부위는 심선을 이용하여 제작된 다이폴 안테나를 개략적으로 예시하고 있다.

이러한 타입의 다이폴 안테나는 실제 제작 공정이 복잡하고, 조립 및 납땜 등의 과정에서 특성의 변형이 많이 발생한다. 특히 이러한 타입의 다이폴 안테나는 대역폭이 작을 뿐만 아니라(2~3%), 조립이나 납땜시 전기적 길이(λ/2)를 정확히 맞추지 못하는 경우가 많으며, 결과적으로 정재파비 및 패턴에 크게 영향을 미치게 된다.

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도 1은 실사용되는 상기 다이폴 안테나에서 측정된 정재파비 및 특성 패턴을 나타낸다. 도면에서와 같이, 상기 다이폴 안테나는 0~360°의 수평 전방향에서의 이득이 고르지 않고, 수신이득의 최고와 최저 레벨차가 약 6dB 정도로 측정된다. 이러한 레벨차는 전방향에서의 안정된 송수신을 위하여 요구되는 옴니 안테나의 특성기준(이동통신 데이터 통신 사업자 규격서)인 3dB를 만족시키지 못하는 것이다. 또한 도(a)에 도시된 바와같이 그 이득이 약 1.88dBi 정도로 낮아 안정되게 주파수를 수신할 수 없다.

이에 본 발명은 전방향에서의 이득 평탄도를 향상시켜 안정된 송수신이 가능하며, 한편으로는 제작이 간편하여 생산성이 우수한 안테나를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명에서는, 케이블을 이용한 종래의다이폴 안테나와는 달리, 마이크로스트립 기판상에 다이폴 안테나 소자들을 설계하여 향상된 옴니 특성을 얻고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정 폭을 가지는 마이크로스트립 기판상에 급전부 및 매칭부, 약 λ/4 파장을 가지는 제 1 방사부 및 제 2방사부, 튜닝부를 설계하고, 일정 고유파장보다 파장길이가 긴 파장으로 공진시켜 일정 크기의 주파수를 가진 정재파에 의해 전자파를 방사하도록 하는데 특징이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래 설명될 도면 중 도 2b, 도 4b, 도 4c의 일점쇄선의 타원 내 도면은 도면의 부호를 명확하게 표시하기 위한 일부확대도이다.
도 2(a)(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대역폭을 개선한 마이크로스트립 다이폴 안테나의 소자배치를 나타내고 있는 도면이다.
도시된 바와같이, 본 발명에 따른 마이크로스트립 다이폴 안테나(100)는 마이크로스트립 기판(101)상에 각각의 안테나 소자들을 설계한다.

마이크로스트립 기판(101)은 바람직하게 λ/8 폭으로 제작하며, 하단에 별도의 케이블을 통하여 공급되는 급전부(102)에 인가되도록 하는 커넥터(미도시)가 제공된다.

도 2(a)를 참조하면, 상기 기판(101) 전면에는, 특정 임피던스값을 가지며 일정 RF신호를 입력받도록 연결되는 급전부(102)와, 상기 급전부(102)로부터 상향 연결되는 매칭부(104), 매칭부(104)의 양측에서 매칭부(104)를 매개로 하여 전자계에 결합에 의한 λ/4 파장을 가지는 전면 제 1방사부(106) 및 상기 매칭부(104)와 일단이 연결되며 λ/4 파장을 가지는 제 2방사부(108)가 배치 설계된다.
도 2(b)를 참조하면, 상기 기판(101)의 후면에는, 급전부(102)로부터 상향 연결되는 그라운드부(110)와, 그라운드부(110)의 양측에서 상기 전면 제 1방사부(106)에 대면하는 후면 제 1방사부(111) 및 상기 제 1방사부(111)에 연결되는 튜닝부(112)가 배치 설계된다.
이와 같이 구성된 본 발명 마이크로스트립 다이폴 안테나의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상기한 구성의 안테나(100)를 설계 및 제작한 후 소정 무선통신 서비스를 할 수 있는 기기에 장착하고, 미도시의 커넥터를 급전부(102)에 연결하여, 별도의 케이블을 통하여 공급되는 소정 레벨의 전력이 급전부(102)에 인가되도록 한다.
상기 급전부(102)를 매개하여 소정 레벨의 전력이 공급되게 되면, 방사소자(106)(108)(111)에서 소정 RF신호를 송수신하게 되는데, 이 때 매칭부(104)는 상기 급전부(102)와 방사소자(106)(108)(111) 상호간의 임피던스를 동일 레벨로 조정·유지시킨다. 물론, 상기 매칭부(104)에 의한 임피던스 정합은 본 발명에 따른 안테나를 실질적으로 사용하기 전에 산출된 데이터에 따라 설계된다.
이후, 방사소자(106)(108)(111)에서 소정 전자파를 방사하게 되는데, 이 때 튜닝부(112)에서 방사의 크기와 공진주파수를 결정하여 고유 파장보다 길이가 긴 파장으로 공진시켜 일정 크기의 주파수를 가긴 정재파를 방사하게 된다.
도 3(a)는 상기 마이크로스트립 다이폴안테나(100)의 정재파비를 나타내고, 도 3(b)는 그 방사 패턴을 나타낸다. 이들 도면에 따르면, 상기 안테나(100)는 전방향에 대하여 고른 이득분포를 보이고 있으며, 수신이득의 최고와 최저 레벨차가 2dB 이내로 매우 안정된 특성을 보여주고 있다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 안테나(100)을 적용하여 다이버시티를 이용하기 위한 안테나 어레이의 실시예를 도시한다. 다이버시티에 관한 기술은 잘 알려져 있는 것이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4(a)(b)는 본 발명의 마이크로스트립 다이폴 안테나(100)를 적용하여 공간 다이버시티를 이용하기 위한 안테나 배열을 보여주는 제 1실시예 도면이다. 즉, 하나의 기판(101)상에 적어도 2세트의 다이폴 안테나 소자(102)(104)(108)(110)(111)(112)를 상호간 적정 간격 이격시켜 배열함으로써 수신점의 전계강도가 불규칙적으로 변화되는 것을 방지하여 수신율을 향상시키고 있다.

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또한, 도 4(c)(d)는 본 발명의 마이크로스트립 다이폴 안테나(100)를 적용하여 편파 다이버시티를 이용하기 위한 안테나 배열을 보여주는 제 2실시예 도면이다. 즉, 하나의 기판(101)상에 적어도 2세트의 다이폴 안테나 소자(102)(104)(108)(110)(111)(112)를 배열하되 서로 다른 편파를 사용하기 위하여 각 안테나 소자를 교차되도록 편향 배열함으로써, 수신시 전자파에 대한 페이딩을 경감시켜 수신효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 마이크로스트립 다이폴 안테나에 따르면, 전대역에서 이득 평탄도가 우수하여 안정된 송수신이 가능하며, 제작이 간편하여 생산성이 우수하다.
또한 마이크로스트립 기판의 폭을 λ/8 폭 이하로 구성하는 한편, 그 마이크로스트립 기판상에 설계되는 안테나 소자에 L,C 성분을 포함시켜 설계함으로써, 전체적인 안테나의 크기를 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.

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Claims (4)

1. 마이크로스트립 기판(101)상에 다이폴 안테나 소자를 설계함에 있어서,

   기판(101) 전면에는, 특정 임피던스값을 가지며 일정 RF신호를 입력받도록 연결되는 급전부(102)와, 상기 급전부(102)로 부터 상향 연결되는 매칭부(104), 매칭부(104)의 양측에서 매칭부(104)를 매개로 하여 전자계에 결합에 의한 λ/4 파장을 가지는 전면 제 1 방사부(106) 및 상기 매칭부(104)와 일단이 연결되며 λ/4파장을 가지는 제 2방사부(108)가 배치 설계되고, 상기 기판(101)의 후면에는, 상기 급전부(102)로 부터 상향 연결되는 그라운드부(110)와, 그라운드부(110)의 양측에서 상기 전면 제 1방사부(106)에 대면하도록 된 후면 제 1방사부(111) 및 상기 제 1방사부(111)에 연결되는 튜닝부(112)가 배치되며,

   상기 마이크로스트립 기판(101) 상에 적어도 2세트의 다이폴 안테나 소자(102)(104)(108)(110)(111)(112)를 배열하되, 서로 교차되도록 편향 배열된 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 다이폴 안테나.
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