KR100578127B1

KR100578127B1 - The small patch antenna using Planar Inverted F Antenna

Info

Publication number: KR100578127B1
Application number: KR1020020030141A
Authority: KR
Inventors: 김용재
Original assignee: 주식회사 선우커뮤니케이션
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2006-05-10
Also published as: KR20020048358A

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 사용하는 패치안테나를 소형화하는 방법에 관한 것으로, 평면 역 에프 안테나(PIFA: Planar Inverted F Antenna)를 이용하여 사이즈를 소형화한 패치 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of miniaturizing a patch antenna for use in a wireless communication system, and more particularly, to a patch antenna having a miniaturized size using a planar inverted F antenna (PIFA).

본 발명은 전류를 급전시켜 주는 급전부분(8), 마이크로스트립 기판상에 형성되어 급전부분과 방사패치에 연결되어 매칭을 시켜주는 마이크로스트립라인(11),상기 급전 부분을 통해 공급되는 전류를 유기하는 2개의 주방사패치 부분(7)과 상기 패치를 접지시켜 주는 Shorting 포인트(9), 주방사패치와 그라운드 사이에 제2방사패치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다 The present invention provides a feed portion 8 for feeding current, a microstrip line 11 formed on the microstrip substrate and connected to the feed portion and the radiation patch for matching, and induces a current supplied through the feed portion. The chef's patch portion 7 and the shorting point (9) for grounding the patch, characterized in that it comprises a second radiation patch between the chef patch and the ground

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

7.주방사패치 8.급전점7.kitchen patch 8.feed point

9.Shorting 포인트 10.접지판9.Shorting point 10. Ground plate

11.매칭라인 12.급전판11.Matching Line 12.Feeder Plate

13.급전 케이블과 컨넥터 14.제2방사패치13. Feeding cables and connectors 14. Second radiation patch

PIFA, IFA, 주방사패치, 제2방사패치, 마이크로스트립기판, FR-4 PIFA, IFA, Chef Patch, Second Radiation Patch, Microstrip Board, FR-4

Description

The small patch antenna using Planar Inverted F Antenna

도1은 종래의 평면 역 에프 안테나의 일부 단면도.1 is a partial cross-sectional view of a conventional planar inverted F antenna;

도2은 평면 역 에프 안테나의 사시도.2 is a perspective view of a planar inverted F antenna;

도3은 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 사시도.3 is a perspective view of a planar inverted F antenna according to the present invention;

도4는 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 사시도(방사패치를 한쪽만 부착했을 때의 모양).4 is a perspective view of a planar inverted F antenna according to the present invention (shape when only one radiation patch is attached).

도5는 마이크로스트립 기판에 주방사패치 1개와 제2방사패치만 쓸때의 사시도.Figure 5 is a perspective view of writing only one chef patch and the second radiation patch on the microstrip substrate.

도6는 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 측면도.6 is a side view of the planar inverted F antenna according to the present invention;

도7은 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 정면도.7 is a front view of the planar inverted F antenna according to the present invention;

도8은 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 마이크로스트립라인.8 is a microstrip line of a planar inverted F antenna according to the present invention.

도9은 종래의 평면 역 에프 안테나의 정재파비.9 is a standing wave ratio of a conventional planar inverse F antenna;

도10은 마이크로스트립 기판에 주방사패치 1개와 제2방사패치만 쓸때의 정재파비.10 is the standing wave ratio when only one chef patch and the second radiation patch on the microstrip substrate.

도11은 본고안에 따른 평면 역 에프 안테나의 정재파비.11 is a standing wave ratio of the planar inverse F antenna according to the present invention;

이동 통신 서비스에 이용되는 무선통신기기는 소형화,다기능화,경량화등의 목표로 발전되어 왔다.이에 따라 안테나도 소형화,경량화 되고 있는 추세이다. Wireless communication devices used for mobile communication services have been developed with the goal of miniaturization, multifunctionalization, and lightening, and accordingly, antennas are also becoming smaller and lighter.

일반적으로 셀룰러, PCS등의 각종 이동통신 시스템에서 마이크로 스트립 패치 안테나가 널리 사용된다. In general, microstrip patch antennas are widely used in various mobile communication systems such as cellular and PCS.

이러한 마이크로 스트립 패치 안테나는 접지면이 있는 단일 유전체 기판과 그 위에 인쇄된 방사소자로 구성되어 있으며, 방사소자의 가장자리에 전력 분배 선로를 구성하거나 기판의 뒷면에 동축 선로 안테나에 급전시키는 구조로 되어 있어 소형, 박막, 경량이고 제조 공정이 간단한 장점이 있는 반면 구조상 주파수 대역폭이 작고 이득이 작으며, 광대역 특성을 얻기위해서는 안테나를 적층구조로 해야하는 단점이 있다.The microstrip patch antenna is composed of a single dielectric substrate having a ground plane and a radiating element printed thereon. The micro strip patch antenna has a structure in which a power distribution line is formed at the edge of the radiating element or is fed to a coaxial line antenna at the back of the substrate. Small size, thin film, light weight, and simple manufacturing process have the advantage of low frequency bandwidth and small gain in structure, and has the disadvantage that the antenna must be laminated in order to obtain broadband characteristics.

그래서 대안으로 등장한 것이 구조상 소형화가 가능한 평면 역에프 안테나이다. Therefore, the alternative is the planar inverted antenna, which can be miniaturized in structure.

일반적으로 평면 역 에프 안테나는 구형 평판 엘리먼트,접지면 그리고 평면 엘리먼트의 접지면보다 작은 접지평판으로 구성되어 진다.이러한 관점에서 PIFA는 대역폭을 넓히기 위한 평판을 대체한 선형 방사 엘리먼트를 가진 선형 역 에프 안테나(IFA:Inverted F Antenna)의 한 종류라고 할 수 있다. In general, a planar inverted F antenna is composed of a spherical flat element, a ground plane, and a ground plane smaller than the ground plane of the planar element. In this respect, PIFA is a linear inverted F antenna having a linear radiating element that replaces a flat plate to increase bandwidth. One kind of IFA: Inverted F Antenna.

도1의 단면도와 도2의 사시도는 종래의 역에프형 안테나를 도시한 것으로서, 접지면(1)상면에 배치되는 방사판(2)와,상기 접지면(1)과 상기 방사판(2)를 연결하는 연결 판(3)과 급전하기 위한 급전핀(4)으로 이루어지며,매칭은 주로 급전핀(4)의 위치와 상기 연결판(3)의 두께(5)에 의해 결정된다. 1 and a perspective view of FIG. 2 show a conventional inverted-f antenna, in which a radiating plate 2 is disposed on an upper surface of the ground plane 1, the ground plane 1 and the radiating plate 2. It consists of a connecting plate (3) for connecting and a feeding pin (4) for feeding, matching is mainly determined by the position of the feeding pin (4) and the thickness (5) of the connecting plate (3).

역에프형 안테나(6)는 넓은 접지면(1) 특성으로 인해 넓은 대역폭 특성을 가지는 장점이 있는 반면, 상기 접지면(1)의 면적이 작을 경우에 구현이 힘들었고,소형 안테나로 사용하기에는 어려운 문제점이 있었다. 그리고 원하는 대역폭을 얻기 위해서는 상기 연결판(3)의 두께(5)를 많이 낮출 수 없다는 문제점이 있다. The inverted-f antenna 6 has an advantage of having a wide bandwidth characteristic due to the wide ground plane 1 characteristic, while it is difficult to implement when the area of the ground plane 1 is small and difficult to use as a small antenna. There was this. In addition, in order to obtain a desired bandwidth, there is a problem in that the thickness 5 of the connecting plate 3 cannot be lowered much.

도9는 종래의 평면 역 에프 안테나의 정재파비로 종래의 평면 역에프 안테나의 구조이면서 크기를 소형화 했을 때 대역폭이 협소해 지는것을 볼 수 있다. 9 shows that the bandwidth of the conventional planar F antenna is narrow when the size of the conventional planar F antenna is reduced while the structure of the conventional planar F antenna is reduced.

본 발명의 기술적 과제는 안테나의 크기를 소형화 (가로*세로*높이: 100*100*20)하면서도 원하는 주파수 대역폭이 나와야 한다는 것이다. 일반적인 셀룰러 패치 안테나의 크기는 가로*세로*높이: 160*160*40이다. 정재파비 1:1.5를 기준으로 셀룰러주파수의 대역폭은 8.15%이상 나와야 한다.그리고 저가여야 한다.The technical problem of the present invention is that the size of the antenna should be miniaturized (horizontal * vertical * height: 100 * 100 * 20) while the desired frequency bandwidth should be obtained. Typical cellular patch antennas are 160 * 160 * 40 horizontal * vertical * height. Based on the standing wave ratio 1: 1.5, the bandwidth of the cellular frequency should be more than 8.15%, and it should be inexpensive.

상기의 목적을 이루고자 본 발명은 고가의 세라믹등과 같은 유전체를 쓰지않고 저가의 유전체인 FR-4기판에 매칭라인을 구현하였고 우리가 쉽게 구할 수 있는 금속인 황동으로 방사패치를 만들었다 In order to achieve the above object, the present invention implements a matching line on the FR-4 substrate, which is a low-cost dielectric material without using a dielectric such as an expensive ceramic, and made a spinning patch with brass, which is a metal that we can easily obtain.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 안테나의 사시도이다 3 is a perspective view of an antenna according to the present invention;

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 전류를 급전시켜 주는 급전부분(8), 급전부분과 연결되어 매칭을 시켜주는 매칭라인(11), 상기 급전 부분을 통해 공급되는 전류를 유기하는 2개의 주방사패치 부분(7)과 매칭라인(11)를 연결하여주는 급전판(12),상기 패치를 접지시켜 주는 Shorting 포인트(9), 주방사패치와 그라운드 사이에서 어떠한 전기적 결합이 없는 상태의 제2방사패치(14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. As shown, the antenna according to the present invention includes a feeding part 8 for feeding current, a matching line 11 connected with the feeding part for matching, and two inducing current supplied through the feeding part. Feeding plate 12 connecting the chef patch portion 7 and the matching line 11, the shorting point (9) for grounding the patch, the agent without any electrical coupling between the chef patch and the ground Characterized in that it comprises a two radiation patch (14).

종래의 역에프안테나는 필요한 대역폭을 얻기 위하여 접지판의 면적을 넓히거나(160mm*160mm이상) 방사판과 접지면사이의 거리를 많이 이격시키는 방법(40mm)을 사용했는데 본 발명 안테나는 접지판의 면적을 줄이고 (100mm*100mm),방사판과 접지면사이의 거리를 16mm이하로 줄이면서도 원하는 대역폭(8.15%)을 얻기위해 마이크로스트립 매칭라인과 2개의 주방사패치, 제2방사패치를 가진 구조로 되어있다. (셀룰러주파수 대역에서). Conventional inverted F antenna has a method of increasing the area of the ground plane (more than 160mm * 160mm) or a large distance between the radiating plate and the ground plane (40mm) in order to obtain the required bandwidth. A structure with a microstrip matching line, two chef patches, and a second radiation patch to reduce the area (100mm * 100mm), reduce the distance between the radiating plate and the ground plane to less than 16mm, and achieve the desired bandwidth (8.15%). It is. (In the cellular frequency band).

도8은 마이크로스트립기판에 형성되어 있는 급전라인을 보여주는데 저가의 FR-4기판을 사용하였다. 8 shows a feed line formed on a microstrip substrate, and a low cost FR-4 substrate was used.

도6은 상기안테나의 측면도를 보여주는데 AA는 A의 확대된모습으로 마이크로스트립기판과 황동방사 패치의 연결된 모습을 보여준다. Figure 6 shows a side view of the antenna AA is an enlarged view of A shows the connection of the microstrip substrate and the brass spinning patch.

이하 본 도면을 설명하면 B는 양면 기판의 아래 동박을 나타내고,C는 유전율4.7인 FR-4를 나타내고,D는 양면 기판의 윗동박을 나타내는데 이는 주방사패치와 그라운드 사이의 간격을 줄이면서 광대역화를 위한 매칭역할과 제2방사패치로써의 역할을 하게 된다. 그림에서와 같이 황동재질의 주방사패치판인 F는 아래 동박인 B에는 연결되어 있지만 윗동박인 D에는 연결이 되어있지않다. 즉, 주방사패치, 그라운드, Shorting 포인트와 어떠한 전기적 결합이 없는 상태이다.In the following description, B denotes the copper foil below the double-sided substrate, C denotes FR-4 having a dielectric constant of 4.7, and D denotes the copper foil on the double-sided substrate, which reduces the spacing between the chef patch and the ground. It serves as a matching role and a second radiation patch for. As shown in the figure, F, the brass patch plate, is connected to the lower copper foil B, but not to the upper copper foil D. That is, there is no electrical coupling with the chef's patch, ground, and shorting point.

도4는 본발명에 따른 평면 역 에프 안테나의 사시도(방사패치를 한쪽만 부착했을 때의 모양).방사패치에 연결되는 급전판의 모습을 보여주기위해서 한쪽 방사패치를 떼어낸 사시도. Fig. 4 is a perspective view of a planar inverted F antenna according to the present invention (shape when only one radiation patch is attached). A perspective view of one radiation patch removed to show a feed plate connected to the radiation patch.

도5는 마이크로스트립 기판에 급전라인을 형성하고 방사패치를 1개만 연결 했을 때의 사시도. Figure 5 is a perspective view when the feed line is formed on the microstrip substrate and only one radiation patch is connected.

종래의 평면 역에프안테나에 급전라인을 마이크로 스트립라인으로 급전했을때의 모습으로 사이즈를100*100*20으로 했을 때의 사시도. A perspective view of a conventional inverted F antenna with a feed strip line fed by a microstrip line with a size of 100 * 100 * 20.

도9은 종래의 평면 역에프형 안테나의 방사패치가 1개일때의 정재파비로 방사패치가 1개일때 셀룰러주파수에서 대역폭을 1:2를 기준으로 할때 5.83%로 협소하다.셀룰러 주파수의 대역폭은 8.15%이다. Fig. 9 shows the standing wave ratio of one radiation patch of a conventional planar anti-F type antenna, which is narrow to 5.83% when the bandwidth is one-to-two at the cellular frequency when the radiation patch is one. 8.15%.

도10은 발명된 상기 안테나의 마이크로스트립 기판위에 주방사패치를 종래의 방법과 같이 연결하고 주방사패치와 그라운드 사이에 제2방사패치를 삽입하였을 때의 정재파비 1:2를 기준으로 할때 8.96%으로 종래의 방법으로 만든 안테나보다는 향상되었지만 정재파비를 1:1.5로 했을 때는 5.25%로 셀룰러 주파수 대역폭 기준인 8.15%에 미치지 못했다. 10 is 8.96 based on the standing wave ratio 1: 2 when the chef patch is connected on the microstrip substrate of the antenna according to the conventional method and the second radiation patch is inserted between the chef patch and the ground. Although it is improved from the antenna made by the conventional method in%, when the standing wave ratio is 1: 1.5, it is 5.25%, which is less than the 8.15% of the cellular frequency bandwidth standard.

도11은 상기 발명된 평면 역에프 안테나의 정재파비로 1:1.5를 기준으로 했을 때 11%로 셀룰러 주파수 대역폭 기준인 8.15%를 만족했다. FIG. 11 satisfies the cellular frequency bandwidth of 8.15% at 11% when the standing wave ratio of the planar anti-F antenna of the present invention is 1: 1.5.

도11는 발명된 상기 안테나로 주방사패치가 2개때의 정재파비로 1개 일때보다 많이 개선됨을 보여준다 FIG. 11 shows that the cooked patch is improved more than one with the standing wave ratio of two when the antenna is invented.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면,마이크로 스트립 기판에 급전라인을 형성하고 주방사패치와 그라운드 사이의 제2방사패치와 2개의 주방사패치를 사용하면 패치안테나 크기와 높이를 소형화하면서 원하는 대역폭을 얻을 수 있게된다.As described above, according to the present invention, if the feed line is formed on the microstrip substrate and the second radiation patch between the chef patch and the ground is used, two chef patches are used to obtain a desired bandwidth while miniaturizing the patch antenna size and height. Will be.

Claims

In the antenna used in a communication device for a mobile communication band, the antenna is a feeding portion (8) for feeding a kitchen patch and current, a shorting point (9) connecting the kitchen patch and the ground, between the kitchen patch and ground A second radiation patch (14), which serves as a matching match with the second radiation, a patch antenna including all these elements.

The patch antenna of claim 1, wherein the antenna is powered using a microstrip line.