KR100606453B1 - A dual polarization antenna using inverted-f antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나에 관한 것으로서, 접지판, 상기 접지판의 일측에 대향되도록 설치되고, 동위상으로 급전되는 제 1 및 제 2 역에프안테나 및 상기 제 1 및 제 2 역에프안테나와 수직이 되도록 서로 대향되도록 설치되고, 180°위상차이가 나도록 급전되는 제 3 및 제 4 역에프안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a dual polarized antenna using an inverted F antenna, comprising: a ground plate, a first and second inverted F antennas installed in a phase opposite to one side of the ground plate, and the first and second station It is installed so as to face each other to be perpendicular to the F antenna, it characterized in that it comprises a third and fourth inverted F antenna to be fed so that the phase difference 180 °.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 2쌍의 역에프안테나를 이용하여 직교성이 우수하면서 편파특성을 수직편파와 수평편파로 이중화시켜 전파음영지역을 감소시킴으로써 리더와 태그간의 전송거리를 연장하고 서비스 구간내에서의 통신품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, by using two pairs of inverted F antenna is excellent in the orthogonality, and the polarization characteristics are duplicated into vertical polarization and horizontal polarization to reduce the radio shade area to extend the transmission distance between the reader and the tag and within the service interval It is effective to improve the communication quality at.
안테나, 역에프안테나, 이중편파, RFID, Antenna, reverse antenna, dual polarization, RFID,
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 외관을 도시한 도면이다.1A and 1B illustrate the appearance of a dual polarized antenna using an inverse F antenna according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 내부 구조를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing the internal structure of a dual polarization antenna using an inverted F antenna according to the present invention.
도 3a ~ 3c는 각 역에프안테나에서의 전류방향 및 안테나의 전류분포를 도시한 도면이다.3A to 3C are diagrams showing the current direction and current distribution of the antenna in each inverse F antenna.
도 4a는 수직편파 안테나의 x-y평면에서의 Eθ 성분의 수평 복사패턴 측정값을 도시한 그래프이고, 도 4b는 수직편파 안테나의 y-z평면에서의 Eθ 성분의 수직 복사패턴 측정값을 도시한 그래프이고, 도 4c는 수직편파 안테나의 x-y평면에서의 Eθ 성분의 수평 복사패턴에 대한 시뮬레이션 결과이다.4A is a graph showing measurement values of the horizontal radiation pattern of the component E θ in the xy plane of the vertically polarized antenna, and FIG. 4B is a graph illustrating the measurement of vertical radiation pattern of the component E θ in the yz plane of the vertically polarized antenna. 4C is a simulation result of the horizontal radiation pattern of the E θ component in the xy plane of the vertically polarized antenna.
도 5a는 수평편파 안테나의 x-y평면에서의 Eφ 성분의 수평 복사패턴을 도시한 그래프이고, 도 5b는 수직편파 안테나의 x-z평면에서의 Eφ 성분의 수직 복사패 턴을 도시한 그래프이고, 도 5c는 수직편파 안테나의 x-y평면에서의 Eφ 성분의 수평 복사패턴에 대한 시뮬레이션 결과이다.5A is a graph showing the horizontal radiation pattern of the component E φ in the xy plane of the horizontally polarized antenna, and FIG. 5B is a graph showing the vertical radiation pattern of the component E φ in the xz plane of the vertically polarized antenna. 5c is a simulation result of the horizontal radiation pattern of the component E φ in the xy plane of the vertically polarized antenna.
도 6a는 수직편파 안테나의 입력포트에서의 정재파비를 측정한 그래프이고, 도 6b는 수평편파 안테나의 입력포트에서의 정재파비를 측정한 그래프이다.6A is a graph measuring the standing wave ratio at the input port of the vertically polarized antenna, and FIG. 6B is a graph measuring the standing wave ratio at the input port of the horizontally polarized antenna.
도 7은 안테나 간의 분리도(Isolation)를 측정한 그래프이다.FIG. 7 is a graph measuring isolation between antennas. FIG.
도 8은 수직편파 안테나의 정재파비, 수평편파 안테나의 정재파비 및 안테나간의 아이솔레이션(Isolation)의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating simulation results of standing wave ratios of vertically polarized antennas, standing wave ratios of horizontally polarized antennas, and isolation between antennas.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 평면도이다.9 is a plan view of a dual polarization antenna using an inverse F antenna according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 평면도이다.10 is a plan view of a dual polarization antenna using an inverted F antenna according to another embodiment of the present invention.
<주요 도면부호에 관한 설명><Description of the major reference numerals>
1 : 이중편파 안테나 10 : 접지판1: dual polarized antenna 10: ground plate
20-1 : 제 1 역에프안테나 20-2 : 제 2 역에프안테나20-1: first station F antenna 20-2: second station F antenna
30-1 : 제 3 역에프안테나 30-2 : 제 4 역에프안테나30-1: third station F antenna 30-2: fourth station F antenna
40 : 제 1 입력포트 50 : 제 2 입력포트40: first input port 50: second input port
60 : 제 1 전송선로 65 : 제 1 전력분배부60: first transmission line 65: first power distribution unit
70 : 제 2 전송선로 75 : 제 2 전력분배부70: second transmission line 75: second power distribution
100 : 레이돔 200 : 베이스 플레이트100: radome 200: base plate
210 : 제 1 커넥터 220 : 제 2 커넥터210: first connector 220: second connector
본 발명은 이중편파 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4개의 역에프안테나를 이용하여 이중편파 특성을 갖는 옴니안테나로 구현될 수 있는 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나 관한 것이며, 특히 400MHz 대역의 저주파에서 동작하는 0.5파장 이하의 소형 크기에서 수평편파와 수직편파를 동시에 송수신하는 이중 편파 다이버시티(diversity) 안테나로서 항만 컨테이너 관리를 위한 물류 RFID 리더기용 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a dual polarized antenna, and more particularly, to a dual polarized antenna using an inverse F antenna, which can be implemented by an omni antenna having a dual polarization characteristic using four inverse F antennas, and particularly, a low frequency in a 400 MHz band. The present invention relates to an antenna for logistics RFID reader for port container management as a dual polarization diversity antenna that simultaneously transmits and receives horizontally and vertically polarized waves at a small size of 0.5 wavelength or less.
RFID(Radio Frequency Identification)는 각종 물품에 소형 칩(태그)을 부착해 사물의 정보와 주변 환경정보를 무선주파수로 전송 처리하는 비접촉식 인식시스템으로서, 최근 창고나 항만 컨테이너 관리 등에 적용하려고 하는 시도가 활발히 진행되고 있다.RFID (Radio Frequency Identification) is a non-contact recognition system that attaches a small chip (tag) to various items to transmit and process the information of the object and the surrounding environment at a radio frequency. Recently, there have been many attempts to apply them to warehouse and port container management. It's going on.
그 예로서, 항만 컨테이너 관리를 위한 RFID 시스템은 지상에서 서비스가 이루어지는데 항만에는 컨테이너, 차량, 창고 등의 다양한 전파 반사체에 의한 전파음영지역이 발생하므로 편파 다이버시티(polarization diversity)를 이용하여 전파음영지역을 해소하여 통신 장애를 최소화 하도록 하는 기술이 매우 중요하다. As an example, the RFID system for port container management is serviced on the ground, and since the radio wave shadowing area is generated by various radio wave reflectors such as containers, vehicles, warehouses, etc., the radio wave is shaded using polarization diversity. It is very important that the technology to eliminate the area to minimize communication disturbances.
이러한 전파음영지역을 해소하기 위해서는 우수한 이중편파 특성을 갖는 옴니안테나가 요구되며, 이러한 이중편파 특성을 갖는 안테나는 포트간 상호 직교특성을 가져야 하고, 일반적으로 두 편파 안테나의 포트간의 분리도는 25dB 이상의 무지향성 복사패턴이 요구된다. In order to solve such radio shade areas, omni antennas having excellent dual polarization characteristics are required, and the antennas having such dual polarization characteristics should have mutually orthogonal characteristics between ports, and in general, the separation between ports of two polarized antennas is more than 25 dB. Directional radiation patterns are required.
그러나 현재 국제 표준화인 항만 컨테이너 관리 RFID 시스템은 433MHz 대역의 저주파이기 때문에 편파 다이버시티(diversity)를 실현하기 위해서 종래의 패치 또는 야기 안테나와 같은 일반적인 안테나 기술을 사용할 경우 외형이 지나치게 커서 실용성이 없다.However, since the current international standardized port container management RFID system is a low-frequency wave in the 433MHz band, it is not practical because of its excessive appearance when using a general antenna technology such as a patch or a yagi antenna to realize polarization diversity.
따라서, 현재 사각이나 원의 형태를 갖는 2개의 루프 안테나를 직교하게 배치하여 각각의 루프 안테나는 각각 서비스 평면인 x-y면에서 ±x-축과 ±y-축 양방향으로 방향성 복사패턴을 갖도록 하여 각각의 안테나로서 각도를 분할하는 섹터 서비스 구조가 제안되어 있다. Therefore, two loop antennas having a rectangular or circle shape are orthogonally disposed so that each loop antenna has a directional radiation pattern in both the x-axis and the ± y-axis in the xy plane, which is the service plane, respectively. As an antenna, a sector service structure for dividing an angle has been proposed.
그러나 이러한 루프 안테나는 편파 다이버시티를 구현할 수 있는 이중편파 복사가 불가능하고 두 개의 직교 루프안테나의 급전 위치에 따라 격리도를 확보하기 어려운 단점이 있다. 즉 2개의 루프 사이에 격리도를 확보하기 위해서는 루프 상호간 급전점이 특정한 위치에서만 가능하며, 이러한 점이 제작과정과 운용과정에서의 공차 때문에 실제 환경에서는 직교성이 떨어지는 단점을 갖는다. However, such a loop antenna has a disadvantage in that dual polarized wave radiation, which can realize polarization diversity, is impossible, and it is difficult to secure isolation depending on feeding positions of two orthogonal loop antennas. In other words, in order to ensure isolation between two loops, feed points between loops are possible only at specific positions, and this point has a disadvantage of poor orthogonality in a real environment due to tolerances in manufacturing and operating processes.
이러한 분리도 특성의 단점은 리더와 태그간의 통신링크에서 수신 전력의 저하로 송수신 데이터 비트 에러를 유발할 가능성이 커져서 통신 반경이 줄어드는 결과를 초래한다.The disadvantage of this separation feature is that the transmission power decreases in the communication link between the reader and the tag, which increases the possibility of causing a transmission / reception data bit error, resulting in a reduction in the communication radius.
따라서, 종래 루프 안테나의 문제점을 극복하고 직교성이 우수한 이중편파 특성을 구현하여 전파음영지역을 감소시킴과 아울러 통신 품질을 향상시킬 수 있는 안테나에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.Therefore, there is an increasing demand for an antenna capable of overcoming the problems of the conventional loop antenna and implementing a dual polarization characteristic having excellent orthogonality, thereby reducing a radio wave shade area and improving communication quality.
본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 2쌍의 역에프안테나를 이용하여 직교성이 우수하면서 편파특성을 수직편파와 수평편파로 이중화시켜 전파음영지역을 감소시킴으로써 리더와 태그간의 전송거리를 연장하고 서비스 구간내에서의 통신품질을 향상시키는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the orthogonality by using two pairs of inverse F antennas, and to reduce the radio wave shade area by dualizing polarization characteristics into vertical polarization and horizontal polarization. It extends the transmission distance between and tags and improves the communication quality in the service interval.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 접지판, 상기 접지판의 일측에 대향되도록 설치되고, 동위상으로 급전되는 제 1 및 제 2 역에프안테나 및 상기 제 1 및 제 2 역에프안테나와 수직이 되도록 서로 대향되도록 설치되고, 180°위상차이가 나도록 급전되는 제 3 및 제 4 역에프안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나가 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, the ground plate, the first and second inverted F antenna is installed so as to face one side of the ground plate, and fed in phase and the first and second A dual polarized antenna using an inverted F antenna is installed so as to face each other so as to be perpendicular to the inverted F antenna, and includes third and fourth inverted F antennas that are fed so as to have a 180 ° phase difference.
상기 접지판에는 제 1 및 제 2 역에프안테나의 급전을 위한 제 1 입력포트, 일단이 상기 제 1 입력포트에 접속되고, 타단이 소정지점에서 분기된 후 상기 제 1 및 제 2 역에프안테나에 동일한 길이로 접속되는 제 1 전송선로, 상기 제 3 및 제 4 역에프안테나의 급전을 위한 제 2 입력포트 및 일단이 상기 제 2 입력포트에 접 속되고, 타단이 소정지점에서 분기된 후 상기 제 3 및 제 4 역에프안테나가 180°위상차이가 나도록 접속되는 제 2 전송선로가 형성된다.The ground plate includes a first input port for feeding the first and second reverse F antennas, one end of which is connected to the first input port, and the other end is branched from a predetermined point to the first and second reverse F antennas. A first transmission line connected to the same length, a second input port for feeding the third and fourth reverse F antennas, and one end thereof connected to the second input port, and the other end is branched at a predetermined point; A second transmission line is formed in which the third and fourth inverse F antennas are connected so as to have a 180 ° phase difference.
상기에서, 상기 이중편파 안테나는 400 ~ 450 MHz 대역에서 동작하며, 상기 제 1 내지 제 4 역에프안테나는 상기 접지판의 중심에 대하여 대칭적으로 배치되어 안테나 간의 전자파 결합을 상쇄되도록 하는 것이 바람직하다.In the above, the dual polarization antenna is operated in the
또한, 상기 제 1 및 제 2 역에프 안테나는 접지판의 중심에서 외측방향으로 급전되고, 상기 제 3 및 제 4 역에프 안테나는 접지판의 외측에서 중심방향으로 급전되도록 설치하는 것도 가능하다.The first and second reverse F antennas may be fed outwardly from the center of the ground plane, and the third and fourth reverse F antennas may be fed outwardly from the outside of the ground plane.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 접지판, 상기 접지판의 중심에서 급전되도록 설치되는 제 1 역에프안테나 및 상기 제 1 역에프안테나와 수직이 되도록 서로 대향되도록 설치되고, 180°위상차이가 나도록 급전되는 제 2 및 제 3 역에프안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the ground plate, the first inverted F antenna is installed so as to be fed from the center of the ground plate and installed so as to face each other to be perpendicular to the first inverted F antenna, so that there is 180 ° phase difference A dual polarized antenna using an inverted F antenna is provided that includes a second and third inverted F antennas that are fed.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 외관을 도시한 도면이다.1A and 1B illustrate the appearance of a dual polarized antenna using an inverse F antenna according to the present invention.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이중편파 안테나(1)는 하부의 베이스 플레이트(200) 상에 안테나 구조가 설치되고 그 외부를 돔형상의 레이돔(Radome : 100)으로 둘러싸 풍압으로부터 내부 안테나를 보호할 수 있도록 되어 있다. 레이돔(100)은 전파의 투과를 좋게 하기 위해서 전기절연체가 사용되고 전체로서 이음매가 없는 일체로 형성되며, 외부에 설치되므로 내풍, 내수성, 내후성이 우수하도록 설계되어야 한다.As shown in FIGS. 1A and 1B, the dual polarized
베이스 플레이트(200)의 저면에는 안테나에 전력을 공급하기 위한 제 1 커넥터(210) 및 제 2 커넥터(220)가 설치되어 있으며, 이 면에는 송수신 모듈이 장착될 수도 있다.The bottom surface of the
도 2는 본 발명에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 내부 구조를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing the internal structure of a dual polarization antenna using an inverted F antenna according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 이중편파 안테나(1)의 내부 구조는 디스크 형상의 접지판(10) 상에 4개의 역에프안테나(20-1, 20-2, 30-1, 30-2) 및 이에 전력을 공급하기 위한 입력포트(40, 50), 전송선로(60, 70) 등으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the internal structure of the dual polarized
제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)는 서로 대향되는 위치에 설치되고 제 1 역에프안테나(20-1)와 제 2 역에프안테나(20-2)가 접지판(10) 상에 설치된 위치 간의 거리가 0.33λ가 되도록 한다.The first and second reverse F antennas 20-1 and 20-2 are installed at positions facing each other, and the first reverse F antenna 20-1 and the second reverse F antenna 20-2 are connected to a ground plate ( 10) Let the distance between the positions installed on it be 0.33λ.
제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)는 각각 인접한 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)와 수직을 이루도록 서로 대향되는 위치에 설치되고, 제 3 역에프안테나(30-1)와 제 4 역에프안테나(30-2)가 접지판(10) 상에 설치된 위치 간의 거리가 0.33λ가 되도록 한다. The third and fourth inverted F antennas 30-1 and 30-2 are installed at positions opposite to each other so as to be perpendicular to the adjacent first and second inverted F antennas 20-1 and 20-2, respectively. The distance between the positions of the third reverse F antenna 30-1 and the fourth reverse F antenna 30-2 on the
인접한 역에프안테나 간의 거리는 0.23λ로 하여 종래 RFID용 안테나보다 훨씬 소형으로 제작되도록 하였다.The distance between adjacent inverse F antennas is 0.23λ, making it much smaller than conventional RFID antennas.
제 1 입력포트(40)는 제 1 커넥터(210)에 대응되는 위치에 설치되고, 제 1 입력포트(40)와 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)간에는 제 1 전송선로(60)가 접속되어 제 1 입력포트(40)로부터 공급된 전력을 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)로 공급한다. 제 1 전송선로(60)는 하나의 선로를 통해 연결되다가 분기점을 형성하는 T형의 제 1 전력분배부(65)에서 두 개의 선로로 분기되어 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에 각각 연결된다. 제 1 입력포트(40)와 제 1 전력분배부(65)간의 전송선로는 임피던스 정합을 위해 λ/4 길이를 갖도록 하며, 제 1 전력분배부(65)와 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)간을 연결하는 전송선로의 길이를 동일하게 하여 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)가 동위상으로 급전되도록 한다.The
제 2 입력포트(50)는 제 2 커넥터(220)에 대응되는 위치에 설치되고, 제 2 입력포트(50)와 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)간에는 제 2 전송선로(70)가 접속되어 제 2 입력포트(50)로부터 공급된 전력을 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)로 공급한다. 제 2 전송선로(70)는 하나의 선로를 통해 연결되다가 분기점을 형성하는 T형의 제 2 전력분배부(75)에서 두 개의 선로로 분기되어 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)에 각각 연결된다. 제 2 입력포트(50)와 제 2 전력분배부(75)간의 전송선로는 임피던스 정합을 위해 λ/4 길이를 갖도록 하며, 제 2 전력분배부(75)와 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)간을 연결하는 전송선로는 λ/2 길이 차를 갖도록 하여 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)가 180°의 위상차를 갖는 역위상으로 급전되도록 한다.The
도 3a ~ 3c는 각 역에프안테나에서의 전류방향 및 안테나의 전류분포를 도시한 도면이다.3A to 3C are diagrams showing the current direction and current distribution of the antenna in each inverse F antenna.
이하에서는 도 3a ~ 3c를 참조하여 본 발명에 따른 이중편파 안테나에서 수직편파 안테나, 수평편파 안테나로서의 동작 원리 및 수직편파 안테나와 수평편파 안테나 간의 완벽한 분리가 이루어지는 원리에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3A to 3C, a principle of operating as a vertically polarized antenna, a horizontally polarized antenna and a perfect separation between the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna in the dual polarized antenna according to the present invention will be described.
1. 수직편파 안테나1. Vertically polarized antenna
도 x-z면에 x-축 방향으로 배열된 두 복사소자에 동위상 입력신호를 인가하면 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에는 도 3a의 검은색 실선 화살표 방향으로 전류가 인가된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, x-축 성분은 약 0.2파장의 인접한 거리에서 반대 벡터 성분이 되어 서로 상쇄되기 때문에 수평편파 복사는 거의 일어나지 않게 되고, 따라서 z-축의 동일 벡터 성분의 수직 모노폴 옴니안테나가 0.33파장으로 인접한 배열안테나가 되어 서비스 면인 x-y 평면에서 무지향성 수직편파를 만들게 된다. 즉 수직편파 안테나로 동작하게 된다. When the in-phase input signals are applied to two radiating elements arranged in the x-axis direction on the xz plane of FIG. 1, the first and second inverse F antennas 20-1 and 20-2 are current in the direction of the solid black arrow of FIG. 3a. Is applied. As shown in Fig. 3A, since the x-axis components are opposite vector components at adjacent distances of about 0.2 wavelengths and cancel each other out, horizontal polarization radiation hardly occurs, thus vertical monopole omniantenna of the same vector component on the z-axis. Becomes 0.33 wavelengths of adjacent array antennas to create omnidirectional vertical polarization in the service plane xy plane. That is, it operates as a vertically polarized antenna.
2. 수평편파 안테나2. Horizontally Polarized Antenna
y-z면에 y-축 방향으로 배열된 두 복사소자에 180도 위상차를 갖는 입력신호를 인가하면 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)는 도 3a의 검은색 실선 화살표 방향으로 전류가 인가된다. z-축으로는 약 0.33파장의 인접한 거리에서 반대 벡터 성분이 되어 서로 상쇄되기 때문에 수직편파 복사는 거의 일어나지 않게 되고, 따라서 복사소자에 흐르는 전류에 의해, y-축으로는 동일 벡터 성분의 약 0.2파장으로 인접하게 배열된 서비스 면인 x-y 평면에서 수평편파를 만들게 되어 수평 다이폴 안테나와 같이 동작하게 된다. 즉, 수평편파 안테나로 동작하게 된다.When an input signal having a phase difference of 180 degrees is applied to two radiation elements arranged in the y-axis direction on the yz plane, the third and fourth inverted F antennas 30-1 and 30-2 move in the direction of the black solid line in FIG. 3A. Current is applied. Since the z-axis is offset from each other by about 0.33 wavelengths and is canceled with each other, vertical polarization radiation hardly occurs. Therefore, due to the current flowing through the radiation element, about 0.2 of the same vector component on the y-axis. It creates horizontal polarization in the xy plane, which is a service plane arranged adjacent to the wavelength, and works like a horizontal dipole antenna. That is, it operates as a horizontal polarized antenna.
3. 안테나간의 분리3. Separation between antennas
수직편파를 위한 제 1 커넥터(210)로 입력되는 전자파는 x-축 상의 두 복사소자인 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에 흐르는 표면전류(검은색 실선 방향)에 의해 y-축에 배열된 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)에 전자파 결합(coupling)이 발생하며 이때 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)에는 동일한 방향으로 동일한 세기의 유도전류(적색 실선 방향)가 발생된다. 이러한 동일 방향의 동위상 유도전류는 제 2 전송선로(70)의 제 2 전력분배부(75)에 이르는 동안 180도 위상차를 갖는 서로 다른 길이의 전송선로(70)를 거쳐 합해지게 되므로 서로 상쇄가 되어 제 2 입력포트(50)의 제 2 커넥터(220)로는 전혀 유출되지 않게 된다. 따라서 수직편파 안테나를 구성하는 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에서 수평편파 안테나를 구성하는 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)로의 전자파 격리가 완벽하게 이루어지게 된다.Electromagnetic waves input to the
수평편파를 위한 제 2 커넥터(220)로 입력되는 전자파는 y-축 상의 두 복사소자인 제 3 및 제 4 역에프안테나(30-1, 30-2)에 흐르는 표면전류(검은색 실선 방향)에 의해 x-축에 배열된 수직편파 복사소자인 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에 전자파 결합(coupling)이 발생하게 된다. 제 3 역에프안테나(30-1)의 표면전류에 의해 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에는 녹색 실선 방향의 유도 전류가 발생되고, 제 4 역에프안테나(30-2)의 표면전류에 의해 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)에는 청색 실선 방향의 유도 전류가 발생되어 각 유도 전류 성분이 상쇄되므로 원천적으로 전자파 격리가 이루어지게 된다. Electromagnetic waves input to the
도 4a는 수직편파 안테나의 x-y평면에서의 Eθ 성분의 수평 복사패턴 측정값을 도시한 그래프이고, 도 4b는 수직편파 안테나의 y-z평면에서의 Eθ성분의 수직 복사패턴 측정값을 도시한 그래프이고, 도 4c는 수직편파 안테나의 x-y평면에서의 Eθ 성분의 수평 복사패턴에 대한 시뮬레이션 결과이다.4A is a graph showing measurement values of the horizontal radiation pattern of the component E θ in the xy plane of the vertically polarized antenna, and FIG. 4B is a graph illustrating the measurement of vertical radiation pattern of the component E θ in the yz plane of the vertically polarized antenna. 4C is a simulation result of the horizontal radiation pattern of the E θ component in the xy plane of the vertically polarized antenna.
도 4a는 z축을 회전축으로 하여 반사판(10)을 360도 회전시키면서 서비스 평면인 x-y평면에서의 Eθ 성분의 복사패턴을 측정한 그래프로서 저주파 측정에 따른 측정오차에 의해 복사패턴의 왜곡은 발생하나 전체적으로 우수한 무지향성의 수직 모노폴 옴니 안테나의 수평복사패턴 특성을 볼 수 있다.4A is a graph measuring the radiation pattern of the E θ component in the xy plane, which is the service plane while rotating the
도 4b는 y축을 회전축으로하여 반사판(10)을 360도 회전시키면서 서비스 평면과 수직인 y-z평면에서의 Eθ 성분의 수직 복사패턴을 측정한 그래프로서 역시 무지향성의 수직 모노폴 옴니 안테나의 수직복사패턴 특성을 볼 수 있다.Figure 4b is a graph measuring the vertical radiation pattern of the component E θ in the yz plane perpendicular to the service plane while rotating the
도 4c는 도 4a의 환경에서 수직편파 복사패턴의 측정값과 FDTD(Finite Discrete Time Domain)시뮬레이션한 결과를 비교한 그래프로서, 수평편파는 거의 발생하지 않고 수직편파가 주로 발생함을 알 수 있다.FIG. 4C is a graph comparing the measured values of the vertically polarized radiation patterns and the results of the finite disc time domain (FDTD) simulation in the environment of FIG. 4A. It can be seen that vertical polarization is mainly generated with little horizontal polarization.
도 5a는 수평편파 안테나의 x-y평면에서의 Eφ 성분의 수평 복사패턴을 도시한 그래프이고, 도 5b는 수평편파 안테나의 y-z평면에서의 Eφ 성분의 수직 복사패턴을 도시한 그래프이고, 도 5c는 수평편파 안테나의 x-y평면에서의 Eφ 성분의 수평 복사패턴에 대한 시뮬레이션 결과이다.FIG. 5A is a graph showing the horizontal radiation pattern of the component E φ in the xy plane of the horizontally polarized antenna, FIG. 5B is a graph showing the vertical radiation pattern of the component E φ in the yz plane of the horizontally polarized antenna, and FIG. 5C. Is a simulation result for the horizontal radiation pattern of the component E φ in the xy plane of the horizontally polarized antenna.
도 5a는 z축을 회전축으로 하여 반사판(10)을 360도 회전시키면서 서비스 평면인 x-y평면에서의 Eφ 성분의 복사패턴을 측정한 그래프로서 저주파 측정에 따른 측정오차에 의해 복사패턴의 왜곡은 발생하나 전체적으로 수평다이폴 안테나의 수평복사패턴 특성을 볼 수 있다.FIG. 5A shows the xy plane which is the service plane while rotating the
도 5b는 x축을 회전축으로 하여 반사판(10)을 360도 회전시키면서 서비스 평면과 수직인 x-z평면에서의 Eφ 성분의 수직 복사패턴을 측정한 그래프로서 역시 수평다이폴 안테나의 수직복사패턴 특성을 볼 수 있다.FIG. 5B is a graph measuring the vertical radiation pattern of the component E φ in the xz plane perpendicular to the service plane while rotating the
도 5c는 도 4a의 환경에서 수평편파 복사패턴의 측정값과 FDTD(Finite Discrete Time Domain)시뮬레이션한 결과를 비교한 그래프로서, 수직편파는 거의 발생하지 않고 수평편파가 주로 발생함을 알 수 있다.FIG. 5C is a graph comparing a measured value of a horizontal polarized wave radiation pattern and a result of a finite disc time domain (FDTD) simulation in the environment of FIG. 4A. FIG. 5C shows that vertical polarization hardly occurs and horizontal polarization mainly occurs.
도 5a의 수평편파 복사패턴에서 y축 방향의 복사가 x축 방향 복사에 비해 약 15dB 낮아서 y축에 대해서는 다이버시티 효과가 떨어지는 단점은 있으나 서비스 영역 내의 약 80%의 각도 범위에서 10dB 이하의 편차를 갖는 복사가 이루어지며, 이는 소형 안테나 구조로는 획기적인 다이버시티 성능을 갖는 특성이다. In the horizontal polarization radiation pattern of FIG. 5A, the y-axis radiation is about 15 dB lower than the x-axis radiation, so the diversity effect is inferior to the y-axis. Radiation is generated, which is a characteristic of breakthrough diversity performance with a small antenna structure.
도 6a는 수직편파 안테나의 입력포트에서의 정재파비를 측정한 그래프이고, 도 6b는 수평편파 안테나의 입력포트에서의 정재파비를 측정한 그래프이다.6A is a graph measuring the standing wave ratio at the input port of the vertically polarized antenna, and FIG. 6B is a graph measuring the standing wave ratio at the input port of the horizontally polarized antenna.
도 6a의 그래프에서 본 발명의 이중편파 안테나의 사용주파수 대역인 433MHz 부근의 두 주파수 433.4MHz와 434.37MHz에서 정재파비를 측정한 결과 1.85 : 1 이하가 나와 입력 임피던스 정합이 양호한 것으로 판명되었다.In the graph of FIG. 6A, standing wave ratios were measured at two frequencies 433.4 MHz and 434.37 MHz near the 433 MHz frequency band of the dual polarization antenna of the present invention. As a result, it was found that the input impedance matching was good.
도 6b의 그래프에서 본 발명의 이중편파 안테나의 사용주파수 대역인 433MHz 부근의 두 주파수 433.4MHz와 434.37MHz에서 정재파비를 측정한 결과 1.63 : 1 이하가 나와 임피던스 정합이 양호한 것으로 판명되었다.In the graph of FIG. 6B, standing wave ratios were measured at two frequencies 433.4 MHz and 434.37 MHz near the 433 MHz frequency band of the dual polarization antenna of the present invention, and the impedance matching was found to be 1.63: 1 or less.
도 7은 안테나 간의 분리도(Isolation)를 측정한 그래프이다.FIG. 7 is a graph measuring isolation between antennas. FIG.
도 7은 수평편파 안테나(30-1, 30-2)와 수직편파 안테나(20-1, 20-2) 간의 영향에 대한 분리도를 측정한 것으로서, 본 발명의 이중편파 안테나의 사용주파수 대역인 433MHz 부근의 두 주파수 433.4MHz와 434.37MHz에서 분리도를 측정한 결과 -28dB 이하가 나와 다이버시티 안테나의 요구조건인 -25dB 이하로서 거의 완벽한 아이솔레이션이 이루어짐을 알 수 있다.FIG. 7 is a measurement of the degree of separation of the influence between the horizontally polarized antennas 30-1 and 30-2 and the vertically polarized antennas 20-1 and 20-2. The frequency band of the dual polarized antenna of the present invention is 433MHz. The separation measurements at the two adjacent frequencies 433.4MHz and 434.37MHz show that -28dB or less is achieved, resulting in almost perfect isolation, below -25dB, which is a requirement for diversity antennas.
도 8은 수직편파 안테나의 정재파비, 수평편파 안테나의 정재파비 및 안테나간의 분리도를 FDTD 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the results of FDTD simulation of standing wave ratios of vertically polarized antennas, standing wave ratios of horizontally polarized antennas, and separation between antennas.
도 8에서 수직편파 안테나(20-1, 20-2) 및 수평편파 안테나(30-1, 30-2)의 정재파비의 시뮬레이션 그래프를 도 6a 및 6b에서 측정한 그래프와 비교하면 전체적인 모양이 일치함을 알 수 있으며, 분리도 역시 도 7에서 측정한 그래프와 거의 유사함을 알 수 있다.In FIG. 8, when the simulation graphs of standing wave ratios of the vertical polarization antennas 20-1 and 20-2 and the horizontal polarization antennas 30-1 and 30-2 are compared with the graphs measured in FIGS. 6A and 6B, the overall shape is consistent. It can be seen that the separation is also almost similar to the graph measured in FIG.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 평면도이다. 9 is a plan view of a dual polarization antenna using an inverse F antenna according to another embodiment of the present invention.
도 9의 실시예는 하나의 제 1 역에프안테나(20-1)를 접지판(10)의 중심에 배치하여 수직편파 안테나로 사용한 경우로서 중심에 배치되기 때문에 수직편파의 x-y평면 Eθ 복사패턴이 더욱 옴니패턴으로 개선되도록 한 것이다. 이러한 경우 중심에 배치된 역에프안테나(20-1)의 x-성분이 비대칭이기 때문에 x-y평면 Eφ 복사패턴이 존재하게 되는데 이러한 복사패턴이 존재하더라도 사용상의 문제는 없다.The embodiment of Figure 9 is one of the first station F of the vertical polarization xy due to the antenna 20-1 at the center of the
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 역에프안테나를 이용한 이중편파 안테나의 평면도이다.10 is a plan view of a dual polarization antenna using an inverted F antenna according to another embodiment of the present invention.
도 10의 실시예는 도 9의 실시예에 따를 때 발생하는 x-y평면 Eφ 복사패턴을 제거하고 순수한 수직편파 안테나로서 동작시키기 위한 방법으로 제 1 및 제 2 역에프안테나(20-1, 20-2)를 중심에 대해 서로 반대방향으로 배치한다. The embodiment of FIG. 10 is a method for removing the xy plane E φ radiation pattern generated according to the embodiment of FIG. 9 and operating it as a purely vertically polarized antenna. 2) are arranged in opposite directions with respect to the center.
도 9 및 도 10의 실시예에서도 수평편파 안테나와 수직편파 안테나의 전파 격리도는 4개의 역에프 안테나를 가장자리에 배치한 경우와 동일한 원리로 동작하게 된다.9 and 10, the radio wave isolation diagrams of the horizontally polarized antenna and the vertically polarized antenna operate in the same principle as the case where four inverted F antennas are arranged at the edges.
본 실시예에서 급전선으로 전송선로를 사용하는 경우에 대해 예시적으로 설명하였으나 본 발명은 이에 국한되지 않고, PCB 기판을 이용한 마이크로스트립 선로나 유전체 동축케이블을 사용하여 동일 특성을 얻을 수 있으며, 또한 유전체로 채워서 안테나의 사이즈를 0.33파장보다 훨씬 더 작게 할 수고 있으며 더 크게 하여 전기적 성능을 개선하는 등의 다양한 변형이 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 기술적 사상에 당연히 포함되는 것이다.In this embodiment, a transmission line is used as a feed line by way of example. However, the present invention is not limited thereto, and the same characteristics can be obtained using a microstrip line or a dielectric coaxial cable using a PCB substrate, and also a dielectric It is possible to make the size of the antenna much smaller than 0.33 wavelength by filling with and to make various modifications such as to improve the electrical performance by making it larger, and such modification is naturally included in the technical idea of the present invention.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 2쌍의 역에프안테나를 이용하여 직교성이 우수하면서 편파특성을 수직편파와 수평편파로 이중화시켜 전파음영지역을 감소시킴으로써 리더와 태그간의 전송거리를 연장하고 서비스 구간내에서의 통신품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by using two pairs of inverted F antenna is excellent in the orthogonality, and the polarization characteristics are duplicated into vertical polarization and horizontal polarization to reduce the radio shade area to extend the transmission distance between the reader and the tag and within the service interval It is effective to improve the communication quality at.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060001345A KR100606453B1 (en) | 2006-01-05 | 2006-01-05 | A dual polarization antenna using inverted-f antenna |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020060001345A KR100606453B1 (en) | 2006-01-05 | 2006-01-05 | A dual polarization antenna using inverted-f antenna |
Publications (1)
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KR100606453B1 true KR100606453B1 (en) | 2006-08-01 |
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KR1020060001345A KR100606453B1 (en) | 2006-01-05 | 2006-01-05 | A dual polarization antenna using inverted-f antenna |
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KR101434525B1 (en) | 2012-10-12 | 2014-08-26 | (주)소노비젼 | Antenna having 4 PIFA antenna |
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2006
- 2006-01-05 KR KR1020060001345A patent/KR100606453B1/en active IP Right Grant
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