KR100652227B1 - Microstrip antenna using L-shaped plates - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 안테나의 소형화를 위해 일반적인 선형편파 마이크로스트립 패치 안테나의 패치 밑면에 엘-자 형태의 플레이트를 부착하여 패치 밑면의 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이를 증가시켰으며 공진주파수의 하향을 유도하기 위하여, 장방형의 평면형 패치; 소정 폭을 가진 엘-자 형상으로서 상기 평면형 패치의 밑면에 같은 간격으로 부착되는 다수의 플레이트; 및 상기 플레이트 간에 형성된 빈공간을 채움으로써 상기 각각의 플레이트가 원형을 유지할 수 있도록 하는 유전체; 를 포함한다.The present invention relates to a microstrip antenna using an L-shaped plate, which is visible by increasing the current path at the bottom of the patch by attaching an L-shaped plate to the bottom of the patch of a general linearly polarized microstrip patch antenna for miniaturization of the antenna. A rectangular planar patch to increase the resonance length and to induce a downward frequency of the resonance frequency; A plurality of plates attached at equal intervals to the underside of the planar patch as an el-shaped shape having a predetermined width; And a dielectric to fill each void formed between the plates so that each of the plates maintains a circular shape. It includes.
본 발명에 따르면, 경량, 저 부피, 저층형일 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a microstrip antenna using an L-shaped plate that can be manufactured at low cost, as well as light weight, low volume, and low layer.
엘-자형, 마이크로스트립, 안테나, 유전체 L-shaped, microstrip, antenna, dielectric
Description
도 1 은 종래의 마이크로스트립형 광대역 안테나에 관한 사시도.1 is a perspective view of a conventional microstrip broadband antenna.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 사진도.Figure 2a is a photograph of a microstrip antenna using the L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도.Figure 2b is a plan view of a microstrip antenna using the L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 사진도.Figure 2c is a photographic view of a microstrip antenna using another L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 2d 는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도.Figure 2d is a plan view of a microstrip antenna using another L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 2e 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 저면 사진도.Figure 2e is a bottom view of the microstrip antenna using the L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 2f 는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도.Figure 2f is a plan view of a microstrip antenna using another el-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트의 개수 증가에 따른 공진주파수 변화를 나타내는 그래프.3 is a graph showing a change in resonant frequency with increasing number of L-shaped plates according to an embodiment of the present invention.
도 4a 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 위치를 표시한 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나의 평면 및 측면도.Figure 4a is a plan view and a side view of a microstrip antenna using the L-shaped plate indicating the feed point position in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 위치에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 그래프.Figure 4b is a graph showing the reflection loss characteristics according to the feed point position in accordance with an embodiment of the present invention.
도 5a 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면 및 측면도.FIG. 5A is a plan view and a side view showing the structure of a microstrip antenna with fourteen el-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to one embodiment of the present invention; FIG.
도 5b 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 반사손실 특성을 나타내는 그래프.FIG. 5B is a graph showing return loss characteristics of a microstrip antenna having 14 L-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 5c 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 나타내는 그래프.FIG. 5C is a graph showing a radiation pattern of a microstrip antenna with 14 L-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 6a 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 사시도.FIG. 6A is a perspective view illustrating the structure of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna having four L-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 6b 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 축비를 나타내는 그래프.6B is a graph showing the axial ratio of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna with four L-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to one embodiment of the present invention.
도 6c 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 x축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프.FIG. 6C is a graph showing an x-axis parallel polarization radiation pattern of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna with four L-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 6d 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 y축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프.FIG. 6D is a graph showing a y-axis parallel polarization radiation pattern of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna with four EL-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 7a 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화 측정을 위한 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 사시도.7A is a perspective view of an L-shaped plate microstrip antenna for impedance change measurement according to a feed point movement according to an embodiment of the present invention.
도 7b 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화에 있어 저항값 변화를 나타내는 그래프.7B is a graph showing a change in resistance value in impedance change according to a feed point movement according to an embodiment of the present invention.
도 7c 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화에 있어 리액턴스값 변화를 나타내는 그래프.7C is a graph showing a change in reactance value in impedance change according to a feed point movement according to an embodiment of the present invention.
도 8a 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도.8A is a plan view showing the structure of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna to which 13 L-shaped plates optimized for 1.575 GHz are attached according to an embodiment of the present invention.
도 8b 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조의 축비를 나타내는 그래프.8B is a graph showing the axial ratio of the structure of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna to which 13 EL-shaped plates optimized for 1.575 GHz are attached according to an embodiment of the present invention.
도 8c 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 x축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프.FIG. 8C is a graph showing an x-axis parallel polarization radiation pattern of a circularly polarized el-shaped plate microstrip antenna to which thirteen el-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 8d 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 y축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프. FIG. 8D is a graph showing a y-axis parallel polarization radiation pattern of a circularly polarized L-shaped plate microstrip antenna to which 13 EL-shaped plates optimized for 1.575 GHz according to an embodiment of the present invention are attached. FIG.
본 발명은 엘-자형(L-자형) 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나의 소형화를 위해 일반적인 선형편파 마이크로스트립 패치 안테나의 패치 밑면에 엘-자 형태의 플레이트를 부착하여 패치 밑면의 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이를 증가시켜 공진주파수의 하향을 유도하기 위한, 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a microstrip antenna using an L-shaped (L-shaped) plate, and more particularly, in order to miniaturize the antenna by attaching an el-shaped plate to the bottom of the patch of a general linearly polarized microstrip patch antenna The present invention relates to a microstrip antenna using an L-shaped plate for increasing the visible resonance length by increasing the current path at the bottom of the patch to induce a downward frequency of the resonance frequency.
종래, 마이크로스트립 안테나와 관련해서는 대한민국 실용신안공개 제1989-0001581호 '마이크로스트립형 광대역 안테나'이외에 다수 출원 및 등록된 상태이다. Conventionally, in relation to the microstrip antenna, a number of applications and registrations other than the Republic of Korea Utility Model Publication No. 1989-0001581 'microstrip broadband antenna'.
상기 마이크로스트립형 광대역 안테나는 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 한장의 유전체기판(1)에 접지면(3)과 마이크로스트립 도체(4)를 형성하고 상기의 접지면(3)과 마이크로스트립 도체(4)에 의해 형성된 마이크로스트립 라인(7)을 마이크로파 방사부(6), 즉 상부도체(2)와 하부도체(5)에 연결 구성하므로 광범위한 주파수 대역에 걸쳐 효과적인 안테나로서 동작되도록 선로에 테이퍼링(TAPERING)을 한 구조이다. As shown in FIG. 1, the microstrip broadband antenna forms a
그러나, 상기 마이크로스트립형 광대역 안테나는 부피가 크고, 이득이 작으며, 접지면 밑이 회로를 부착하여 시스템을 소형화 할 수 없을 뿐만 아니라 원형편 파로의 제작이 어려워 휴대용 무선 통신 장치에는 사용할 수 없는 문제점이 있었다. However, the microstrip broadband antenna has a large volume, a small gain, and a circuit under the ground plane, which makes it impossible to miniaturize the system and makes it difficult to manufacture a circularly polarized wave and thus cannot be used in a portable radio communication device. There was this.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경량, 저 부피, 저층형일 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나를 제공함에 있다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a microstrip antenna using an L-shaped plate that is not only lightweight, low volume, low-layer type, but also can be manufactured at low cost.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 장방형의 평면형 패치; 소정 폭을 가진 엘-자 형상으로서 상기 평면형 패치의 밑면에 같은 간격으로 부착되는 다수의 플레이트; 및 상기 플레이트 간에 형성된 빈공간을 채움으로써 상기 각각의 플레이트가 원형을 유지할 수 있도록 하는 유전체; 를 포함한다. The present invention for achieving the above object, relates to a microstrip antenna using the L-shaped plate, a rectangular planar patch; A plurality of plates attached at equal intervals to the underside of the planar patch as an el-shaped shape having a predetermined width; And a dielectric to fill each void formed between the plates so that each of the plates maintains a circular shape. It includes.
바람직하게 상기 평면형 패치 및 플레이트는 금속 재질로 구성된 것을 특징으로 한다. Preferably the planar patch and plate is characterized in that composed of a metallic material.
또한 바람직하게 상기 다수의 플레이트 각각은, 상기 평면형 패치와 직각으로 부착되는 것을 특징으로 한다. Also preferably, each of the plurality of plates may be attached at right angles to the planar patch.
또한 바람직하게 상기 다수의 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트가 그 절곡부를 중심으로 대칭적으로 소정 길이만큼 절단된 상태에서 상기 평면형 패치에 부착되는 것을 특징으로 한다. Also preferably, at least one of the plurality of plates is attached to the planar patch in a state symmetrically cut by a predetermined length around the bent portion.
또한 바람직하게 상기 다수의 플레이트 각각은, 다수의 핀으로 구성된 것을 특징으로 한다. Also preferably, each of the plurality of plates is characterized by consisting of a plurality of pins.
또한 바람직하게 상기 유전체는, 적층형 구조인 것을 특징으로 한다. Also preferably, the dielectric is a laminated structure.
그리고 바람직하게 상기 평면형 패치는, 급전 구조와 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다. Preferably, the planar patch is integrated with a power feeding structure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나의 구조에 관하여 도 2a 내지 도 2e 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The structure of a microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2E.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 사진도이고, 도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도이고, 도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 사진도이고, 도 2d 는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도이고, 도 2e 는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 저면 사진도이며, 도 2f 는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에 대한 평면도이다.2A is a photographic view of a microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view of a microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention. 2C is a photograph of a microstrip antenna using another L-shaped plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2D is a microstrip antenna using another EL-shaped plate according to an embodiment of the present invention. 2E is a bottom view photograph of a microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2F is a micrograph using another EL-shaped plate according to an embodiment of the present invention. Top view of the strip antenna.
상기 도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나는 평면형 패치(10), 다수의 플레이트(20) 및 유전체(30)를 포함한다. 2A and 2B, the microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention includes a
상기 평면형 패치(10)는 금속 재질로서, 장방형으로서 본 실시예에서는 47 ㎜ × 47 ㎜의 크기를 가지는 것으로 설정하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 상기 도 2f 에 도시된 바와 같이 상기 평면형 패치에 급전구조(1)가 일체화되도록 설정하는 것도 가능하다. The
또한, 상기 플레이트(20) 각각은 금속 재질이면서, 전체적으로 소정 폭을 가진 엘-자 형상으로서 상기 평면형 패치의 밑면에 같은 간격으로 상기 평면형 패치와 직각으로 부착된다. In addition, each of the
본 실시예에서 상기 플레이트는 절단되지 아니한 엘-자 형상이고, 그 개수가 13개이며, 그 폭이 8 ㎜로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 도 2c 및 도 2d 에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트는 그 절곡부를 중심으로 대칭적으로 소정 길이만큼 절단된 상태에서 상기 평면형 패치에 부착되도록 설정하는 것도 가능하고, 상기 도 2f 에 도시된 바와 같이 다수의 핀으로 상기 플레이트가 형성되도록 설정하는 것도 가능하다. In the present embodiment, the plate has an el-shaped shape that is not cut, the number thereof is 13, and the width is set to 8 mm, but the present invention is not limited thereto. 2C and 2D, at least one of the plurality of plates may be set to be attached to the planar patch in a state in which the plate is cut by a predetermined length symmetrically about the bent portion. As shown in FIG. 2F, it is also possible to set the plate to be formed of a plurality of pins.
그리고, 상기 유전체(30)는 상기 도 2e 에 도시된 바와 같이 상기 플레이트 간에 형성된 빈공간을 채움으로써 상기 각각의 플레이트가 원형을 유지할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 또한 상기 유전체를 공기층으로 대신할 수도 있다. In addition, the dielectric 30 performs a function of maintaining the circular shape of each plate by filling empty spaces formed between the plates as shown in FIG. 2E. It is also possible to replace the dielectric with an air layer.
본 실시예에서 상기 유전체는 유전율(εr)이 1.06이고, 그 두께가 9 ㎜로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 적층형 구조로 형성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the dielectric material has a dielectric constant epsilon r of 1.06 and a thickness of 9 mm, but the present invention is not limited thereto.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용 한 마이크로스트립 안테나의 물성 측정 결과에 관하여 도 3 내지 도 8d 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The measurement results of the properties of the microstrip antenna using the L-shaped plate according to the exemplary embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 3 to 8D.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트의 개수 증가에 따른 공진주파수 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4a 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 위치를 표시한 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나의 평면 및 측면도이고, 도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 위치에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5a 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면 및 측면도이고, 도 5b 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 반사손실 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5c 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 14개를 부착시킨 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 나타내는 그래프이고, 도 6a 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 6b 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 축비를 나타내는 그래프이고, 도 6c 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 x축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프이고, 도 6d 는 본 발명의 일실시예에 따른 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 4개를 부착시킨 원형편파 엘- 자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 y축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프이고, 도 7a 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화 측정을 위한 엘-자 플레이트 마이크로스트립 안테나의 사시도이고, 도 7b 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화에 있어 저항값 변화를 나타내는 그래프이고, 도 7c 는 본 발명의 일실시예에 따른 급전점 이동에 따른 임피던스 변화에 있어 리액턴스값 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8a 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 8b 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 구조의 축비를 나타내는 그래프이고, 도 8c 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 x축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프이며, 도 8d 는 본 발명의 일실시예에 따라 1.575GHz에 최적화된 엘-자형 플레이트 13개를 부착시킨 원형편파 엘-자형 플레이트 마이크로스트립 안테나의 y축 평행편파 방사패턴을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a change in the resonant frequency according to the increase in the number of the el-shaped plate according to an embodiment of the present invention, Figure 4a is an el-shaped plate showing the feed point position according to an embodiment of the
상기 도 3 에 도시된 바와 같이 엘-자형 플레이트의 개수가 증가할수록 공진주파수가 하향 되었고 엘-자형 플레이트의 개수가 18개인 경우 955 MHz(측정값)로 39.4 % 공진주파수 하향률을 얻었다. 이는 패치 밑면에 같은 간격으로 부착된 엘-자형 플레이트에 의해 전류의 경로가 증가함에 따른 변화이다. As shown in FIG. 3, the resonant frequency was lowered as the number of el-shaped plates increased, and when the number of el-shaped plates was 18, 39.4% of the resonant frequency was obtained at 955 MHz (measured value). This is a change as the path of current is increased by el-shaped plates attached at equal intervals on the underside of the patch.
그러나, 엘-자형 플레이트의 개수가 14개부터 공진주파수 하향 곡선이 둔화 되어 하향률이 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 플레이트 사이의 간격이 0.03파장(엘-자형 플레이트가 14개의 경우)보다 좁을 때는 플레이트 사이로 전류가 흘러들어가지 못하고 플레이트 끝단에서 이웃 끝단으로 넘는 전류드래프트 현상이 나타나기 때문이다.However, it can be seen that since the number of L-shaped plates is 14, the resonant frequency downward curve is slowed and the downward rate decreases. This is because when the gap between the plates is narrower than 0.03 wavelength (for 14 L-shaped plates), current does not flow between the plates and a current draft phenomenon occurs from the plate edge to the neighboring edge.
일반적인 마이크로스트립 안테나는 폭의 중심선 상에 급전을 하지만 본 발명의 일실시예에 따른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나에서는 대각선 급전을 시행하였다. A general microstrip antenna feeds on a center line of the width, but diagonal feeding is performed in a microstrip antenna using an L-shaped plate according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 엘-자형 플레이트가 7개 일 때 급전 위치에 따른 공진주파수 변화는 급전점이 1번 위치인 경우, 2번 위치일 때보다 급전점 주변의 플레이트가 더 길기 때문에 전류 경로 증가 효과가 더욱 유효하게 작용되어 주파수 하향률이 더 크게 나타났다.As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, when the L-shaped plates are seven, the resonant frequency change according to the feeding position is greater than the plate around the feeding point when the feeding point is the first position. Because of the longer current path, the effect of increasing the current path is more effective, resulting in a higher frequency down rate.
상기 도 5a 내지 도 5c 는 플레이트 부착 개수에 따른 공진주파수 하향 곡선이 포화된다고 생각되는 엘-자형 플레이트 14개 부착 시 1.575 GHz에서 최적화된 안테나의 구조 및 반사손실, 방사패턴을 도시하였다. 5A to 5C illustrate the structure, reflection loss, and radiation pattern of an antenna optimized at 1.575 GHz when 14 L-shaped plates are considered to be saturated with a resonant frequency downward curve according to the number of plate attachments.
이때 안테나의 크기는 47 mm × 47 mm로 같은 높이의 평면형 선형편파 마이크로스트립 패치 안테나(83 mm × 83 mm)에 비해 폭과 길이 각각 36 mm 씩 줄어든 43.4 %의 길이 단축효과를 얻었으며 반사손실 -34.4 dB, -10dB 대역폭 49 MHz(3.1 %)로 양호한 특성을 나타내었다. At this time, the size of the antenna was 47 mm × 47 mm, which was 43.4% shorter than the flat linearly polarized microstrip patch antenna (83 mm × 83 mm), which was reduced by 36 mm in width and length, respectively. 34.4 dB, -10 dB bandwidth of 49 MHz (3.1%) showed good characteristics.
상기 도 5c 에 도시된 바와 같이, z-x면에서 x축 편파 방사패턴 측정결과, 이득은 1.19 dBd, -3dB 빔폭은 127°로 나타났고, z-y면에서 x축 편파 방사패턴 측 정결과, -3dB 빔폭은 93°로 나타났다. As shown in FIG. 5C, as a result of measuring the x-axis polarization radiation pattern on the zx plane, the gain was 1.19 dBd and the -3 dB beamwidth was 127 °. As a result of the x-axis polarization radiation pattern measurement on the zy plane, the beam width was -3 dB. Was 93 °.
상기 도 5a 에 도시된 구조에서 안테나의 폭과 길이를 달리하여 원형편파를 얻고자 하였으나 편파의 분리가 어려웠다.In the structure shown in FIG. 5A, circular polarization was obtained by varying the width and length of the antenna, but separation of polarization was difficult.
이에 편파분리를 쉽게 하기 위해 도 6a 내지 도 6d 에 도시된 바와 같이, 4개의 엘-자형 플레이트의 절곡부를 개방 시켰다. In order to facilitate the polarization separation, as shown in Figures 6a to 6d, the bent portion of the four L-shaped plate was opened.
이때 원형편파 마이크로스트립 안테나의 크기는 60 mm × 68 mm로 평면형 원형편파 마이크로스트립 패치 안테나(길이 76 mm × 폭 83 mm)보다 35.3 %의 면적 감소율을 나타내었다. At this time, the size of the circularly polarized microstrip antenna was 60 mm x 68 mm, indicating an area reduction rate of 35.3% compared to the planar circularly polarized microstrip patch antenna (length 76 mm × width 83 mm).
-10 dB 대역폭은 145 MHz(9.2 %), 축비는 중심 주파수 1.575 GHz에서 0.68 dB이고 축비 2 dB 이하 대역폭은 39 MHz(2.5 %)로 양호한 원형편파 안테나의 특성을 얻었다. The -10 dB bandwidth is 145 MHz (9.2%), the axis ratio is 0.68 dB at the center frequency of 1.575 GHz, and the bandwidth below 2 dB is 39 MHz (2.5%).
도 6c 에 도시된 바와 같이, x축 평행편파의 경우 이득은 1.26 dBd, -3dB 빔폭은 z-x면에서 82°, z-y면에서 86°로 나타내었고, 도 6d 에 도시된 바와 같이 y축 평행편파의 경우 -3dB 빔폭은 z-x면에서 82°, z-y면에서 92°로 나타내었다. As shown in FIG. 6C, the gain of the x-axis parallel polarization is 1.26 dBd, the -3 dB beamwidth is 82 ° in the zx plane, and 86 ° in the zy plane, and the y-axis parallel polarization is shown in FIG. 6D. In this case, the -3dB beamwidth is represented by 82 ° in the zx plane and 92 ° in the zy plane.
절곡부의 개방 및 비 개방에 따라 안테나의 원형편파 축비특성이 큰 차이를 보이는데 이를 확인하기 위해 도 7a 에 도시된 바와 같은 구조에서 각각의 급전점 위치에 따른 임피던스 변화를 살펴보았다. The circular polarization axial ratio characteristic of the antenna varies greatly depending on the opening and non-opening of the bent portion. To confirm this, the impedance change according to the position of each feed point in the structure as shown in FIG. 7A was examined.
중심주파수 1.575 GHz에서 플레이트 1과 플레이트 2 의 절곡부를 개방 및 비 개방 시키면서 임피던스의 저항(resistance)값과 리액턴스(reactance)값의 변화를 고찰하였다. Opening and unopening of the bent portions of the
도 7b 에서 나타낸 바와 같이 플레이트 2 를 개방했을 때 저항값의 변화량이 가장 적고, 도 7c에 도시된 바와 같이 플레이트 1 을 개방했을 때 리액턴스값의 변화량이 가장 적은 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 7B, the smallest change amount of the resistance value is shown when the
또한 전체적으로 플레이트 1과 플레이트 2 모두를 개방했을 때 저항값은 모두 안정적인 변화를 보였으나 90 Ω정도로 다소 높게 되었다. 이는 플레이트가 제거 됨에 따라 상대적으로 개방 쪽 편향 효과에 기인된 것으로 사료된다. 그러나 이점은 이중 공진된 두 주파수의 교점으로 다소 임피던스가 크게 되어 있으나 원형편파 조건을 만족시키는데는 결코 불리하다 할 수 없다. In addition, when both
또한 리액턴스값은 콘덴서 성분이 증가 되었으며 이는 상대적으로 안테나가 짧아지는 효과에 기인된 것이다. 엘-자형 플레이트의 개수를 증가시켜 최적화할 때 엘-자형 플레이트의 간격이 좁아지게 되어 급전점의 위치에 따라 임피던스가 큰 폭으로 변화할 것으로 사료되어 급전점 주위의 엘-자형 플레이트는 절곡부를 개방시켜 최적화하였다.Also, the reactance value is increased due to the condenser component, which is due to the shortening of the antenna. When increasing the number of L-shaped plates, the gap between the L-shaped plates is narrowed and the impedance is expected to vary greatly depending on the position of the feed point.The L-shaped plate around the feed point opens the bent part. To optimize.
도 8a 내지 도 8d 에서, 중심주파수 1.575 GHz에서 최적화된 엘-자형 플레이트 13개 부착 원형편파 마이크로스트립 안테나의 구조 및 축비, 방사패턴을 도시하였다. 8A to 8D, the structure, the axial ratio, and the radiation pattern of the 13 L-shaped circularly polarized microstrip antennas optimized at the center frequency of 1.575 GHz are shown.
이때 원형편파 마이크로스트립 안테나의 크기는 53 mm × 54 mm로 평면형 원형편파 마이크로스트립 패치 안테나(길이 76 mm × 폭 83 mm)보다 54.6 %의 면적 감소율을 나타내었다. At this time, the size of the circularly polarized microstrip antenna was 53 mm x 54 mm, indicating an area reduction rate of 54.6% compared to the planar circularly polarized microstrip patch antenna (length 76 mm × width 83 mm).
-10 dB 대역폭은 99 MHz(6.3 %), 축비는 중심 주파수 1.575 GHz에서 1.37 dB 이고 축비 2 dB 이하 대역폭은 14 MHz(0.8 %)로 양호한 원형편파 안테나의 특성을 얻었다. The -10 dB bandwidth was 99 MHz (6.3%), the axis ratio was 1.37 dB at the center frequency of 1.575 GHz, and the bandwidth below 2 dB was 14 MHz (0.8%).
도 8c 에 도시된 바와 같이 x축 평행편파의 경우, 이득은 1.36 dBd, -3dB 빔폭은 z-x면에서 109°, z-y면에서 98°로 나타내었고 도 8d 에 도시된 바와 같이 y축 평행편파의 경우, 이득은 0.7 dBd, -3dB 빔폭은 z-x면에서 92°, z-y면에서 116°로 나타내었다. In the case of x-axis parallel polarization as shown in FIG. 8C, the gain is 1.36 dBd, -3 dB beamwidth is shown as 109 ° in the zx plane and 98 ° in the zy plane, and in the case of y-axis parallel polarization as shown in FIG. 8D. The gain is 0.7 dBd and the -3dB beamwidth is 92 ° on the zx plane and 116 ° on the zy plane.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 다른 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나는 엘-자형 플레이트를 이용하여 선형편파 및 원형편파 마이크로스트립 안테나를 소형화하였다. As described above, the microstrip antenna using the El-shaped plate according to the embodiment of the present invention miniaturized the linearly and circularly polarized microstrip antenna using the El-shaped plate.
플레이트의 개수 증가를 통해 부착된 엘-자형 플레이트의 길이만큼의 전류 경로가 증가되었고 이로 인해 공진 주파수가 하향되었다. 그 결과 선형편파 안테나는 엘-자형 플레이트 14개로 최적화시켰을 때 43.4 % 길이 및 폭의 단축효과를 얻었으며, 원형편파 안테나는 13개의 엘-자형 플레이트 13개로 최적화시켰을 때 54.6 % 면적 감소율과 축비 1.37 dB 및 축비 2 dB 이하의 대역폭 14 MHz로 양호한 원형편파 특성을 얻었다. Increasing the number of plates increased the current path by the length of the attached L-shaped plate, which lowered the resonance frequency. As a result, the linearly polarized antenna has a 43.4% reduction in length and width when optimized with 14 L-shaped plates, and the circularly polarized antenna has a 54.6% area reduction ratio and 1.37 dB when optimized with 13 L-shaped plates. And a good circular polarization characteristic with a bandwidth of 14 MHz with an axial ratio of 2 dB or less.
원형편파 안테나의 최적화 시 플레이트의 절곡부를 개방했을 때가 급전점 위치에 다른 임피던스 변화가 둔감함을 실험을 통해 확인하였으며 이를 적용시켰다. 이로써 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나가 선형편파 및 원형편파일 때 모두 소형화에 적합한 구조임이 확인되었다.Experiments confirmed that the impedance change of the feed point is insensitive when the bent part of the plate is open when optimizing the circularly polarized antenna. As a result, it was confirmed that the microstrip antenna using the L-shaped plate is suitable for miniaturization in both linear polarization and circular polarization.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다. The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawing.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 경량, 저 부피, 저층형일 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 엘-자형 플레이트를 이용한 마이크로스트립 안테나를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect that can provide a microstrip antenna using an L-shaped plate that can be manufactured at low cost, as well as light weight, low volume, low layer.
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