KR100674200B1 - Multiple U-Slot Microstrip Patch Antenna - Google Patents

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KR100674200B1
KR100674200B1 KR1020040068136A KR20040068136A KR100674200B1 KR 100674200 B1 KR100674200 B1 KR 100674200B1 KR 1020040068136 A KR1020040068136 A KR 1020040068136A KR 20040068136 A KR20040068136 A KR 20040068136A KR 100674200 B1 KR100674200 B1 KR 100674200B1
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microstrip
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곽경섭
윤중한
정계택
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인하대학교 산학협력단
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas

Abstract

본 발명은 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 접지기판과; 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯이 형성된 패치(Patch)와; 상기 접지기판과 패치사이에 적층되어 결합되는 유전체와; 외부도체는 상기 접지기판에, 내부도체는 상기 패치에 각각 연결되어 상기 패치에 신호를 공급하는 동시에 특정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 동축선로를 포함하여 구성하고, 상기 정방향 U-슬롯과 두 개의 역방향 U-슬롯의 깊이, 길이 및 이들의 위치 변화에 따른 반사계수, 동축선로의 위치 변화에 따른 반사계수, 유전체의 두께에 따른 반사계수를 측정해 본 발명에서 요구되는 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역의 안테나를 얻을 수 있는 최적화된 파라미터를 구하여 이를 적용함으로써 국제전기통신연합(ITU)에서 새롭게 추가할 예정인 5.15 ∼ 5.35GHz 대역에서 동작 가능한 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나를 얻을 수 있다.The present invention relates to a multiple U-slot microstrip patch antenna, comprising: a ground substrate; A patch having a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at opposite ends of the forward U-slot; A dielectric laminated and coupled between the ground substrate and the patch; The outer conductor is connected to the ground board, and the inner conductor is connected to the patch, respectively, and includes a coaxial line that transmits and receives a signal of a specific frequency band while supplying a signal to the patch. The forward U-slot and two reverse directions are provided. The antenna of the 5.15 to 5.35 GHz frequency band required by the present invention is measured by measuring the reflection coefficient according to the depth, length of the U-slot, the position change thereof, the reflection coefficient according to the positional change of the coaxial line, and the thickness of the dielectric. By obtaining the optimized parameters and applying them, it is possible to obtain multiple U-slot microstrip patch antennas capable of operating in the 5.15-5.35GHz band, which is newly added by the International Telecommunication Union (ITU).

안테나, 마이크로스트립(Microstrip), U-슬롯Antennas, Microstrip, U-Slots

Description

다중 Ｕ-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나 {Multiple U-Slot Microstrip Patch Antenna}Multiple U-Slot Microstrip Patch Antenna

도 1 은 일반적인 단일 U-슬롯 안테나의 평면도1 is a plan view of a typical single U-slot antenna

도 2 는 도 1 에 도시한 단일 U-슬롯 안테나의 첫번째 공진을 일으키는 전류통로길이를 표시한 도면FIG. 2 is a diagram showing the current path length causing the first resonance of the single U-slot antenna shown in FIG.

도 3 은 1 에 도시한 단일 U-슬롯 안테나의 두번째 공진을 일으키는 전류통로길이를 표시한 도면3 is a diagram showing a current path length causing a second resonance of a single U-slot antenna shown in FIG.

도 4a 는 위상이 0°일 경우의 단일 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면4A shows disturbed current distribution of a single U-slot antenna when the phase is 0 °

도 4b 는 위상이 90°일 경우의 단일 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면4b shows a disturbed current distribution of a single U-slot antenna when the phase is 90 °

도 5a 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 정면도5A is a front view of a multiple U-slot microstrip patch antenna in accordance with the present invention.

도 5b 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 평면도5B is a plan view of a multiple U-slot microstrip patch antenna in accordance with the present invention.

도 6 은 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 측정결과를 도식화한 도면6 is a diagram illustrating a return loss measurement result of a multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도 7 은 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 이득 측정결과를 도식화한 도면7 is a diagram illustrating a gain measurement result of a multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도 8a 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 E-평면상에서의 방사패턴을 도식화한 도면8A is a diagram of the radiation pattern on the E-plane of a multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도 8b 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 H-평면상에서의 방사패턴을 도식화한 도면8B is a diagram of a radiation pattern on an H-plane of a multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도 9a 는 위상이 0°일 경우의 다중 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면9A is a diagram showing disturbed current distribution of multiple U-slot antennas when phase is 0 °

도 9b 는 위상이 90°일 경우의 다중 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면9b is a diagram showing disturbed current distribution of multiple U-slot antennas when phase is 90 °

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

100 : 접지기판 200 : 패치100: ground board 200: patch

210 : 정방향 U-슬롯 220a, 220b : 역방향 U-슬롯210: Forward U-slot 220a, 220b: Reverse U-slot

300 : 유전체 400 : 동축선로300: dielectric 400: coaxial line

본 발명은 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 안테나의 크기, 무게, 가격, 성능, 설치의 용이성, 공기저항 등에 민감한 고성능 항공기, 우주선, 인공위성, 미사일 또는 이동통신 분야에서 사용되는 마이크로스트립 패치 안테나에 관련된다.The present invention relates to a multi-U-slot microstrip patch antenna, the microstrip used in high-performance aircraft, spacecraft, satellite, missile or mobile communication sensitive to the size, weight, price, performance, ease of installation, air resistance, etc. of the antenna It relates to a patch antenna.

마이크로스트립(Microstrip)은 PCB(Printed Circuit Board)의 한 형태이나, 엄밀하게는 PCB와 상당한 차이를 보인다.Microstrip is a form of a printed circuit board (PCB), but it is quite different from a PCB.

저주파 대역에서는 PCB가 주로 이용되며, 선로배치 문제는 소자의 효율적인 공간배치 개념이 더 강조된다. 즉, 저주파 대역에서는 PCB에서는 같은 양의 선로를 얼마나 더 좁은 공간에서 짧은 거리로 구현하는가가 중요하다.PCBs are mainly used in low frequency bands, and the line layout problem is further emphasized by the concept of efficient space layout of the device. That is, in the low frequency band, it is important to realize the same amount of lines in a PCB in a shorter distance in a narrower space.

그러나, 고주파 대역에서는 주파수가 높아질 수 록 선로간의 간섭이 심해지기 때문에 선로의 형상이나 길이가 성능에 막대한 영향을 준다. 즉, 고주파 대역에서는 선로의 길이 자체가 회로소자값 그 자체인 경우도 많기 때문에 함부로 선로의 길이에 손을 댈 수 없다. 또한, 신호선과 접지(Ground) 사이에 다른 선로가 지나간다면 그 영향은 상당히 크기 때문에 그라운드의 위치가 상당한 중요성을 가진다. 그리고, 결정적으로 주파수가 높아질 수록 선로의 내부가 아닌 외부 표면에만 전류가 흐르려는 경향이 발생(Skin Effect)하고, 안테나처럼 방사하려는 경향이 강해지기 때문에 선로금속 자체로 신호를 보내기 힘들다.However, in the high frequency band, as the frequency increases, the interference between the lines increases, the shape and length of the line have a great influence on the performance. That is, in the high frequency band, since the length of the line itself is often the circuit element value itself, the length of the line cannot be touched unnecessarily. Also, if another line passes between the signal line and the ground, the effect is quite significant, so the position of the ground is of great importance. And, as the frequency increases, the current tends to flow only on the outer surface of the line, not the inside of the line (Skin Effect), and the tendency to radiate like an antenna increases, making it difficult to send a signal to the line metal itself.

이러한 고주파의 특성을 만족시키기 위해 제안된 고주파용 회로기판이 바로 마이크로스트립(Microstrip)이다.Microstrip is a high frequency circuit board proposed to satisfy these high frequency characteristics.

전형적인 마이크로스트립 기판은 밑면 전체를 하나의 금속판을 이용해 접지(Ground) 처리하고, 그 바로위에 일정 두께의 유전체를 올린 후 유전체 위에 선로(신호선) 형상을 구현한 구조를 가진다.A typical microstrip substrate has a structure in which the entire bottom surface is grounded using a single metal plate, a dielectric having a predetermined thickness is placed directly on the substrate, and a line (signal line) shape is formed on the dielectric.

점점 주파수가 높아질 수록 신호선과 접지 사이에 교류 에너지가 집중되어 이 사이에 있는 방해물에 대한 영향이 커지기 때문에, 유전율이 명확히 정의되어 있는 유전체를 신호선과 접지 사이에 형성하고, 유전체의 높이 및 유전율 조건에 맞추어 신호선을 배치하면 신호선과 접지 사이에 전자파 필드에 신호를 보존하여 전송할 수 있게 된다.As the frequency increases, the alternating energy is concentrated between the signal line and ground, increasing the influence on the interference between them, so that a dielectric with clearly defined dielectric constant is formed between the signal line and ground, and the dielectric height and dielectric constant conditions By arranging the signal lines in accordance with them, it is possible to preserve and transmit signals in the electromagnetic field between the signal lines and ground.

마이크로스트립 패치 안테나는 상기한 마이크로스트립 기술을 안테나 분야에 적용한 것이다. 이러한 마이크로스트립 패치 안테나 중 U-슬롯 구조를 갖는 마이크로스트립 패치 안테나를 도 1 내지 도 4 에 도시하였다.Microstrip patch antennas apply the above-described microstrip technology to the antenna field. Among these microstrip patch antennas, a microstrip patch antenna having a U-slot structure is shown in FIGS. 1 to 4.

도 1 은 일반적인 단일 U-슬롯 안테나의 평면도이다.1 is a plan view of a typical single U-slot antenna.

도면에 도시한 바와같이, 단일 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 패치(10)에 U자 모양의 U-슬롯(11)을 형성하고 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 패치(10)의 하부로 유전체와 접지기판이 차례로 적층되어 있으며, 상기 접지기판과 유전체를 관통하여 패치(10)에 동축선로(20)가 형성되어 있다.As shown in the figure, a single U-slot microstrip patch antenna forms a U-shaped U-slot 11 in a patch 10. Although not shown in the drawings, a dielectric and a ground substrate are sequentially stacked below the patch 10, and a coaxial line 20 is formed in the patch 10 through the ground substrate and the dielectric.

패치(10)의 방사하는 면의 모서리(Radiating Edge)의 밑부분에 위치한 U-슬롯은 기본 공진 모드를 발생시키는 전류 분포를 교란하여 그 근접 주파수에서 또 다른 공진을 일으키게 한다. 이러한 특성은 사각형 마이크로스트립 패치의 공진 특성과 결합하여 이중 공진 특성을 얻는 장점을 가진다. 즉, 첫번째 공진은 마이크로스트립 패치에 의해 발생되는 것이고, 두번째 공진은 U-슬롯에 의하여 발생하는 것이다. 이 두 공진 주파수를 전류 분포 해석에 의한 수식으로 구하는 방법은 다음과 같다.The U-slot located at the bottom of the radiating edge of the patch 10 disturbs the current distribution that generates the fundamental resonant mode, causing another resonance at its near frequency. This characteristic has the advantage of obtaining the double resonance characteristics in combination with the resonance characteristics of the rectangular microstrip patch. That is, the first resonance is generated by the microstrip patch, and the second resonance is generated by the U-slot. The method of obtaining these two resonance frequencies by the equation by current distribution analysis is as follows.

도 4a 및 도 4b 에 도시한 바와 같이, 단일 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 경우 U-슬롯 주위에 전류 분포가 밀집되어 있는 전류 분포를 가진다.As shown in Figs. 4A and 4B, the single U-slot microstrip patch antenna has a current distribution in which the current distribution is dense around the U-slot.

첫번째 마이크로스트립 패치에 의한 공진주파수는 도 2 의 해석에 의해 구할 수 있다. 도 2 는 도 1 에 도시한 단일 U-슬롯 안테나의 첫번째 공진을 일으키는 전류통로길이를 표시한 도면이다.The resonance frequency of the first microstrip patch can be obtained by the analysis of FIG. FIG. 2 is a diagram showing the current path length causing the first resonance of the single U-slot antenna shown in FIG.

이 경우의 공진은 전류통로길이(Current Path Length)가 반 파장일 때 발생한다. 이 때, 평균전류통로길이는 가장자리계(Fringing Field)의 영향을 고려하여 A와 B의 합이라고 할 수 있다.Resonance in this case occurs when the current path length is half wavelength. At this time, the average current path length may be referred to as the sum of A and B in consideration of the effect of the fringing field.

Figure 112006038989793-pat00001
,
Figure 112006038989793-pat00001
,

Figure 112004038812673-pat00002
,
Figure 112004038812673-pat00002
,

Figure 112004038812673-pat00003
Figure 112004038812673-pat00003

따라서, 위의 식으로부터 공진주파수는 다음과 같다.Therefore, the resonance frequency from the above equation is as follows.

Figure 112004038812673-pat00004
Figure 112004038812673-pat00004

Figure 112004038812673-pat00005
,
Figure 112004038812673-pat00005
,

Figure 112006038989793-pat00006

여기서,
Figure 112006038989793-pat00035
는 슬롯의 가로 길이,
Figure 112006038989793-pat00036
는 패치의 세로 길이,
Figure 112006038989793-pat00037
는 유효 세로길이,
Figure 112006038989793-pat00038
는 패치 아랫면과 슬롯 사이의 길이,
Figure 112006038989793-pat00039
는 첫번째 공진 파장 길이,
Figure 112006038989793-pat00040
은 패치의 가로길이,
Figure 112006038989793-pat00041
은 유전체 두께이다.
Figure 112006038989793-pat00006

here,
Figure 112006038989793-pat00035
Is the width of the slot,
Figure 112006038989793-pat00036
Is the vertical length of the patch,
Figure 112006038989793-pat00037
Is the effective height,
Figure 112006038989793-pat00038
Is the length between the bottom of the patch and the slot,
Figure 112006038989793-pat00039
Is the first resonant wavelength length,
Figure 112006038989793-pat00040
The width of the patch,
Figure 112006038989793-pat00041
Is the dielectric thickness.

두번째 U-슬롯에 의한 공진주파수는 도 3 의 해석에 의해 구할 수 있다. 도 3 은 1 에 도시한 단일 U-슬롯 안테나의 두번째 공진을 일으키는 전류통로길이를 표시한 도면이다.The resonance frequency due to the second U-slot can be obtained by the analysis of FIG. 3. 3 is a diagram showing the current path length causing the second resonance of the single U-slot antenna shown in FIG.

이 경우의 공진은 전류통로길이(Current Path Length)가 한 파장일 때 발생한다. 이 때, 평균전류통로길이는 M, N, O, Q 의 합으로 나타낼 수 있다.In this case, resonance occurs when the current path length is one wavelength. In this case, the average current path length may be represented by the sum of M, N, O, and Q.

Figure 112004038812673-pat00007
,
Figure 112004038812673-pat00007
,

Figure 112004038812673-pat00008
,
Figure 112004038812673-pat00008
,

Figure 112004038812673-pat00009
,
Figure 112004038812673-pat00009
,

Figure 112004038812673-pat00010
,
Figure 112004038812673-pat00010
,

Figure 112004038812673-pat00011
Figure 112004038812673-pat00011

따라서, 위의 식으로부터 공진주파수는 다음과 같다.Therefore, the resonance frequency from the above equation is as follows.

Figure 112006038989793-pat00012

여기서,
Figure 112006038989793-pat00042
는 패치 윗면과 슬롯 사이의 길이,
Figure 112006038989793-pat00043
는 슬롯의 깊이,
Figure 112006038989793-pat00044
는 패치 윗면과 급전점 사이의 길이,
Figure 112006038989793-pat00045
는 두번째 공진 파장의 길이이다.
Figure 112006038989793-pat00012

here,
Figure 112006038989793-pat00042
Is the length between the top of the patch and the slot,
Figure 112006038989793-pat00043
Is the depth of the slot,
Figure 112006038989793-pat00044
Is the length between the top of the patch and the feed point,
Figure 112006038989793-pat00045
Is the length of the second resonant wavelength.

이러한 두 개의 공진주파수가 서로 이격되어 있으면 이중 공진 안테나가 되는 것이고, 두 개의 공진주파수를 거의 일치시키면 광대역 안테나가 된다. 일반적으로 이중 공진 특성의 안테나는 스미스차트상의 임피던스 궤적에서 대, 소 2개의 루프가 생성된다. 특히 큰 루프내의 작은 루프의 위치와 크기가 안테나의 임피던스 대역폭을 결정한다. 스미스차트상의 작은 루프를 가변시키는 파라미터는 사각형 패치(U-슬롯의 밑부분)의 폭과 길이, U-슬롯 길이와 모양, 기판의 두께와 비율전율 (Relative Permittivity) 등이 있다. 또한 방사하지 않는 면(Non-Radiating Edge)에 있는 두개의 슬롯(U-슬롯의 좌우부분)은 E-평면 방향과 직교하는 전류를 줄여 패치의 정방향(Broadside)으로 발생하는 교파편파를 감소시키는 역할을 한다. If the two resonant frequencies are spaced apart from each other is a double resonant antenna, if the two resonant frequencies almost match the broadband antenna. In general, an antenna having a dual resonance characteristic generates large and small loops in an impedance trajectory on a Smith chart. In particular, the position and size of the small loop in the large loop determines the impedance bandwidth of the antenna. Parameters for varying the small loops on the Smithchart include the width and length of the rectangular patch (bottom of the U-slot), the U-slot length and shape, the thickness of the substrate and the relative permittivity. In addition, the two slots on the non-radiating edges (left and right sides of the U-slot) reduce the currents that are orthogonal to the E-plane direction, reducing the wave polarization that occurs in the patch's broadside. Do it.

이러한 U-슬롯의 방사 패턴 특성은 패치의 정방향으로부터 약 20°정도의 범위내에서 교차편파가 거의 없다. 따라서, 선형편파를 사용하는 경우 동일 편파와 교차 편파간에 분리가 좋아 개구결합 급전방식을 사용한 배열화를 통해 높은 이득을 얻을 경우에 유용하게 사용될 수 있다.The radiation pattern characteristics of these U-slots show little cross-polarization within a range of about 20 ° from the forward direction of the patch. Therefore, when linear polarization is used, the separation between the same polarization and the cross polarization is good, and thus it may be useful when high gain is obtained through the arrangement using the aperture-coupled feeding method.

그러나, 여전히 좌우로 향하고 있는 전류 분포에 의해 H-평면 방사 패턴에서는 교차편파의 증가를 예상할 수 있다. 따라서, 큰 편파 이격도를 요구하는 시스템에 적용할 때 이러한 점을 고려하여야 한다.However, an increase in the cross polarization can be expected in the H-plane radiation pattern due to the current distribution which is still directed left and right. Therefore, this should be taken into account when applied to systems that require large polarization spacing.

또한, U-슬롯 안테나는 동축 급전방식과 개구결합 급전방식을 사용하는데, 일반적으로 동축 급전방식을 많이 사용한다. 이 방식은 동축선로의 내부도체는 방사 패치에 외부도체는 접지기판에 연결함으로써 전류를 공급하는 방식이다. 이 방식은 임피던스 정합이 쉽고 스퓨리어스 복사가 적으나 패치의 도체면에 물리적으로 접합시켜야 하며 대역폭이 좁아지는 단점이 있다.In addition, the U-slot antenna uses a coaxial feeding method and an opening coupling feeding method, and generally uses a coaxial feeding method. This method is to supply current by connecting inner conductor of coaxial line to radiating patch and outer conductor to ground board. This method is easy to match impedance and has low spurious radiation, but has the disadvantage of physically bonding to the conductor surface of the patch and narrowing the bandwidth.

이러한 단점은 두꺼운 기판을 사용하거나, 방사소자와 급전소자 사이에 공기층을 삽입시키는 방법에 의하여 극복될 수 있다. 하지만 두꺼운 기판을 사용하면 안테나의 효율이 떨어지고 임피던스 정합에 어려움이 따르며, 공기층의 삽입은 시뮬레이션의 최적화 과정이 어렵고, 안테나 제작시 정말성이 요구되는 부분이다.This disadvantage can be overcome by using a thick substrate or by inserting an air layer between the radiating element and the feeding element. However, the use of a thick substrate reduces the antenna's efficiency and difficulty in matching the impedance, and the insertion of air layer is difficult to optimize the simulation process and requires the authenticity of the antenna.

현재, 5GHz 대역에서 무선 랜(LAN) 용도로 사용할 수 있는 주파수로는 이미 국제적으로 ISM(Industrial, Science, and Medical) 밴드인 5.725 ∼ 5.825GHz 가 배정되었다. 그러나, 초고속 무선 시스템에 대한 관심이 부각되면서 ISM 설비와의 혼신의 위험을 방지한다는 측면에서 ISM 대역이 아닌 주파수 대역의 이용에 대한 수요가 제기되었고, 이러한 움직임 속에 국제전기통신연합(ITU : International Telecommunication Union)는 WRC-2000 회의에서 5.15 ∼ 5.35GHz 및 5.470 ∼ 5.725GHz 대역을 세계 공통으로 무선 랜 등의 고정접속시스템(FAS)용으로 분배를 검토하기로 결정하였고, 이에 따라 세계 각 국은 WRC-2003 회의에서 5GHz 대역의 주파수가 분배될 것으로 예상하고 무선 랜을 포함한 무선 접속망을 통해 위의 주파수 대역을 활용할 수 있도록 관련분야 연구에 몰두하였다.Currently, the frequency that can be used for wireless LAN (LAN) in the 5GHz band has already been assigned internationally, the Industrial, Science, and Medical (ISM) band 5.725-5.825GHz. However, with the growing interest in high-speed wireless systems, there has been a demand for the use of frequency bands other than the ISM band in terms of preventing the risk of interference with ISM equipment.In this movement, the International Telecommunication Union (ITU) Union decided to consider the distribution of the 5.15-5.35 GHz and 5.470-5.725 GHz bands worldwide for fixed access systems (FAS), such as wireless LANs, at the WRC-2000 Conference. At the 2003 conference, the frequency of the 5GHz band was expected to be distributed, and the research was carried out in related fields to utilize the above frequency band through a wireless access network including a wireless LAN.

따라서, 휴대용 단말기와 액세스 포인트(Access Point)간의 통신을 위한 무선 랜 카드와 더불어 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있고, 초고주파 집적회로에 적용할 수 있는 경량화된 안테나에 대한 개발이 요구되었다.Therefore, there is a demand for the development of a lightweight antenna that can be mass-produced at low cost and can be applied to an ultra-high frequency integrated circuit together with a wireless LAN card for communication between a portable terminal and an access point.

따라서 본 발명자는 무선 통신의 수용증가에 따라 IEEE 802.11 에서 무선 랜의 사용주파수로 논의되는 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역을 동작주파수로 하는 무선 랜(LAN)용 마이크로스트립 안테나에 대한 연구를 하게 되었으며, 이러한 연구의 일환으로 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역에서 이용 가능한 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나에 대한 연구를 하게 되었다.Accordingly, the present inventors have studied a microstrip antenna for a wireless LAN (LAN) having an operating frequency of the 5.15 to 5.35 GHz frequency band, which is discussed as an operating frequency of a wireless LAN in IEEE 802.11 according to an increase in the acceptance of wireless communication. As part of the research, a study was conducted on the multiple U-slot microstrip patch antennas available in the 5.15 to 5.35 GHz frequency band.

본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 국제전기통신연합(ITU)에 의해 새롭게 추가될 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역에서 동작 가능한 다중 U-슬롯 마이크 로스트립 패치 안테나를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented under the above-described object, and an object thereof is to provide a multiple U-slot microstrip patch antenna operable in the 5.15 to 5.35 GHz frequency band to be newly added by the International Telecommunication Union (ITU).

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 접지기판과; 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯이 형성된 패치(Patch)와; 상기 접지기판과 패치사이에 적층되어 결합되는 유전체와; 외부도체는 상기 접지기판에, 내부도체는 상기 패치에 각각 연결되어 상기 패치에 신호를 공급하는 동시에 특정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 동축선로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the multi-slot microstrip patch antenna according to the present invention includes a ground substrate; A patch having a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at opposite ends of the forward U-slot; A dielectric laminated and coupled between the ground substrate and the patch; The outer conductor is connected to the ground board, and the inner conductor is connected to the patch, respectively, characterized in that it comprises a coaxial line for transmitting and receiving signals of a specific frequency band at the same time.

따라서, 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯을 사용함으로써 필요한 대역폭인 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역에서 동작 가능하다.Thus, by using a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at both ends of the forward U-slot, the band can be operated in a frequency band of 5.15 to 5.35 GHz, which is a necessary bandwidth.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.

도 5a 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 정면도, 도 5b 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 평면도이다.5A is a front view of a multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention, and FIG. 5B is a plan view of a multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 접지기판(100)과, 패치(200)와, 유전체(300)와, 동축선로(400)를 포함한다.As shown in the figure, the multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention includes a ground substrate 100, a patch 200, a dielectric 300, and a coaxial line 400.

전형적인 마이크로스트립(Microstrip) 기판은 밑면 전체를 하나의 금속판을 이용해 접지(Ground) 처리하고, 그 바로위에 일정 두께의 유전체를 올린 후 유전체 위에 선로(신호선) 형상을 구현한 구조를 가지며, 점점 주파수가 높아질 수록 신호선과 접지 사이에 교류 에너지가 집중되어 이 사이에 있는 방해물에 대한 영향이 커지기 때문에, 유전율이 명확히 정의되어 있는 유전체를 신호선과 접지 사이에 형성하고, 유전체의 높이 및 유전율 조건에 맞추어 신호선을 배치하면 신호선과 접지 사이에 전자파 필드에 신호를 보존하여 전송할 수 있게 된다.A typical microstrip substrate is grounded with a single metal plate, and a dielectric material of a certain thickness is placed directly on top of it, and a line (signal line) shape is formed on the dielectric material. The higher the concentration of alternating energy between the signal line and ground, the greater the influence on the obstructions between them, so that a dielectric with a clearly defined dielectric constant is formed between the signal line and ground, and the signal line can be The arrangement allows the signal to be preserved and transmitted in the electromagnetic field between the signal line and ground.

따라서, 상기 접지기판(100)은 접지(Ground)를 위한 금속층이다.Therefore, the ground substrate 100 is a metal layer for ground (Ground).

상기 패치(Patch)(200)는 정방향 U-슬롯(210)과, 상기 정방향 U-슬롯(210) 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯(220a)(220b)이 형성되어 있다.The patch 200 has a forward U-slot 210 and two reverse U-slots 220a and 220b arranged at both ends of the forward U-slot 210.

즉, 이 패치(Patch)(200)는 마이크로스트립(Microstrip) 구조에서 상기 접지기판(200)과 작용하여 전자파 필드를 형성하는 선로(신호선)가 형성되는 층으로, 전자파 필드에 신호를 보존하여 전송한다.That is, the patch 200 is a layer in which a line (signal line) is formed in the microstrip structure to form an electromagnetic field by interacting with the ground substrate 200. The patch 200 preserves a signal in the electromagnetic field and transmits the signal. do.

필요한 대역폭인 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역내에서 공진주파수(fc)를 얻기위해

Figure 112006070780248-pat00046
식을 이용해 상기 패치(Patch)(200)의 길이(L)를 결정하였으며, 비유전율(
Figure 112006070780248-pat00014
)이 2.17 ∼ 4.4, 가로 40 ∼ 43.76mm, 세로 23 ∼ 28mm, 두께가 1.57mm인 Taconic TIY-5A-0620-C1/C1 기판을 사용하였다.To obtain the resonant frequency f c within the required bandwidth of 5.15 to 5.35 GHz
Figure 112006070780248-pat00046
The length (L) of the patch 200 was determined using an equation, and the relative dielectric constant (
Figure 112006070780248-pat00014
), A Taconic TIY-5A-0620-C1 / C1 substrate having a thickness of 2.17 to 4.4, a width of 40 to 43.76 mm, a length of 23 to 28 mm, and a thickness of 1.57 mm was used.

마이크로스트립 패치의 길이(L)은 원래

Figure 112004038812673-pat00015
이어야 하나, 누설전계에 의한 길이 변위
Figure 112004038812673-pat00016
에 의해 통상적으로 마이크로스트립 패치의 길이(L)은
Figure 112004038812673-pat00017
사이가 된다. 여기서
Figure 112004038812673-pat00018
는 관내 파장(Guided Wavelength)으로,
Figure 112004038812673-pat00019
이다.The length (L) of the microstrip patch is original
Figure 112004038812673-pat00015
Length displacement due to leakage field
Figure 112004038812673-pat00016
Typically the length (L) of the microstrip patch is
Figure 112004038812673-pat00017
Become. here
Figure 112004038812673-pat00018
Is the guided wavelength,
Figure 112004038812673-pat00019
to be.

한편, 상기

Figure 112006038989793-pat00020
에 의해 길이(L)가 결정되는 패치(200)에 상기 정방향 U-슬롯(210)과, 두 개의 역방향 U-슬롯(220a)(220b)을 형성함에 의해 발생하는 오차를 최소화하기 위해 상기 정방향 U-슬롯(210)과 역방향 U-슬롯(220a)(220b)의 깊이, 길이 및 이들의 위치 변화에 따른 반사계수, 동축선로의 위치 변화에 따른 반사계수, 유전체의 두께에 따른 반사계수를 측정해 필요한 대역폭인 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역을 가지는 최적 조건의 안테나를 얻었다.Meanwhile,
Figure 112006038989793-pat00020
The forward U-slot 210 and the two reverse U-slots 220a and 220b in the patch 200 whose length L is determined by -Measure the reflection coefficient according to the depth, length and position change of the slot 210 and the reverse U-slots 220a and 220b, the reflection coefficient according to the positional change of the coaxial line, and the reflection coefficient according to the thickness of the dielectric. An antenna under optimum conditions having a required bandwidth of 5.15 to 5.35 GHz was obtained.

이렇게 최적화된 파라미터는 다음과 같다.The optimized parameters are as follows.

상기 정방향 U 슬롯(210)의 가로방향 길이(X1)는 13.2 ∼ 14mm, 정방향 U 슬롯(210)의 가로방향 간격(X2)은 1.5 ∼ 2mm, 상기 역방향 U-슬롯(220a)(220b)의 가로방향 길이(X3)는 10.4 ∼ 10.8mm, 역방향 U 슬롯(220a)(220b)의 가로방향 간격 (X4)은 1.4 ∼ 1.6mm 이다.The transverse length X 1 of the forward U slot 210 is 13.2 to 14 mm, the transverse spacing X 2 of the forward U slot 210 is 1.5 to 2 mm, and the reverse U slots 220a and 220b. The transverse length (X 3 ) of 10.4 to 10.8 mm, the transverse spacing (X 4 ) of the reverse U slot (220a) (220b) is 1.4 to 1.6mm.

상기 정방향 U 슬롯(210)의 세로방향 길이(Y1)는 10.5 ∼ 12.1mm, 정방향 U 슬롯(210)의 세로방향 간격(Y2)은 1.5 ∼ 1.8mm, 상기 역방향 U-슬롯(220a)(220b)의 세로방향 길이(Y3)는 2.7 ∼ 3mm, 역방향 U 슬롯(220a)(220b)의 세로방향 간격(Y4)은 1.5 ∼ 1.7mm 이다.The longitudinal length Y 1 of the forward U slot 210 is 10.5 to 12.1 mm, the longitudinal spacing Y 2 of the forward U slot 210 is 1.5 to 1.8 mm, and the reverse U-slot 220a ( The longitudinal length Y 3 of 220b) is 2.7-3 mm, and the longitudinal spacing Y 4 of the reverse U slots 220a, 220b is 1.5-1.7 mm.

상기 패치(200)의 가로방향 단부와 상기 정방향 U 슬롯(210)간의 간격(d1)은 13.4 ∼ 14.9mm, 상기 패치(200)의 가로방향 단부와 상기 역방향 U 슬롯간(220a)(220b)의 간격(d2)은 8.1 ∼ 8.98mm, 상기 두 역방향 U 슬롯(220a)(220b)간의 가로방향 간격(d3)은 3 ∼ 3.2mm 이다.The distance d 1 between the transverse end of the patch 200 and the forward U slot 210 is 13.4 to 14.9 mm, and between the transverse end of the patch 200 and the reverse U slot 220a and 220b. The spacing d 2 is 8.1 to 8.98 mm, and the transverse spacing d 3 between the two reverse U slots 220a and 220b is 3 to 3.2 mm.

상기 패치(200)의 세로방향 단부와 상기 정방향 U 슬롯(210)간의 간격(h1)은 4 ∼ 6mm, 상기 패치(200)의 세로방향 단부와 상기 역방향 U 슬롯(220a)(220b)간의 간격(h2)은 2.7 ∼ 3.5mm 이다.The spacing h 1 between the longitudinal end of the patch 200 and the forward U slot 210 is 4-6 mm, the spacing between the longitudinal end of the patch 200 and the reverse U slots 220a, 220b. (h 2) it is 2.7 ~ 3.5mm.

상기 패치(200)의 가로방향 단부와 상기 동축선로(400)의 중심점간의 간격(f1)은 20 ∼ 21.9mm, 상기 패치(200)의 세로방향 단부와 상기 동축선로(400)의 중심점간의 간격(f2)은 9 ∼ 11.2mm 이다.The distance f 1 between the horizontal end of the patch 200 and the center point of the coaxial line 400 is 20 to 21.9 mm, and the distance between the longitudinal end of the patch 200 and the center point of the coaxial line 400. (f 2) is 9 ~ 11.2mm.

상기 유전체(300)는 상기 접지기판(100)과 패치(200) 사이에 적층 결합되어 접지기판(100)과 패치(200) 사이에 균일한 매질 조건으로 전자파 필드에 신호를 보존하여 전송하도록 한다.The dielectric material 300 is laminated and coupled between the ground substrate 100 and the patch 200 to preserve and transmit a signal in the electromagnetic field under a uniform medium condition between the ground substrate 100 and the patch 200.

상기 유전체(300)는 유전율이 1 인 제 1 유전체(310)와, 유전율이 2.17 인 제 2 유전체(320)를 포함한다. 상기 제 1 유전체(310)는 유전율이 1 인 폼(Foam)을 사용함으로써 공기층을 형성하게 되어, 동축선로 방식에서의 단점인 동축선로(400)를 패치(200)에 물리적으로 접합시켜야 함에 의해 발생하는 대역폭이 좁아지는 단점을 해결한다.The dielectric material 300 includes a first dielectric material 310 having a dielectric constant of 1 and a second dielectric material 320 having a dielectric constant of 2.17. The first dielectric 310 forms an air layer by using a foam having a dielectric constant of 1, and is generated by physically bonding the coaxial line 400, which is a disadvantage in the coaxial line method, to the patch 200. It solves the disadvantage of narrowing the bandwidth.

상기 동축선로(400)는 외부도체(도면 도시 생략)는 상기 접지기판(100)에, 내부도체(도면 도시 생략)는 상기 패치(200)에 각각 연결되어 상기 패치(200)에 신호를 공급하는 동시에 특정 주파수 대역의 신호를 송수신한다.The coaxial line 400 has an outer conductor (not shown) connected to the ground substrate 100 and an inner conductor (not shown) connected to the patch 200 to supply a signal to the patch 200. Simultaneously send and receive signals of specific frequency bands.

따라서, 본 발명은 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯을 패치에 형성하고, 상기 정방향 U-슬롯(210)과 두 개의 역방향 U-슬롯(220a)(220b)의 깊이, 길이 및 이들의 위치 변화에 따른 반사계수, 동축선로의 위치 변화에 따른 반사계수, 유전체의 두께에 따른 반사계수를 측정해 본 발명에서 요구되는 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역의 안테나를 얻을 수 있는 최적화된 파라미터를 구하여 이를 적용함으로써 국제전기통신연합(ITU)에서 새롭게 추가할 예정인 5.15 ∼ 5.35GHz 대역에서 동작 가능한 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나를 얻을 수 있다.Accordingly, the present invention forms a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at opposite ends of the forward U-slot, respectively, in the patch, and the forward U-slot 210 and two reverse U-slots 220a. (B) measuring the reflection coefficient according to the depth, length and position change of the (220b), the reflection coefficient according to the change of the position of the coaxial line, and the reflection coefficient according to the thickness of the dielectric. By obtaining and applying optimized parameters to obtain the antenna, it is possible to obtain multiple U-slot microstrip patch antennas operating in the 5.15 to 5.35 GHz band, which is newly added by the International Telecommunication Union (ITU).

상기와 같은 방식으로 제작된 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나를 HP 8510C Network Analyzer를 이용하여 반사손실을 측정하였으며, 무반사실에서 방사패턴을 측정하였다.The reflection loss of the multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention manufactured in the above manner was measured using the HP 8510C Network Analyzer, and the radiation pattern was measured in the anechoic chamber.

도 6 은 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 반사손실 측정결과를 도식화한 도면이다.6 is a diagram illustrating a return loss measurement result of a multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도면에 도시한 바와같이, 초기값은 4.5GHz, 최종값은 6.5GHz로 하고 86개의 포인트(Point)를 주어 측정한 결과 공진주파수는 5.25 GHz 였으며, 이 때의 반사계수(Reflection Coefficient)는 -48.756dB 이었다. 전압정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio) < 1.5 에서 410MHz(8.2%), 실제 응용이 가능한 전압정재파비 < 1.2(-20dB)에서 310MHz(6.2%)의 대역폭을 얻었으며, 5.15 ∼ 5.35GHz 대역 모두 전압정재파비 < 1.2를 만족하였다.As shown in the figure, the initial value was 4.5 GHz, the final value was 6.5 GHz, and 86 points were measured. As a result, the resonance frequency was 5.25 GHz, and the reflection coefficient at this time was -48.756. dB. Voltage standing wave ratio (VSWR) <1.5 to 410 MHz (8.2%) and practically applicable voltage standing wave ratio <1.2 (-20 dB) to 310 MHz (6.2%) bandwidth, and 5.15 to 5.35 GHz band. All of them satisfied the voltage standing wave ratio <1.2.

도 7 은 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 이득 측정결과를 도식화한 도면이다.7 is a diagram illustrating a gain measurement result of a multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention.

도면에 도시한 바와 같이, 이득에 대한 시뮬레이션 결과와 실제 측정된 결과를 함께 도시하였다. 시뮬레이션상의 이득값은 5.5dBi에서 7.8dBi로 실내용 무선 랜 안테나에서 요구하는 이득보다 높게 나왔으나, 실제 제작된 안테나의 이득은 3 ∼ 6dBi로 실내용 무선 랜 안테나에서 요구하는 이득에 대한 이득조건(Spec)을 만족하였다.As shown in the figure, the simulation results for the gain and the actual measured results are shown together. The gain value in the simulation is 5.5dBi to 7.8dBi, which is higher than the gain required for indoor WLAN antennas, but the actual gain of the manufactured antenna is 3-6dBi, which is a gain condition for the gain required for indoor WLAN antennas. Spec) was satisfied.

방사패턴은 E-평면과 H-평면에서 각각 5.0 에서 5.5GHz 까지 0.05GHz 간격으로 측정하였다. 실제 측정된 E-평면과 H-평면의 방사패턴을 도 8a 및 도 8b 에 도시하였다.Radiation patterns were measured at 0.05 GHz intervals from 5.0 to 5.5 GHz in the E-plane and H-plane, respectively. The actual measured radiation patterns of the E-plane and H-plane are shown in Figs. 8A and 8B.

도 8a 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 E-평면상에서의 방사패턴을 도식화한 도면, 도 8b 는 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 H-평면상에서의 방사패턴을 도식화한 도면이다.8A is a diagram illustrating a radiation pattern on an E-plane of a multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention, and FIG. 8B is a radiation on H-plane of a multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention. A diagram illustrating a pattern.

도면에서 E-평면과 H-평면의 3dB 빔폭은 각각 62°와 50°로나타났다. E-평면에서의 패턴 기울어짐 현상은 E-평면을 기준으로 하는 두 개의 역방향 U-슬롯 위에 분포하는 전류분포와, 정방향 U-슬롯 아래에 분포하는 전류분포가 대칭적인 모습을 보이지 않는데서 기인한 것이다.In the figure, the 3dB beamwidths of the E-plane and H-plane are shown as 62 ° and 50 °, respectively. The pattern skew in the E-plane is due to the symmetrical distribution of the current distribution over the two reverse U-slots relative to the E-plane and the distribution of the current below the forward U-slot. will be.

본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 위상 0°와 90°에서의 전류분포를 도 9a 및 도 9b 에 도시하였다.Current distributions at phases 0 ° and 90 ° of the multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention are shown in FIGS. 9A and 9B.

도 9a 는 위상이 0°일 경우의 다중 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면, 도 9b 는 위상이 90°일 경우의 다중 U-슬롯 안테나의 교란된 전류분포를 나타낸 도면이다.9A is a diagram illustrating a disturbed current distribution of a multi-U-slot antenna when the phase is 0 °, and FIG. 9B is a diagram showing a disturbed current distribution of the multi-U-slot antenna when the phase is 90 °.

도면에서 화살표 방향은 전류의 진행방향이고, 두께는 전류의 크기이다. 도면에 도시한 바와 같이, 두 개의 역방향 U-슬롯을 가진 본 발명의 경우 도4a 및 도4b 에 도시한 단일의 U-슬롯을 가진 종래 기술보다 더 큰 전류분포가 분포하며, 슬롯 내부에 전류가 밀집되어 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 슬롯 내부에 전류가 밀집되는 현상은 두 개의 역방향 U-슬롯의 역할이며, 상대적으로 방사하는 면 밑 부분에 위치한 슬롯 주위에 흐르는 전류의 분포를 줄임으로써 단일 U-슬롯 안테나에서 나타나는 전류분포를 교란하여 반사계수와 이득 특성이 종래의 단일 U-슬롯 안테나 특성과는 다르게 나타난다. 즉, 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 패치 내부로 더 큰 전류를 유도하며, 전류분포 교란으로 인해 반사계수와 이득특성이 단일 U-슬롯 안테나 특성과 다른 특성을 보인다.The arrow direction in the figure is the direction of the current, and the thickness is the magnitude of the current. As shown in the figure, in the case of the present invention having two reverse U-slots, a larger current distribution is distributed than in the prior art having a single U-slot shown in Figs. 4A and 4B, and the current inside the slot You can see that it is dense. The concentration of current inside these slots is the role of two reverse U-slots, and disturbs the current distribution present in a single U-slot antenna by reducing the distribution of currents flowing around the slots located below the relatively radiating face. Therefore, the reflection coefficient and gain characteristics are different from those of the conventional single U-slot antenna. That is, the multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention induces a larger current into the patch, and due to the current distribution disturbance, the reflection coefficient and the gain characteristics are different from those of the single U-slot antenna.

한편, 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 Ensemble 5.0을 사용하여 시뮬레이션 하였으며, U-슬롯 모양, 유전체 및 동축선로 위치 등에 매우 민감한 반응을 보이므로, 주요 파라미터값을 변화시켜 최적화된 값을 얻었다. 위와 같은 방식으로 제작된 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 5.25GHz의 공진주파수에서 4.5 dBi 의 이득을 얻었으며, 3dB 빔폭은 E-평면과 H-평면에서 각각 62°와 50°였다.On the other hand, the multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention was simulated using Ensemble 5.0, and because the U-slot shape, dielectric and coaxial line position are very sensitive to the response, it is optimized by changing the main parameter values. Got. The multi-U-slot microstrip patch antenna according to the present invention produced in the above manner gained 4.5 dBi gain at the resonant frequency of 5.25 GHz, and the 3 dB beamwidth was 62 ° and 50 ° in the E-plane and H-plane, respectively. It was.

따라서, 위와 같이함에 의해 상기에서 제시한 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나의 목적을 달성할 수 있게 된다.Therefore, the above can achieve the object of the multi-slot microstrip patch antenna according to the present invention presented above.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나는 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯을 패치에 형성하고, 상기 정방향 U-슬롯과 두 개의 역방향 U-슬롯의 깊이, 길이 및 이들의 위치 변화에 따른 반사계수, 동축선로의 위치 변화에 따른 반사계수, 유전체의 두께에 따른 반사계수를 측정해 본 발명에서 요구되는 5.15 ∼ 5.35GHz 주파수 대역의 안테나를 얻을 수 있는 최적화된 파라미터를 구하여 이를 적용함으로써 국제전기통신연합(ITU)에서 새롭게 추가할 예정인 5.15 ∼ 5.35GHz 대역에서 동작 가능한 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나를 얻을 수 있는 유용한 효과를 가진다.As described above, the multiple U-slot microstrip patch antenna according to the present invention forms a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at both ends of the forward U-slot in the patch, and the forward U-slot. 5.15 to 5.35 required by the present invention by measuring the reflection coefficient according to the depth, length, and position of the slot and the two reverse U-slots, their position, the reflection coefficient according to the positional change of the coaxial line, and the thickness of the dielectric. By obtaining and applying optimized parameters to obtain antennas in the GHz frequency band, it is useful to obtain multiple U-slot microstrip patch antennas operating in the 5.15 to 5.35 GHz band that is newly added by the International Telecommunication Union (ITU). Has an effect.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명 의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the invention, which is covered by the following claims.

Claims (8)

접지기판과;A ground substrate; 정방향 U-슬롯과, 상기 정방향 U-슬롯 양단부에 각각 배열된 두 개의 역방향 U-슬롯이 형성된 패치(Patch)와;A patch having a forward U-slot and two reverse U-slots arranged at opposite ends of the forward U-slot; 상기 접지기판과 패치사이에 적층되어 결합되는 유전체와;A dielectric laminated and coupled between the ground substrate and the patch; 외부도체는 상기 접지기판에, 내부도체는 상기 패치에 각각 연결되어 상기 패치에 신호를 공급하는 동시에 특정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 동축선로를;An outer conductor is connected to the ground substrate and an inner conductor is connected to the patch to supply a signal to the patch and simultaneously transmit and receive a signal of a specific frequency band; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.Multiple U-slot microstrip patch antenna, characterized in that comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패치의 길이(L)가
Figure 112006070780248-pat00047
에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The length (L) of the patch
Figure 112006070780248-pat00047
Multiple U-slot microstrip patch antennas, as determined by. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 정방향 U 슬롯의 가로방향 길이(X1)가 13.2 ∼ 14mm, 정방향 U 슬롯의 가로방향 간격(X2)이 1.5 ∼ 2mm, 상기 역방향 U-슬롯의 가로방향 길이(X3)가 10.4 ∼ 10.8mm, 역방향 U 슬롯의 가로방향 간격(X4)이 1.4 ∼ 1.6mm 인 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The horizontal length X 1 of the forward U slot is 13.2 to 14 mm, the horizontal distance X 2 of the forward U slot is 1.5 to 2 mm, and the horizontal length X 3 of the reverse U slot is 10.4 to 10.8. mm, the transverse spacing (X 4 ) of the reverse U slot is 1.4 to 1.6 mm. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 정방향 U 슬롯의 세로방향 길이(Y1)가 10.5 ∼ 12.1mm, 정방향 U 슬롯의 세로방향 간격(Y2)이 1.5 ∼ 1.8mm, 상기 역방향 U-슬롯의 세로방향 길이(Y3)가 2.7 ∼ 3mm, 역방향 U 슬롯의 세로방향 간격(Y4)이 1.5 ∼ 1.7mm 인 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The longitudinal length Y 1 of the forward U slot is 10.5 to 12.1 mm, the longitudinal distance Y 2 of the forward U slot is 1.5 to 1.8 mm, and the longitudinal length Y 3 of the reverse U-slot is 2.7. The multi-U-slot microstrip patch antenna, characterized in that the longitudinal spacing Y 4 of the reverse U slot is 1.5 to 1.7 mm. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패치의 가로방향 단부와 상기 정방향 U 슬롯간의 간격(d1)이 13.4 ∼ 14.9mm, 상기 패치의 가로방향 단부와 상기 역방향 U 슬롯간의 간격(d2)이 8.1 ∼ 8.98mm, 상기 두 역방향 U 슬롯간의 가로방향 간격(d3)이 3 ∼ 3.2mm 인 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The spacing d 1 between the transverse end of the patch and the forward U slot is 13.4-14.9 mm, the spacing d 2 between the transverse end of the patch and the reverse U slot is 8.1-8.98 mm, the two reverse U Multiple U-slot microstrip patch antenna, characterized in that the horizontal spacing d 3 between slots is 3 to 3.2 mm. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패치의 세로방향 단부와 상기 정방향 U 슬롯간의 간격(h1)이 4 ∼ 6mm, 상기 패치의 세로방향 단부와 상기 역방향 U 슬롯간의 간격(h2)이 2.7 ∼ 3.5mm 인 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The spacing h 1 between the longitudinal end of the patch and the forward U slot is 4-6 mm, and the spacing h 2 between the longitudinal end of the patch and the reverse U slot is 2.7-3.5 mm. U-slot microstrip patch antenna. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패치의 가로방향 단부와 상기 동축선로의 중심점간의 간격(f1)이 20 ∼ 21.9mm, 상기 패치의 세로방향 단부와 상기 동축선로의 중심점간의 간격(f2)이 9 ∼ 11.2mm 인 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.The distance f 1 between the transverse end of the patch and the center point of the coaxial line is 20 to 21.9 mm, and the distance f 2 between the longitudinal end of the patch and the center point of the coaxial line is 9 to 11.2 mm. Multiple U-slot microstrip patch antennas. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나가:The multiple U-slot microstrip patch antenna is: 동작 주파수 대역으로 5.15 ∼ 5.35 GHz 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 U-슬롯 마이크로스트립 패치 안테나.A multiple U-slot microstrip patch antenna, having an operating frequency band of 5.15 to 5.35 GHz.
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